TWI321492B - - Google Patents

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種曝氣系統（aeration)用的散氣器 (diffuser)，特別是指一種利用不織布的孔隙使氣流進入水 中k形成較細的氣泡以增加溶氧速率的散氣器。 【先前技術】 一般使用好氧（aerobic )生物處理方式（bi〇1〇gical treatment)的污水（sewage)或廢水（wastewater)處理系 統以及養殖池等，通常利用曝氣系統增加水中溶氧量以提 供水中生物所需的氧。 ^曝氣系統包含多數個散氣器、一與各散氣器連接的輸 氣管路，及一與輪氣管路連接的鼓風機。散氣器大多設在 水池或水槽底部’利用鼓風機將空氣加壓輸入輸氣管路後 二氣再通過散氣器形成氣泡進入水中。散氣器主要用以 使氣流擴散以增加出氣面積，並使氣流通過微孔隙再進入 水中，可產生較細小的氣泡，以增加溶氧速率。習知的散 氣器例如美國專利案第5,330,688號所揭露的，如圖1所 示，包含一與輸氣管91連接的基座92及一覆蓋於基座92 上的氣體擴散膜93,基座92呈圓盤狀且其氣體擴散膜们 呈圓形，參見圖2,氣體擴散膜93是利用彈性材料製成並 形成有％狀排列的透氣孔94，以供氣流通過後形成氣泡。 為了形成較細小的氣泡，透氣孔94的尺寸越小且密度越高 者較佳，但是由於彈性材料具有相當的韌性，較不易加= 形成微小的穿孔，且為了使氣體擴散膜93具有一定的強度 1321492 ，單一個膜面所能形成穿孔的數量有限，使得穿孔密度較 低。目前市售的散氣器之氣體擴散膜所用的彈性材料，常 見的是合成橡膠，例如三元乙丙橡膠（砂〇]^1^1)1^1·， ethylene propyiene diene monomer rubber)、熱塑性彈性體（ ΤΡΕ，thermal plastic elastomer)等，而形成的透氣孔尺寸 僅在釐米（mm )等級。 因此’如何使氣體擴散膜的透氣孔更微小化並增加穿 孔达度’以能形成更細化的氣泡’仍有很大的改進空間。 【發明内容】 為了解決彈性材料不易形成微小穿孔且穿孔密度不高 的難題，發明人等經過多方研究與實驗發現，利用具有微 米級孔隙大小（P〇re size)之不織布，例如熔噴不織布，為 進氣層，以及利用基重較重，亦即強度較強，但是孔隙較 大的織布或不織布作為支撐層，形成複合層體結構的氣體 擴散膜。當氣流欲通過氣體擴散膜時，須先通過孔隙較小 且較密的進氣層’再通過孔隙較大的支撐層進入水中。藉 由進氣層的不織布本身具有大量的孔隙，加上其微米級的 孔隙大小’可以增加氣體擴散膜的孔隙密度。且因為氣流 通過微細孔隙的速率較慢，所以可使氣流先橫向擴散，均 勻地刀佈於進氣層表面，以增加出氣面積。當氣流通過進 氣層時可形成更細化的氣泡’故能大幅提昇溶氧速率。又 、作為支撐結構的支撐層，可使氣體擴散膜具有適當強度 乂抵抗氣流的衝擊力，増加氣體擴散膜的使用壽命。 因此’本發明之目的’即在提供一種可以細化氣泡以 6 丄321492 大幅提昇溶氧速率之曝氣系統用的散氣器。 於是，本發明曝氣系統用的散氣器，包含：一基座及 一氣體擴散膜。該基座包括一承載盤及一進氣管，該承载 盤中央形成有一喷氣孔並具有一承載面，該進氣管連接於 該承載盤之承載面的相反側，並具有一與該喷氣孔相連通 羚通道。該氣體擴散膜設置於該承載盤之承載面，且該氣 體擴散膜的邊緣與該承載盤之承載面密合，該氣體擴散膜

包括由纖維構成的一鄰近該承載盤的進氣層及一層疊於該 進氣層上的支撲層。 該進氣層以直徑介於50奈米〜5微米的纖維所製成的不 織布為且’且其基重較佳的是介於20〜150克/平方公尺，而 該進氣層的孔隙尺寸較佳的是介於1〜20微米，更佳的是介 於5〜12微米。 此外，該支撐層以直徑介於20微米〜200微米的纖維所 製成的織布或不織布為宜，該支撐層的基重介於ι〇〇〜5〇〇

克/平方公尺，且其孔隙尺寸較佳的是介於8〜1〇〇微米更 佳的是介於10〜30微米。 【實施方式】 .有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 如圖 产 與® 5所* ’說明本發明m统用的散 ::之第一較佳實施例。本發明第-較佳實施例的散氣器i 匕3基座2、—氣體擴散膜3及—逆止閥μ。基座2包 7 1321492 括一圓形的承載盤21及一進氣管22,承載盤21中央形成 有一喷氣孔2U並具有一承載面212，進氣管22連接於承 載盤21之承載面212的相反側213，並具有一與噴氣孔 相連通的通道221，進氣管22的外壁面形成有螺紋M2, 以供與一輪氣管81鎖接。氣體擴散膜3設置於承載盤2之 承載面212,包括一鄰近承載盤22的進氣層31、一層疊於 進氣層31上的支撐層32。進氣層31與支撐層32分別2不 同直徑大小的纖維所製成，進氣層31使用較細的纖維以形 成較細密的孔隙，藉此可使氣流在進氣層31與承載盤Η 之間進行橫向擴散時，由於進氣層31孔隙較小，可減緩氣 流通過的速率，使得氣流可在承載盤21表面均勻擴散，增 加出氣面積。進氣層31的孔隙尺寸以介於微米較佳 ，更佳的是介於5〜12微米的孔隙尺寸。為了達到前述孔隙 尺寸，以使用熔噴法（melt_brown)製成的不織布較佳其 基重可介於20〜150克/平方公尺，其纖維直徑可介於％奈 米〜5微米，纖維材質可選用例如聚酯（p〇lyester)、聚丙烯 (polypropylene)、聚乙烯（p〇iyethylene)等適用於製作不 織布之化學纖維材質，但並不以前述材質為限。此外，熔 喷不織布的結構可為單層或多層。 支撐層32的強度大於進氣層31，主要作為支撐結構， 用以強化進氣層31，增加進氣層31耐氣流衝擊的能力。支 撐層32可使用基重介於1〇〇〜5〇〇克/平方公尺的織布或不織 布，其纖維直徑可介於20微米〜2〇〇微米，纖維材質可選用 例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯等化學纖維，但並不以前述材 8 為限。支撐層32的孔隙尺寸以介於8〜刚微米較佳，更 的孔隙尺寸是介於10〜30微米。適用於支撐層32的不織 可用纺黏法（spun_bGnded)製作，並可為單層或多層結 的不織布。在本實施例中，進氣層31為熔喷不織布，支 2層32為_不織布，進氣層31與支㈣32經由熱壓黏 口為一體結構的氣體擴散膜3。 一圯止閥33具有-固設於支樓層32侧的頂面部33卜及 一固設於進氣層31側的底錐部332，頂面部331與底錐部 332將支擇層32與進氣層31夾置其間且底錐部…的錐 形部分可移動地容置於喷氣孔211中。逆止間33是以不透 水材a質製成，且以彈性材料較佳，在本實施例中逆止閥 33是以聚氨酯（Poly U磁ane)製成並黏合固定於氣體擴 散膜3中央處’而氣體擴散膜3周緣以超音波黏合於承載 ，21之承载面212的周緣。本實施例以複合不織布製成的 亂體擴散膜3 ’相較於現有的合成橡膠製的氣體擴散膜，不 僅具有質量輕的優點，且可利用超音波直接黏合於承載盤 21 ’而使組裝程序更為簡便。 再參閲圖3與圖5,如圖5中的箭頭方向所示，當氣流 ^進氣管22㈣道221進入時，氣流可將逆止㈤33往: 提升，使逆止閥33的底錐部332部分移出承載盤21的噴 軋孔211，形成氣流可通過的空隙，氣流即可通過喷氣孔 2Π往承载盤21的外周緣方向擴散，由於進氣層η的孔隙 為微米等級’非常微小，可減缓氣流通速度，使得氣 流可以均勻的佈滿承載盤21的承載面212，並能到達遠離 喷^孔211的外周緣處^藉此，除了能增 而:使氣流通過進氣…，在水中形成更細化=圍 而增加溶氧速率1未輪送氣流時， :部尸位於喷氣孔211中，可將喷::2 = '方止水机入輸氣管路80 (參閱圖6)中。 二==，本發明的散氣器1適用與輸氣管路8〇組 ㈣成曝4統8，以裝設於水池底部82，前述水池可以 r水或廢水處理系統的曝氣池，或是水產養殖池等，需 ί增料_溶氧量的水池。輸氣管路⑽外接鼓風機（圖令 二謂乱體（―般為空氣）經由輸氣管路80傳送至散 ^卜再參_ 5，氣流在散氣器1的承載盤21面擴散 後，再通過具有微米級孔隙的進氣層3ι以及切層η後 進入水中’㈣成微細化的氣泡’能大幅提昇溶氧速率。 如：7與圖8所示，說明本發明曝氣系統用的散氣器 佳實她例。本發明第二較佳實施例的散氣器4盥 第一較佳實施例大致相同，其所差異之處在於，第二較佳 實=的散氣器4還包含—固㈣5，氣體擴散膜6是利用 固定環5與基座7螺鎖固定，而使氣體擴散膜6的周緣與 基座7的承載盤71表面密合。為了使氣體擴散膜6的周緣 與基座7能達到氣密效果，氣體擴散膜6的周緣表面塗佈 有防水的彈性材料I 6卜該彈性材料可舉例如聚氨醋。基 座7的承載盤71上形成有與固定環5的穿孔51相配合的 螺孔711，且氣體擴散膜6上也具有相對應的穿孔川，以 供螺絲52鎖接’而將氣體擴散膜6的周緣夾置於固定環7 1321492 與承載盤71之間。本發明笛—祕y土 — 不發明第一較佳貫施例是提供另 定氣體擴散膜的方式’其功能及應用可參照第一較 例，在此不再重複說明。 實也 溶氧率竇驗 實驗例是使用本發明的散氣器，其進氣層為聚丙稀（ PP)材質的溶喷不織布，基重為60 g/m'孔隙尺寸（卿 size)之平均值約4 7.5μπι。支撲層為聚對笨二甲酸乙二醇

S曰（PET)材質的纺黏不織布，基重為22〇咖2，孔隙尺寸 —re size)之平均值㈣11μιη。進氣層與支撐層利用孰 壓黏合為-體結構以作為氣體擴散膜。散氣器的盤面直徑 約30公分。 比較例是使用市售商品的散氣器（楷欣企業有限公司 ，型號Disc-300) ’其氣體擴散膜材質為EpDM橡膠，散氣 器的盤面直徑約30公分。

實驗步驟如下··分別將實驗例與比較例之散氣器置入 裝有100公升自來水的測試池丨及測試池2中，並以 L/min的通氣量，持續曝氣1〇分鐘，分別量測在曝氣前後 測試池1、2中池水的溶氧量，用以比較實驗例與比較例的 溶氧速率。實驗的環境溫度為28.8°C，測量結果如表1所 7]> 〇 表1 曝氣前溶氧量 曝氣後溶氧量 增加溶氧量 (mg/L) (mg/L) (mg/L) 實驗例 4.56 7.87 3.31 _ 比較例 5.17 7.18 2.01 11 丄492 由表1可知’在相同的通氣量及經過相同的曝氣時間 的條件下，使用實驗例所增加的水中溶氧量為3 n mg/L， 而使用比較例僅增力σ 2.G1 mg/L，實驗例相較於比較例可多 =加水中溶氧量約65% ’顯示本發明的散氣器具有大幅提 昇溶氧速率的優點。 綜上所述，本發明曝氣系統用的散氣器利用具有高密 度微細孔隙的不織布作為進氣層，可增加出氣的面積範圍 ，並能形成更細化的氣泡，而能大幅提昇溶氧速率，故確 實此達到本發明之目的。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一示意圖，說明一習知的散氣器； 圖2是一示意圖，說明一習知的氣體擴散膜； 圖3是一剖視示意圖，說明本發明曝氣系統用的散氣 器之第一較佳實施例； 圖4是一立體分解圖，說明該第一較佳實施例與一輸 氣管； 圖5是一剖視示意圖，說明該第一較佳實施例在一通 氣狀態； 圖6是一示意圖，說明該第一較佳實施例應用於一曝 12 1321492 氣系統； 圖7是一立體分解圖，說明本發明曝氣系統用的散氣 器之第二較佳實施例；及 圖8是一圖7的另一角度視圖，說明該第二較佳實施 例。

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【主要元件符號說明】 1 ..........散氣器 2 ..........基座 21 .........承載盤 211……噴氣孔 212 .......承載面 213 .......相反側 22 .........進氣管 221 .......通道 222 .......螺紋 3 ..........氣體擴散膜 31 .........進氣層 32 .........支撐層 33 .........逆止閥 331 .......頂面部 332 .......底錐部 4 ..........散氣器 5 ..........固定環 51 .........穿孔 52 .........螺絲 6 ..........氣體擴散膜 61.........彈性材料層 611 .......穿孔 7 ..........基座 71.........承載盤 711 .......螺孔 8 ..........曝氣系統 80 .........輸氣管路 81 .........輸氣管 82 .........水池底部 91 .........輸氣管 92 .........基座 93 .........氣體擴散膜 94 .........透氣孔 14

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： h 一種曝氣系統用的散氣器，包含： ,一基座，包括一承載盤及一進氣管，該承載盤中央 =有1氣孔並具有-承載面，該進氣管連接於該承 现之承載面的相反側，並具有一與該嘴氣孔相連通的 通道；及 —氣體擴散膜’設置於該承載盤之承載面，且該氣 體擴散膜的邊緣與該承載盤之承載面密合，該氣體擴散 膜包括由纖維構成的一鄰近該承載盤的進氣層及一層疊 於該進氣層上且基重大於該進氣層的支撐層其中該進 氣層是由直徑介於50奈米〜5微米的纖維所製成的不織 布’且其基重介於20〜ISO克/平方公尺。 2. 依據申清專利範圍第丨項所述之曝氣系統用的散氣器， 其中’該進氣層的孔隙尺寸介於卜⑼微米。 3. 依據申請專利範圍第2項所述之曝氣系統用的散氣器， 其中’該進氣層的孔隙尺寸介於5〜12微米。 4. 依據申請專利範圍第丨或2項所述之曝氣系統用的散氣 器’其中’該支撐層是由直徑介於2〇微米〜200微米的 纖維所製成的織布或不織布’且其基重介於丨〇〇〜5〇〇克/ 平方公尺。 5. 依據申請專利範圍第4項所述之曝氣系統用的散氣器， 其中’該支撐層的孔隙尺寸介於8〜1〇〇微米。 6. 依據申請專利範圍第5項所述之曝氣系統用的散氣器’ 其中’該支撐層的孔隙尺寸介於丨〇〜3〇微米。 15 7.依據f請專利範圍第丨項所述之曝氣系制的散氣器， 其中，該氣體擴散膜的邊緣直接黏合固定於該承載盤。 8·依據巾請專利範圍第丨項所述之曝氣系統用的散氣器， 還包含一設於該氣體擴散膜的逆止％，該逆止閥由不透 水材質所製成並用以於該嘴氣孔未進氣時封閉該喷氣孔 〇

   依據申請專利範圍第8項所述之曝氣系統㈣散氣器， 其中-亥逆止閥具有—固設於該支撐層侧的頂面部，及 -固設於該進氣層—底錐部，該頂面部與該底錐部將 該支樓層與該進氣層夹置其間，且該底錐部的錐形部分 可移動地容置於該噴氣孔中。 10·依據巾請專魏圍第1或8項所述之曝氣系統用的散氣 器，還包含-與該承栽盤組接的固定環，錢氣體擴散 膜的邊緣夾置於該固定環與該承載盤之間。

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