CN111348740A - 基于文丘里管空化效应的曝气系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于文丘里管空化效应的曝气系统，属于污水处理技术领域，包括曝气池池体、管道泵、第一阀门、文丘里式气泡发生器以及流体振荡器；所述管道泵的进口通过第一管路与曝气池池体连接，管道泵的出口通过第二管路与文丘里式气泡发生器的进口连接；第一阀门安装在第二管路上，流体振荡器的出口与曝气池池体连接，流体振荡器的进口通过第三管路连接文丘里式气泡发生器的出口；管道泵提供液体循环的的流量；液体通过文丘里式气泡发生器时产生负压，将空气吸入并在剧烈的空化效应下将空气碎化成纳米气泡，极大地增大了气液接触面积，提高了传质效率，且管路不容易堵塞，结构设计巧妙，能耗低。

Description

基于文丘里管空化效应的曝气系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体地，涉及一种基于文丘里管空化效应的曝气系统。

背景技术

活性污泥法进行污水处理具有效率高、成本低等特点，是目前污水处理中最广泛使用的方法，而曝气增氧是活性污泥法的核心环节，如果供氧不足会导致活性污泥中的微生物活性下降，污水处理效率降低。曝气设备的电耗一般占污水处理总能耗的60％到70％，因此如何进行高效、节能的曝气尤为关键。

曝气的目的是使空气与水剧烈接触以此将空气中的氧气溶解到水中。现有的曝气方法主要有三大类：机械曝气、鼓风曝气以及射流曝气。

机械曝气是指通过叶片、叶轮等机械设备使曝气池中的污泥和废水充分混合并使液面不断与空气接触来增加水中溶解氧的方法，但这种方法能耗大、易产生泡沫和死角。

鼓风曝气是指通过压缩空气曝气，将空气通过管道输送到池底的曝气器，通过曝气器形成大小不同的气泡，气泡上升到液面的过程中不断将氧气输运到污水中。这种方法能耗小、维修简单，但由于使用的曝气头进行曝气，容易被活性污泥堵塞。

射流曝气通过高速的射流产生负压，吸入空气将其切割粉碎为微气泡的形式，在使活性污泥和微气泡充分混合，加强了氧气的溶解。射流曝气的主要优势是系统简单、方便高效，但也存在搅拌效果有限，冲氧量不易调节的缺陷。

专利文献CN109336248A公开了一种生化污水处理池的曝气系统，滚筒表面分布的若干第一曝气管能够对池体内的污水进行曝气，污水喷嘴能够将滚筒内的空气从进气管引入到混合室，混合室内有由扩散管进入的污水，但该设计结构不合理。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于文丘里管空化效应的曝气系统。

根据本发明提供的一种基于文丘里管空化效应的曝气系统，包括曝气池池体1、管道泵2、第一阀门3、文丘里式气泡发生器4以及流体振荡器5；

所述管道泵2的进口通过第一管路11与曝气池池体1连接，所述管道泵2的出口通过第二管路12与文丘里式气泡发生器4的进口连接；

所述第一阀门3安装在第二管路12上；

所述流体振荡器5的出口与曝气池池体1连接，所述流体振荡器5的进口通过第三管路13连接文丘里式气泡发生器4的出口。

优选地，所述流体振荡器5的数量为一个或多个，当流体振荡器5的数量为多个时，多个流体振荡器5的并联安装。

优选地，所述第一管路11水平布置且与曝气池池体1连接处在离曝气池池体1底面正上方10㎝处。

优选地，所述文丘里式气泡发生器包括直管进口段401、收缩段402、喉部段403、扩张段404、直管出口段405以及进气口408；

所述喉部段403的一端通过收缩段402与直管进口段401连接，所述喉部段403的另一端通过扩张段404与直管出口段405连接；

所述进气口408安装在喉部段403上。

优选地，还包括发生器进口法兰406以及发生器出口法兰407；

所述发生器进口法兰406安装在直管进口段401上，所述发生器出口法兰407安装在直管出口段405上；

所述进气口408的数量为两个。

优选地，所述直管进口段401、直管出口段405的直径都为50㎜；

所述收缩段402的收缩角为15°-27°；

所述扩张段404的扩张角为8°-16°；

所述直管进口段401的内径与喉部段403的内径比为2-6之间；

所述喉部段403的长度与喉部段403的内径比为1-3之间。

优选地，所述流体振荡器5为内部设置有相连通的流道空间的腔体；

所述流道空间依次包括进口直管流道501、进口收缩流道502、主流道505以及出口扩张流道506；

所述主流道505的上方、下方分别设置有第一反馈流道503、第二反馈流道504且第一反馈流道503、第二反馈流道504的两端分别与主流道505的两端相连通。

优选地，所述流体振荡器5的顶部、底部分别设置有振荡器出口法兰508、振荡器进口法兰507；

所述曝气池池体1的底部设置有方孔，所述方孔的数量与所述流体振荡器5的数量相匹配；

所述流体振荡器5通过振荡器出口法兰508安装在曝气池池体1的下部且流道空间与方孔相连通。

优选地，所述口直管流道501的横截面为50㎜×50㎜的长方形；

所述进口收缩流道502的收缩角为12°；

所述主流道505包括依次连接的扩张角为15°的扩张段、曲率半径为60㎜的圆弧段、横截面为边长72㎜正方形的矩形流道；

所述第一反馈流道503包括内径为17㎜的直管段以及与直管段一体连接的弯管段；

所述出口扩张流道506的扩张角为35°。

优选地，所述曝气池池体1的底面面积至少为1.5㎡，池高至少为1m。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中流体振荡器5能够对流体施加三个方向的振荡，从而充分地搅浑池体内的混合液体，文丘里式气泡发生器4能够生成纳米尺寸的气泡，极大地增大了气液接触面积，提高了传质效率，且管路不容易堵塞，结构设计巧妙，能耗低。

2、所述文丘里式气泡发生器4中气体的进入可以通过负压自行吸入空气或者通过外接高压气源进气，进气方式灵活，其中产生负压自行吸入空气的方式节能且系统简单；外接高压气源进气的方式能够实现充氧量可调。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为文丘里式气泡发生器4的结构示意图；

图3为流体振荡器5的结构示意图；

图4为进口直管流道501横截面示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种基于文丘里管空化效应的曝气系统，如图1所示，包括曝气池池体1、管道泵2、第一阀门3、文丘里式气泡发生器4以及流体振荡器5；所述管道泵2的进口通过第一管路11与曝气池池体1连接，所述管道泵2的出口通过第二管路12与文丘里式气泡发生器4的进口连接；所述第一阀门3安装在第二管路12上；所述流体振荡器5的出口与曝气池池体1连接，所述流体振荡器5的进口通过第三管路13连接文丘里式气泡发生器4的出口；其中，所述曝气池池体1为实际污水处理的场所，提供一定的污水停留时间，保证污水处理的充分进行；所述管道泵2提供液体循环的的流量；液体通过文丘里式气泡发生器4时产生负压，将空气吸入形成气泡，并在剧烈的空化效应影响下将空气碎化成纳米气泡，通过控制第一阀门3的开度、管道泵2的转速，从而调节文丘里式气泡发生器4的负压和空化效应，实现文丘里式气泡发生器4的气泡产生能力，从而调节充氧量，本发明文丘里式气泡发生器4中的空化程度与流量相关，并且通过第一阀门3控制流量，因此能够实现可控地控制空化程度，进而控制气泡的碎化程度，使系统可控地调节充氧量。

进一步地，在一个优选例中，所述第一管路11、第二管路12、第三管路13均采用DN50的不锈钢管道。

具体地，文丘里式气泡发生器4能够生成纳米尺寸的气泡，带有气泡的流体再经过流体振荡器5的作用产生同时具有X方向、Y方向、Z方向三个方向的动量的流体。本发明中流体振荡器5能够对流体施加三个方向的振荡，从而充分地搅浑池体内的混合液体，极大地增大了气液接触面积，避免池体内局部充氧量不足，提高整体的充氧效率，进而提高整体的曝气效果，提高了传质效率即污水处理效果。

本发明中所述曝气池池体1的底面为长方形，其中X方向为与底面长方形长相平行的方向；Y方向为与底面长方形宽相平行的方向；Z方向为与底面长方形相垂直的方向。

进一步地，在一个优选例中，第二管路12与文丘里式气泡发生器4相连的一端经过两个90度弯管与第一阀门3相连，所述文丘里式气泡发生器4出口经过两个90度弯管与流体振荡器5相连。

具体地，管道泵2安装时应水平布置，所述第一管路11水平布置且与曝气池池体1连接处在离曝气池池体1的侧面且与曝气池池体1底面垂直距离10㎝处；在一个优选例中，所述第一阀门3采用球阀，当进行曝气时打开球阀，开启管道泵2，抽取曝气池池体1内的液体并进行循环。

具体地，如图1、图2所示，所述文丘里式气泡发生器包括直管进口段401、收缩段402、喉部段403、扩张段404、直管出口段405以及进气口408；所述喉部段403的一端通过收缩段402与直管进口段401连接，所述喉部段403的另一端通过扩张段404与直管出口段405连接；所述进气口408安装在喉部段403上。

具体地，如图1、图2所示，还包括发生器进口法兰406以及发生器出口法兰407，所述发生器进口法兰406安装在直管进口段401上，所述发生器出口法兰407安装在直管出口段405上；在一个优选例中，所述进气口408的数量为两个，进气口408与外界大气连通并具有内螺纹，可以实现自吸空气或外接气源提高进气量。

进一步地，所述文丘里式气泡发生器4中气体的进入可以通过两种方式，文丘里式气泡发生器4产生负压自行吸入空气或者通过外接高压气源进气，产生负压自行吸入空气的优势在于节能，系统简单；外接高压气源进气的优势在于充氧量可调。

具体地，如图1、图2所示，在一个优选例中，所述直管进口段401、直管出口段405的直径都为50㎜；所述收缩段402的收缩角为α，其中，α取值为15°-27°；所述扩张段404的扩张角为β，其中，β取值为8°-16°；所述直管进口段401的内径与喉部段403的内径比为2-6之间，所述喉部段403的长度与喉部段403的内径比为1-3之间。

具体地，如图1、图3所示，所述流体振荡器5的数量为一个或多个，当流体振荡器5的数量为多个时，多个流体振荡器5的并联安装，在一个优选例中，所述流体振荡器5竖直安装在曝气池池体1的底部，流体振荡器5内部设置有相连通的流道空间的腔体；所述流道空间依次包括进口直管流道501、进口收缩流道502、主流道505以及出口扩张流道506；所述主流道505的上方、下方分别设置有第一反馈流道503、第二反馈流道504且第一反馈流道503、第二反馈流道504的两端分别与主流道505的两端相连通。

具体地，如图1、图3所示，所述流体振荡器5的顶部、底部分别设置有振荡器出口法兰508、振荡器进口法兰507；所述曝气池池体1的底部设置有方孔，所述流体振荡器5通过振荡器出口法兰508安装在曝气池池体1的下部且流道空间与方孔相连通。

进一步地，所述流体振荡器5出口扩张角度与曝气池池体1底部通过法兰连接，所述法兰中心处设有矩形孔并且沿流道方向存在扩散角。本发明中通过多个流体振荡器5产生具有多个方向动量的流体，能够对池体内的混合液充分搅拌，避免池体内局部氧含量低的情况，进而提高池体内充氧曝气的整体效果。

具体地，如图1、图3、图4所示，在一个优选例中，所述口直管流道501的横截面为50㎜×50㎜的正方形；所述进口收缩流道502的收缩角γ为12°；所述主流道505包括依次连接的扩张角δ为15°的扩张段、曲率半径为60㎜的圆弧段、横截面为边长72㎜正方形的矩形流道；所述第一反馈流道503包括内径为17㎜的直管段以及与直管段一体连接的弯管段；所述出口扩张流道506的扩张角θ为35°。

具体地，所述曝气池池体1的底面面积至少为1.5㎡，池高至少为1m，优选地，曝气池池体1的底面为0.75m×2m。

本发明的工作原理如下：

液体由管道泵2通过第一管路11从曝气池池体1抽出后到达文丘里式气泡发生器4，从直管进口段401进入，通过收缩段402进入喉部段403，由于管道的收缩，压力降低并低于空化压力，产生剧烈的空化现象，进气口408与外界连通，由于喉部段403的负压，文丘里式气泡发生器4可以从进气口408自行吸入外界的空气，方便高效且节能。进入文丘里气泡发生器4的气泡首先形成尺寸较大的气泡，约在毫米量级，形成的气泡经过空化区域后，由于剧烈的空化作用，可以被碎化为肉眼无法分辨的纳米气泡，直径100nm-700nm；纳米气泡具有极大的比表面积，能够高效地为水体充氧；液体夹带纳米气泡进入多个流体振荡器5，流体振荡器5为纵截面的拉伸流道，其中，进口直管流道501横截面为方形流道，进口收缩流道502为有一定收缩角度的收缩流道，主流道505依次包括带有一定扩张角度的扩张流道、圆弧段、矩形流道，第一反馈流道503、第二反馈流道504都为由直管段和弯管段组成的管路。主流道505和第一反馈流道503、第二反馈流道504汇聚后收缩后再通过带有一定扩张角的出口扩张流道506，流体振荡器5通过振荡器进口法兰507、振荡器出口法兰508分别与第三管路13、曝气池池体1连接。其中振荡器出口法兰508的通道也具有一定扩散角，与出口扩张流道506的扩张角相同或略低，避免对流体的振荡造成阻碍。

需要调节充氧量时，如需要调低充氧量，可以降低管道泵2的转速或减少第一阀门3开度降低流量，降低文丘里式气泡发生器4中喉部段403的空化作用，提高最终生成气泡的直径，降低气液接触面积以降低充氧量。如需调高充氧量，文丘里式气泡发生器4的进气口具有螺纹，可以外接高压气源供气，这种方式下，进气量更高并且可调。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，包括曝气池池体(1)、管道泵(2)、第一阀门(3)、文丘里式气泡发生器(4)以及流体振荡器(5)；

所述管道泵(2)的进口通过第一管路(11)与曝气池池体(1)连接，所述管道泵(2)的出口通过第二管路(12)与文丘里式气泡发生器(4)的进口连接；

所述第一阀门(3)安装在第二管路(12)上；

所述流体振荡器(5)的出口与曝气池池体(1)连接，所述流体振荡器(5)的进口通过第三管路(13)连接文丘里式气泡发生器(4)的出口。

2.根据权利要求1所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，所述流体振荡器(5)的数量为一个或多个，当流体振荡器(5)的数量为多个时，多个流体振荡器(5)的并联安装。

3.根据权利要求1所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，所述第一管路(11)水平布置且与曝气池池体(1)连接处在离曝气池池体(1)底面正上方10㎝处。

4.根据权利要求1所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，所述文丘里式气泡发生器包括直管进口段(401)、收缩段(402)、喉部段(403)、扩张段(404)、直管出口段(405)以及进气口(408)；

所述喉部段(403)的一端通过收缩段(402)与直管进口段(401)连接，所述喉部段(403)的另一端通过扩张段(404)与直管出口段(405)连接；

所述进气口(408)安装在喉部段(403)上。

5.根据权利要求4所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，还包括发生器进口法兰(406)以及发生器出口法兰(407)；

所述发生器进口法兰(406)安装在直管进口段(401)上，所述发生器出口法兰(407)安装在直管出口段(405)上；

所述进气口(408)的数量为两个。

6.根据权利要求4所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，所述直管进口段(401)、直管出口段(405)的直径都为50㎜；

所述收缩段(402)的收缩角为15°-27°；

所述扩张段(404)的扩张角为8°-16°；

所述直管进口段(401)的内径与喉部段(403)的内径比为2-6之间；

所述喉部段(403)的长度与喉部段(403)的内径比为1-3之间。

7.根据权利要求1所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，所述流体振荡器(5)为内部设置有相连通的流道空间的腔体；

所述流道空间依次包括进口直管流道(501)、进口收缩流道(502)、主流道(505)以及出口扩张流道(506)；

所述主流道(505)的上方、下方分别设置有第一反馈流道(503)、第二反馈流道(504)且第一反馈流道(503)、第二反馈流道(504)的两端分别与主流道(505)的两端相连通。

8.根据权利要求7所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，所述流体振荡器(5)的顶部、底部分别设置有振荡器出口法兰(508)、振荡器进口法兰(507)；

所述曝气池池体(1)的底部设置有方孔，所述方孔的数量与所述流体振荡器(5)的数量相匹配；

所述流体振荡器(5)通过振荡器出口法兰(508)安装在曝气池池体(1)的下部且流道空间与方孔相连通。

9.根据权利要求7所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，所述口直管流道(501)的横截面为50㎜×50㎜的长方形；

所述进口收缩流道(502)的收缩角为12°；

所述主流道(505)包括依次连接的扩张角为15°的扩张段、曲率半径为60㎜的圆弧段、横截面为边长72㎜正方形的矩形流道；

所述第一反馈流道(503)包括内径为17㎜的直管段以及与直管段一体连接的弯管段；

所述出口扩张流道(506)的扩张角为35°。

10.根据权利要求1所述的基于文丘里管空化效应的曝气系统，其特征在于，所述曝气池池体(1)的底面面积至少为1.5㎡，池高至少为1m。

Images