本發(fā)明涉及污廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于曝氣的有限空間高效充氧系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

好氧生物處理工藝在各類工業(yè)廢水和城市生活污水處理工程中應(yīng)用廣泛。曝氣是其關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)，通過曝氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)向污水中充氧，為好氧微生物分解有機(jī)物提供氧氣并維持好氧微生物的活性，另外，曝氣也起到攪拌混合的作用，保證活性污泥、溶解氧、有機(jī)污染物三者的充分接觸，提高污水處理效果。鼓風(fēng)曝氣是國內(nèi)主流采用的曝氣方式，由鼓風(fēng)機(jī)、空氣擴(kuò)散裝置和空氣輸送管道組成。根據(jù)產(chǎn)生的氣泡大小，空氣擴(kuò)散裝置可分為微氣泡擴(kuò)散裝置、中氣泡擴(kuò)散裝置和大氣泡擴(kuò)散裝置。理論上，氣泡越小，氣液接觸面積越大，氧利用率越高，所以目前膜片式微孔曝氣裝置以其高利用率得到了廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有曝氣設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中卻不可避免的出現(xiàn)好氧池內(nèi)曝氣不均勻，總體溶氧效率低，池底污泥淤積厭氧化，因曝氣器的脫落、堵塞、老化等導(dǎo)致的氧利用率急速下降、高能耗、高運(yùn)行成本等問題。

目前多數(shù)好氧處理單元采用鼓風(fēng)曝氣，膜片式曝氣器為散氣裝置。圖1為曝氣系統(tǒng)示意圖，加壓空氣由鼓風(fēng)機(jī)30提供，空氣輸送管道起到輸送和配氣的作用，均勻固定安裝在曝氣池底部的散氣裝置40是整個(gè)曝氣系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，它的作用是將鼓風(fēng)機(jī)所提供的壓縮空氣分散成盡可能小的氣泡，以增大空氣和混合液的接觸界面，促進(jìn)空氣中的氧氣溶解到水中的傳質(zhì)過程。

現(xiàn)有曝氣系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中存在以下問題：

1.曝氣器多采用滿池均勻布置的方式，而實(shí)際污水處理過程中，沿曝氣池水流方向，污染物濃度逐漸降低，均勻布?xì)鈺?huì)導(dǎo)致曝氣池前端曝氣不足，末端過量，為保證曝氣均勻而需要加大曝氣量，導(dǎo)致運(yùn)行成本增加；

2.現(xiàn)有曝氣系統(tǒng)溶氧效率總體而言并不高，曝氣系統(tǒng)使用的膜片式曝氣器形成的氣泡很小，雖增加了氣液接觸面積，但由于氣泡尺寸越小，氣泡運(yùn)動(dòng)速度越慢，無法形成水流，對(duì)池內(nèi)混合液的擾動(dòng)作用不強(qiáng)，最終減弱了氧傳質(zhì)過程，另外僅向上的單向曝氣方式也導(dǎo)致對(duì)池底污泥的攪動(dòng)效果很差，致使池底污泥厭氧化；

3.曝氣器固定在池底，且在運(yùn)行過程中容易脫落，導(dǎo)致局部泄氣，最終可能導(dǎo)致曝氣系統(tǒng)崩潰，更換維護(hù)時(shí)必須停產(chǎn)抽干后作業(yè)；

4.膜片式曝氣器的膜孔小，空氣流動(dòng)阻力大，引起壓力損失增大，相應(yīng)能耗上升；

5.膜片式曝氣器的膜片所用橡膠材質(zhì)易老化，使用壽命較短，一般為3年，膜片老化撕裂后曝氣效率急劇下降，產(chǎn)生局部泄壓，膜孔易堵塞，尤其應(yīng)用在高濃度、高懸浮物、高硬度或易結(jié)垢的污水中，清洗檢修維護(hù)困難；

6.曝氣器脫落、老化、易堵等缺點(diǎn)都導(dǎo)致了維護(hù)成本上升，增加了污水處理運(yùn)行成本，甚至直接影響污水處理工藝的正常運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種有限空間高效充氧系統(tǒng)，以解決實(shí)際工程中好氧池內(nèi)曝氣不均、總體溶氧效率低、池底污泥淤積、曝氣器容易脫落、堵塞、老化、氧利用效率下降快、管理維護(hù)不便、成本高等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種有限空間高效充氧系統(tǒng)，其包括曝氣池，所述曝氣池內(nèi)沿水流方向設(shè)置若干導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板將所述曝氣池分為若干區(qū)域，所述若干區(qū)域內(nèi)分別根據(jù)該區(qū)域的溶氧要求集中布置不同數(shù)量的曝氣器；所述曝氣器為旋切混流曝氣裝置，所述旋切混流曝氣裝置主要由外筒、中心進(jìn)氣管、順向旋流板、逆向旋流板、分流器組成，所述外筒的下部為進(jìn)水口，上部是出水口，所述中心進(jìn)氣管豎直內(nèi)置于所述外筒并且其上部具有進(jìn)氣口、下部具有出氣口，所述順向旋流板和逆向旋流板與所述中心進(jìn)氣管固定，所述順向旋流板和所述逆向旋流板之間具有緩沖空間；所述分流器固定在所述中心進(jìn)氣管的底部并使從所述中心進(jìn)氣管底部排出的氣體向四周排出；所述旋切混流曝氣裝置的出水口上方設(shè)置有導(dǎo)流切割器，所述導(dǎo)流切割器設(shè)置在所述中心進(jìn)氣管外部，并且所述導(dǎo)流切割器與所述出水口之間具有緩沖距離；所述導(dǎo)流切割器為倒置的圓錐體，并且其錐度為60-65°。

本發(fā)明通過在曝氣池內(nèi)加設(shè)導(dǎo)流板，使得污水形成合適的流速，并延長水力停留時(shí)間，同時(shí)將曝氣池分割成幾個(gè)區(qū)域；并且，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)集中布置不同數(shù)量的曝氣器，可以使沿水流方向形成曝氣區(qū)與緩沖區(qū)間隔分布。曝氣器集中布置的設(shè)置方式與曝氣器均勻布置的設(shè)置方式相比，曝氣器集中布置使沿水流方向形成曝氣區(qū)與緩沖區(qū)間隔分布，曝氣區(qū)的溶解氧濃度相對(duì)較高，緩沖區(qū)的溶解氧相對(duì)較低，在水流的推動(dòng)下，高溶氧區(qū)的水很快流向低溶氧區(qū)，利用溶氧濃度的高低差，造成較大的溶氧濃度梯度分布，提高了氧的傳遞速率，大大增加充氧能力。在本發(fā)明中，可以通過順向旋流板和逆向旋流板的葉片角度的設(shè)計(jì)使得水流形成旋流。設(shè)置所述分流器使氣體從進(jìn)氣管的周邊向外呈一個(gè)擴(kuò)大的角度流出可以增加氣體和水的混合面積。其中，旋切混流曝氣裝置的中心進(jìn)氣管豎直內(nèi)置，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡化，空氣流動(dòng)更順暢，并且通過設(shè)置中心進(jìn)氣管作為氣體輸送裝置并將其下部作為出氣口和曝氣口，使設(shè)置大口徑曝氣口成為可能；同時(shí)，分別包括具有角度的多個(gè)葉片的順向旋流板和逆向旋流板具有剪切、旋流的作用，可形成強(qiáng)烈紊流；特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得該旋切混流曝氣裝置運(yùn)行時(shí)，可提高周邊混合液的湍流程度，并對(duì)池底污泥形成強(qiáng)力攪動(dòng)作用，避免出現(xiàn)污泥厭氧，大大強(qiáng)化氧傳質(zhì)過程，在以該曝氣器為中心的有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效充氧。此外，本發(fā)明的旋切混流曝氣裝置通過上述結(jié)構(gòu)的設(shè)置使其內(nèi)無易損部件，運(yùn)行過程中各部件不會(huì)出現(xiàn)脫落的情況，旋切混流曝氣裝置性能穩(wěn)定，運(yùn)行故障極少，基本能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。本發(fā)明設(shè)置了導(dǎo)流切割器，并首次認(rèn)識(shí)到導(dǎo)流切割器的錐面對(duì)氧利用效率和充氧效果具有重要作用，并且進(jìn)一步的通過設(shè)置導(dǎo)流切割器，使其具有適宜角度的錐面，從而能夠適應(yīng)氣液固三相混合液的流動(dòng)，進(jìn)而發(fā)揮其導(dǎo)流、擴(kuò)散的功能。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在至少一個(gè)所述區(qū)域的垂直方向上，所述曝氣器分層布設(shè)。因此，曝氣器分層布設(shè)可以僅在一區(qū)域設(shè)置，或僅在其中一些區(qū)域設(shè)置，或全部區(qū)域均設(shè)置。曝氣器在垂直方向上分層布設(shè)，一方面使得垂直方向曝氣均勻，解決了現(xiàn)有曝氣器產(chǎn)生的氣泡在上升過程中不斷變大，氧傳質(zhì)效率減弱的問題，另一方面也大大增強(qiáng)水流混合作用。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述旋切混流曝氣裝置的外筒下部的進(jìn)水口為喇叭狀進(jìn)水口。喇叭狀進(jìn)水口設(shè)計(jì)，有利于水流循環(huán)。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述順向旋流板和所述逆向旋流板間隔設(shè)置，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入其中的水流的旋流上升。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述順向旋流板和逆向旋流板的葉片上分別分布有多個(gè)碰撞頭。葉片上碰撞頭的設(shè)計(jì)可形成大量微小氣泡。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述導(dǎo)流切割器的外表面分布有多個(gè)切割構(gòu)件，該些切割構(gòu)件相對(duì)于所述導(dǎo)流切割器的角度為90-100°，所述切割構(gòu)件的長度為3-5cm。本發(fā)明首次認(rèn)識(shí)到導(dǎo)流切割器外設(shè)置的切割構(gòu)件相對(duì)于導(dǎo)流切割器錐面的角度和切割構(gòu)件的長度對(duì)氧利用效率和充氧效果具有重要作用，并且進(jìn)一步的通過設(shè)置所述切割構(gòu)件，使其具有適宜的角度及長度，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該角度和長度能夠?qū)崿F(xiàn)切割構(gòu)件對(duì)氣液固三相混合液的切割。

上述的具有切割構(gòu)件的導(dǎo)流切割器能夠?qū)馑炝鲗?shí)現(xiàn)二次導(dǎo)流、切割、擴(kuò)散，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該結(jié)構(gòu)可有效提升曝氣設(shè)備的充氧能力，與未設(shè)置導(dǎo)流切割器和切割構(gòu)件的旋切混流曝氣裝置相比，該旋切混流曝氣裝置的充氧能力可提升1.25倍以上。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述旋切混流曝氣裝置的中心進(jìn)氣管通過法蘭與外部空氣管路連接。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述旋切混流曝氣裝置的所述中心進(jìn)氣管的出氣口為大口徑曝氣口，從而在曝氣時(shí)，曝氣口不會(huì)堵塞，而且氣流可順?biāo)髦畡?shì)，大大降低了空氣流動(dòng)阻力，節(jié)能降耗效果明顯；同時(shí)，大口徑曝氣口的設(shè)計(jì)也避免了膜片式曝氣器橡膠老化且膜孔易堵的問題。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述旋切混流曝氣裝置與鼓風(fēng)裝置通過可拆卸的空氣管路連接，并且所述旋切混流曝氣裝置通過支架設(shè)置在所述曝氣池中，所述旋切混流曝氣裝置與所述支架固定連接，并且所述支架放置在池底且不與所述池底固定連接。通過上述方式，本發(fā)明所采用的曝氣器安裝簡單方便，且可安裝后再放入水中，并且由于空氣管路的可拆卸設(shè)計(jì)，旋切混流曝氣裝置設(shè)置是可提升的，更換維護(hù)時(shí)無需停產(chǎn)抽干作業(yè)，極大方便了運(yùn)行維護(hù)工作，并大大降低了運(yùn)行成本。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述外筒的進(jìn)水口下部設(shè)有螺紋連接結(jié)構(gòu)，用于將旋切混流曝氣裝置的外筒與所述支架進(jìn)行可拆卸式連接。通過此螺紋連接結(jié)構(gòu)的設(shè)置，使外筒與支架的連接不需要金屬連接件如螺栓、螺釘?shù)?，從而避免了在使用過程中出現(xiàn)金屬件腐蝕的不利狀況。并且，結(jié)合該旋切混流曝氣裝置的整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置，該整個(gè)裝置均未使用金屬連接件如螺栓、螺釘?shù)龋瑥亩苊饬嗽谑褂眠^程中出現(xiàn)金屬件腐蝕的不利狀況。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述導(dǎo)流板的至少一個(gè)表面上設(shè)有多個(gè)碰撞頭。具體地，可以為所述導(dǎo)流板的兩個(gè)表面上均設(shè)有多個(gè)碰撞頭，或者僅所述導(dǎo)流板的一個(gè)表面上設(shè)有多個(gè)碰撞頭。導(dǎo)流板上設(shè)置大量碰撞頭，可將水流中的溶氧再次切割成微小氣泡，增加氣液接觸面積，提高充氧效率。

在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述多個(gè)碰撞頭包括間隔設(shè)置的多個(gè)大碰撞頭和多個(gè)小碰撞頭，從而進(jìn)一步增加氣液接觸面積，提高充氧效率。

在本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方式中，所述導(dǎo)流板將所述曝氣池分為2-3個(gè)區(qū)域。

在本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方式中，所述若干區(qū)域至少包括一前段，所述前段的曝氣器數(shù)量大于其它區(qū)域的曝氣器數(shù)量。這樣的布置方式滿足了前段高需氧的要求，實(shí)現(xiàn)供氧與需氧的平衡，有利于節(jié)約能耗，降低運(yùn)行成本。

在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，對(duì)于典型的推流曝氣池，所述導(dǎo)流板將所述曝氣池分為3個(gè)區(qū)域，并且所述曝氣器數(shù)量設(shè)置為“前段>中段>后段”。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

第一.本發(fā)明通過在曝氣池內(nèi)加設(shè)導(dǎo)流板，使得污水形成合適的流速，并延長水力停留時(shí)間，同時(shí)將曝氣池分割成幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)集中布置不同數(shù)量(如前段>中段>后段)的曝氣器，使沿水流方向形成曝氣區(qū)與緩沖區(qū)間隔分布。根據(jù)氣液傳質(zhì)理論，充氧過程的控制因素為氣液接觸面積和溶解氧的濃度梯度，當(dāng)曝氣器均勻布置時(shí)，對(duì)每個(gè)曝氣器來說，其周圍液膜中的溶解氧濃度相對(duì)來說是均勻的，溶解氧的濃度梯度也可看作是相等的，在此狀態(tài)下，氧的傳質(zhì)動(dòng)力比較小。而當(dāng)曝氣器集中布置時(shí)，曝氣區(qū)的溶解氧濃度相對(duì)較高，緩沖區(qū)的溶解氧相對(duì)較低，在水流的推動(dòng)下，高溶氧區(qū)的水很快流向低溶氧區(qū)，利用溶氧濃度的高低差，造成較大的溶氧濃度梯度分布，提高了氧的傳遞速率，大大增加充氧能力。此外，導(dǎo)流板上分布著大量碰撞頭，可將水流中的溶氧再次切割成微小氣泡，增加氣液接觸面積，提高充氧效率。最后，前段>中段>后段的布置方式滿足了前端高需氧的要求，實(shí)現(xiàn)供氧與需氧的平衡，有利于節(jié)約能耗，降低運(yùn)行成本；

第二.本發(fā)明提出有限空間高效充氧的概念，采取多種措施，大大強(qiáng)化氣液間傳質(zhì)過程：(1)采用新式旋切混流曝氣裝置，曝氣效果好，運(yùn)行時(shí)可以形成大量微小氣泡；由于該旋切混流曝氣裝置出水為旋轉(zhuǎn)水流，且裝置下部持續(xù)進(jìn)水，上部持續(xù)出水，因此可在曝氣池中形成以曝氣器為中心的強(qiáng)烈循環(huán)水流，提高了周邊混合液的湍流程度以及水流對(duì)池底污泥的強(qiáng)力攪動(dòng)作用，避免出現(xiàn)污泥厭氧，大大強(qiáng)化氧傳質(zhì)過程，在以曝氣器為中心的有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效充氧；(2)垂直方向上曝氣器的多層布置以及曝氣區(qū)與緩沖區(qū)的設(shè)置，一方面使得垂直方向曝氣均勻，解決現(xiàn)有曝氣器產(chǎn)生的氣泡在上升過程中不斷變大，氧傳質(zhì)效率減弱的問題，另一方面也大大增強(qiáng)水流混合作用，在曝氣區(qū)與緩沖區(qū)組合的有限空間內(nèi)顯著提高溶氧效率，降低能耗，節(jié)約成本；(3)通過設(shè)置導(dǎo)流板，一方面延長了水力停留時(shí)間，另一方面將曝氣池分割成若干區(qū)域，不同區(qū)域布置不同數(shù)量的曝氣器，平衡了供氧和需氧，實(shí)現(xiàn)按需分配，整個(gè)池體相當(dāng)于由大量高效充氧單元組合而成，解決了現(xiàn)有曝氣系統(tǒng)溶氧效率不高的問題，完全契合節(jié)能降耗的政策要求和節(jié)約成本的企業(yè)需求；

第三.本發(fā)明所采用的曝氣器安裝方便，且可安裝后再放入水中，更換維護(hù)時(shí)無需停產(chǎn)抽干作業(yè)；

第四.本發(fā)明采用的曝氣器內(nèi)沒有易損部件，運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)部件脫落的情況；

第五.本發(fā)明采用的曝氣器具有大口徑曝氣口，在曝氣時(shí)，不會(huì)堵塞，而且氣流可順?biāo)髦畡?shì)，大大降低了空氣流動(dòng)阻力，節(jié)能降耗效果明顯；同時(shí)，大口徑曝氣口的設(shè)計(jì)還避免了膜片式曝氣器存在的膜片老化且易堵的情況。

第六.結(jié)合上述的第三到第五條，本發(fā)明采用的曝氣器采用大口徑曝氣口且內(nèi)部無易損部件，不會(huì)出現(xiàn)由于某些零部件脫落導(dǎo)致整個(gè)裝置失效(現(xiàn)有的膜片式曝氣器的膜容易掉，膜一掉裝置就失效了)、材質(zhì)老化、膜孔堵塞等問題，性能穩(wěn)定，運(yùn)行故障極少，基本能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，即使有需要，也因裝置是可提升的，無需停產(chǎn)抽干作業(yè)，極大方便了運(yùn)行維護(hù)工作，并大大降低了運(yùn)行成本；

第七，本發(fā)明采用的旋切混流曝氣裝置設(shè)有導(dǎo)流切割器，所述導(dǎo)流切割器外表面設(shè)有切割構(gòu)件，導(dǎo)流切割器和切割構(gòu)件這兩種結(jié)構(gòu)的配合設(shè)置可有效提升曝氣裝置的充氧能力，與未設(shè)置導(dǎo)流切割器和切割構(gòu)件的旋切混流曝氣裝置相比，其充氧能力可提升1.25倍以上。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中曝氣系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)的豎直方向內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置示意圖；

圖3為圖2中標(biāo)號(hào)為9和7的部件的連接示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)的導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)的旋切混流曝氣裝置的分流器相對(duì)于中心進(jìn)氣管的設(shè)置位置示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)的旋切混流曝氣裝置的順向旋流板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)的旋切混流曝氣裝置的逆向旋流板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)的旋切混流曝氣裝置的順向旋流板和/或逆向旋流板上設(shè)置的碰撞頭的形狀示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)的旋切混流曝氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)的旋切混流曝氣裝置的導(dǎo)流切割器上設(shè)置的切割構(gòu)件的形狀示意圖。

其中，1—進(jìn)水管；2—曝氣池；3—曝氣區(qū)；4—緩沖區(qū)；5—導(dǎo)流板；6—出水管；7—旋切混流曝氣裝置；8—鼓風(fēng)機(jī)；9—空氣輸送管道；9-1—空氣管路；9-2—空氣管路；10—小碰撞頭(導(dǎo)流板上)；11—大碰撞頭(導(dǎo)流板上)；12—法蘭；13—進(jìn)氣管；14—出水口；15—外筒；16—順向旋流板；17—上升通道；18—逆向旋流板；19—分流器；20—喇叭狀進(jìn)水口；21—固定構(gòu)件；22—碰撞頭(旋流板上)；23-螺紋連接結(jié)構(gòu)；24-導(dǎo)流切割器；25-切割構(gòu)件。

具體實(shí)施方式

鑒于現(xiàn)有曝氣設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中不可避免的出現(xiàn)好氧池內(nèi)曝氣不均勻，總體溶氧效率低，池底污泥淤積厭氧化，因曝氣器的零部件脫落、膜堵塞、裝置老化等導(dǎo)致的氧利用率急速下降、高能耗、高運(yùn)行成本等問題，有人通過自控手段實(shí)現(xiàn)曝氣系統(tǒng)按需運(yùn)行以降低能耗，有人研發(fā)同樣具有較高氧利用率但又不存在現(xiàn)有曝氣器缺陷的新式曝氣裝置?？v觀所有這些手段，提高溶氧效率是其本質(zhì)。溶氧效率的高低，與曝氣池形式、曝氣裝置的結(jié)構(gòu)和布置方式、曝氣池內(nèi)水流流態(tài)、污水水質(zhì)等密切相關(guān)。本發(fā)明即是對(duì)曝氣裝置的形式、布置方式、曝氣池形式、水流流態(tài)等方面進(jìn)行多維改進(jìn)，提出有限空間高效充氧的概念，形成一種區(qū)別于現(xiàn)有膜片式微孔曝氣的高效充氧系統(tǒng)。

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有曝氣系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中暴露的上述不足而提供一種有限空間高效充氧系統(tǒng)，可應(yīng)用于各類工業(yè)廢水和生活污水的好氧生物處理單元。下方結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。其中，附圖中各部件和裝置的形狀和尺寸比例僅作為示意，其形狀和相對(duì)比例并沒有嚴(yán)格按照實(shí)際形狀和比例進(jìn)行繪制。

實(shí)施例

本實(shí)施例采用新式曝氣器，并融合集中曝氣、分區(qū)供氧技術(shù)，提供了一種有限空間高效充氧系統(tǒng)。

請(qǐng)參見圖2，本實(shí)施例提供的一種有限空間高效充氧系統(tǒng)，包括：

曝氣池(2)，

曝氣池(2)內(nèi)沿水流方向加設(shè)若干個(gè)導(dǎo)流板(5)，將曝氣池(2)沿水流方向分割成若干區(qū)域(如圖2中所示為I、II、III三個(gè)區(qū)域，在其他實(shí)施例中也可以為兩個(gè)區(qū)域或更多區(qū)域)，每個(gè)區(qū)域內(nèi)根據(jù)需氧量的具體情況集中布置不同數(shù)量的曝氣器，具體在本實(shí)施例中曝氣器為旋切混流曝氣裝置(7)。根據(jù)需氧量的具體情況集中布置不同數(shù)量的旋切混流曝氣裝置平衡了供氧和需氧，實(shí)現(xiàn)按需分配，有利于節(jié)約能耗，降低運(yùn)行成本，并且集中布置的方式還沿水流方向形成曝氣區(qū)(3)與緩沖區(qū)(4)間隔分布。

由于通常在曝氣池中，前段耗氧大于其他區(qū)域，因此，優(yōu)選在前段布置的曝氣器多于其他區(qū)域，如對(duì)于典型的推流曝氣池，微生物在前半段池容內(nèi)耗氧約占70％，后半段內(nèi)耗氧占30％，根據(jù)這個(gè)來設(shè)計(jì)供氧量分配，曝氣器數(shù)量設(shè)置可以為“前段(區(qū)域I)>中段(區(qū)域II)>后段(區(qū)域III)”；

同時(shí)，在至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)或一些區(qū)域內(nèi)或所有區(qū)域內(nèi)，旋切混流曝氣裝置(7)在垂直方向上分層布置，如圖2和圖3所示，在本實(shí)施例中，所有區(qū)域內(nèi)的旋切混流曝氣裝置(7)均分為兩層布置。壓縮空氣由鼓風(fēng)機(jī)(8)提供，并通過空氣輸送管道輸送至旋切混流曝氣裝置(7)。由于圖2中的視圖角度難以體現(xiàn)空氣輸送管道9和旋切混流曝氣裝置(7)的真正連接關(guān)系，因此，圖2中標(biāo)號(hào)為9的空氣輸送管道僅表示有空氣輸入曝氣池中，并且標(biāo)號(hào)為9的空氣管道不代表管道的真正形狀，在圖2中標(biāo)號(hào)為9的空氣輸送管道和標(biāo)號(hào)為7的旋切混流曝氣裝置之間的相對(duì)位置關(guān)系尤其是連接關(guān)系并沒有表現(xiàn)出來，圖2中的這種現(xiàn)象并不代表兩者之間是沒有連接的。具體地，圖2中所示意的標(biāo)號(hào)為9的空氣輸送管道和標(biāo)號(hào)為7的旋切混流曝氣裝置之間的相對(duì)位置關(guān)系和連接關(guān)系詳情請(qǐng)參見圖3所示。空氣輸送管道9可包括空氣干管和空氣支管。在圖3中，空氣干管(9-3)通過空氣支管(9-1)、(9-2)與旋切混流曝氣裝置(7)連接，安裝時(shí)，只需將旋切混流曝氣裝置(7)與空氣支管(9-2)固定，如需將旋切混流曝氣裝置(7)提升出池外，只需斷開空氣支管(9-2)與空氣支管(9-1)的連接即可。

導(dǎo)流板(5)：

導(dǎo)流板(5)通過如卡槽等固定在曝氣池(2)的池壁上，在本實(shí)施例中，導(dǎo)流板(5)的兩表面均分布著大量碰撞頭，在其他實(shí)施方式中，也可以是導(dǎo)流板的其中一表面分布大量碰撞頭，或者有些導(dǎo)流板為兩個(gè)表面設(shè)置碰撞頭，有些導(dǎo)流板為一個(gè)表面設(shè)置碰撞頭，本發(fā)明不對(duì)此做特別限定。該些碰撞頭可包括間隔設(shè)置的多個(gè)小碰撞頭10和多個(gè)大碰撞頭11，如圖4所示，它們可將水流中的溶氧再次切割成微小氣泡，增加氣液接觸面積，提高充氧效率。

旋切混流曝氣裝置(7)：

請(qǐng)參見圖9，旋切混流曝氣裝置(7)主要由外筒(15)、中心進(jìn)氣管(13)、順向旋流板(16)、逆向旋流板(18)、分流器(19)組成，順向旋流板(16)和逆向旋流板(18)之間具有緩沖空間(17)。所述順向旋流板(16)和逆向旋流板(18)的葉片上分別分布有多個(gè)碰撞頭(21)，該碰撞頭的一種典型形狀如圖8所示，該碰撞頭(21)為圓錐形，并且其底面與所述順向旋流板(16)或逆向旋流板(18)的葉片相固定。所述外筒(15)的下部為進(jìn)水口，上部是出水口，所述中心進(jìn)氣管(13)豎直內(nèi)置于所述外筒(15)并且所述中心進(jìn)氣管(13)上部具有進(jìn)氣口、下部具有出氣口，所述分流器(19)固定在所述中心進(jìn)氣管(13)的底部并使從所述中心進(jìn)氣管(13)底部排出的氣體向四周排出。其中，中心進(jìn)氣管(13)通過法蘭(12)與空氣管路(9-2)相連。外筒(15)下部的進(jìn)水口設(shè)計(jì)成喇叭狀進(jìn)水口(20)，順向旋流板(16)和逆向旋流板(18)與中心進(jìn)氣管(13)固定，具體地，順向旋流板(16)和逆向旋流板(18)套設(shè)固定在中心進(jìn)氣管(13)的外部。中心進(jìn)氣管(13)底下連接有分流器(19)，分流器(19)在橫截面上與中心進(jìn)氣管(13)的底部的位置關(guān)系請(qǐng)參見圖5，分流器(19)是位于中心進(jìn)氣管(13)的底部的中心位置，從而能夠使得從中心進(jìn)氣管(13)流出的氣體沿管壁向外呈一個(gè)擴(kuò)大的角度流出，如圖9所示。氣水混合液從外筒的下部喇叭狀進(jìn)水口(20)通過逆向旋流板(18)—緩沖空間(17)—順向旋流板(16)的多重結(jié)構(gòu)旋流上升，并不斷被順向旋流板(16)和逆向旋流板(18)上分布的碰撞頭(21)(如圖5所示例)切割，形成大量微小氣泡，最終通過外筒(15)上部的出水口(14)旋流噴出，并對(duì)出水口(14)上方的水產(chǎn)生一定的攪動(dòng)作用。

該旋切混流曝氣裝置(7)曝氣時(shí)，空氣從中心進(jìn)氣管(13)的進(jìn)氣口進(jìn)入并從出氣口排出，之后進(jìn)入曝氣設(shè)備的外筒內(nèi)并旋轉(zhuǎn)上升，氣流在上升過程中使得局部水體的密度下降，由于存在密度差，底部的水流從進(jìn)水口(20)往上涌，氣水混流在順向旋流板(16)和逆向旋流板(18)及其上面分布的大量碰撞頭(21)的作用下被切割，形成大量微小氣泡，達(dá)到氣水高效混合的目的，隨后氣水混流從出水口(14)處噴射而出，由于此時(shí)液體的速度水頭轉(zhuǎn)為壓頭，使得空氣快速溶解到水中，同時(shí)在導(dǎo)流切割器15的作用下再次生成大量微小氣泡，并使得霧化的氣水混流擴(kuò)散上升，與此同時(shí)在以曝氣設(shè)備為中心的區(qū)域會(huì)形成循環(huán)流，可大大強(qiáng)化對(duì)底部區(qū)域的攪拌作用。從上述曝氣過程看，其原理與射流設(shè)備類似，同樣都是進(jìn)行氣水混合，經(jīng)歷噴射、混合、導(dǎo)流的過程。兩者之間的主要區(qū)別在于，本發(fā)明噴射的是空氣，因密度差從而實(shí)現(xiàn)以氣帶水(氣提作用)的目的，且氣流可順?biāo)髦畡?shì)，大大降低曝氣能耗，而射流設(shè)備則是噴射液體，依靠液體的高速流動(dòng)形成負(fù)壓從而將空氣吸入并實(shí)現(xiàn)切割混合，曝氣能耗高。由于原理上與射流設(shè)備有相似性，而又存在上述區(qū)別，因此我們把本發(fā)明的曝氣設(shè)備工作原理稱為氣提式射流原理。

該旋切混流曝氣裝置(7)可替代現(xiàn)有常規(guī)膜片式曝氣器以及功能相近的曝氣裝置。

在本實(shí)施例中，通過旋切混流曝氣裝置(7)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)置，尤其是中心進(jìn)氣管的設(shè)置，使該旋切混流曝氣裝置(7)能夠設(shè)置為具有大口徑曝氣口，因此，在本實(shí)施例中，所述旋切混流曝氣裝置(7)的所述中心進(jìn)氣管(13)的出氣口設(shè)置為大口徑曝氣口。大口徑曝氣口的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)在曝氣時(shí)不會(huì)堵塞，而且氣流可順?biāo)髦畡?shì)，大大降低了空氣流動(dòng)阻力，節(jié)能降耗效果明顯；同時(shí)，大口徑曝氣口的設(shè)計(jì)也避免了膜片式曝氣器橡膠老化且膜孔易堵的問題。

在本實(shí)施例中，通過旋切混流曝氣裝置(7)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)置，使所述旋切混流曝氣裝置(7)內(nèi)無易損部件，運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)零部件脫落的情況，性能穩(wěn)定，運(yùn)行故障極少，基本能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

在本實(shí)施例中，該旋切混流曝氣裝置(7)不固定在池底，而是離池底大約20-30cm進(jìn)行設(shè)置，通過其上設(shè)置的構(gòu)件(21)與一支架固定，然后將支架放置在池底，但支架并沒有固定在池底，而是通過空氣支管(9-2)與支架之間形成的力使之固定不動(dòng)。安裝時(shí)，只需將連有支架的曝氣裝置(7)的中心進(jìn)氣管(13)通過法蘭(12)與空氣支管(9-2)固定后放入池中即可，簡化方便了安裝程序。旋切混流曝氣裝置(7)本身通常不會(huì)出現(xiàn)什么問題，基本是免維護(hù)，若是碰到其他情況需要將其更換或者拆下時(shí)，只需要將空氣支管(9-1)與空氣支管(9-2)之間的法蘭拆下，然后通過空氣支管(9-2)將旋切混流曝氣裝置(7)提上來即可，更換維護(hù)時(shí)無需停產(chǎn)抽干作業(yè)，更換維護(hù)程序簡便，極大方便了運(yùn)行維護(hù)工作。

在本實(shí)施例中，有限空間高效充氧系統(tǒng)設(shè)置的旋切混流曝氣裝置還包括以下部件：

請(qǐng)參見圖9，在本實(shí)施例中，所述旋切混流曝氣裝置7的出水口14上方設(shè)置有導(dǎo)流切割器24，所述導(dǎo)流切割器24設(shè)置在所述中心進(jìn)氣管13外部，并且所述導(dǎo)流切割器24與所述出水口14之間具有緩沖距離；所述導(dǎo)流切割器24為倒置的圓錐體，并且其錐度為60-65°。本實(shí)施例首次在旋切混流曝氣裝置的出水口加設(shè)導(dǎo)流切割器，并且認(rèn)識(shí)到導(dǎo)流切割器的錐面對(duì)氧利用效率和充氧效果具有重要作用，并進(jìn)一步的通過設(shè)置導(dǎo)流切割器，使其具有適宜角度的錐面，從而能夠適應(yīng)氣液固三相混合液的流動(dòng)，進(jìn)而發(fā)揮其導(dǎo)流、擴(kuò)散的功能。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，所述導(dǎo)流切割器24的外表面分布有切割構(gòu)件25，所述切割構(gòu)件25相對(duì)于所述導(dǎo)流切割器24的角度為90-100°，所述切割構(gòu)件的長度為3-5cm。切割構(gòu)件25的一種具體形狀請(qǐng)參見圖10，該切割構(gòu)件25為椎體，并且其底面固定于導(dǎo)流切割器24的外表面。本發(fā)明首次認(rèn)識(shí)到導(dǎo)流切割器24外部設(shè)置的切割構(gòu)件相對(duì)于導(dǎo)流切割器24的角度和切割構(gòu)件25的長度對(duì)氧利用效率和充氧效果具有重要作用，并且進(jìn)一步的通過設(shè)置所述切割構(gòu)件25，使其具有適宜的角度及長度，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該角度和長度能夠?qū)崿F(xiàn)切割構(gòu)件25對(duì)含有污泥的污水氣液固三相混合液的切割。

本實(shí)施例的具有切割構(gòu)件25的導(dǎo)流切割器24能夠?qū)馑炝鲗?shí)現(xiàn)二次導(dǎo)流、切割、擴(kuò)散，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該結(jié)構(gòu)可有效提升曝氣設(shè)備的充氧能力，與未設(shè)置導(dǎo)流切割器24和切割構(gòu)件25的曝氣器比，本實(shí)施例的旋切混流曝氣裝置7的充氧能力可提升1.25倍以上。

此外，在本實(shí)施例中，所述旋切混流曝氣裝置7的中心進(jìn)氣管13通過法蘭12與外部空氣管路連接，并且所述法蘭12的高度(相當(dāng)于中心進(jìn)氣管13的長度)設(shè)置為對(duì)從出水口16旋流噴射而出的水流不產(chǎn)生阻滯作用。

另外，在本實(shí)施例中，所述喇叭狀進(jìn)水口20下部設(shè)有螺紋連接結(jié)構(gòu)23，用于將旋切混流曝氣裝置的外筒15與支架進(jìn)行可拆卸式連接。通過此螺紋連接結(jié)構(gòu)的設(shè)置，使外筒15與支架的連接不需要金屬連接件如螺栓、螺釘?shù)龋瑥亩苊饬嗽谑褂眠^程中出現(xiàn)金屬件腐蝕的不利狀況。并且，結(jié)合該旋切混流曝氣裝置的整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置，該整個(gè)裝置均未使用金屬連接件如螺栓、螺釘?shù)?，從而避免了在使用過程中出現(xiàn)金屬件腐蝕的不利狀況。

本實(shí)施例的有限空間高效充氧系統(tǒng)用于曝氣處理的流程舉例如下：

請(qǐng)參見圖2，污水通過進(jìn)水管(1)進(jìn)入曝氣池(2)，依次經(jīng)過I、II、III區(qū)域的好氧處理，其出水由出水管(6)接入后續(xù)構(gòu)筑物。導(dǎo)流板(5)的設(shè)置使得污水可形成合適的流速，延長水力停留時(shí)間，同時(shí)將曝氣池(2)分割成不同區(qū)域。并且，根據(jù)上述不同區(qū)域的溶氧要求集中布置不同數(shù)量的旋切混流曝氣裝置(7)，平衡了供氧和需氧，實(shí)現(xiàn)按需分配。曝氣器在垂直方向上分層布設(shè)，一方面使得垂直方向曝氣均勻，解決了現(xiàn)有曝氣器產(chǎn)生的氣泡在上升過程中不斷變大，氧傳質(zhì)效率減弱的問題，另一方面也大大增強(qiáng)水流混合作用。另外，曝氣器的集中布置使得每個(gè)區(qū)域內(nèi)形成曝氣區(qū)(3)和緩沖區(qū)(4)，曝氣區(qū)(3)的溶解氧濃度相對(duì)較高，緩沖區(qū)(4)的溶解氧相對(duì)較低，在水流的推動(dòng)下，高溶氧區(qū)的水很快流向低溶氧區(qū)，利用溶氧濃度的高低差，造成較大的溶氧濃度梯度分布，提高了氧的傳遞速率，大大增加充氧能力。從緩沖區(qū)過來的污水經(jīng)過導(dǎo)流板(5)時(shí)，其中的溶氧被導(dǎo)流板(5)上分布的大量碰撞頭(10、11)再次切割成微小氣泡，增加氣液接觸面積，提高了充氧效率。本發(fā)明采用的旋切混流曝氣裝置(7)的中心進(jìn)氣管(13)通過法蘭(12)與外部空氣管路(9-2)連接，由鼓風(fēng)機(jī)(8)提供的壓縮空氣從中心進(jìn)氣管(13)進(jìn)入，并從其下部出氣口排出，排出的壓縮空氣通過分流器(19)的分流作用向四周擴(kuò)散，并強(qiáng)力吸引水流從喇叭狀進(jìn)水口(20)進(jìn)入旋切混流曝氣裝置(7)，氣水混合液通過逆向旋流板(18)—緩沖空間(17)—順向旋流板(16)多重結(jié)構(gòu)螺旋上升，氣水混合液旋流上升過程中經(jīng)過旋流板(16、18)上錯(cuò)落布置的碰撞頭(21)的反復(fù)碰撞剪切，會(huì)形成無數(shù)微小氣泡，大大增加了氣水接觸面積，并且強(qiáng)烈的混流狀態(tài)大大提高了傳質(zhì)效率，最后含有無數(shù)微小氣泡的紊流從外筒(15)頂部出水口(14)旋流噴出，并經(jīng)導(dǎo)流切割器24的錐面及其外表面分布的切割構(gòu)件25導(dǎo)流和切割并迅速擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)污水高效充氧的目的。曝氣過程中形成的以旋切混流曝氣裝置(7)為中心的強(qiáng)大循環(huán)水流和紊流，更是對(duì)水體起到了很好的攪動(dòng)作用，避免了實(shí)際工程中常出現(xiàn)的污泥在池底部淤積的情況，也就避免了局部厭氧的不利狀況。

旋切混流曝氣裝置(7)的大口徑的曝氣口以及順?biāo)鵀榈臍怏w流勢(shì)大大降低了空氣流動(dòng)阻力，顯著降低能耗，碰撞頭對(duì)氣泡的不斷剪切，形成無數(shù)微小氣泡，大大增加了氣水接觸面積，最后氣水紊流旋轉(zhuǎn)噴出，迅速擴(kuò)散，大大提高了服務(wù)面積。該曝氣裝置解決了現(xiàn)有曝氣器存在的使用壽命短、維護(hù)困難、能耗高、因堵塞、老化等原因造成的氧利用率下降快等問題?？傊?，整個(gè)池體相當(dāng)于由大量高效充氧單元組合而成，解決了現(xiàn)有曝氣系統(tǒng)曝氣不均、總體溶氧效率不高的問題，完全契合節(jié)能降耗的政策要求和節(jié)約成本的企業(yè)需求。

以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。