CN211198735U - 一种高效节能型曝气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种高效节能型曝气系统，该结构包括布气装置以及和布气装置连通的曝气管，布气装置为曝气管输送空气，曝气管包括支撑管和包覆在支撑管外的曝气膜片，支撑管的一端与布气装置连通，支撑管的另一端敞口，支撑管的管壁上开有通气孔，曝气膜片上开有曝气孔；支撑管的中空内腔被分隔为与布气装置相连通的曝气室和用于中空通水的平衡室，平衡室位于支撑管与布气装置连接处的远端。本实用新型通过设置平衡室减少支撑管所受的浮力以及通过可升降装置安装空气分配管减轻了施工压力。

Description

一种高效节能型曝气系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种高效节能型曝气系统。

背景技术

活性污泥法是水体自净的人工强化方法，是一种依靠活性污泥工作主体的去除污水中有机物的方法。存在于活性污泥中的好氧微生物必须在有氧气存在的条件下才能起作用。在污水处理生化系统的曝气池中，充氧效率与好氧微生物生长量成正相关性。溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、生理特性、基质性质及浓度来综合考虑。这样，活性污泥才能处在最佳的降解有机物的状态。若供氧不足，活性污泥性能差，导致废水处理效果下降，反之曝气量过量，不仅导致大量的能源浪费，而且好氧池DO含量过高会通过内回流导致缺氧池中DO含量增加从而抑制反硝化反应影响脱氮效果。

目前，我国城镇污水处理行业仍属于以出水水质达标为目的的粗放型高能耗产业。我国很多城镇污水处理厂采用A2/O工艺进行污水处理，其中鼓风曝气系统的能耗占污水处理总能耗的一半以上，是污水厂节能潜力最大的系统之一。而且，曝气系统的检修时需要将排空污水池内的水，过程繁琐。

因此亟需一种高效节能的、易维修的曝气系统。

发明内容

本实用新型提供一种高效节能型曝气系统，其主要目的在于通过设置平衡室减少支撑管所受的浮力以及通过可升降装置减轻了施工压力。

为实现上述目的，本实用新型提供一种高效节能型曝气系统，该结构包括布气装置以及和布气装置连通的曝气管，布气装置为曝气管输送空气，曝气管包括支撑管和包覆在支撑管外的曝气膜片，支撑管的一端与布气装置连通，支撑管的另一端敞口，支撑管的管壁上开有通气孔，曝气膜片上开有曝气孔；

支撑管的中空内腔被分隔为与布气装置相连通的曝气室和用于中空通水的平衡室，平衡室位于支撑管与布气装置连接处的远端;

由布气装置输送的空气经过通气孔，进入支撑管管壁与曝气膜片之间，再经由曝气孔进入污水。

进一步，优选的结构为，布气装置包括依次连通的空气主管、与曝气管相连通的空气分配管以及连通空气主管与空气分配管的空气立管，空气主管与供气装置连通；空气分配管通过可升降装置锚固在池底；

可升降装置包括螺杆支架、用于固定空气分配管的抱箍以及与螺杆支架相适配的上螺母、下螺母，螺杆支架的底部锚固于池底，通过上螺母、下螺母将抱箍固定在螺杆支架上；螺杆支架的螺纹部的长度大于空气分配管的外直径。

进一步，优选的结构为，所述螺杆支架的螺纹部长度为200mm-250mm。

进一步，优选的结构为，空气分配管的两侧对应开通孔，曝气管通过通孔与空气分配管连通，曝气管成对分布在空气分配管的两侧；左右两侧曝气管通过连接件固定在空气分配管上，连接件包括用于连接两侧的曝气管的双头螺纹管、设置于曝气管与空气分配管之间的圆形转换器以及密封圈；

双头螺纹管包括两端的螺纹部、连接螺纹部的连接部，一端螺纹部与曝气管的支撑管内螺纹相啮合，连接部贯穿空气分配管，另一端螺纹部与对侧曝气管的支撑管内螺纹相啮合。

进一步，优选的结构为，所述空气分配管同侧的曝气管的间距为250mm-1500mm。

进一步，优选的结构为，曝气膜片为聚氨酯Pre-PUR ^®件。

进一步，优选的结构为，曝气系统的安装角度与水流方向的夹角小于45度。

进一步，优选的结构为，曝气膜片通过单耳卡箍固定在支撑管上，供气装置为鼓风机。

进一步，优选的结构为，圆形转换器的横截面为马鞍形。

本实用新型提出的曝气系统，有益效果如下：

1、空气分配管采用可升降装置固定于池底，螺杆支架能够满足上下调节以弥补土建池底不平带来的施工误差，同时还能够前后调节以防止热胀冷缩所带来的对管道的损坏；

2、曝气膜片以聚氨酯Pre-PUR ^®为材料，其超强的拉伸度和抗撕裂强度增加了使用寿命；

3、系统溶氧效率高，从而节省25%的能量消耗；

4、采用组合式安装，不需要额外的焊接，安装工序简单、安全、环保。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本实用新型实施例的曝气管与空气分配管的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的可升降装置的结构示意图。

其中的附图标记包括：空气分配管1；支撑管2；曝气膜片3；单耳卡箍4；圆形转换器5；密封圈6；双头螺纹管7；螺杆支架8；上螺母9；下螺母10；抱箍11。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种高效节能型曝气系统。参照图1所示，为本实用新型曝气系统较佳实施例的曝气管与空气分配管的结构示意图。曝气系统是通过活性污泥法进行水净化的一种装置。根据试验表明，曝气池中溶解氧维持在3～4mg/L为宜，为保证供气量在曝气池的各段内和微生物反应需氧相适应，并实现污水处理节能降耗，必须依靠一种高效节能型曝气系统。

曝气系统的结构包括布气装置以及和布气装置连通的曝气管，布气装置为曝气管输送空气，曝气管包括支撑管2和包覆在支撑管2外的曝气膜片3，支撑管2的一端与布气装置连通，支撑管2的另一端敞口，支撑管2的管壁上开有通气孔，曝气膜片3上开有曝气孔，由布气装置输送的空气经过通气孔，进入支撑管2管壁与曝气膜片3之间，再经由曝气孔进入污水。

现有管式微孔曝气器膜片大多采用EPDM（三元乙丙橡胶）或硅橡胶材质，曝气器支撑管大多采用ABS材质，且采用胶粘结合方式。传统管式微孔曝气器在运行过程中会存在膜片结垢，老化、支撑管根部断裂等现象，致使曝气效率下降，氧的转移率、利用率下降，致使风机电耗增加，造成能耗高，出水不达标，影响正常的生产。为进一步的节能降耗，并消除因曝气器堵塞、破裂造成的曝气系统不能正常运行现象，保证正常生产，曝气膜片3以聚氨酯Pre-PUR^®为材料，其超强的拉伸度和抗撕裂强度增加了使用寿命；曝气膜片3通过单耳卡箍4固定在支撑管2上；此处的连接可以是可拆卸的连接方式，也可以是固定的连接方式，优选使用可拆卸的连接方式，卡箍是典型的可拆卸连接方式中的一种，还可以使用卡套等方式连接。可拆卸的连接方式不仅为曝气管以及整套设备的安装提供便利，而且也为曝气管的更换提供了更大的自由度。

另外，曝气孔的孔径均衡不变，保证每一个孔阻力损失相同而均匀出气。通过氧气冲出曝气孔时产生的反向作用力，使曝气装置产生小幅度的震动，防止微孔堵塞，延长曝气装置使用寿命。

曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。空气从支撑管2的通气孔进入曝气膜片3内部，曝气膜片3上密布者许多细小的曝气孔，曝气膜片3内空气在压力差的作用下，从曝气膜片3的曝气孔中扩散出来，在污水形成许许多多微小的气泡，并造成水的紊流，从而达到了将空气中的氧溶入水中的目的。

支撑管2的一端与布气装置连通，支撑管2的另一端敞口，支撑管2的管壁上开有通气孔，曝气膜片3上开有曝气孔；支撑管2的中空内腔被分隔为与布气装置相连通的曝气室和用于中空通水的平衡室，平衡室位于支撑管2与布气装置连接处的远端;由布气装置输送的空气经过通气孔，进入支撑管2管壁与曝气膜片3之间，再经由曝气孔进入污水。

需要说明的是，曝气室与平衡室为各自独立的腔室，不相连通。具体的分隔方式，在实际生产实施过程中，是通过两部分热熔连接为一体实现的。

但是，因为支撑管2为一种加强PP材质制成的管子，所以在曝气过程中，因为浮力的作用而为其连接件施加很大的拉力，容易形成应力集中。因此为了减轻浮力，支撑管2的中空内腔被分隔为与布气装置相连通的曝气室和用于中空通水的平衡室，平衡室位于支撑管与布气装置连接处的远端。在具体的实施例中，曝气室与平衡室之间是互相独立的，然后通过热熔连接为一体。

在污水处理鼓风曝气系统中，压缩空气通过空气主管道进入池底空气支管，进而由空气支管进入管式曝气器进行曝气。因此管式曝气器与空气支管之间的连接稳定性直接影响整个曝气系统的运行稳定性。传统管式曝气器连接方式大多采用马鞍卡扣型连接或承插式连接。

传统曝气器连接方式在污水处理运行过程中会出现卡扣脱落、支撑管根部断裂、密封垫漏气等情况，导致曝气池出现曝气不均匀、冒大花、氧利用率下降的现象，进而增加曝气系统能耗，影响整个曝气系统正常运行。

其中，空气分配管采用优质ABS或UPVC管，空气分配管管径为DN100或DN80，空气分配管中心距池底为200mm，空气分配管间距为2500mm-3500mm为宜。

在具体的实施例中，采用不锈钢双头螺纹管7将曝气管与空气分配管1连接，有效避免了运行过程中的曝气管松动、脱落现象，保证了曝气系统长期稳定的运行。

如图1所示，空气分配管1的两侧对应开通孔，曝气管通过通孔与空气分配管1连通，曝气管成对分布在空气分配管1的两侧；其中，两个通孔必须在同一轴线上，使得空气分配管1两侧的曝气管安装在同一水平面上。

左右两侧曝气管通过连接件固定在空气分配管1上，连接件包括用于连接两侧的曝气管的双头螺纹管7、设置于曝气管与空气分配管1之间的圆形转换器5以及密封圈6。

圆形转换器5包括两个端面，一个端面为平面，另一个对应端面为凹面，平面端面与凹面端面之间开有通腔；平面端面与支撑管相连接，凹面端面与空气分配管的侧壁上的通孔相连接；其中，圆形转换器5以及密封圈6的设置目的，即为实现空气分配管1与曝气管的密封连接。

双头螺纹管7包括两端的螺纹部、连接螺纹部的连接部，一端螺纹部与曝气管的支撑管内螺纹相啮合，连接部贯穿空气分配管1，另一端螺纹部与对侧曝气管的支撑管内螺纹相啮合。

具体的安装步骤如下：

首先，将双头螺纹管7旋入曝气器A的内螺纹插入口，直至手摇无松动。

其次，将旋入双头螺纹管7的曝气器A ，双头螺纹管的一端先穿过一个圆形转换器5和密封圈6，接着，插入空气分配管1穿过两个对开孔，确保曝气器A的末端插入开孔（通孔）中, 这保证所有曝气系统的曝气管在同一水平面上。

再次，双头螺纹管7的一端穿过一个圆形转换器5和密封圈6后，接着把曝气器B旋入双头螺纹管7的另一端，并且确保曝气管的连接端进入开孔中。

最后，在曝气器A的连接端用一把专用扳手固定圆形转换器5，再拿一把专用扳手旋紧曝气器B，完成一对曝气管的安装动作。

需要说明的是，曝气管与空气分配管1的连接方式采用不锈钢螺纹管7连接，并配套圆形转换器。该不锈钢螺纹连接方式优于传统连接方式，使曝气管与空气管路之间连接更紧固。能够承受水流冲击下动态的疲劳荷载，保证整个曝气系统长期稳定运行。

综上所述，本实用新型的曝气系统优于传统曝气器，曝气膜片具有永久弹性特点来保证曝气效果的恒定，曝气器能满足在长期连续使用或间歇使用，均不会产生微孔的堵塞和混合液的回流，停止供气时曝气器微孔自行闭合。此外，与传统曝气系统相比节能效果显著，将大大改善污水处理能力，提高污水厂运营的效率，大幅度降低污水处理厂的运行成本。

参照图2所示，图2为本实用新型的具体实施例中的可升降装置的结构示意图。

现有曝气系统布气管路（即空气分配管）支架大多采用ABS材质的调节支架。ABS调节支架由ABS固定底座、ABS螺纹升降管、尼龙扎带三部分组成。下部通过膨胀螺栓将可调管支架固定于曝气池底，上部通过尼龙扎带固定布气管，高度可以通过ABS螺纹升降管自由调节。但是，ABS材质的调节支架在曝气系统实际运行中存在锚固力不足，尼龙扎带容易断裂等现象，导致池底空气管路上浮，严重影响曝气系统正常运行。

如图2所示，在一个具体实施例中，为了布气管路在安装运行中更能牢固固定在池底，保证曝气系统稳定运行；空气分配管1通过可升降装置锚固在池底；可升降装置包括螺杆支架8、用于固定空气分配管1的抱箍11以及与螺杆支架8相适配的上螺母9和下螺母10，螺杆支架8的底部锚固于池底，通过上螺母9、下螺母10将抱箍11固定在螺杆支架8上；螺杆支架8的螺纹部的长度大于空气分配管1的外直径。其中，螺纹部的长度为200mm-250mm。

其中，螺杆支架8即一体式加长型不锈钢膨胀螺杆，下部通过一体式加长型不锈钢膨胀螺杆将可升降装置固定于曝气池底，上部通过马鞍形不锈钢抱箍11固定空气分配管1，高度可以通过不锈钢螺母上下自由调节。固定部件具有足够的锚固力，以防止空气管道在浮力的作用下上浮。该螺杆支架8材质为AISI304不锈钢，或更优材质。

总的来说，空气分配管1通过可升降装置固定安装在池底的方式，有益效果如下，1、安装简便、使用可靠、调节幅度大，运行更稳定；2、可升降装置满足上下调节以弥补土建池底不平带来的误差，同时还能够前后调节以防止热胀冷缩所带来的对管道的损坏。3、在空气分配管的表层形成加强的整体线性结构，不是单点受力，受力均匀，受力强度大，能够承受水流冲击下动态的疲劳荷载；4、有利于空气管道布局的精确安装、调整、施工方便简单；5、组合式安装，不需要额外的焊接，工序简单，质量稳定，不会产生噪音、粉尘、震动，更不会引发火灾。

为了进一步解决曝气量过剩、能耗浪费严重的问题，以及由于污泥氧化以及空气搅拌强度过大而打碎活性污泥絮体，从而降低污泥的可沉降性问题。进一步的，曝气系统安装角度应该与水流方向不超过45度，同时必须考虑到搅拌器运行模式（单独或同时推进）。如果搅拌器安装在池底，则至少要留有7.0米足够的空间,在搅拌器与曝气单元，如果没有足够空间，曝气器必须安装末端支架。同组空气分配管内曝气管间距以250mm-1500mm为宜。

另外，该曝气系统每个曝气单元配套冷凝水排放装置以避免管线中的冷凝水积聚并能在系统启动时将冷凝水排除。冷凝水系统与空气管道连接牢固可靠，并满足长时间运行的强度和刚度要求。冷凝水排水阀安装位置在空气立管对面走道板上，高于走道板150mm，以方便操作人员进行操作。

总的来说，该曝气系统根据污水厂进水水质状况以及池型、各廊道需氧量等综合因素合理最优的布置曝气管密度及数量，既为污染物的好氧分解提供了充足的氧气，又降低了曝气系统的能耗；按微生物反应规律精准布置曝气器,能够精确控制好氧池的溶解氧含量，避免了出现前段供氧不足,后段供氧过剩的现象,此外，与传统曝气系统相比节能效果显著，且出水TN含量明显降低，将大大改善污水处理能力，提高污水厂运营的效率，大幅度降低污水处理厂的运行成本。

在具体实施过程中，以A污水厂为例，日处理水量为4万吨/天。于2016年10月份更换为本实用新型的曝气系统，更换后节能效果明显。更换前吨水电耗为0.35度/天，更换后吨水电耗为0.31度/天。每年节省能耗为：（0.35-0.31）*40000*365=58.4万度。以B污水厂为例，日处理水量为35万吨/天。于2014年、2015年、2016年陆续更换为本实用新型的曝气系统，更换后节能效果明显。2013年吨水电耗为0.25度/天，到2017年吨水电耗降为0.2度/天。每年节省能耗为：（0.25-0.2）*350000*365=638.75万度。以C污水厂为例，日处理水量为4万吨/天。其中二期于2013年更换为我公司节能型曝气系统，一期于2015年更换为我公司节能型曝气系统，更换后节能效果明显。2014年一期吨水电耗为0.28度/天，到2017年一期吨水电耗降为0.24度/天。每年一期2万吨处理量节省能耗为：（0.28-0.24）*20000*365=29.2万度。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型提出的曝气系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的曝气系统，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种高效节能型曝气系统，包括布气装置以及和所述布气装置连通的曝气管，所述布气装置为曝气管输送空气，其特征在于，所述曝气管包括支撑管和包覆在支撑管外的曝气膜片，所述支撑管的一端与布气装置连通，所述支撑管的另一端敞口，所述支撑管的管壁上开有通气孔，所述曝气膜片上开有曝气孔；

所述支撑管的中空内腔被分隔为不相互连通的曝气室和平衡室，其中，

所述曝气室用于与所述布气装置相连通；所述平衡室用于中空通水；且，所述平衡室位于所述支撑管与布气装置连接处的远端；

由布气装置输送的空气经过所述通气孔，进入所述支撑管管壁与曝气膜片之间，再经由所述曝气孔进入污水。

2.根据权利要求1所述的曝气系统，其特征在于，所述布气装置包括依次连通的空气主管、与曝气管相连通的空气分配管以及连通空气主管与空气分配管的空气立管，空气主管与供气装置连通；空气分配管通过可升降装置锚固在池底；

可升降装置包括螺杆支架、用于固定空气分配管的抱箍以及与螺杆支架相适配的上螺母、下螺母，螺杆支架的底部锚固于池底，通过上螺母、下螺母将抱箍固定在螺杆支架上；螺杆支架的螺纹部的长度大于空气分配管的外直径。

3.根据权利要求2所述的曝气系统，其特征在于，所述螺杆支架的螺纹部长度为200mm-250mm。

4.根据权利要求2所述的曝气系统，其特征在于，所述空气分配管的两侧对应开通孔，所述曝气管通过通孔与空气分配管连通，所述曝气管成对分布在所述空气分配管的两侧；左右两侧曝气管通过连接件固定在所述空气分配管上，所述连接件包括用于连接两侧的曝气管的双头螺纹管、设置于曝气管与空气分配管之间的圆形转换器以及密封圈；

所述双头螺纹管包括两端的螺纹部、连接所述螺纹部的连接部，一端螺纹部与所述曝气管的支撑管内螺纹相啮合，所述连接部贯穿所述空气分配管，另一端螺纹部与对侧曝气管的支撑管内螺纹相啮合。

5.根据权利要求4所述的曝气系统，其特征在于，所述空气分配管同侧的曝气管的间距为250mm-1500mm。

6.根据权利要求1所述的曝气系统，其特征在于，所述曝气膜片为聚氨酯Pre-PUR ^®件。

7.根据权利要求1或2所述的曝气系统，其特征在于，所述曝气系统的安装角度与水流方向的夹角小于45度。

8.根据权利要求2所述的曝气系统，其特征在于，曝气膜片通过单耳卡箍固定在所述支撑管上，供气装置为鼓风机。

9.根据权利要求4所述的曝气系统，其特征在于，所述圆形转换器的横截面为马鞍形。

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