CN111018147B - 臭氧曝气腔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了臭氧曝气腔，包括外曲面，所述外曲面上分布有微米级通孔，所述微米级通孔的轴线与外曲面垂直，还包括内曲面，所述内曲面和外曲面同向设置，所述内曲面和外曲面同之间形成有曲面腔体，所述内曲面上均匀分布有毫米级通孔。臭氧曝气腔大大减少了曝气阻力、曝气压力和能量损失，极大地提高和改善了曝气质量。

Description

臭氧曝气腔

技术领域

本发明涉及一种曝气装置，尤其涉及一种臭氧曝气装置。

背景技术

臭氧曝气，通常是用泵或水射器将臭氧气体先与水混合成水气混合流体，再通过曝气盘将其送入被曝气水体界面。现有曝气技术采用盘式曝气，一是平面盘形式，二是球面盘形式。

平面曝气就是臭氧水气混合流体通过一块平板上的微孔进行曝气。由于平面曝气需要一定的曝气面积，所以输入曝气盘的介质管路只好做成渐扩管，管小盘大。曝气盘上大部微孔的轴向与来自渐扩管的臭氧水气流体介质流速方向不一致，这样流经渐扩管的介质只有一小部分直通曝气盘上的微孔进入曝气界面，大部分会反弹过来形成阻力。同样，对于球面曝气盘，由于球面的存在，球面上的微孔轴线与介质输送管水气混合流体不完全同方向，少部分水气混合流体通过球面上的微孔，大部分反弹回来形成阻力。

流体在运动过程中，各质点完全沿管轴方向直线运动，质点之间互不掺混，互不干拢的流动状态称为层流，如果运动着的质点不仅是沿着管轴方向运动，还伴随着横向拢动，质点之间比较混杂，流线杂乱无章，这种运动称为紊流，阻力急剧增大，能量损失增加。另外，臭氧水气混合流体在输送圆管内流速呈抛物面分布，所以无论是平面式或是球面式曝气盘都不能将臭氧水气混合体同时输送到被曝水体界面。

平面与球面曝气，两者都是面曝气，曝气盘阻力大，曝气不均匀，极易在曝气前分解掉一部分臭氧成分。由于臭氧是由氧分子携带一个氧原子组成，决定了它是一种暂存状态，而臭氧在水溶液中分解速度比在气相中分解速度要快得多，正因为曝气前的臭氧混合水气流体分解太快，这就要求我们必须快速地，均匀地同时将臭氧送达到被曝水体界面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是曝气过程中因曝气装置阻力大导致臭氧混合水气流体过快分解，不能将臭氧均匀送达曝水体界面的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明臭氧曝气腔，包括外曲面，所述外曲面上分布有微米级通孔，还包括内曲面，所述内曲面和外曲面同向设置，也就是说内曲面和外曲面的曲面弯曲方向相同，所述内曲面和外曲面同之间形成有曲面腔体，所述内曲面上分布有毫米级通孔。

上述技术方案中，所述外曲面为球面，所述内曲面为抛物面。

上述技术方案中，所述毫米级通孔的轴线与抛物面轴线平行。

上述技术方案中，所述内曲面和外曲面之间通过法兰连接。

上述技术方案中，所述法兰和内曲面为一体式结构。

上述技术方案中，所述微米级通孔孔径为10um～15um，所述毫米级通孔孔径为1mm～1.5mm。

上述技术方案中，所述法兰外径为150mm～200mm。

本发明的臭氧曝气腔根据流体流速呈抛物线分布状态原理和流体静力学液体不可压缩原理，将臭氧与水的水气混合流体导入到由两个曲面形成的曲面腔体内，形成一个动态压力腔，从这个压力腔曝出去的臭氧混合流体方向可以任意随曝气面上微孔的轴线改变而改变，臭氧水气混合流体流动的速度为矢量，而能改变该矢量的腔，我们就称为矢量腔。臭氧曝气腔大大减少了曝气阻力、曝气压力和能量损失，极大地提高和改善了曝气质量。

附图说明

图1为一种实施例的臭氧曝气腔结构图。

具体实施方式

参见图1，可变矢量的臭氧曝气腔，包括外曲面1和内曲面2，所述外曲面1和内曲面2之间通过法兰7连接，外曲面的边沿6密封连接在法兰7上。外曲面1罩住内曲面2。内曲面2和法兰7最好采用一体式结构。所述内曲面2和外曲面1之间形成有曲面腔体5，所述曲面腔体5的截面呈弧形，且中间宽两边窄。

所述外曲面1为球面，所述内曲面2为抛物面。

所述外曲面1上分布有若干个微米级通孔3，所述微米级通孔3最佳状态为均匀分布，其轴线与外曲面1垂直。

所述内曲面2上均匀分布有若干个毫米级通孔4，所述毫米级通孔4的轴线均与内曲面2轴线平行。

臭氧水气混合流体先通过内曲面2上的毫米级通孔4进入曲面腔体5，再通过外曲面1上的微米级通孔3进入被曝水体8。

外曲面1采用二氧化硅陶多孔陶瓷制造工艺，在二氧化硅陶瓷粉内加入造孔剂碳粉25％，粘结剂木质素磺酸钙7.5％,成型压力6Mpa,烧结温度1080摄氏度，保温时间30分钟。内曲面2和法兰7不加造孔剂与粘接剂压制成型后，在烧结前，用AB胶将外曲面和法兰7粘结在一起，通过高温烧结成一个整体。外曲面1和内曲面2厚度控制在10mm以下。外曲面1上的微米级通孔3孔径一般在10um～15um，臭氧能被微米级通孔3充分切割成小气泡，曝气阻力小，气液界面扩散均匀。内曲面2上的毫米级通孔4采用激光打孔方式加工，各孔均匀分布，孔径控制在1mm～1.5mm之间。连接两曲面的法兰7外径控制在150mm～200mm之间。

臭氧曝气腔，全部采用耐腐蚀，抗氧化力强的陶瓷材料制造。陶瓷粉成桨料后，在模具内成型后进行高温烧结。外曲面1上有各向排列的微米级通孔3，是采用的陶瓷微孔制造工艺模压制成型后烧结而自然形成的，孔径为微米级。以最佳结构状态为例，图1中外曲面1上A点孔，t1是该点微米微孔的切线，f1是该点的法线，也是该点微孔的轴线。外曲面1上B点孔，t2是该点微米微孔的切线，f2是该点的法线，也是该点微孔的轴线，A，B两孔的轴线方向是不同的。同样的，如tn是第N点孔的切线，法线为fn，所有球面曲面上的孔轴方面都是不同的。内曲面2连同法兰7是一体的，外曲面1和法兰7在烧结前，用粘结剂粘结，高温烧结后融合为一个完整体产品。最后一道工序是内曲面2上进行激光打孔加工毫米级通孔4，各孔均匀分布，孔径为毫米级，孔轴线与抛物面球面轴线平行，即与臭氧水气混合流体同向。

我们从流体力学原理得知，流体在管内流动时，流体质点的速度都是沿管径而变的，管壁处速度为零，管中心处速度最大。在管道任一截面上，圆管内层流的速度分布呈抛物面状态。所以我们将导入臭氧水气混合流体的曲面设计成一定开口的抛物面，这样圆管中心速度最快的曝气介质与管壁处速度为零的介质就可以在同一时间进入曝气腔体内，由于进入水气混合流体速度方向与内曲面2上的毫米级通孔4轴线同向，阻力可以忽略不计。

外曲面1的孔是微米级孔径，外曲面1上的孔可以不规则分布，孔的轴线可以是直线也可以是曲线，各个孔之间可以杂乱排列。内曲面2上的孔是毫米级孔径，进多出少，所以曝气腔体内的水气混合流体形成了一个动态压力腔，根据流体静力学原理，由于腔体深度可以忽略不计，所以腔体内各向压力相等。

如果我们把进入的臭氧水气混合流体用矢量V来表示，流体方向与毫米级通孔4轴线一致，仅是大小不同，而穿过内曲面2时却能同时到达曲面腔体5内，再在曲面腔体5体内进行速度大小与方向的调整，使通过外曲面1上各孔的速度大小相等，方向自动调节与孔轴重合相同。最佳结构状态为例，如球面曲面A点臭氧水气混合流体用矢量V1来表示,B点臭氧水气混合流体用矢量V2来表示,第N个点用Vn来表示，曲面腔内的流体从矢量V1，V2……Vn穿越各微米孔时，自动调整与各点的法线f1，f2……fn重合。内曲面2上毫米孔起导流作用，流速大小不等，流速方向一致同时进入曲面腔体5，外面曲1上分布的微米级微孔起切割水气混合流体大分子的作用。

由于外曲面1是球面，所以更利于制造出各向均匀分布的微米级微孔。使臭氧水气混合流体的速度方向与微米孔轴同向，随微米孔轴分布位置而随之改变，大大减少了阻力和压力损失，降低了能耗，曝气更加均匀。如果外球面1的微米级通孔3是无规则排列情况，会对曝气造成部分影响，但这只是相对于理想结构而言，相比现有设备效果要好的多。

Claims (5)

1.臭氧曝气腔，包括外曲面，所述外曲面上分布有微米级通孔，其特征在于：还包括内曲面，所述内曲面和外曲面同向设置，所述内曲面和外曲面同之间形成有曲面腔体，所述内曲面上分布有毫米级通孔，所述外曲面为球面，所述内曲面为抛物面，所述毫米级通孔的轴线与抛物面轴线平行。

2.如权利要求1所述的臭氧曝气腔，其特征在于：所述内曲面和外曲面之间通过法兰连接。

3.如权利要求2所述的臭氧曝气腔，其特征在于：所述法兰和内曲面为一体式结构。

4.如权利要求3所述的臭氧曝气腔，其特征在于：所述微米级通孔孔径为10um～15um，所述毫米级通孔孔径为1mm～1.5mm。

5.如权利要求4所述的臭氧曝气腔，其特征在于：所述法兰外径为150mm～200mm。

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