专利名称：内曝气式曝气方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及曝气方法和设备，特别是一种内曝气式曝气方法及实现该方法的装置。
背景技术：
曝气是将臭氧、氧气或空气等气体强制溶解到水体中的过程，目的是增加气体在液体中溶解度，达到加速理化或生化处理目的。传统的曝气装置种类很多，有纯氧——微孔布气曝气系统，纯氧——混流增氧曝气系统，鼓风机——微孔布气管曝气系统，叶轮吸气推流式曝气器，水下射流曝气设备等，这些曝气装置虽然都发挥了较大的作用，但由于均为直曝式开放式结构，一般是将气体分布到液体中，气体向外溶解扩散到液体中，所以能源耗费大，成本高，臭氧或氧气的利用率不高，曝气效率较低，有时还会造成空气污染。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足而公开一种曝气效率高，能源耗费小，不会污染空气、操作方便，便于自动控制的内曝气式曝气方法及装置。
本发明的内曝气式曝气方法是指液体在气体中流动，气体由液体四周向液体内溶解扩散的方法，其采用的技术方案是将废水和气体分别经内曝气式曝气装置，利用装置中的曝气膜管的内外压力差，使曝气气体以微气泡的方式通过管壁微孔，均匀地分布于管腔中的流动液体中，达到气、液两相充分接触曝气，曝气后可再将水液引入原活性污泥水池中使用。该方法包括如下步骤(1)、引导废水或需曝气水液流经内曝气式曝气装置的曝气膜管；(2)、向内曝气式曝气装置的密封壳体内充气，加入气体的压力应大于曝气膜管壁孔隙中液体的界面张力；(3)调整废水流速和气体压力，以得到不同的溶解氧浓度；(4)将曝气过的水液引入原活性污泥水池中。
所述方法步骤(2)中加入气体的压力的计算公式为Ps＝2γ/R其中，Ps为最小工作压力；γ为表面张力，通常情况下(25℃)液-气界面中水的张力为0.07214N/m；R为膜管孔隙半径，单位为μm。下面为一具体曝气膜管的计算过程①通过显微镜观察该膜管切片的孔隙分布，测量出孔隙的内径。
②根据附加压力公式计算出各内径所对应的附加压力值。
表1实验膜管孔隙内径(2R)与相应附加压力值
根据表1可知，该实验膜管微孔内径最大为550μm，最小为120μm，范围主要分布在120～300μm之间，而出现频率较多的是200μm；最大对应附加压力值为2.40KPa，最小值为0.52KPa，大都分布在0.96～2.40KPa范围内，出现频率较多的是1.44KPa。孔隙的内径越大附加压力越小。据此推算出使用这种曝气膜管最小气体工作压力即克服这些微孔中液体的总表面张力所需压力应大于0.96KPa。
用于实现内曝气式曝气方法的装置为内曝气式曝气装置，主要由密封壳体、曝气膜管、进水布水控制系统、进气管、压气显示控制系统组成。将密封的壳体分隔为压力室和减压室，其内布设曝气膜管，曝气膜管的两端头穿过壳体与进水布水控制系统的进水管和出水管连通，在壳体的盖板上设置有与壳体内腔连通的进气管和压气显示控制系统，在壳体的压力室、减压室底部各设置一个排液孔，供检修时排出泄漏到两室的液体。
所述的密封壳体为气密性壳体，其上设有壳盖板，内腔由隔板分隔为压力室和减压室，压力室容积大于减压室容积。
所述的曝气膜管由具有特殊的选择通透性，耐高低温，适宜的物理强度，良好的绝缘性，非粘附性，耐酸性，阻燃性的发泡型合成材料制成，盘状布设在压力室中，最末一小段布设在减压室中，根据处理水量的大小，曝气膜管可为1管(层)或并联2管(层)以上。
所述的压力显示控制系统，由压力表、减压阀、压力传感器组成，均设置在壳盖板上并与壳体内腔的压力室连通。在减压阀上还设置有一减压阀回气管与气源连通，当减压阀放气时，将臭氧和氧气、氯气等气体回送到气源中。压力传感器与信息控制系统连接，也可不设。
所述的进水布水控制系统由进水流速控制器、进水管、出水管、溶解氧测定池组成。进气管和出水管分别与穿出壳体外的曝气膜管的两端头连通，在进水管上设置有废水流速控制器，根据溶解氧浓度要求控制进水流速，在出水管上设置有溶解氧测定池，随时了解溶解氧的浓度情况。
本装置主要用于中小型水处理环境，适合于高浓度有机废水的降解和净化处理，处理量在1～50m3/d。按下式计算日处理量＝(膜管内径/2)2×3.14×流速×并列膜管数×24×60本发明的优点是(1)、曝气效率高，能源耗费少，操作方便；(2)、当采用特殊气体(臭氧、纯氧、氯气等)曝气时，气体不会外泄，利用率高，不污染环境；(3)、由于气体的溶解度与压力成正比，本发明可以大幅度提高气体压力，强制曝气，从而可以增加气体的溶解度；(4)、本发明可对气体压力进行控制，因此，有利于实现曝气过程的自动控制。
图1是本发明内曝气式曝气装置的结构示意图。
(五)具体实施例本发明的内曝气式曝气装置主要由密封壳体(1)、设置在壳体(1)内腔中的具有特殊选择通透性的曝气膜管(2)、设置在壳体上的进气管(7)、压力显示控制系统及与曝气膜管(2)连通的进水布水控制系统组成。壳体(1)的内腔由隔板分隔为独立的压力室(1-2)、减压室(1-1)，压力室(1-1)大于减压室(1-2)，在减压室(1-1)压力室(1-2)底部边缘设置排液孔(11)、(12)，该孔通常由螺栓拧紧，处于封闭状态，有泄漏或检修时作为排液口；曝气膜管(2)选用具有选择通透性、耐高低温、适宜的物理强度、良好的绝缘性、非粘附性、耐酸性、阻燃性发泡型合成材料制成，并根据水处理量和溶解氧浓度要求确定膜管长度和内径，盘状布设在压力室(1-1)中，最末一段穿过隔板布设在减压室(1-2)中，曝气膜管(2)的两端穿过壳体(1)分别与进水管(3)出水管(9)连通，另根据处理水量的要求，可将曝气膜管布设为1管(层)或并联2管(层)以上。
在壳体(1)的壳盖板(1-3)上布设进气管(7)和压力显示控制系统的减压阀(5)、压力表(6)、压力传感器(8)，并与壳体(1)内腔的压力室(1-1)连通，压力传感器(8)与信息控制系统连接，在减压阀(5)上设置减压阀回气管(5-1)与气源连通。进水布水控制系统的进水管(3)、出水管(9)与穿出壳体(1)的曝气膜管(2)连通。在进水管(3)上设置有废水流速控制器(4)，可根据水量和溶解氧浓度要求控制进水流速，在出水管(9)上设置有溶解氧测定池(11)，可随时了解溶解氧的浓度情况，溶解氧测定池(11)与控制系统连接。
曝气时，开启水泵和废水流速控制器，使废水或需曝气水液从内曝气式曝气装置中的曝气膜管中流过，同时开启气源，使壳体腔内充满曝气气体，并达到一定压力，利用膜管内外压力差，使曝气气体以微气泡的方式，通过管壁微孔均匀地分布到管腔中流动的液体中，达到气、液两相充分接触、气体溶解到废水中，即达曝气的目的，在曝气过程中，压力表实时地指示曝气装置内部的压力，如果压力超过设定的压强时，减压阀开启，以维持曝气壳体内的气压平衡和稳定，可设置压力传感器实时将压力信号反馈至信息控制系统，通过该系统调节输入气压。当曝气气体为臭氧时，为了充分利用和回收残余的臭氧，从安全阀出来的臭氧经过干燥和净化等处理成为臭氧发生器的原料气体，供再次产生高浓度臭氧所用，曝气过的水液可引入原活性污泥水池中使用。
下面通过一实验结果进一步说明本发明内曝气式曝气方法及装置的曝气效果，比传统曝气方法的效果好。
实验用气体氧气；曝气水量100ml；溶解氧测定仪意大利哈那HI9143型溶解氧测定仪。
表2直接曝气方式溶解氧(DO)测定值表
(曝气水量100ml)表3内曝气式曝气装置曝气溶解氧测定值表
(曝气水量100ml，壳体内的压力是0.01Mpa，曝气管长度2.20m)由上表两种曝气方式测定结果可知，通过内曝式曝气装置曝气后的溶解氧浓度比直接曝气的浓度高，如果适当加大壳体内的压力或减低水的流速，溶解氧的浓度将会增加。通过调节壳体内气体的压力或者调节水的流速可以使出水获得不同的溶解氧浓度。
权利要求
1.一种内曝气式曝气方法，其特征是废水和气体分别经一内曝气式曝气装置中进行曝气，再将曝气后的水液引入原活性污泥水池中，该方法包括如下步骤(1)、引导废水或需曝气水液流经内曝气式曝气装置的曝气膜管；(2)、向内曝气式曝气装置的密封壳体内充气，加入气体的压力应大于曝气膜管壁孔隙中液体的界面张力；(3)调整废水流速和气体压力，以得到不同的溶解氧浓度；(4)将曝气过的水液引入原活性污泥水池中。
2.一种用于实现内曝气式曝气方法的装置，其特征是密闭的壳体(1)内腔由隔板分隔成压力室(1-1)、减压室(1-2)，两室内布设有曝气膜管(2)，曝气膜管(2)的两端头穿出壳体(1)分别与进水布水控制系统的进水管(3)、出水管(9)连通，在壳体(1)的壳盖板(1-3)上设置有进气管(7)和压力显示控制系统，并与壳体(1)的压力室(1-1)连通，在压力室(1-1)和减压室(1-2)的底部边缘设置有平时关闭的排液孔(12)和(11)。
3.根据权利要求2所述的内曝气式曝气装置，其特征是所述的壳体(1)为气密性壳体，压力室大于减压室。
4.根据权利要求2所述的内曝气式曝气装置，其特征是所述的曝气膜管(2)是用具有选择通透性、耐高低温、适宜的物理强度，良好的绝缘性，非粘附性、耐酸性、阻燃性的发泡型合成材料制成。
5.根据权利要求2所述的内曝气式曝气装置，其特征是曝气膜管(2)盘状布设在压力室(1-1)中，最末一段布设在减压室(1-2)中。
6.根据权利要求2所述的内曝气式曝气装置，其特征是曝气膜管(2)可为1层或并联2层以上。
7.根据权利要求2所述的内曝气式曝气装置，其特征是所述的压力显示控制系统，由减压阀(5)、减压阀回气管(5-1)、压力表(6)、压力传感器(8)组成，均设置在壳体(1)的盖板(1-3)上，并与壳体的压力室(1-1)连通，压力传感器(8)与信息控制系统连接。
8.根据权利要求2所述的内曝气式曝气装置，其特征是所述的进水布水控制系统由进水管(3)、废水流速控制器(4)、出水管(9)、溶解氧测定池(10)组成，进水管(3)、出水管(9)分别与穿出壳体(1)的曝气膜管(2)的两端连通，在进水管(3)上设置有废水流速控制器(4)，在出水管(9)上设置有溶解氧测定池(10)。
全文摘要
本发明公开了一种内曝气式曝气方法及装置，该装置主要由密封的壳体，布设在壳体内腔中的具有特殊选择通透性的曝气膜管，设置在壳体盖板上的进气管和压力显示控制系统以及与膜管连通的进水布水控制系统组成。将废水在内曝气式曝气装置的曝气膜管中流动，向壳体内充曝气气体，并达到一定压力，利用膜管内外压力差，使曝气气体以微气泡的方式，通过曝气膜管壁微孔均匀地分布到管腔中流动的污水中，达到气、液两相充分接触即可达到曝气的目的。根据水量大小可以将曝气膜管并联2层以上。通过调节压力和废水流速，可以得到不同的溶解氧浓度。这种方法和装置气体不会外泄，利用率高、不污染环境，更主要的是曝气效率高，同样情况下，比直曝式的溶解氧浓度高。
文档编号B01F13/06GK1970470SQ20051002215
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月21日 优先权日2005年11月21日
发明者农以宁 申请人:桂林电子工业学院