CN201850172U - 脉冲式曝气装置 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲式曝气装置，用于在水中或其他液体中把连续气流转化为间歇的、短时的脉冲气流，其特征它是一种水力学构件，其基本构造由两个主要部件组成：一个底部开口或敞口的容器；一个联通该容器的内部和外部的U形通道。适用于水处理和其他需要曝气搅拌的场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种置于水中或其他液体中的曝气装置，用于水处理或其他工艺过程中需要用气体搅拌或形成扰动的场合。
背景技术
在水处理技术领域，经常需要往水中通入气体形成扰动和搅拌，例如使用浸入式中空纤维膜或平板式膜的膜生物反应器的膜分离过程，单纯的浸入式膜过滤过程等，都需要在过滤操作过程中对膜的进水侧(或称浓水侧)通入空气，形成搅拌和扰动。空气通常以大气泡的方式自下而上运动，在膜外侧形成强烈的剪切流，目的是延缓和控制膜外侧被截留下来的固体杂质形成滤饼和浓差极化层的速率和厚度。但是，现有的技术大多是连续曝气，消耗很多能量(鼓风机或空气压缩机耗电)。其实上述过滤过程并不需要连续曝气搅拌，适当的间歇曝气也是可以达到搅拌并保证过滤过程顺利进行的。现有的技术中就有通过通过曝气管道上的阀门的开闭交替来实现间歇曝气的，但是这样的方式需要较多的阀门和控制设备，增加了膜过滤工艺的投资。在其他采用气体搅拌的场合有着同样的技术问题。
发明内容
本实用新型的目的是单纯依靠水力学原理提供一种能够在水或其他液体中形成气体间歇释放的脉冲式曝气装置，从而达到节省能耗的目的。该实用新型的目标是通过适当的水力学设计达到上述目的，避免任何运动部件和非水力学控制过程。具体设想是，通过把流量基本恒定的连续气体流(以下称气源)首先引入具有一定容积的开放式容器内，该容器完全淹没于需要扰动或搅拌的液体之中且容器底部是敞口，当气体在该容器内的体积累计到一定大小即自动快速释放到容器之外，从而形成间歇的、高强度的上升气流，对其周围的液体形成强 烈扰动。以下为了叙述的方便，以空气作为气体介质、水作为需要扰动或搅拌的液体为例对该实用新型的技术方案加以具体说明。
该技术方案的基本原理是在比重差异显著的气液两相的界面附近通过流道和液位的设计制造出气体的倒虹吸过程。上述开放容器在水中的布置方式是开口向下(就像一个倒扣在水里的杯子)，气源通过配送管道引入该容器下沿或较低的位置，使空气能够源源不断地流入容器并在容器顶部聚集；另外有至少一个U形通道，一端开口于该容器上底之下，另一端开口于该容器上底之上，也就是说通过穿越容器上底的U形通道把容器内外联通起来。在有空气通入之前，容器被水所充满。当有空气通入时，空气就会在容器的上部聚集并把水向下通过敞口排出容器。随着空气的连续流入，容器内的水面逐渐下降，直到水面下降到U形通道的最低点之下。而一旦容器内的水面到达U形通道的最低点之下，容器内聚集的空气即开始越过U形通道的最低点向U形通道的另一端移动，并越来越快，直到空气把整个U形通道充满，此时气体倒虹吸宣告形成。由于U形通道的过流能力远大于空气源引入管道的入流量，U形通道泄气的流量远大于进入容器的空气的流量。因此，在很短的时间里容器内聚集的空气便倾泻而空，容器中的水位再次上升到U行管在容器上底之下的开口端之上，而一旦水位至此，水就在重力作用下进入U形通道直到把U形通道再次充满水，U形通道内的倒虹吸气流即告中断，虹吸过程终止。气源继续往容器内输入，容器内的水位又开始从最高水平开始逐渐下降，直到再次形成气体倒虹吸。这一过程循环往复，把连续恒定的气源转变为脉冲式曝气。设计制造上述脉冲曝气装置的时候，可以通过设定U形通道断面积、U形通道的两个端口的垂直高差、容器的有效调节容积、空气源的流量等四个参数来实现特定的脉冲周期和脉冲强度，从而满足特定的使用要求。
本发明所述的脉冲式曝气装置，是将底部开放的容器(2)敞口朝下，内置至少一个U形管(1)，形成U形通道；U形管(1)的一端穿过底部开放的容器(2)的上底并在上面开 口，U形管(1)的另一端完全置于底部开放的容器(2)之内，通过穿越底部开放的容器(2)上底的U形管(1)把底部开放的容器(2)内外联通形成U形通道，U形通道的最低部位位于底部开放的容器(2)的敞口的下沿之上，且穿过底部开放的容器(2)上底的U形管(1)的开口处的最低点高于位于底部开放的容器(2)内的U形管(1)的另一端的开口的垂直最高点，底部开放的容器(2)的敞口下沿处设有气源配送管道(3)。其工作过程为：气源通过气源配送管道(3)引入底部开放的容器(2)下沿，使空气能够源源不断地流入底部开放的容器(2)内，并在底部开放的容器(2)顶部聚集；形成U形通道的U形管(1)的一端开口于底部开放的容器(2)上底之下，另一端开口于底部开放的容器(2)上底之上，通过穿越底部开放的容器(2)上底的U形管(1)把底部开放的容器(2)内外联通；在有空气通入之前，底部开放的容器(2)和U形通道的U形管(1)被水所充满；当有空气通入时，空气就会在底部开放的容器(2)的上部聚集并使水向下通过敞口排出底部开放的容器(2)；随着空气的连续流入，底部开放的容器(2)内的水面逐渐下降，直到水面下降到U形通道的最低点之下；当底部开放的容器(2)内的水面到达U形通道的最低点之下时，底部开放的容器(2)内聚集的空气即开始越过U形通道，向U形管(1)的一端移动，并越来越快，直到空气把整个U形通道充满，此时气体倒虹吸形成。由于U形通道的过流能力远大于空气源配送管道(3)的入流量，U形通道泄气的流量远大于进入底部开放容器(2)的空气的流量。因此，在很短的时间里底部开放的容器(2)内聚集的空气便倾泻而空，底部开放的容器(2)中的水位再次上升到U形通道在底部开放的容器(2)上底之下的开口端之上，而一旦水位至此，水就在重力作用下进入U形通道直到把U形道再次充满水，U形通道内的倒虹吸气流中断，虹吸过程终止。气源通过空气源配送管道(3)继续往底部开放的容器(2)内输入，底部开放的容器(2)内的水位又开始从最高水平开始逐渐下降，直到再次形成气体倒虹吸。这一过程循环往复，把连续恒定的气源转变为脉冲式曝气。并且通过设定U形管(1)的断面积、U形管(1)的两个端口的垂直高差、底部开放容器(2)的有效调节容积、气源配送管道(3)的空气流量等四个参数来实现特定的脉冲周期和脉冲强度，从而满足特定的使用要求。
本实用新型的优点在于：可在不使用任何运动部件的情况下实现脉冲式曝气；在达到近似相同的搅动效果的情况下能够成倍地节省空气用量，从而达到节能的目的。特别是在膜生物反应器的膜过滤工艺中采用这种脉冲式曝气装置，在实现同样过滤操作的情况下可以节省 50％以上的膜工艺曝气能耗。
附图说明：
以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明。
图1是本实用新型的基本构造。
图2和图3是本实用新型工作状态的示意。
图4是带有二次散气罩的脉冲曝气装置结构示意图。
图5是本实用新型的又一种具体实施方式。
图6是本实用新型的又一种具体实施方式。
图中标注：1-U形管；1a-上端口封闭的U形通道侧壁上的开孔；2-底部开放的容器；3-气源配送管道；4-二次散气罩(顶部为多孔板)；4a-二次散气罩顶板上的开孔；5-钟形罩；6-具有垂直通道的容器；6a-垂直通道，7-连续周壁而上下敞口的长方形或正方形部件；8-n形部件。
具体实施方式
实施例：1本实施例描述了该实用新型的最基本、也最简单的一种方式如图3所示。其构造为底部开放的容器(2)敞口朝下；内置U形管(1)作为U形通道，其一段穿过底部开放的容器(2)的上底并在上面开口，另一段完全位于底部开放的容器(2)之内，U形管(1)的最低部位位于底部开放的容器(2)的敞口的下沿之上。底部开放的容器(2)的敞口下沿处设有气源配送管道(3)。其工作过程为：气源通过气源配送管道(3)引入底部 开放的容器(2)下沿或较低的位置，使空气能够源源不断地流入底部开放的容器(2)并在底部开放的容器(2)顶部聚集；U形管(1)，一端开口于底部开放的容器(2)上底之下，另一端开口于底部开放的容器(2)上底之上，通过穿越底部开放的容器(2)上底的U形管(1)形成U通道与底部开放的容器(2)内外联通起来；在有空气通入之前，底部开放的容器(2)被水所充满；当有空气通入时，空气就会在底部开放的容器(2)的上部聚集并把水向下通过敞口排出底部开放的容器(2)；随着空气的连续流入，底部开放的容器(2)内的水面逐渐下降，直到水面下降到U形管(1)通道的最低点之下；当底部开放容器(2)内的水面到达U形管(1)的最低点之下时，底部开放的容器(2)内聚集的空气即开始越过U形管(1)的最低点向U形管(1)的另一端移动，并越来越快，直到空气把整个U形管(1)充满，此时气体倒虹吸宣告形成。由于U形管(1)的过流能力远大于空气源配送管道(3)的入流量，U形管(1)泄气的流量远大于进入底部开放的容器(2)的空气的流量。因此，在很短的时间里底部开放的容器(2)内聚集的空气便倾泻而空，底部开放的容器(2)中的水位再次上升到U形管(1)在底部开放容器(2)上底之下的开口端之上，而一旦水位至此，水就在重力作用下进入U形管(1)直到把U形管(1)再次充满水，U形管(1)内的倒虹吸气流即告中断，虹吸过程终止。气源继续往底部开放的容器(2)内输入，底部开放的容器(2)内的水位又开始从最高水平开始逐渐下降，直到再次形成气体倒虹吸。这一过程循环往复，把连续恒定的气源转变为脉冲式曝气。设计制造上述脉冲曝气装置的时候，可以通过设定U形管(1)断面积、U形管(1)的两个端口的垂直高差、底部开放的容器(2)的有效调节容积、气源配送管道(3)的空气源的流量等四个参数，来实现特定的脉冲周期和脉冲强度，从而满足特定的使用要求。
本实施例的优点在于：可在不使用任何运动部件实现脉冲式曝气；在达到近似相同的搅动效果的情况下能够成倍地节省空气用量，从而达到节能的目的。特别是在膜生物反应器的 膜过滤工艺中采用这种脉冲式曝气装置，在实现同样过滤操作的情况下可以节省50％以上的膜工艺曝气能耗。
实施例：2本实施例描述的脉冲式曝气装置，其构成如图4所示。其构造特征是底部开放的容器(2)的上部加装了二次散气罩(4)，二次散气罩(4)的顶部为多孔板形式，内置U形管(1)由两个并联或多路并联通道与底部开放的容器(2)和上部加装了二次散气罩(4)连接，U形管(1)的上端口封闭，在其通道的侧壁上开孔(1a)，U形管(1)的最低部位位于底部开放的容器(2)的敞口的下沿之上。底部开放的容器(2)的敞口下沿处设有气源配送管道(3)。其工作过程为：气源通过气源配送管道(3)引入底部开放的容器(2)下沿或较低的位置，使空气能够源源不断地流入底部开放的容器(2)并在底部开放的容器(2)顶部聚集；U形管(1)的一端开口于底部开放的容器(2)上底之下，U形管(1)的并联通道上的开口(1a)处在二次散气罩内；在有空气通入之前，底部开放的容器(2)被水所充满；当有空气通入时，空气就会在底部开放的容器(2)的上部聚集并把水向下通过敞口排出底部开放的容器(2)；随着空气的连续流入，底部开放的容器(2)内的水面逐渐下降，直到水面下降到U形管(1)通道的最低点之下；当底部开放的容器(2)内的水面到达U形管(1)的最低点之下时，底部开放的容器(2)内聚集的空气即开始越过U形管(1)的最低点向U形管(1)的另一端移动，并越来越快，直到空气把整个U形管(1)充满，此时气体倒虹吸宣告形成。由于U形管(1)的过流能力远大于空气源配送管道(3)的入流量，U形管(1)泄气的流量远大于进入底部开放的容器(2)的空气的流量。因此，在很短的时间里底部开放的容器(2)内聚集的空气便倾泻而空，底部开放的容器(2)中的水位再次上升到U形管(1)在底部开放的容器(2)上底之下的开口端之上，而一旦水位至此，水就在重力作用下进入U形管(1)直到把U形管(1)再次充满水，U形管(1)内的倒虹吸气流即告中断，虹吸过程终止。气源继续往底部开放的容器(2)内输入，底部开放的容器(2) 内的水位又开始从最高水平开始逐渐下降，直到再次形成气体倒虹吸。这一过程循环往复，把连续恒定的气源转变为脉冲式曝气。设计制造上述脉冲曝气装置的时候，可以通过设定U形管(1)的断面积、U形通管(1)的两个端口的垂直高差、底部开放的容器(2)的有效调节容积、气源配送管道(3)的空气源的流量等四个参数，来实现特定的脉冲周期和脉冲强度，从而满足特定的使用要求。
本实施例的优点在于：可在不使用任何运动部件实现脉冲式曝气；在达到近似相同的搅动效果的情况下能够成倍地节省空气用量，从而达到节能的目的。特别是在多组膜组件及其大规模生物反应器的膜过滤工艺中采用这种脉冲式曝气装置，在与现有膜工艺曝气工艺相比在同样过滤操作的情况下可以节省50％以上的能耗。
实施例：3本实施例描述的脉冲式曝气装置，其构成如图5所示。它包括钟形罩(5)、具有垂直通道的容器(6)、垂直通道(6a)和气源配送管道(3)。钟形罩(5)是一个用塑料、玻璃钢或金属制成的圆筒形状或任何立方体形状的零件，它有连续的周壁和下底，上部敞口；具有垂直通道的容器(6)为塑料、玻璃钢或金属制成的圆筒形状或任何立方体形状，具有垂直通道的容器(6)有连续的周壁和上底，其上底设有垂直通道(6a)，垂直通道(6a)的上端和下端分别开口，具有垂直通道的容器(6)的下部为敞口。垂直通道(6a)的形状和尺寸跟钟形罩(5)的形状和尺寸配合设计，两者按照图5所示的位置关系组装并固定在一起，使得钟形罩(5)和具有垂直通道的容器(6)的垂直通道(6a)之间形成一定的环形通道，该环形通道与垂直通道(6a)一起共同构成实现本实用新型的功能所要求的U形通道。其工作过程为：气源通过气源配送管道(3)引入具有垂直通道的容器(6)的下沿或较低的位置，使空气能够源源不断地流入具有垂直通道的容器(6)并在具有垂直通道的容器(6)的顶部聚集；在有空气入进之前，具有垂直通道的容器(6)和U形通道被水所充满；当有空气通入时，空气就会在具有垂直通道的容器(6)的上部聚集并把水向下通过敞口排出具有 垂直通道的容器(6)；随着空气的连续流入，具有垂直通道的容器(6)内的水面逐渐下降，直到水面下降到U形通道的最低点之下；当具有垂直通道的容器(6)内的水面到达U形通道的最低点之下时，具有垂直通道的容器(6)内聚集的空气即开始越过U形通道的最低点向U形通道的另一端移动，并越来越快，直到空气把整个U形通道充满，此时气体倒虹吸宣告形成。由于U形通道的过流能力远大于空气源配送管道(3)的入流量，U形通道泄气的流量远大于进入具有垂直通道的容器(6)的空气的流量。因此，在很短的时间里具有垂直通道的容器(6)内聚集的空气便倾泻而空，具有垂直通道的容器(6)中的水位再次上升到U形通道在具有垂直通道的容器(6)上底端，而一旦水位至此，水就在重力作用下进入U形通道直到把U形通道再次充满水，U形通道内的倒虹吸气流即告中断，虹吸过程终止。气源继续往具有垂直通道的容器(6))内输入，具有垂直通道的容器(6)内的水位又开始从最高水平开始逐渐下降，直到再次形成气体倒虹吸。这一过程循环往复，把连续恒定的气源转变为脉冲式曝气。
本实施例的优点在于全部装置部件均可采用注塑、玻璃钢、金属拉伸冲压等方法完成制造，具有制造过程简便，尺寸精确，制造成本低廉等优点。
实施例：4本实施例描述的脉冲式曝气装置，其构成如图6所示。它包括具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)、n形部件(8)和气源配送管道(3)。具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)的两个相对的侧壁的内侧各有一个L形构造，该L形构造跟其相连的侧壁一起构成底部封闭而顶部开放的长方形槽；n形部件(8)的形状就像一个长方形平板的两头朝同一侧折成直角之后所形成的拱形。n形部件(8)的尺寸跟具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)相配合，按照图6所示的方式装配在一起，使得n形部件(8)的两头竖起的部分跟具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)的两个相对的两个长方形槽各形成一个U形通道，也就是说本实施例所述 的脉冲式曝气装置具有两个U形通道；同时，n形部件(8)与具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)形成本实用新型的功能所需要的向下敞口的用于聚集气体的容器。其工作过程为：气源通过气源配送管道(3)引入具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)的下沿或较低的位置，使空气能够源源不断地流入具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的容器的顶部聚集；在有空气入进之前，由具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的容器被水所充满；当有空气通入时，空气就会在具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的容器的上部聚集并把水向下通过敞口排出容器之外。随着空气的连续流入，具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的容器内的水面逐渐下降，直到水面下降到具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的U形通道的最低点之下。当水面到达具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的U形通道的最低点之下时，具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的容器内聚集的空气即开始越过U形通道的最低点向U形通道的另一端移动，并越来越快，直到空气把整个U形通道充满，此时气体倒虹吸宣告形成。由于U形通道的过流能力远大于空气源配送管道(3)的入流量，U形通道泄气的流量远大于进入的空气的流量。因此，在很短的时间里，具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的容器内聚集的空气便倾泻而空，具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的容器内的水位再次上升到U形通道的位于具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)内的上沿，而一旦水位至此，水就在重力作用下进入U形通道直到把U形通道再次充满水，U形通道内的倒虹吸气流即告中断，虹吸过程终止。气源继续往具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一 起后形成的容器内输入，具有连续周壁而上下敞口的长方形或正方形的部件(7)和n形部件(8)装配在一起后形成的容器内的水位又开始从最高水平开始逐渐下降，直到再次形成气体倒虹吸。这一过程循环往复，把连续恒定的气源转变为脉冲式曝气。
本实施例的优点在于全部装置部件均可采用注塑、玻璃钢、金属拉伸冲压等方法完成制造，具有制造过程简便，尺寸精确，制造成本低廉等优点，适合制作体积较大的脉冲曝气装置。
Claims (3)
1.一种脉冲式曝气装置，它包括底部开放的容器(2)、U形管(1)、气源配送管道(3)、二次散气罩(4)、钟形罩(5)、具有垂直通道的容器(6)、垂直通道(6a)、具有连续周壁而上下敞口方形部件(7)、n形部件(8);其特征在于底部开放的容器(2)敞口朝下，内置至少一个U形管(1)形成U形通道，U形管(1)的一端穿过底部开放的容器(2)的上底并在上面开口，U形管(1)的另一端的开口完全置于底部开放的容器(2)之内，通过穿越底部开放的容器(2)上底的U形管(1)把底部开放的容器(2)内外联通形成U形通道，U形通道的最低部位位于底部开放的容器(2)的敞口的下沿之上，且穿过底部开放的容器(2)上底的U形管(1)的开口处的最低点高于位于底部开放的容器(2)内的U形管(1)的另一端的开口的垂直最高点，底部开放的容器(2)的敞口下沿处设有气源配送管道(3)。
2.如权利要求1所述的脉冲式曝气装置，其特征在于U形通道是由钟形罩(5)、具有垂直通道的容器(6)和垂直通道(6a)按其位置关系组装并固定在一起共同构成的。
3.如权利要求1所述的脉冲式曝气装置，其特征在于n形部件(8)与具有连续周壁而上下敞口的方形部件(7)相配合，形成两个U形通道。
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