TWI393679B - Aromatic diffuser for aeration - Google Patents

Description

曝氣用的氣體擴散器

本發明是有關於一種用於曝氣系統的氣體擴散器，特別是指一種可細化氣泡以增加傳氧效率的氣體擴散器。

一般使用好氧(aerobic)生物處理方式(biological 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氣體擴散器、一與各氣體擴散器連接的輸氣管路，及一與輸氣管路連接的鼓風機。氣體擴散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，空氣再通過氣體擴散器形成氣泡進入水中。氣體擴散器具有可透氣膜片，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。

現有氣體擴散器的可透氣膜片大多如美國專利案第5,330,688號所揭露的，是利用彈性材料製成，並形成有環狀排列的透氣孔，以供氣流通過後形成氣泡。較為普遍使用的彈性材料為三元乙丙橡膠(EPDM rubber，ethylene propylene diene monomer rubber)。為了形成較細小的氣泡，通常透氣孔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，較不易加工形成微小的穿孔，一般形成的透氣孔尺寸僅在釐米(mm)等級。而且為了使可透氣膜片具有一定的強度，單一個膜面所能形成穿孔的數量有限，使得穿孔密度較低。

如何使氣體擴散器能形成更細化的氣泡，且能增加透氣孔的密度，仍有改善的空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以細化氣泡，以提昇氧傳係數(Oxygen Transfer Coefficient)及傳氧效率(Standard Oxygen Transfer Rate，SOTR)的曝氣用的氣體擴散器。

於是，本發明曝氣用的氣體擴散器，包含：一基座、一氣體擴散片及一逆止閥；該基座中心設有一氣體通道，該氣體擴散片周緣密封於該基座，該逆止閥位於該氣體通道的出氣口，為浮動式活塞，單向封閉該氣體通道，僅供氣體流出；其特徵在於：該氣體擴散片具有一支撐層及一塗佈於該支撐層表面的高分子多孔膜，該支撐層可透氣且斷裂延伸率(Break Elongation)不大於20%，該高分子多孔膜位於該支撐層與該基座之間，藉由該高分子多孔膜能使由該氣體通道流出的氣體先橫向擴散後，再依序通過該高分子多孔膜及該支撐層進入水中形成氣泡。

本發明之功效在於，高分子多孔膜具有微米級的微孔，可使氣泡細化，並藉由支撐層增加機械強度，能夠提昇氧傳係數及傳氧效率，增加溶氧量。再者，該氣體擴散片的高分子多孔膜是直接以塗佈方式在支撐層表面成膜，使得高分子多孔膜與支撐層間無須使用外加的黏合材料或貼合步驟，即可貼合，且不會有分層的間隙，使氣體可連續通過高分子多孔膜及支撐層，中間不會有阻礙。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1與圖2，本發明曝氣用的氣體擴散器1之一較佳實施例包含：一基座2、一氣體擴散片3及一逆止閥4。基座2包括一圓形的承盤21及一進氣管22，承盤21具有一承載面211及一位於承載面211相反側的底面212，進氣管22連接於承盤21之底面212，進氣管22的外壁面形成有螺紋221，以供與一輸氣管81鎖接。基座2中心設有一氣體通道23，氣體通道23的進氣口231位於進氣管22與輸氣管81的連接端，氣體通道23的出氣口232位於承載面211中央。

氣體擴散片3具有一支撐層31及一塗佈於支撐層31表面的高分子多孔膜32。支撐層31可透氣且斷裂延伸率不大於20%，其可為織布、不織布或格網，只要符合斷裂延伸率不大於20%即可，在本實施例中，支撐層31是以150den之長纖紗經緯交織而成，基重為180g/m² ，厚度為0.17mm。高分子多孔膜32具有連續性穿孔透氣之結構特性，在本實施例是以連續性穿孔的高分子發泡體直接塗佈於支撐層31表面成膜，可藉由選擇發泡劑的種類、調整發泡劑的劑量及發泡機的參數來控制高分子多孔膜32的孔徑大小，發泡體的製作可利用現有的技術完成，於此不再詳述。適用本發明高分子多孔膜32的透氣性以介於1cc/cm² ‧sec至20cc/cm² ‧sec為宜，且以介於3cc/cm² ‧sec至10cc/cm² ‧sec較佳；其孔徑以介於1μm至16μm為宜，而以介於3μm至8μm較佳；其厚度以介於0.05mm至10mm為宜，而以介於0.1mm至5mm較佳。在本實施例中，高分子多孔膜32為聚碳酸酯(PC)發泡體，厚度為1mm、孔徑約5至7μm、透氣性約為6至9cc/cm² ‧sec。

配合參閱圖3與圖4，逆止閥4位於氣體通道23的出氣口232，為浮動式活塞，單向封閉氣體通道23，僅供氣體流出，其具有一固設於支撐層31側的頂面部41，及一固設於高分子多孔膜32側的底錐部42，頂面部41與底錐部42將支撐層31與高分子多孔膜32夾置其間，且底錐部42的錐形部分可移動地容置於氣體通道23中。逆止閥4是以不透水材質製成，且以彈性材料較佳，當氣體通道23未充氣時，逆止閥4即封閉氣體通道23的出氣口232，以防止水流進氣體通道23。在本實施例中，逆止閥4是以聚氨酯(Poly Urethane)製成並以貼合方式固設於氣體擴散片3的中央處，但是逆止閥4也可以單獨設於氣體通道23的出氣口232，位於氣體擴散片3下方，惟，逆止閥4固設於氣體擴散片3的生產工序可較為簡化。

氣體擴散片3周緣密封於基座2，在本實施例中，氣體擴散片3是利用固定環5與基座2螺鎖固定，而使氣體擴散片3的周緣與基座2的承盤21表面密合。為了使氣體擴散片3的周緣與基座2能達到氣密效果，氣體擴散片3的周緣表面塗佈有防水的彈性材料層6，彈性材料可舉例如聚氨酯。基座2的承盤21上形成有與固定環5的穿孔51相配合的螺孔213，且氣體擴散片3上也具有相對應的穿孔33，以供螺絲52鎖接，而將氣體擴散片3的周緣夾置於固定環5與承盤21之間。此外，參閱圖5，本發明的另一較佳實施例，亦可利用超音波直接將氣體擴散片3周緣直接貼合於基座2’的承盤21’表面。

再參閱圖3與圖4，氣體擴散片3組裝於基座2後，即覆蓋於承盤21的承載面211，使高分子多孔膜32位於支撐層31與基座2之間。以鼓風機(圖中未示出)加壓輸送的氣體，經由輸氣管81進入，如圖4中的箭頭方向所示，當氣流由氣體通道23進入時，氣流可將逆止閥4往上提升，使逆止閥4的底錐部42部分移出，形成氣流可通過的空隙，氣流即可通過出氣口232往承盤21的外周緣方向擴散，由於高分子多孔膜32的孔隙為微米等級，非常微小，可減緩氣流通過的速度，使得由氣體通道23流出的氣體可以先橫向擴散，均勻的佈滿承盤21的承載面211，並能到達遠離出氣口232的外周緣處，再依序通過高分子多孔膜32及支撐層31進入水中形成氣泡。藉此，除了能增加出氣的面積範圍，也使氣流通過高分子多孔膜32後，在水中形成更細化的氣泡，而增加溶氧速率。

曝氣實驗

以前述較佳實施例為實驗組，其基座21直徑約24.6cm，氣體擴散片3的支撐層31是以150den之長纖紗經緯交織而成，基重為180g/m² ，厚度為0.17mm，高分子多孔膜32為聚碳酸酯(PC)發泡體，厚度為1mm、孔徑約5至7μm、透氣性約為6至9cc/cm² ‧sec。

另取市售的以EPDM膜為氣體擴散片的氣體擴散器為比較組，比較組的基座直徑同為24.6cm，但是形成在EPDM膜上的穿孔，其孔隙長度約1000±250μm，穿孔密度約為8至12孔/cm² 。

分成兩次將實驗組與比較組之氣體擴散器置入裝有自來水的測試桶槽中，其桶槽尺寸為0.35m(L)x 0.35m(W)x 4.66m(H)，水深4m並以30LPM的通氣量供氣，分別量測實驗組與比較組在桶槽中的氧傳係數(αkLa20)及傳氧效率(SOTR)。實驗結果如下表1所示。

由表1結果可知，實驗組的氧傳係數及傳氧效率均高於比較組，顯示本發明的氣體擴散器1可具有較佳的溶氧效果。

綜上所述，本發明曝氣用的氣體擴散器1，其氣體擴散片3的高分子多孔膜32具有微米級的微孔，可使氣泡細化，並藉由支撐層31增加機械強度，能夠提昇氧傳係數及傳氧效率，增加溶氧量。再者，氣體擴散片3的高分子多孔膜32是直接以塗佈方式在支撐層31表面成膜，使得高分子多孔膜32與支撐層31間無須使用外加的黏合材料及貼合步驟，即可貼合，且不會有分層的間隙，使氣體可連續通過高分子多孔膜32及支撐層31，中間不會有阻礙，故確實能達成本發明之目的。

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內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內。

1．．．氣體擴散器

2．．．基座

2’．．．基座

21．．．承盤

21’．．．承盤

211．．．承載面

212．．．底面

213．．．螺孔

22．．．進氣管

221．．．螺紋

23．．．氣體通道

231．．．進氣口

232．．．出氣口

3．．．氣體擴散片

31．．．支撐層

32．．．高分子多孔膜

33．．．穿孔

4．．．逆止閥

41．．．頂面部

42．．．底錐部

5．．．固定環

51．．．穿孔

52．．．螺絲

6．．．彈性材料層

81．．．輸氣管

圖1是一立體分解圖，說明本發明曝氣用的氣體擴散器之一較佳實施例；

圖2是一圖1的另一角度視圖，說明該較佳實施例；

圖3是一剖視示意圖，說明該較佳實施例在未通氣的狀態；

圖4是一剖視示意圖，說明該較佳實施例在通氣的狀態；及

圖5是一立體分解圖，說明本發明曝氣用的氣體擴散器之另一較佳實施例。

1．．．氣體擴散器

2．．．基座

21．．．承盤

211．．．承載面

22．．．進氣管

23．．．氣體通道

231．．．進氣口

232．．．出氣口

3．．．氣體擴散片

31．．．支撐層

32．．．高分子多孔膜

4．．．逆止閥

41．．．頂面部

42．．．底錐部

5．．．固定環

6．．．彈性材料層

Claims (11)

1. 一種曝氣用的氣體擴散器，包含：一基座、一氣體擴散片及一逆止閥；該基座中心設有一氣體通道，該氣體擴散片周緣密封於該基座，該逆止閥位於該氣體通道的出氣口，為浮動式活塞，單向封閉該氣體通道，僅供氣體流出；其特徵在於：該氣體擴散片具有一支撐層及一塗佈於該支撐層表面的高分子多孔膜，該支撐層可透氣且斷裂延伸率不大於20%，該高分子多孔膜位於該支撐層與該基座之間，藉由該高分子多孔膜能使由該氣體通道流出的氣體先橫向擴散後，再依序通過該高分子多孔膜及該支撐層進入水中形成氣泡。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該高分子多孔膜的透氣性介於1cc/cm² ‧sec至20cc/cm² ‧sec。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該高分子多孔膜的透氣性介於3cc/cm² ‧sec至10cc/cm² ‧sec。
4. 依據申請專利範圍第1或2項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該高分子多孔膜的孔徑介於1μm至16μm。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該高分子多孔膜的孔徑介於3μm至8μm。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該高分子多孔膜的厚度介於0.05mm至10mm。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該高分子多孔膜的厚度介於0.1mm至5mm。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該支撐層為織布、不織布或格網。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該逆止閥固設於該氣體擴散片的中央處。
10. 依據申請專利範圍第1項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該高分子多孔膜具有連續性穿孔透氣之結構特性。
11. 依據申請專利範圍第10項所述之曝氣用的氣體擴散器，其中，該高分子多孔膜為高分子發泡體。