CN114014451A - 一种强剪切力高效射流曝气系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强剪切力高效射流曝气系统、方法，涉及废水好氧生化处理领域。本发明包括泥水混合液循环回流管、泥水混合液循环回流泵、带有手动阀的反冲洗管道、与外部空气或鼓风机相连通的空气管、若干带有空腔室的扁形腔体通道，泥水混合液循环回流管侧部与各扁形腔体通道相对的位置分别通过气液混合腔外部套筒利用螺纹连接结构安装有扁状槽口外喷嘴，内部安装有扁槽口内喷嘴。本发明使得强剪切力高效射流曝气具有和微孔曝气同样的氧总转移效率和动力效率；能够实现免维护，具有反冲洗功能，可在存在杂物进入曝气管道或喷嘴，堵塞曝气系统时，进行反冲洗，将杂物排出曝气系统，使用和维护效率高；本发明的射流曝气器具有耐高温、耐腐蚀、使用寿命长及便于拆卸和更换的优点。

Description

一种强剪切力高效射流曝气系统、方法

技术领域

本发明属于废水好氧生化处理领域，特别是涉及一种强剪切力高效射流曝气系统以及一种强剪切力高效射流曝气方法，广泛适用于市政污水、工业废水等好氧生化处理过程中的高效曝气应用。

背景技术

废水好氧生化处理工艺，最重要的是通过鼓风曝气的形式在曝气池内进行鼓风曝气，为好氧微生物提供足够可供好氧微生物生化降解有机污染物所需的氧气。据统计，污水厂整体的运行费用里，用于曝气的电耗占总运行废水的50～70％，因此，如何提高曝气效率、减少鼓风曝气的能耗，从而降低污水厂整体的运行废水，是所有污水厂都非常重视的问题。

鼓风曝气是将空气中的氧气通过各种曝气分散的形式，将空气中的氧气溶解于曝气池内的水体中，曝气池内的好氧微生物可以利用水体中的溶解氧，从而在好氧微生物的生化反应过程中，将废水中的有机污染，包括COD、氨氮等得以生化降解，从而达到净化水质的目的。曝气的形式主要有：微孔曝气、潜水曝气、倒伞形表面机械曝气、射流曝气等，其中，微孔曝气包括曝气盘、曝气管、曝气板等。应用最广的是微孔曝气的形式，在市政污水和大部分工业废水好氧生化处理工程中，由于微孔曝气方式相比较于其他曝气形式，具有氧利用率高、节省能耗的明显优势，因此得到了非常广泛的应用。

射流曝气，也是目前应用日益增长的一种曝气形式，其主要组成由射流循环泵、低压鼓风机和射流曝气装置组成，一般固定安装于曝气池底部。射流曝气形式由于内外喷射口的口径较大，一般为70～100mm,正常运行条件下不会出现堵塞，也无需定期维护。在工业废水，尤其是造纸废水好氧处理工艺中有着非常广泛的应用。同时，在含钙镁离子高的废水，如垃圾渗滤液等好氧生化处理工艺中也得到大量的应用。射流曝气方式没有得到更广泛应用的主要原因，是由于传统形式的射流曝气的氧转移效率相较于微孔曝气的形式较低，究其原因，主要是射流曝气头喷射出的气泡直径较大，造成气液两相接触比表面积相较于微孔曝气产生的微气泡而言要小，造成最终的氧总转移系数Kla比微孔曝气方式低。尽管有免维护的优势，在很多废水好氧生化处理系统中，微孔曝气方式依然是主流的曝气选择方式。

因此，针对以上问题，本技术方案提出了一种强剪切力高效射流曝气系统、方法，为克服传统射流曝气器氧利用率低、受气液比影响较大的不足，本发明在传统射流曝气技术的基础上，通过改变传统射流曝气喷嘴的形状以及增加曝气喷嘴喷射时的压力，极大增强了液相主体紊流和剪切力，加速了气液界面更新以及降低液膜厚度，使得喷射出的空气气泡更小，形状如气泡云，从而极大提高了气液接触面积，使得新型的强剪切力高效射流曝气具有和微孔曝气同样的氧总转移效率具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种强剪切力高效射流曝气系统、方法，解决了以上问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种强剪切力高效射流曝气系统，包括通过管道支架及卡扣横向贯穿安装于曝气池内的泥水混合液循环回流管、安装于曝气池侧壁且通过管道接出的泥水混合液喇叭吸入口、安装于曝气池外部与泥水混合液喇叭吸入口外接管以及泥水混合液循环回流管外端部相连通的泥水混合液循环回流泵、设置于泥水混合液循环回流管上部且与泥水混合液循环回流管相连通的上部端部带有手动阀的反冲洗管道；

所述泥水混合液循环回流管上部横向设置有与外部空气或鼓风机相连通的空气管，所述泥水混合液循环回流管与空气管之间间距设置有若干带有空腔室的扁形腔体通道，所述泥水混合液循环回流管侧部与各扁形腔体通道相对的位置分别通过气液混合腔外部套筒利用螺纹连接结构安装有扁状槽口外喷嘴，所述气液混合腔外部套筒内安装有与泥水混合液循环回流管相连通的一级混合液喷射槽口，所述扁形腔体通道伸至气液混合腔外部套筒上方，且通过第一连通孔相连通，所述扁形腔体通道内开设有与空气管相连通的第二连通孔。

进一步地，所述气液混合腔外部套筒上部与扁形腔体通道下部焊接形成一体，所述第一连通孔分别贯穿扁形腔体通道、强剪切混合腔使连通形成一体。

进一步地，所述扁状槽口外喷嘴安装于气液混合腔外部套筒的端部；所述螺纹连接结构包括设置于扁状槽口外喷嘴一端的外螺纹环、设置于气液混合腔外部套筒开口端部内的与外螺纹环螺纹配合的内螺纹环。

进一步地，所述扁状槽口外喷嘴、扁槽口内喷嘴及外螺纹环采用玻璃纤维增强PP材料。

进一步地，所述扁形腔体通道用于空气管、泥水混合液循环回流管之间的支撑以及空气管和带空气入口孔的外部套筒相联通。

进一步地，所述一级混合液喷射槽口采用缩口扁槽口型型结构。

一种强剪切力高效射流曝气方法，利用上述一种强剪切力高效射流曝气系统实现，包括如下步骤：

所述泥水混合液循环回流泵驱动泥水混合液自一级混合液喷射槽口内经循环混合液入流区高速喷出，所述扁形腔体通道内经空气管流入的空气在负压抽吸作用下，自第一连通孔经空气入流区进入气液混合腔外部套筒内的强剪切混合腔构成的气液强剪混合区，完成对泥水混合液的空气切割形成微气泡溶解在循环混合液中，并从扁状槽口外喷嘴出口位置的气泡云槽型喷射口高速喷射至外部水体环境，使氧气分散于曝气池内。

进一步地，所述强剪切混合腔内由泥水混合液与空气形成强烈紊流，将空气溶于混合液中，形成的气液混合物自扁状槽口外喷嘴快速喷射，在外部水体中形成气泡云形式的羽流，羽流中大量微气泡带有高浓度的溶解氧，与周围水体和被吸卷入羽流的水体存在较高的压力梯度(气膜)和氧气浓度梯度(液膜)，促使空气分子快速克服影响氧传质效率的气膜和液膜两个层流膜层的阻碍，进而将氧气溶解于周围的水体中，提升水体中溶解氧的浓度以供好氧微生物利用。

进一步地，所述强剪切力高效射流曝气系统在遇到内部喷口堵塞时需要就行反冲洗，通过将空气和液体及管道内的杂物沿反冲洗管道经手动阀排出至曝气池；具体是，当空气沿一级混合液喷射槽口进入强剪切混合腔后，由于扁状槽口外喷嘴外部液体密度高于强剪切混合腔内混合液密度，内混合液密度会沿一级混合液喷射槽口反向流动，导致泥水混合液循环回流管内混合液密度相比于外部环境液体的密度较低；因此，驱动气液混合物沿一级混合液喷射槽口和泥水混合液循环回流管流至反冲洗管道，并通过手动阀后排出，使得可能被堵塞的一级混合液喷射槽口得以清洗，恢复原有的喷射和切割效果，这种强烈的冲洗效果可以清理任何可能堵塞在强剪切混合腔和一级混合液喷射槽口碎屑和杂物。

进一步地，所述泥水混合液循环回流管内的泥水混合液是通过泥水混合液喇叭吸入口取自曝气池池底的泥水混合液，通过泥水混合液循环回流泵将泥水混合液持续从曝气池循环回流至泥水混合液循环回流管中。

本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：

1、本发明通过改变射流曝气喷嘴的形状以及增加曝气喷嘴喷射时的压力，极大增强了液相主体紊流和剪切力，加速了气液界面更新以及降低液膜厚度，使得喷射出的空气气泡更小，形状如气泡云，从而极大提高了气液接触面积，使得强剪切力高效射流曝气具有和微孔曝气同样的氧总转移效率；

2、本发明基于结构特点，能够实现免维护，具有使用寿命长的优点；可用于高污泥浓度的MBR膜生物反应器工艺，可用于高水深的曝气池，提高液体的饱和溶解氧浓度Cs或高塔式曝气池，具有最佳的经济性，一方面节约整体曝气池的占地面积，同时兼顾通过提高水深达到提高液体的饱和溶解氧浓度Cs的目的；

3、本发明的结构带有反冲洗功能，可在存在杂物进入曝气管道或喷嘴，堵塞曝气系统时，进行反冲洗，将杂物排出曝气系统，使用和维护效率高。

4、本发明的射流曝气器总氧转移效率高，基于相同效率基础上，能够节约电能损耗；采用玻纤增强PP材料，具有耐高温、耐腐蚀、使用寿命长的优点，结构采用由螺纹结构进行安装的二级喷射结构，便于拆卸和更换。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种强剪切力高效射流曝气系统的整体结构示意图；

图2为图1中由管道支架及卡扣安装的扁形腔体通道、空气管、泥水混合液循环回流管、气液混合腔外部套筒及扁状槽口外喷嘴的安装板结构关系图；

图3为图2的结构侧视原理图；

图4为由气液混合腔外部套筒、一级混合液喷射槽口及扁状槽口外喷嘴构成的曝气器工作原理图；

图5为图4中曝气器的外部结构示意图；

图6为第一连通孔与曝气器的位置关系图；

图7为图6的曝气器拆解图；

图8为图3中一级混合液喷射槽口的结构示意图；

图9为图4的曝气器工作时的照片图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-空气管，2-曝气池，3-扁形腔体通道，41-气液混合腔外部套筒，42-外螺纹环，43-扁状槽口外喷嘴，44-第一连通孔，45-内螺纹环，46-一级混合液喷射槽口，47-强剪切混合腔，5-管道支架及卡扣，6-手动阀，7-反冲洗管道，8-泥水混合液循环回流管，9-泥水混合液循环回流泵，10-泥水混合液喇叭吸入口，11-第二连通孔，A-循环混合液入流区，B-空气入流区，C-气液强剪混合区，D-气泡云槽型喷射口，E-羽流，F-气泡云。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“侧壁”、“外端部”、“上部”、“端部”、“横向”、“外部”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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发明的限制。

现有技术中，由于微孔曝气设备最重要的部件-微孔曝气膜片的材质通常采用EPDM或硅橡胶材质，在处理污水尤其是处理工业废水的过程中，经常出现曝气盘膜片撕裂、脱落或堵塞的问题。由于微孔曝气装置通常固定安装在曝气池池底，维修、维护以及更换膜片非常不便，这也是在很多情况下，尤其是在处理工业废水的项目中，采用了可提升形式的微孔曝气装置的原因，这在一定程度上使得维修维护微孔曝气设备成为可能。MBR膜生物反应器工艺随着膜技术的发展，也成为非常重要的好氧生化处理工艺，但在处理高浓度工业废水时，由于需氧量大，采用微孔曝气形式时，当膜生物反应池内污泥浓度较高，一般在10～15g/L的情况下，常出现微孔曝气方式供氧量不足的现象，即使将整个曝气池底布满微孔曝气盘，也解决不了问题。研究表明，当曝气池污泥浓度达到12g/L时，氧总转移系数Kla仅为污泥浓度2～3g/L条件下的50％，实际传氧效率α约为0.5左右。

提高废水处理中氧传递率的主要途径有二：

1、提高Kla：加强液相主体紊流，加速气液界面更新，增大气液接触面积、降低液膜厚度；

2、提高液体的饱和溶解氧浓度Cs：提高气相中氧分压，如纯氧曝气、深井曝气、增加曝气池水深等。

现有传统的射流曝气器的构成及其不足之处在于：

1、气液比和水深对曝气充氧动力效率都有影响，对传统曝气器而言，在固定水深的条件下，气液比在1.6～2.0范围内可保持最佳动力效率；对常规5.5～6.5水深时，传统射流曝气的动力效率约为2.0～2.5kgO₂/kwh；

2、氧转移效率EA随着水深的升高而增加，在固定水深条件下，氧转移效率EA随气液比的增加呈逐步下降趋势。对常规5.5～6.5m水深时，传统射流曝气标准氧利用率约为22～28％。

传统射流曝气目前在污水处理，主要是工业废水处理领域有较广泛的应用，其得以应用的主要优势是基于其免维护的优点，然而传统射流曝气器的氧转移效率较低，同时还受气液比的影响而变化，使传统射流曝气的应用领域受到很大的限制，在多数情况下，因考虑到节能的原因，污水处理厂依旧采用微孔曝气或可提升的微孔曝气系统，以达到既能较方便更换损坏膜片、又达到有效节能的目的，从而降低整体污水厂的运行费用。

因此针对以上问题，本技术方案提出了以下技术方案：

请参阅图1-9所示，本发明的一种强剪切力高效射流曝气系统，包括通过管道支架及卡扣5横向贯穿安装于曝气池2内的泥水混合液循环回流管8、安装于曝气池2侧壁且通过管道接出的泥水混合液喇叭吸入口10、安装于曝气池2外部与泥水混合液喇叭吸入口10外接管以及泥水混合液循环回流管8外端部相连通的泥水混合液循环回流泵9、设置于泥水混合液循环回流管8上部且与泥水混合液循环回流管8相连通的上部端部带有手动阀6的反冲洗管道7；

泥水混合液循环回流管8上部横向设置有与外部空气或鼓风机相连通的空气管1，泥水混合液循环回流管8与空气管1之间间距设置有若干带有空腔室的扁形腔体通道3，所述泥水混合液循环回流管8侧部与各扁形腔体通道3相对的位置分别通过气液混合腔外部套筒41利用螺纹连接结构安装有扁状槽口外喷嘴43，气液混合腔外部套筒41内安装有与泥水混合液循环回流管8相连通的一级混合液喷射槽口46，扁形腔体通道3伸至气液混合腔外部套筒41上方，且通过第一连通孔44相连通，扁形腔体通道3内开设有与空气管1相连通的第二连通孔11；扁形腔体通道3用于暂存和缓冲来自鼓风机或外部环境的空气。

其中，气液混合腔外部套筒41上部与扁形腔体通道3下部焊接形成一体，第一连通孔44分别贯穿扁形腔体通道3、强剪切混合腔47使连通形成一体。

其中，扁状槽口外喷嘴43安装于气液混合腔外部套筒41的端部；螺纹连接结构包括设置于扁状槽口外喷嘴43一端的外螺纹环42、设置于气液混合腔外部套筒41开口端部内的与外螺纹环42螺纹配合的内螺纹环45。

其中，扁状槽口外喷嘴43和一级混合液喷射槽口46及外螺纹环42采用玻璃纤维增强PP材料。

其中，扁形腔体通道3用于空气管1、泥水混合液循环回流管8之间的连通及支撑，用于为后续气液混合提供稳定的空气流，同时也是空气管1与位于下部的泥水混合液循环回流管8固定的支撑结构。

其中，一级混合液喷射槽口46采用缩口扁槽口型型结构；

其中，本具体实施例中，空气管1为空气供气管道，可来自于鼓风机或者在自吸式曝气设计时直接联通空气，为好氧微生物提供氧气；曝气池2是指用于污水好氧生化处理的曝气池池体，采用活性污泥法好氧生化处理工艺处理污水的主体。

在好氧工艺中，曝气池的水深也是影响氧利用率的重要因素。随着水深的增加，来自曝气器的氧气微小气泡在曝气池内上升的过程时间增加，从而延长氧气气泡与液体的接触时间，使更多的氧气透过气膜和液膜而溶解于水体中，提升水体中氧气的浓度。

一级混合液喷射槽口46和扁状槽口外喷嘴43均采用扁槽口形式，相对于传统的圆口喷嘴，其强切割作用形成更微小的气泡云，气泡云的气泡数量和比表面积更大，气液传质紊流强度更强，“气液界面”更新速度更快，使得本技术方案的射流曝气器具有更快、更高效的氧传递效率。运行数据表明，本技术方案的射流曝气器比传统射流曝气器的氧传递效率高10％～20％，从而达到高效节能的目的。

一种强剪切力高效射流曝气方法，利用上述强剪切力高效射流曝气系统实现，包括如下步骤：

泥水混合液循环回流泵9驱动泥水混合液自一级混合液喷射槽口46内经循环混合液入流区A高速喷出，扁形腔体通道3内经空气管1流入的空气在负压抽吸作用下，自第一连通孔44经空气入流区B进入气液混合腔外部套筒41内的强剪切混合腔47构成的气液强剪混合区C，完成对泥水混合液的空气切割形成微气泡溶解在循环混合液中，并从扁状槽口外喷嘴43出口位置的气泡云槽型喷射口D高速喷射至外部水体环境，使氧气分散于曝气池2内；图4、图9描述了气液混合物自扁状槽口外喷嘴喷射出后形成的羽流，外观性状如“气泡云”，将微小气泡分散至水体中。

其中，强剪切混合腔47内由泥水混合液与空气形成强烈紊流，将空气溶于混合液中，形成的气液混合物自扁状槽口外喷嘴43快速喷射，在外部水体中形成气泡云F形式的羽流E，羽流E中大量微气泡带有高浓度的溶解氧，与周围水体和被吸卷入羽流E的水体存在较高的压力梯度即气膜和氧气浓度梯度即液膜，促使空气分子快速克服影响氧传质效率的气膜和液膜两个层流膜层的阻碍，进而将氧气溶解于周围的水体中，提升水体中溶解氧的浓度以供好氧微生物利用。

其中，强剪切力高效射流曝气系统在遇到内部喷口堵塞时需要就行反冲洗，通过将空气和液体及管道内的杂物沿反冲洗管道7经手动阀6排出至曝气池2；具体是，当空气沿一级混合液喷射槽口46进入强剪切混合腔47后，由于扁状槽口外喷嘴43外部液体密度高于强剪切混合腔47内混合液密度，内混合液密度会沿一级混合液喷射槽口46反向流动，导致泥水混合液循环回流管8内混合液密度相比于外部环境液体的密度较低；因此，驱动气液混合物沿一级混合液喷射槽口46和泥水混合液循环回流管8流至反冲洗管道7，并通过手动阀6后排出，使得可能被堵塞的一级混合液喷射槽口46得以清洗，恢复原有的喷射和切割效果，这种强烈的冲洗效果可以清理任何可能堵塞在强剪切混合腔47和一级混合液喷射槽口46碎屑和杂物。

其中，泥水混合液循环回流管8内的泥水混合液具体是通过泥水混合液喇叭吸入口10取自曝气池2池底的泥水混合液，通过泥水混合液循环回流泵9将泥水混合液持续从曝气池2循环回流至泥水混合液循环回流管8中；泥水混合液喇叭吸入口10的目的是为了减缓入口处的液体流速。

手动阀6用于当泥水混合液循环回流管8有杂物堵塞时，使用空气进行管道反冲洗，将管道内的杂物冲出。当射流曝气系统长期运行后，难免会有较大的杂物，如塑料袋、树叶等被吸入管道内，并被阻塞在喷嘴处，从而导致喷嘴处气液无法完全混合、空气无法被切割为微小气泡，严重时导致部分喷嘴无法喷射气液混合物。当这种情况出现时，可以看到曝气池液面出现较大气泡或者没有气泡涌出的现象，此时即可开启本技术方案的射流曝气系统的反冲洗系统，步骤如下：

(1)关闭曝气用的空气管1的管道阀门；

(2)关闭泥水混合液循环回流泵9；

(3)缓慢打开反冲洗用的手动阀6；

(4)缓慢打开曝气用的空气管1的管道阀门，让空气缓慢进入曝气器的空气管1管道，直到空气和液体从反冲洗法流出；

(5)持续冲洗8分钟；

按照以上步骤每2～3个月进行一次反冲洗，可有效保障本技术方案的高效射流曝气系统的高效充氧效率和曝气效果，避免其他曝气系统需要排空曝气池或需要提升更换曝气膜片的问题。

实施案例一：

某制药厂废水，曝气池理论需氧量AOR为225kgO2/h，曝气池水深6.5m，设计采用本技术方案的新型射流曝气器、传统射流曝气器和微孔曝气的工艺参数对比如下：

表1：本技术方案的新型射流曝气器、传统射流曝气器以及微孔曝气器的曝气工艺参数对比表；

由上述计算对比可以看出，在水深6.5m设计条件下，本技术方案的新型射流曝气器系统的鼓风机和射流循环泵的总功率与微孔曝气系统鼓风机的功率基本一致，而传统射流曝气系统的鼓风机和射流泵总功率比本技术方案的新型射流曝气系统和微孔曝气系统高约25％左右。

因此，采用本技术方案的新型射流曝气系统代替微孔曝气系统，在取得和微孔曝气系统相同的曝气效率和能耗的条件下，本技术方案的新型射流曝气具有“免维护”、“可在线反冲洗”、使用寿命长达20年以上等突出优势，可以大大减少污水厂的维护量和更换膜片需要的排空曝气池或提升以更换膜片等大量工作量。

实施案例二：

某化工园区废水，曝气池理论需氧量AOR为1000kgO2/h，射流曝气池水深8m，微孔曝气池水深6m进行设计；

设计采用本技术方案新型射流曝气器、传统射流曝气器和微孔曝气的工艺参数对比如下：

由上述计算对比可以看出，射流曝气可以在水深8m的设计条件下良好运行，而且是简易的最佳经济水深，当水深超过8m时，鼓风机选型范围较小。在本实施案例中，本技术方案的高效射流曝气系统鼓风机和射流泵的总装机功率为538kw，比采用传统射流曝气器的装机功率711kw减少约24.3％。标准氧利用率从传统射流曝气的32.3％提高至39.5％。

与采用微孔曝气器相比，由于微孔曝气器常规设计水深为6m，在此条件下，设计的鼓风机功率为568kw，标准氧利用率为31.3％。

由以上设计数据对比可以看出，采用本技术方案的新型射流曝气系统，不仅可以节约曝气池的占地面积(水深高)，同时可以比微孔曝气节约5％的能耗，比传统射流曝气节能约24％。

有益效果：

1、本发明通过改变射流曝气喷嘴的形状以及增加曝气喷嘴喷射时的压力，极大增强了液相主体紊流和剪切力，加速了气液界面更新以及降低液膜厚度，使得喷射出的空气气泡更小，形状如气泡云，从而极大提高了气液接触面积，使得强剪切力高效射流曝气具有和微孔曝气同样的氧总转移效率；

2、本发明基于结构特点，能够实现免维护，使用寿命可达20年以上，具有使用寿命长的优点；可用于高污泥浓度的MBR膜生物反应器工艺，实际氧转移系数α可达到0.85以上，而微孔仅为0.5左右；可用于高水深的曝气池，提高液体的饱和溶解氧浓度Cs或高塔式曝气池；如水深超过10m的曝气池，微孔曝气方式已不能满足供气要求，通常情况下，如考虑曝气风机分压的限制，射流曝气工艺在8m水深的情况下，具有最佳的经济性，一方面节约整体曝气池的占地面积，同时兼顾通过提高水深达到提高液体的饱和溶解氧浓度Cs的目的；

3、本发明的结构带有反冲洗功能，可在存在杂物进入曝气管道或喷嘴，堵塞曝气系统时，进行反冲洗，将杂物排出曝气系统，使用和维护效率高。

4、本发明的射流曝气器总氧转移效率高，提高了15-20％，基于相同效率基础上，能够节约电能损耗，大大节约运行电费；用于循环的泥水混合液循环量少55％，可在很大程度上节省整体循环管路的投资成本，同时由于循环泵的流量减少约55％，使得总体的运行费用降低；采用玻纤增强PP材料，具有耐高温、耐腐蚀、使用寿命长的优点，结构采用由螺纹结构进行安装的二级喷射结构，便于拆卸和更换。

5、本发明的射流曝气器的外部扁槽口形式的气液混合腔为射流混合曝气器的气液传质提供了更大的剪切表面；外部气液混合物喷射的形状的转变，具体是从圆口喷射变为槽口喷射，在不减少气液混合物流动面积的情况下，允许气体/液体混合物喷射羽流在离开外部槽口射流喷嘴时，能够保留更多的喷射动能，从而在曝气池内产生更有效的氧气溶解和气液混合及传质；

6、本发明的射流曝气器由图4和图9可知，由于本技术方案的射流曝气器将空气切割成比传统射流曝气器更微小的气泡，当气液混合物从扁状槽口外喷嘴喷射而出是，外观上形成气泡云F的性状，气泡云的气泡数量和比表面积更大，气液传质紊流强度更强，“气液界面”更新速度更快，使得本技术方案的新型射流曝气器具有更快、更高效的氧传递效率。运行数据表明，本技术方案的新型射流曝气器比传统射流曝气器的氧传递效率高10％～20％，从而达到高效节能的目的。

7、本技术方案的新型强剪切力高效射流曝气器可根据曝气系统需要的曝气量和曝气池需要的混合搅拌强度的设计需求，对曝气量和循环泵循环流量进行独立设计和调整，而曝气系统氧利用率和动力效率始终保持峰值水平，不受传统射流曝气液比制约因素的影响；

8、本技术方案的新型强剪切力高效射流曝气器使得气液喷射速率从传统射流曝气的6～10m/s，提升至15～30m/s，使槽口射流曝气器始终运行在较高的流速和压力条件下，保持连续的高强度剪切效果，提高氧转移效率；基于气液比角度，相较于传统射流曝气需保持最佳气液比1.6～1.8：1才能获得最佳动力效率而言，本技术方案的新型射流曝气器的气液比可达到3～4：1，为传统圆口射流曝气器的2～2.5倍，且能始终保持最高的动力效率；

氧的利用率EA：本技术方案的新型射流曝气器的氧利用率比传统射流曝气器提高10～20％；

动力效率Ep：传统射流曝气器在6～8m水深条件下，氧动力效率一般在6～8m水深时为2.0～2.6kgSOR/kwh，而本技术方案的新型射流曝气器的氧动力效率可达到2.8～3.0kgSOR/kwh，比传统射流曝气器节能10～15％；

循环水量：循环液喷射是射流混合器将空气切割成微小气泡的驱动力，本技术方案的新型射流曝气器的射流循环量相较于传统射流曝气器而言，可减少55％，一方面减少了循环管道的投资，同时也减小了循环泵的流量和能耗，从而达到节约投资和节能的效果。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种强剪切力高效射流曝气系统，包括通过管道支架及卡扣(5)横向贯穿安装于曝气池(2)内的泥水混合液循环回流管(8)、安装于曝气池(2)侧壁且通过管道接出的泥水混合液喇叭吸入口(10)、安装于曝气池(2)外部与泥水混合液喇叭吸入口(10)外接管以及泥水混合液循环回流管(8)外端部相连通的泥水混合液循环回流泵(9)、设置于泥水混合液循环回流管(8)上部且与泥水混合液循环回流管(8)相连通的上部端部带有手动阀(6)的反冲洗管道(7)，其特征在于；

所述泥水混合液循环回流管(8)上部横向设置有与外部空气或鼓风机相连通的空气管(1)，所述泥水混合液循环回流管(8)与空气管(1)之间间距设置有若干带有空腔室的扁形腔体通道(3)，所述泥水混合液循环回流管(8)侧部与各扁形腔体通道(3)相对的位置分别通过气液混合腔外部套筒(41)利用螺纹连接结构安装有扁状槽口外喷嘴(43)，所述气液混合腔外部套筒(41)内安装有与泥水混合液循环回流管(8)相连通的一级混合液喷射槽口(46)，所述扁形腔体通道(3)伸至气液混合腔外部套筒(41)上方，且通过第一连通孔(44)相连通，所述扁形腔体通道(3)内开设有与空气管(1)相连通的第二连通孔(11)。

2.根据权利要求1所述的一种强剪切力高效射流曝气系统，其特征在于，所述气液混合腔外部套筒(41)上部与扁形腔体通道(3)下部焊接形成一体，所述第一连通孔(44)分别贯穿扁形腔体通道(3)、强剪切混合腔(47)使连通形成一体。

3.根据权利要求1所述的一种强剪切力高效射流曝气系统，其特征在于，所述扁状槽口外喷嘴(43)安装于气液混合腔外部套筒(41)的端部；所述螺纹连接结构包括设置于扁状槽口外喷嘴(43)一端的外螺纹环(42)、设置于气液混合腔外部套筒(41)开口端部内的与外螺纹环(42)螺纹配合的内螺纹环(45)。

4.根据权利要求3所述的一种强剪切力高效射流曝气系统，其特征在于，所述扁状槽口外喷嘴(43)采用玻璃纤维增强PP材料。

5.根据权利要求1所述的一种强剪切力高效射流曝气系统，其特征在于，所述扁形腔体通道(3)用于空气管(1)、泥水混合液循环回流管(8)之间的连通及支撑。

6.根据权利要求1所述的一种强剪切力高效射流曝气系统，其特征在于，所述一级混合液喷射槽口(46)采用缩口扁槽口型结构。

7.一种强剪切力高效射流曝气方法，利用如权利要求1-6任一项所述的一种强剪切力高效射流曝气系统实现，其特征在于，包括如下步骤：

所述泥水混合液循环回流泵(9)驱动泥水混合液自一级混合液喷射槽口(46)内经循环混合液入流区(A)高速喷出，所述扁形腔体通道(3)内经空气管(1)流入的空气在负压抽吸作用下，自第一连通孔(44)经空气入流区(B)进入气液混合腔外部套筒(41)内的强剪切混合腔(47)构成的气液强剪混合区(C)，完成对泥水混合液的空气切割形成微气泡溶解在循环混合液中，并从扁状槽口外喷嘴(43)出口位置的气泡云槽型喷射口(D)高速喷射至外部水体环境，使氧气分散于曝气池(2)内。

8.根据权利要求7所述的一种强剪切力高效射流曝气方法，其特征在于，所述强剪切混合腔(47)内由泥水混合液与空气形成强烈紊流，将空气溶于混合液中，形成的气液混合物自扁状槽口外喷嘴(43)快速喷射，在外部水体中形成气泡云(F)形式的羽流(E)，羽流(E)中大量微气泡带有高浓度的溶解氧，与周围水体和被吸卷入羽流(E)的水体存在较高的压力梯度即气膜和氧气浓度梯度即液膜，促使空气分子快速克服影响氧传质效率的气膜和液膜两个层流膜层的阻碍，进而将氧气溶解于周围的水体中，提升水体中溶解氧的浓度以供好氧微生物利用。

9.根据权利要求7所述的一种强剪切力高效射流曝气方法，其特征在于，所述强剪切力高效射流曝气系统在遇到内部喷口堵塞时需要进行反冲洗，通过将空气和液体及管道内的杂物沿反冲洗管道(7)经手动阀(6)排出至曝气池(2)；具体是，当空气沿一级混合液喷射槽口(46)进入强剪切混合腔(47)后，由于扁状槽口外喷嘴(43)外部液体密度高于强剪切混合腔(47)内混合液密度，内混合液密度会沿一级混合液喷射槽口(46)反向流动，导致泥水混合液循环回流管(8)内混合液密度相比于外部环境液体的密度较低；因此，驱动气液混合物沿一级混合液喷射槽口(46)和泥水混合液循环回流管(8)流至反冲洗管道(7)，并通过手动阀(6)后排出，使得可能被堵塞的一级混合液喷射槽口(46)得以清洗，恢复原有的喷射和切割效果，这种强烈的冲洗效果可以清理任何可能堵塞在强剪切混合腔(47)和一级混合液喷射槽口(46)碎屑和杂物。

10.根据权利要求9所述的一种强剪切力高效射流曝气方法，其特征在于，所述泥水混合液循环回流管(8)内的泥水混合液是通过泥水混合液喇叭吸入口(10)取自曝气池(2)池底的泥水混合液，通过泥水混合液循环回流泵(9)将泥水混合液持续从曝气池(2)循环回流至泥水混合液循环回流管(8)中。

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