CN102603063A - 水中充氧用射流曝气器 - Google Patents
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Abstract
本发明是对水中充氧用射流曝气器改进，其特征是射流混合喷嘴有多个，相间设置在供水管轴向周面，其中内喷嘴与供水管连通，与供水管平行还有一供气管，供气管与供水管间有连接固定两管的中空气腔，中空气腔一端连通供气管周面上出气口，另一端延盖连通供水管上射流混合喷嘴中外喷嘴周面上进气口。具有喷嘴布置灵活性大，结构也较现有更为简单，易于制造，在管路上设置射流曝气喷嘴，可以根据具体池形设计曝气器形状尺寸，对池型具有更高适应性；管式结构安装简单容易，能在池深度范围选择安装高度任意设置，水、气空间容量大，曝气强度可调空间大。喷嘴向下倾斜，提高了对池底沉淀污泥搅动作用，并有利于延长气泡在水中停留时间，提高氧转移效率。
Description
技术领域
本发明是对水处理中充氧用射流曝气器的改进，尤其涉及一种结构简单，可以做成任意形状，适合各种水处理池布置的水中充氧用射流曝气器。
背景技术
射流曝气器，利用射流式扩散充氧，完成氧气相到液相转移，可同时实现污水处理系统充氧曝气、搅拌过程，具有搅动混合能力强，氧转递效率高，氧转移效率一般在20-25%，可适用于较大池深，维护操作简便，维修、更换不必清池等等特点，特别在活性污泥法废水处理系统中，由于通常采用废水与活性污泥混合物作为射流工作介质，当吸入空气后在射流器内发生剧烈混合作用，混合作用一方面进行气－液－固(活性污泥)之间紊动扩散与能量交换，及气－液－固三相间转移过程，还有更加突出的是发生在被高速剧烈紊动“切割”得非常细微气泡、活性污泥微小颗粒以及废水(液相)中有机物这三者之间生物学上的作用，大大增加了活性污泥表面更新率与吸附表面积，从而使活性污泥细小絮状体能与气泡中氧及废水中有机物有充分接触吸附作用，使吸附能力大大提高，活性污泥沉降性能好。因而在水处理工程得到重视。
现有技术射流曝气器，主要形式有二种，一种为周面设置多个混合喷嘴的圆形碟式射流曝气器，例如中国专利CN2700318、CN201447385U、CN201634512U、CN201908001U等；一种单混合喷嘴射流曝气器，例如中国专利CN2825632、CN101993145A、CN202124525U等。虽然他们都具有前述射流曝气器的优点，但仍然存在某些不足，一是结构相对复杂，不仅增加了制造成本，而且对于一些在水处理中优良但不适合机械成型材料例如FRP难以制造；二是在水处理池中布置有一定的局限性(对水处理池形适应性差)，例如碟式射流曝气器，对于圆形池容易布置实现全池截面均匀曝气，而大部分水处理好氧池均为矩形池，圆形射线设置的曝气喷嘴，难以在矩形池中均匀布置，特别对于一些狭小异形池更难适用；三是水、气空间相对狭小，根据水处理要求实时调节难度较大(可调节性差)；四是在水处理池中布置方式单一，设置灵活性差，通常都只能池底设置，服务水深固定。前述不足仍有值得改进的地方。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，可以做成任意形状，适合各种水处理池布置的水中充氧用射流曝气器。
本发明目的实现，主要改进是采用并列相间气管和水管，在水管轴向相间设置多个射流混合喷嘴，气管与射流混合喷嘴间有引气腔的结构形式，从而克服上述现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明水中充氧用射流曝气器，包括内外喷嘴同心套合组成的射流混合喷嘴，其特征在于射流混合喷嘴有多个，相间设置在供水管轴向周面，其中内喷嘴与供水管连通，与供水管平行还有一供气管，供气管与供水管间有连接固定两管的中空气腔，中空气腔一端连通供气管周面上出气口，另一端延盖连通供水管上射流混合喷嘴中外喷嘴周面上进气口。
在详细说明前，先通过对发明能够达到的基本功能及效果作一介绍，以使本领域技术人员对本专利总体构思技术方案及达到的基本效果有一个明确了解。
本射流曝气器工作原理：由泵(例如潜水泵)将处理池(通常为好氧池)中水(混合泥水)连续打入供水管，通过供水管上连通的各射流内喷嘴出口以极高的速度(例如出口流速12m/s)，喷射进入内外喷嘴形成的水气混合室，同时在内喷嘴出口处形成负压区，使得射流外喷嘴周面进气口从连通供气管的中空气腔吸入大量空气。水射流作用使吸入空气在射流混合喷嘴的气水混合腔内被多次剪切、粉碎、乳化，高压、强烈剪切及搅拌促使气泡直径大幅度减小，同时在强烈紊流环境下改变了气液双膜之间气压梯度和浓度梯度，气泡数目急剧增加，形成无数细小微气泡，与混合泥水形成强力喷射混合液，由外射流喷嘴喷出进入池中起到曝气作用。同时，强力喷射混合液动能将喷嘴周围水体搅动，在池内形成强烈的混合搅拌作用。并且由于射流曝气采用相间平行供水管和供气管主体结构，各射流混合喷嘴相间设置在供水管上，因而不仅结构更为简单，而且将管子弯折可以制成任意形状的射流曝气器，增加了射流曝气器的形状可变性，从而适应各种平面形状的水处理池布置，且能获得平面上均匀的曝气效果，从而大大提高射流曝气器对水处理池的适应性。
本发明中。
射流混合喷嘴，同现有技术中射流曝气器的射流混合喷嘴，由内外喷嘴同心套合组成，压力水流通过内射流喷嘴，产生负压区吸入空气，在内外喷嘴间形成的气水混合腔中，将引入气体充分切碎与水混合，然后由射流外喷嘴喷出向水中曝气。
供气管与供水管，分别为各射流混合喷嘴提供射流水及曝气气源，同时供水管还作为射流混合喷嘴设置基础。其中一种较好是供气管采用小口径管，供水管采用大口径管，例如二者呈1：2。供水管与供气管平行相间，中间以中空气腔连接，一是有利于两管平行固定，二是有利于各射流混合喷嘴均匀配气，设置中间气腔，有利于形成供气体缓冲空间，较气管连接更有利于均匀引气，可以确保引气的均匀性，有利于曝气的调节，克服了现有技术进气直接与射流混合喷嘴连通，难以调节曝气强度。
连接两管的中空气腔，主要作用一是连接固定相间平行的供气管和供水管，使之成为一整体；二是将供气管内气体引入供水管上射流外喷嘴。根据此功能，中空气腔可以是与气管、水管轴向大致等长的中空长条形结构(例如长条矩形或长条三角形)，也可以是仅在射流混合喷嘴位置处设置连接二管的相间中空气腔(例如截面为近似三角形)。从节省材料角度，尤以后者为优。
此外，一种较好是使设置在供水管上的射流混合喷嘴向下倾斜，例如喷嘴中心轴线与供水管水平直径夹角5-30度，其中更好为8－12度，使喷出射流混合液出水略向下。向下喷嘴结构，既有利于对池底沉淀污泥进行冲刷，可以防止曝气装置下方池底污泥，因得不到搅动而造成沉淀、板结(曝气装置离地安装)；同时略向下喷出的射流液，可以形成更长的水平射流区，气泡行走路线呈横“L”型，然后转向缓慢上升，使得微气泡上升速度减慢，而长的气体溢出路程，增加了气液接触时间，促使废水和氧气充分混合接触，从而提高氧向水中的转移效率，氧气转移效率可达 35％。
本发明水中充氧用射流曝气器，相对于现有技术，由于采用主体管式(气管水管)结构，在长的水管上相间单侧或双侧或周周设置射流混合喷嘴，不仅喷嘴布置灵活性大，以及结构较现有射流曝气器更为简单，易于制造，例如可以采用耐磨耐腐蚀性好的FRP制造，使得射流曝气使用寿命更长，可达25年，属半永久性；而且由于是在管路上设置射流曝气喷嘴，可以根据具体池形设计曝气器形状尺寸，制成各种几何形状，例如直线状，弯折结构，弧形，各种环形等等，曝气器结构形状变化大，适用于各种水处理好氧池布置均匀曝气(即可以根据水处理池型，改变管路结构满足布置后均匀曝气)，对池型具有更高的适应性，从而解决了现有射流曝气器对水处理池形适应差的技术难题，特别可用于占地面积小，厂区物理尺寸不规则的污水处理改扩建工程(现有射流曝气器难以做到)。管式结构，安装简单容易，并能在池深度范围任意设置，例如可以悬空设置，可自由选择安装高度，对于处理较深池可以双层设置，突破了射流曝气器只能安装于池底部的单一使用方式，有利于水处理池建深池。喷嘴向下倾斜设置，不仅提高了对池底沉淀污泥的搅动作用，可以防止池底污泥沉积，最后淹没曝气装置，以及减少池容，而且还有利于延长气泡在水中停留时间，从而提高了氧的转移效率，氧气转移效率可达 35％。再就是，供气、供水采用长管结构，水、气空间容量大，可调节空间大，曝气强度可调节性及曝气稳定性好，例如微曝气，可以最大限度满足水处理对曝气供氧要求。此外，此结构在切断压力供气后，工作液通过喷嘴高速喷出，还可以单独作为无氧混合搅拌设备，可以省略另行设置搅拌装置。
以下结合若干个优化具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
附图说明
图1为本发明水中充氧用射流曝气器结构示意图。
图2为图1A－A剖面结构示意图。
图3为图1立体结构示意示意图。
图4为射流曝气效果示意图。
图5为在水处理矩形池中布置示意图。
图6为在水处理圆形池中布置示意图。
图7为在水处理不规则池中布置示意图。
具体实施方式
实施例1：参见图1-5，本发明水中充氧用射流曝气器，由平行上下相间(中心间距300-320mm)设置的小口径(例如105-115mm)供气管1，和大口径(例如210-225mm)供水管2(长度视处理池长而定)，两管一端封闭，另一端开口，分别与气源(供氧风机)和压力水源(潜水泵)相连(长度大也可以不封闭，两端同时与气源、水泵连接)。供水管相间900-1500mm，侧面相间对向交错(相间两面对置)连接有射流外喷嘴5，外喷嘴总长220－240mm，由直径105-115mm直筒段和圆台锥段组成，其中直筒段长115－125mm，直筒段上有直径38-42mm进气口5.1，圆台锥段有出口5.2。射流外喷嘴在供水管侧面略向下倾斜，喷嘴中心轴线与供水管水平直径夹角8－12度。射流外喷嘴内有连通供水管、直径较小且短的内锥形喷嘴4，前端喷水口4.1直径25-30mm，内锥形喷嘴长度75-85mm(约为外喷嘴长1/3左右)，短于射流外喷嘴直筒段，但长于直筒段上进气口位置，内喷嘴与供水管接口2.1直径55-65mm(约为外喷嘴直径1/2左右)。内外喷嘴间构成渐缩锥形的气水混合腔6(大到小的锥形)，组成射流混合喷嘴。供气管1与供水管2间，在供水管射流混合喷嘴位置有相间连接二管的中空气腔3，中空气腔截面呈三角形，一端连通供气管下弧面上出气口1.1，另一端延盖、连通供水管上外喷嘴周面上进气口5.1，使供气管1内空气能进入射流外喷嘴5。整个射流曝气器采用玻璃强化塑料(FRP)制成，用于矩形水处理好氧池(图5)。
射流曝气工作过程：由泵将好氧池中混合泥水压力送入供水管1中，通过其上连通的各锥形内喷嘴4压力喷出，同时在喷口4.1出口形成负压区，将供气管1中气体通过中空气腔3由射流外喷嘴5上进气口5.1吸入，在气水混合腔6内被多次剪切、粉碎、乳化，高压、强烈剪切及搅拌促使气泡直径大幅度减小，形成无数细小微气泡，与泥水混合形成强力喷射混合液，由外射流喷嘴喷口5.2喷出进入池中起到曝气作用(气泡在水中行程示意如图4)。
实施例2：参见图6，如实施例1，将供气管和供水管做成弯折类似U形，开口张开，用于圆形水处理好氧池。
实施例3：参见图7，如实施例1，根据水处理池形平面，将供气管和供水管弯折成适合放置且平面曝气均匀的射流曝气装置。
此外，根据处理池型，还可以做成其他各种形状的射流曝气器。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，特征间的相互不同组合，例如根据曝气量要求，各尺寸的改变，制备材质的改变，气管与和水管左右相间设置，射流混合喷嘴在供水管上单侧或双侧或周面设置，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。
本专利所述尺寸及比值，只是一种试验优化值，代表一种相对概念，不能理解为数学上的精确值，此对于技术人员来说能够理解。
Claims (15)
1.水中充氧用射流曝气器，包括内外喷嘴同心套合组成的射流混合喷嘴，其特征在于射流混合喷嘴有多个，相间设置在供水管轴向周面，其中内喷嘴与供水管连通，与供水管平行还有一供气管，供气管与供水管间有连接固定两管的中空气腔，中空气腔一端连通供气管周面上出气口，另一端延盖连通供水管上射流混合喷嘴中外喷嘴周面上进气口。
2.根据权利要求1所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于供气管与供水管相间平行，且供气管直径小于供水管直径。
3.根据权利要求2所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于供气管直径约为供水管直径1/2。
4.根据权利要求2所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于供气管与供水管上下相间设置。
5.根据权利要求2所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于连接供气管与供水管的中空气腔在供水管射流混合喷嘴位置相间设置。
6.根据权利要求5所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于连接两管相间中空气腔截面呈三角形。
7.根据权利要求2所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于平行相间供气管与供水管中心间距300-320mm。
8.根据权利要求1所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于供水管上射流混合喷嘴略向下倾斜，中心轴线与供水管水平直径夹角5-30度。
9.根据权利要求8所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于供水管上射流混合喷嘴中心轴线与供水管水平直径夹角8－12度。
10.根据权利要求1所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于射流混合喷嘴在供水管上相间单侧或双侧或周面设置。
11.根据权利要求10所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于射流混合喷嘴相间间距900-1500mm。
12.根据权利要求1所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于内喷嘴长度及直径分别为外喷嘴长度及直径的1/3左右和1/2左右。
13.根据权利要求1所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于内外喷嘴间混合空间为大到小的锥形。
14.根据权利要求1所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于外喷嘴管身上进气口位于内喷嘴长度内。
15.根据权利要求1至14中任一权利要求所述水中充氧用射流曝气器，其特征在于供气管直径105-115mm，供水管直径210-225mm，内喷嘴与供水管连通直径55-65mm，外喷嘴与供水管接口直径105-115mm，内外喷嘴各长75-85mm和220-240mm。
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