專利名稱：一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，屬污水處理設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前城市污水處理廠能耗過大，運行成本過高的問題日益突出，已成為制約污水處理廠運行的主要因素。研究表明城市污水廠80%以上的能耗都集中于污水處理工藝中必需的曝氣反應(yīng)器中，提高曝氣反應(yīng)器的效率是污水處理廠實現(xiàn)高效低耗運行的關(guān)鍵。常見的曝氣反應(yīng)器主要分為兩大類:鼓風曝氣反應(yīng)器、機械曝氣反應(yīng)器。鼓風曝氣反應(yīng)器中的微孔曝氣反應(yīng)器因其曝氣效率相對較高，能耗相對較低，適應(yīng)性較強，應(yīng)用最為廣泛?，F(xiàn)有的微孔曝氣反應(yīng)器為頂部敞開式反應(yīng)器，其通過空壓機鼓入壓縮空氣，這些空氣經(jīng)安裝在反應(yīng)器底部的空氣擴散裝置(一般為微孔曝氣管)形成大量微氣泡，這些微氣泡在反應(yīng)器水體中快速上升 至水面后破裂，在此過程中微氣泡中的氧傳質(zhì)到水體中。這類反應(yīng)器在實際運行中往往存在以下主要問題:(I)微氣泡上升速度過快，傳質(zhì)效率不高。微孔曝氣反應(yīng)器中的微氣泡為加壓空氣泡，內(nèi)壓較大，因微孔曝氣反應(yīng)器頂部敞開，其水面上方為常壓空氣，該空氣的壓強通過反應(yīng)器水面?zhèn)鬟f到水體中并作用于水體中作直線上升運動的微氣泡表面形成壓力，該壓力為該微氣泡上升運動的阻力，但因該空氣壓強不大故該阻力作用較小，因此這些微氣泡在反應(yīng)器中上升速度特別快，故其與水體的接觸時間特別短，微氣泡中的氧傳遞到水體中的量也較少，傳質(zhì)效果不好；(2)微氣泡攜大量氧溢出水面，其氧未得到充分利用。因微孔曝氣反應(yīng)器頂部敞開，微氣泡溢出水面后即破裂，這些破裂的微氣泡中仍有大量的氧并未轉(zhuǎn)移到水體中而被直接釋放到空氣中，因此微氣泡中的氧未得到充分利用；(3)曝氣后水體中溶解氧橫向分布不均。微氣泡從空氣擴散裝置中逸出后在水體中作直線上升運動，各微氣泡運動軌跡之間存在一定的間距，這導(dǎo)致距離微氣泡越近的水體中溶解氧的含量越高，反之則越低，故反應(yīng)器水體中的溶解氧在橫向上分布不均勻，影響處理效果；(4)曝氣后水體中溶解氧縱向分布不均。微氣泡上升過程中由于氣液傳質(zhì)作用使其含有的氧量不斷減少，因此微氣泡與水接觸的界面兩側(cè)氧的濃度梯度也不斷降低，根據(jù)菲克傳質(zhì)定律，氧的傳質(zhì)速度也不斷減少，因此水深越淺處微氣泡傳遞到水體中的溶解氧的量也越少，故水深越淺處水體中的溶解氧含量越低，即水體中溶解氧縱向分布不均。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，以降低微氣泡在反應(yīng)器水體中的上升速度，延長微氣泡與水體的接觸時間，增加反應(yīng)器水體中微氣泡氧的傳遞量，提高曝氣后反應(yīng)器中溶解氧在水體中橫、縱向分布的均勻性，從而提高微孔曝氣中氧的利用率和反應(yīng)器污水處理效率，有效降低污水處理的能耗。本發(fā)明用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，包括反應(yīng)箱體、活塞、液壓驅(qū)動機構(gòu)、循環(huán)水管系、曝氣管系和控制系統(tǒng)，特點是:循環(huán)水管系由循環(huán)水總管、循環(huán)水干管、噴淋水管、推流水管組成；曝氣管系由輸氣總管、輸氣干管和微孔曝氣管組成；反應(yīng)箱體通過隔板縱向隔斷為多個相等反應(yīng)單元，各反應(yīng)單元頂部敞口配有封閉活塞，在各反應(yīng)單元隔板上部對應(yīng)開有連通孔口 ；在各反應(yīng)單元內(nèi)，分別垂直設(shè)置有一根噴淋水管和兩根推流水管、水平設(shè)置有一根微孔曝氣管，噴淋水管和推流水管的底端分別通過閥門與循環(huán)水總管連接；各反應(yīng)單元通過底板中心連接孔經(jīng)反應(yīng)箱體外循環(huán)水干管與循環(huán)水總管連通；各微孔曝氣管分別通過輸氣干管與輸氣總管連通；所述反應(yīng)單元有主曝氣和水循環(huán)兩種運行模式，以第一反應(yīng)單元起計，相間的各反應(yīng)單元和相鄰的各反應(yīng)單元分別按主曝氣或者水循環(huán)以不同模式同時運行，并受控在主曝氣與水循環(huán)這兩種不同模式之間同時進行交替變換運行。各反應(yīng)單元頂部敞口的封閉活塞分別與液壓驅(qū)動機構(gòu)連接。所述循環(huán)水總管之起端、末端分別設(shè)有閥門。在所述相鄰反應(yīng)單元推流水管之間的循環(huán)水總管管段設(shè)有閥門。所述推流水管頂端有水平向設(shè)置喇叭形出水口。所述推流水管頂 端的喇叭形出水口高于隔板連通孔口底部，低于該孔口頂部。所述噴淋水管頂端是設(shè)有噴淋孔的噴淋橫管。所述噴淋水管頂端的噴淋橫管高于隔板連通孔口頂部，低于活塞底部。所述各反應(yīng)單元微孔曝氣管通過支架固定于各反應(yīng)單元底板，各微孔曝氣管對應(yīng)連接的輸氣干管經(jīng)閥門與輸氣總管連接。上述本發(fā)明反應(yīng)器中，處于主曝氣模式的反應(yīng)單元內(nèi)同時進行著微孔曝氣和推流過程，處于水循環(huán)模式的反應(yīng)單元內(nèi)同時進行著尾氣曝氣和水循環(huán)過程。處于主曝氣模式的各反應(yīng)單元的推流過程的水體依次經(jīng)循環(huán)水干管、循環(huán)水總管、推流水管后由推流水管頂端的喇叭形出水口端噴出形成推流，而其微孔曝氣過程中空氣由空壓機鼓入并依次經(jīng)輸氣總管、輸氣干管后從微孔曝氣管微孔擠出形成大量微氣泡進入該反應(yīng)單元水體中，同時封閉活塞壓縮該反應(yīng)單元水面以上的空氣以限制微氣泡在水體中的上升速度，因受該壓縮空氣和上述推流作用，微氣泡的尾氣上升到該反應(yīng)單元上部后從隔板連通孔口進入到正處于水循環(huán)模式的相鄰反應(yīng)單元水體中并與之一起進行著反復(fù)循環(huán)，在此過程中對該反應(yīng)單元水體進行尾氣曝氣。該反應(yīng)單元水循環(huán)過程中反應(yīng)單元水體依次經(jīng)循環(huán)水干管、循環(huán)水總管、噴淋水管及其頂端的噴淋橫管，循環(huán)回到各反應(yīng)單元中，該水循環(huán)過程反復(fù)進行直至該反應(yīng)單元運行模式變換。本發(fā)明通過隔板將反應(yīng)箱體分隔為多個相等反應(yīng)單元，且分別采用活塞封閉各反應(yīng)單元頂部，并采用液壓驅(qū)動機構(gòu)對活塞進行驅(qū)動以實現(xiàn)對反應(yīng)單元水面以上的空氣加壓，進而限制反應(yīng)單元中微氣泡在水體中的上升速度，從而延長微氣泡在水體中的停留時間，增加氣液傳質(zhì)時間和傳質(zhì)量，提高傳質(zhì)效率。同時通過推流和水循環(huán)的聯(lián)合作用，使處于主曝氣模式的反應(yīng)單元水體中的微氣泡上升到反應(yīng)單元頂部后即進入到處于水循環(huán)模式的相鄰反應(yīng)單元中并隨其水體一同進行反復(fù)循環(huán)，在該循環(huán)過程中，微氣泡與循環(huán)水體充分接觸，氣液界面?zhèn)髻|(zhì)和紊動傳質(zhì)作用大幅增加，氧的傳質(zhì)量也大幅增加，同時傳遞到水體中的溶解氧在水體橫、縱向上都分布較為均勻，各反應(yīng)單元單位管長的曝氣管的服務(wù)面積也大幅增加，故可減少反應(yīng)器內(nèi)微孔曝氣管的布置密度，從而減少管材量和投資成本。另夕卜，本反應(yīng)器相關(guān)反應(yīng)單元交替的在主曝氣模式和水循環(huán)模式下運行，使反應(yīng)單元間充分的相互利用微孔曝氣的微氣泡，實現(xiàn)了微氣泡價值的最大化，有效降低因曝氣消耗的能量，故本反應(yīng)器的運行成本也相應(yīng)降低。因此，本發(fā)明高效微孔曝氣反應(yīng)器較之傳統(tǒng)的微孔曝氣反應(yīng)器實現(xiàn)了高效低耗運行，同時降低了建設(shè)和運行費用。


圖1本發(fā)明高效微孔曝氣反應(yīng)器示意2本發(fā)明高效微孔曝氣反應(yīng)器A-A剖面圖
具體實施例方式現(xiàn)以含四個反應(yīng)單元的高效微孔曝氣反應(yīng)器為例，結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明是如何實施的:(一)本發(fā)明反應(yīng)器結(jié)構(gòu):本發(fā)明用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，包括反應(yīng)箱體、活塞、液壓驅(qū)動機構(gòu)、循環(huán)水管系、曝氣管系和控制系統(tǒng)。所述反應(yīng)箱體R為頂部敞開，其底板及側(cè)壁都為不銹鋼材料成型。反應(yīng)箱體R被3塊不銹鋼隔板G縱向等分成四個反應(yīng)單元Ul U4。各隔板G上部對應(yīng)開有連通孔口 K，各反應(yīng)單元上部分別采用活塞SI S4封閉，活塞SI S4頂部分別與液壓驅(qū)動機構(gòu)Jl J4相連，活塞SI S4分別受Jl J4控制在各反應(yīng)單元隔板G連通孔口 K頂部和反應(yīng)單元頂部之間往復(fù)移動，水平的循環(huán)水總管X和輸氣總管Q分別設(shè)置在反應(yīng)箱體底部外側(cè)。在所述反應(yīng)箱體的四個反應(yīng)單元Ul U4內(nèi)，各反應(yīng)單元垂直設(shè)置一根噴淋水管Pl P4、兩根推流水管Tl、T2 T7、T8 ;所述噴淋水管Pl P4頂端分別與帶噴淋孔的噴淋橫管Hl H4對應(yīng)連接、噴淋水管Pl P4的底端分別經(jīng)閥門F7、F10、F13和F16與循環(huán)水總管X連接，噴淋橫管Hl H4高于連通孔口 K的頂部但低于活塞SI S4的底部；所述垂直設(shè)置的推流水管Tl T8的頂端分別有水平向設(shè)置喇叭形出水口 LI L8，L1 L8高于連通孔口 K的底部但低于K的頂部，其中L1、L2、L4、L6大口徑端向右而L3、L5、L7、L8大口徑端向左，且L2與L3、L4與L5、L6與L7上下交錯布置，推流水管Tl T8的底端分別經(jīng)閥門F6、F8、F9、F11、F12、F14、F15、F17與循環(huán)水總管X連接，反應(yīng)單元Ul U4分別通過底板中心連接孔Cl C4經(jīng)反應(yīng)箱體外循環(huán)水干管Xl X4與循環(huán)水總管X連通，在循環(huán)水總管X的起端、末端分別有F1、F5 ;并在循環(huán)水總管X位于相鄰反應(yīng)單元推流水管T2與T3、T4與T5、T6與T7之間的管段分別設(shè)有閥門F2、F3、F4。各反應(yīng)單元Ul U4下部對應(yīng)設(shè)有一根微孔曝氣管Wl W4，通過支架固定于各反應(yīng)單元底板，該微孔曝氣管Wl W4分別與輸氣干管Ql Q4連接而輸氣干管Ql Q4分別經(jīng)閥門F18 F21與輸氣總管Q連接。上述所有閥門在本發(fā)明反應(yīng)器運行過程中受控開閉。(二)本發(fā)明反應(yīng)器反應(yīng)單元運行模式如下:所述反應(yīng)單元有主曝氣和水循環(huán)兩種運行模式，以第一反應(yīng)單元起計，相間的各反應(yīng)單元和相鄰的各反應(yīng)單元分別按主曝氣或者水循環(huán)以不同模式同時運行，并受控在主曝氣與水循環(huán)這兩種不同模 式之間同時進行交替變換運行。當相間反應(yīng)單元Ul和U3在主曝氣模式下運行時，相鄰反應(yīng)單元U2和U4則同時在水循環(huán)模式下運行，此時Ul和U3同時進行著微孔曝氣和推流過程，U2和U4同時進行著尾氣曝氣和水循環(huán)過程，該尾氣來自于Ul和U3反應(yīng)單元。當Ul U4反應(yīng)單元處于上述模式運行時:循環(huán)水總管X的所有閥門(Fl F5)關(guān)閉，以使各反應(yīng)單元的水循環(huán)、推流過程相對獨立；同時Ul和U3的噴淋水管的閥門(F7和F13)關(guān)閉，推流水管的閥門(F6、F8、F12、F14)及輸氣干管的閥門(F18和F20)開啟；而U2和U4噴淋水管的閥門(FlO和F16)開啟，推流水管的閥門(F9、Fl 1、F15、F17)及輸氣干管的閥門(F19和F21)關(guān)閉。另外，開啟液壓驅(qū)動機構(gòu)Jl和J3使其帶動反應(yīng)單元Ul和U3中的活塞SI和S3向下運動至距離反應(yīng)單元頂部D/2處(D為反應(yīng)單元頂部與連通孔口 K頂部的間距)，并開啟液壓驅(qū)動機構(gòu)J2和J4使其帶動反應(yīng)單元U2和U4中的活塞S2和S4向下運動至距離反應(yīng)單元頂部D/10處。此時反應(yīng)單元Ul和U3水面以上的空氣為高壓縮狀態(tài)，而反應(yīng)單元U2和U4水面以上的空氣為微壓縮狀態(tài)。當Ul U4反應(yīng)單元處于上述運行模式時，Ul和U3的微孔曝氣過程中空氣經(jīng)空壓機從輸氣總管Q的起端(左端)鼓入，并依次經(jīng)輸氣總管Q、輸氣干管(Ql和Q3)和微孔曝氣管(Wl和W3)，最后通過微孔曝氣管(Wl和W3)的微孔孔口擠出形成大量的微氣泡進入反應(yīng)單元Ul和U3水體中，由于受反應(yīng)單元Ul和U3水面以上高壓縮空氣的壓力作用(該壓縮空氣的高壓強通過反應(yīng)單元水面?zhèn)鬟f到水體中作用于微氣泡表面形成強壓力)，微氣泡在水體中緩慢上升,而Ul和U3的推流過程中反應(yīng)單元Ul和U3中的水體依次經(jīng)循環(huán)水干管(XI和X3)、循環(huán)水總管X、推流水管(Tl、T2和T5、T6)以及推流喇叭形出水口(L1、L2和L5、L6)，最后分別由各推流喇叭形出水口端噴出形成推流，當Ul和U3水體中的微氣泡的尾氣上升到反應(yīng)單元上部后因受到反應(yīng)單元水面以上高壓縮空氣的壓力作用和上述推流作用，其運動狀態(tài)由低速(速度已接近于0)垂直運動快速變?yōu)槠綊佭\行，并經(jīng)隔板G的連通孔口 K進入到相鄰的反應(yīng)單元U2和U4，從而對U2和U4的水體繼續(xù)曝氣；U2和U4的水循環(huán)過程中反應(yīng)單元U2和U4的水體依次經(jīng)循環(huán)水干管(X2和X4)、循環(huán)水總管X、噴淋水管(P2和P4)，最后從噴淋橫管(H2和H4)的噴淋孔噴出回到反應(yīng)單元中形成水循環(huán)，該水循環(huán)過程不斷重復(fù)進行，而U2和U4的尾氣曝氣過程中上述來自于Ul和U3反應(yīng)單元的微氣泡的尾氣進入到U2和U4后立即與U2和U4的水體一起進行著從上至下、從下至上的反復(fù)循環(huán)，在此過程中不斷重復(fù)的進行著快速的氣液界面?zhèn)髻|(zhì)和強烈的氣液紊動傳質(zhì)。當相間反應(yīng)單元Ul和U3在水循環(huán)模式下運行而相鄰反應(yīng)單元U2和U4同時在主曝氣模式下運行時，具體過程與上述的相間反應(yīng)單元Ul和U3在主曝氣模式下運行而同時相鄰反應(yīng)單元U2和U4在水循環(huán)模式下運行時情況類似。(三)本發(fā)明反應(yīng)器運行過程如下:( 1)進水過程開啟循環(huán)水總管X的閥門Fl F4，關(guān)閉循環(huán)水總管X末端的閥門F5及噴淋水管和推流水管的所有閥門F6 F17，同時關(guān)閉輸氣干管的所有閥門F18 F21。將待處理的污水通過進水泵加壓后從循環(huán)水總管X的起端(左端)進入并由循環(huán)水總管X分別經(jīng)各循環(huán)水干管Xl X4注入各反應(yīng)單元Ul U4中，當各反應(yīng)單元中的水面都達到隔板G連通孔口 K頂部時，進水過程結(jié)束，進水泵停機不再向反應(yīng)器內(nèi)泵入污水。(2)曝氣過程曝氣步驟1:此時相間反應(yīng)單元Ul和U3在主曝氣模式下運行而同時相鄰反應(yīng)單元U2和U4在水循環(huán)模式下運行，具體步驟如本發(fā)明反應(yīng)器反應(yīng)單元運行模式中所述，曝氣步驟I連續(xù)運行30分鐘后停止，曝氣步驟2開始。曝氣步驟2:此時相間反應(yīng)單元Ul和U3在水循環(huán)模式下運行而同時相鄰反應(yīng)單元U2和U4在主曝氣模式下運行，具體步驟如本發(fā)明反應(yīng)器反應(yīng)單元運行模式中所述，曝氣步驟2連續(xù)運行30分鐘后停止，重新開始曝氣步驟I。整個曝氣過程周而復(fù)始的重復(fù)曝氣步驟I 2，曝氣過程總時間為12小時。整個曝氣過程結(jié)束后空壓機停機，不再向反應(yīng)器內(nèi)鼓入空氣。(3)排水過程待曝氣過程完成后，關(guān)閉循環(huán)水總管X起端的閥門Fl及噴淋水管和推流水管的所有閥門F6 F17，開啟循環(huán)水總管X的閥門F2 F5，同時關(guān)閉輸氣干管的所有閥門F18 F21。此時，各反應(yīng)單元Ul U4中經(jīng)曝氣過程處理后達到排放標準的水通過各循環(huán)水干管(XI X4)經(jīng)循環(huán)水總管X的末端(右端)排出，待各反應(yīng)單兀(Ul U4)的水完全排空后，排水過程結(jié)束。如此，周而復(fù)始重 復(fù)上述進水過程、曝氣過程、排水過程。
權(quán)利要求
1.一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，包括反應(yīng)箱體、活塞、液壓驅(qū)動機構(gòu)、循環(huán)水管系、曝氣管系和控制系統(tǒng)，其特征在于，循環(huán)水管系由循環(huán)水總管、循環(huán)水干管、噴淋水管、推流水管組成；曝氣管系由輸氣總管、輸氣干管和微孔曝氣管組成；反應(yīng)箱體通過隔板縱向隔斷為多個相等反應(yīng)單元，各反應(yīng)單元頂部敞口配有封閉活塞，在各反應(yīng)單元隔板上部對應(yīng)開有連通孔口 ；在各反應(yīng)單元內(nèi)，分別垂直設(shè)置有一根噴淋水管和兩根推流水管、水平設(shè)置有一根微孔曝氣管，噴淋水管和推流水管的底端分別通過閥門與循環(huán)水總管連接；各反應(yīng)單元通過底板中心連接孔經(jīng)反應(yīng)箱體外循環(huán)水干管與循環(huán)水總管連通；各微孔曝氣管分別通過輸氣干管與輸氣總管連通；所述反應(yīng)單元有主曝氣和水循環(huán)兩種運行模式，以第一反應(yīng)單元起計，相間的各反應(yīng)單元和相鄰的各反應(yīng)單元分別按主曝氣或者水循環(huán)以不同模式同時運行，并受控在主曝氣與水循環(huán)這兩種不同模式之間同時進行交替變換運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，其特征在于，各反應(yīng)單元頂部敞口的封閉活塞分別與液壓驅(qū)動機構(gòu)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，其特征在于，循環(huán)水總管之起端、末端分別設(shè)有閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，其特征在于，相鄰反應(yīng)單元推流水管之間的循環(huán)水總管管段設(shè)有閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，其特征在于，推流水管頂端有水平向設(shè)置喇叭形出水口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，其特征在于，推流水管頂端的喇叭形出水口高于隔板連通孔口底部，低于該孔口頂部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，其特征在于，噴淋水管頂端是 設(shè)有噴淋孔的噴淋橫管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，其特征在于，噴淋水管頂端的噴淋橫管高于隔板連通孔口頂部，低于活塞底部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，其特征在于，各反應(yīng)單元微孔曝氣管通過支架固定于各反應(yīng)單元底板，各微孔曝氣管對應(yīng)連接的輸氣干管經(jīng)閥門與輸氣總管連接。
全文摘要
本發(fā)明一種用于污水處理的高效微孔曝氣反應(yīng)器，屬污水處理設(shè)備領(lǐng)域，本設(shè)計微孔曝氣反應(yīng)器的反應(yīng)箱體通過隔板縱向隔斷為多個相等反應(yīng)單元，各隔板上部對應(yīng)開有連通孔口，各反應(yīng)單元頂部敞口配有封閉活塞；在各反應(yīng)單元內(nèi)，分別設(shè)置有噴淋水管、推流水管和微孔曝氣管，噴淋水管和推流水管的底端分別通過閥門與循環(huán)水總管連接；各反應(yīng)單元通過底板中心經(jīng)循環(huán)水干管與循環(huán)水總管連通；各微孔曝氣管分別通過輸氣干管與輸氣總管連通；本發(fā)明通過相關(guān)反應(yīng)單元受控分別以主曝氣和水循環(huán)兩種不同模式運行和受控交替變換運行，提高了反應(yīng)器中氧的傳遞量以及溶解氧在水體中分布的均勻性，提高了微孔曝氣氧的利用率和污水處理效率，有效降低污水處理的能耗。
文檔編號C02F3/02GK103102006SQ20131003591
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者李爾, 曾祥英 申請人:武漢市政工程設(shè)計研究院有限責任公司