CN101774681A - 一种微孔曝气*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微孔曝气***，用于污水生化处理的底部好氧曝气，***主要由微孔曝气设备、配气管网、供气干管、水封安全装置、总阀、鼓风机、空气过滤器及末端排水装置组成。所述的微孔曝气设备主要由疏水效应微孔曝气膜片、软胶囊、升降式逆止阀板、压盖及底座组成；所述的水封安全装置由Y形三通管、U形管、调节管及稳压管组成；所述的末端排水装置主要由排水罐、排水管、排水阀、排出管、及放空阀组成。与国内外同类先进技术相比，本发明的主要特点是：本发明微孔曝气***在提高曝气效率、降低运行电耗的同时极大地延长使用寿命，达到20年以上，进而大大降低污水处理的总成本，具有巨大的经济意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理技术，具体是一种用于污水生化处理的微孔曝气***。
背景技术
污水处理曝气设备主要有两种类型：泵(伞)型、转刷(盘)等表面曝气设备与微孔曝气器(管)、旋混曝气器、散流曝气器等底部曝气设备。微孔曝气设备具有较高的动力效率，是表面曝气设备的2倍以上，可极大地降低污水处理的运行电耗，工程上得到了广泛的应用。
微孔曝气设备大致分为两种形式：刚玉类固定孔径的微孔曝气设备及橡胶类可变孔径的微孔曝气设备，在使用过程中存在以下缺点：
1.前者在曝气运行启停交替过程中微孔内易进水导致微生物生长堵塞、清理不便，后者在曝气过程中孔径不断张缩导致橡胶膜容易疲劳破裂、不能修复；
2.由于曝气微孔的逐渐堵塞或橡胶老化硬化，使额定曝气量下降，增大空气阻力损失进而增加功率消耗；
3.实行间歇性鼓风曝气运行方式时，污水容易进入空气管网内，不能保持空气管网内的洁净，当鼓风机停转时间过长时还需放空曝气池，管理不使；
4.使用寿命短，一般在5年左右，与使用寿命15年左右且维护简便的表面曝气设备相比有很大的差距；
5.更换或清理破损、堵塞的微孔曝气设备的工作量大、费用高，周期长且影响面大。
微孔曝气设备的上述缺点，是污水处理的管理及维护费用升高的主要原因，综合运行经济效益与表面曝气设备相比并不处在优势地位，这些缺点是目前设备材料性能及技术上的不足所致，也是难以在原有基础上进行改进与突破的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种包含空气管道、微孔曝气设备及水封安全装置的微孔曝气***。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种微孔曝气***，***包括配气管网2、供气干管3-1、3-2、总阀5、鼓风机6及空气过滤器6-1，在配气管网2上连接若干个微孔曝气设备1，微孔曝气设备1置于曝气池17的底部；配气管网2分别与供气干管3-1及末端排水装置连接；在水平供气干管3-2上接入水封安全装置，水封安全装置由Y形三通管4、U形管7、调节管8及稳压管9组成，即在水平供气干管3-2上接入Y形三通管4，Y形三通管4的下方管口与U形管7的一端连接，U形管7的另一端接调节管8的下端，稳压管9的下端与调节管8的上端连接，其上端管口与大气连通；调节管8的下端标高
位于Y形三通管4的交叉点标高与水平供气干管3-2的标高
之间，上端标高
高于水平供气干管3-2的标高
Y形三通管4由大中小不同内径的管段组成，其中与鼓风机6连接的为中，与供气干管3-1连接的为大，与U形管7连接的为小；鼓风机5入口与空气过滤器6-1出口连接。
上述的微孔曝气设备1由疏水效应微孔曝气膜片1-1、软胶囊1-2、升降式逆止阀板1-9、底座1-3、压盖1-4及紧固螺母1-5组成，按从下到上顺序底座1-3、软胶囊1-2、疏水效应微孔曝气膜片1-1两两接合，软胶囊1-2与底座1-3用紧固螺母1-5严密紧固，疏水效应微孔曝气膜片1-1及软胶囊1-2用压盖1-4与底座1-3严密紧固；软胶囊1-2与疏水效应微孔曝气膜片1-1之间形成调节腔1-6，底座1-3上开有使两面通透的孔1-7；升降式逆止阀板1-9置于调节腔1-6内进气口1-8与疏水效应微孔曝气膜片1-1之间，升降式逆止阀板1-9上固定有定位滑杆1-10，定位滑杆1-10***进气口1-8内。
上述的末端排水装置由排水罐11与排水管12、排水阀13、排出管14-1、14-2、进水阀15及放空阀16组成，排水管12的一端与配气管网2末端连接，另一端接入排水罐11；从排水罐11底部向下接出排出管14-1，下降到标高
后管口转向上连接排出管14-2，排出管14-2的另一端管口在标高处与大气连通，标高
高于水平供气干管3-2的标高
排水罐11顶部及底部分别设有进水阀15及放空阀16，排水管12上设有排水阀13。
上述微孔曝气设备1的疏水效应微孔曝气膜片1-1采用表面具有良好疏水特性或超疏水特性的材料制造，曝气微孔孔径在250μm以内。
上述微孔曝气设备1的疏水效应微孔曝气膜片1-1与水封安全装置之间形成的内部空间，包含平衡气压与水压的调节容积。
上述水封装置的Y形三通管4，亦可以是其他形式的三通管。
本发明与现有技术比较的特点是：
1.本发明微孔曝气***的微孔曝气膜片表面具备良好疏水特性，甚至具备超疏水特性及自洁净功能，污水不易进入微孔曝气设备内，避免微生物堵塞曝气微孔；
2.本发明微孔曝气***的曝气膜片上的微孔为固定孔径，孔道平直，曝气量恒定，空气通过微孔时阻力较小，功耗较低；
3.本发明微孔曝气***的曝气膜片上的微孔孔径达到100μm以内，可产生更小的气泡，使曝气设备具有更高的充氧效率及动力效率；
4.本发明微孔曝气***的曝气膜片不存在橡胶类可变径微孔曝气膜的容易老化硬化及疲劳破裂与刚玉类固定孔径微孔曝气罩容易堵塞及不易清理的固有缺陷，具有超长的使用寿命，与制造材料的自然寿命相当，可达20年以上，且生产成本较低；
5.本发明微孔曝气***在鼓风机停止运转期间，水封安全装置确保空气管道***内的空气不会从鼓风机口部泄漏出去；
6.本发明微孔曝气***的空气管道***具有自适应调节功能，能够自动适应曝气池水压的变化与波动，确保曝气池污水不能从微孔曝气膜进入空气管网内，保持管网内部的清洁；
7.本发明微孔曝气***实行间歇性鼓风曝气运行方式时，间歇时间可不受限制，不必放空曝气池，管理方便；
8.本发明微孔曝气***通过观察末端排水装置内的水位变化情况，能够实时了解空气管网内密封状态，发现污水渗漏进入可及时排除，操作简便。
说明附图
图-1是本发明的空气管道***示意图。
图-2是本发明的微孔曝气设备打开时结构示意图。
图-3是本发明的微孔曝气设备关闭时结构示意图。
图-1中：微孔曝气设备1，配气管网2，供气干管3-1、3-2，Y形三通管4，总阀5，鼓风机6，空气过滤器6-1，U形管7，调节管8，保压管9，进水阀10，排水调节罐11，排水管12，排水阀13，排出管14-1、14-2，进水阀15，放空阀16，曝气池17，标高
图-2及图-3中：疏水效应微孔曝气膜片1-1，软胶囊1-2，底座1-3，压盖1-4，紧固螺母1-5，调节腔1-6，孔1-7，进气口1-8，升降式逆止阀板1-9，定位滑杆1-10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
当管道***设置水封安全装置时，微孔曝气设备1的升降式逆止阀板1-9及定位滑杆1-10可以取消。
一、***流程
一种微孔曝气***，用于污水生化处理的好氧曝气。
根据图-1及上述，本发明的工作状态分为曝气运行工况、间歇工况及初始工况，分述如下：
1.曝气运行工况
空气经空气过滤器6-1洁净处理后由鼓风机6加压，经总阀5、Y形三通管4、供气干管3-2、3-1、配气管网2、微孔曝气设备1的进气口1-8进入调节腔1-6内，再经疏水效应微孔曝气膜片1-1释放到曝气池17内，对污水进行曝气生化处理。
在正常曝气状态下，Y形三通管4内的水在风压的作用下，经U形管7被压入调节管8内储存；配气管网2内可能产生少量的凝结或渗漏水经排水管12自流进入末端排水装置的排水罐11内，靠风压的作用经排出管14排到***外。排水阀13处在常开状态，进水阀15与放空阀16处在常闭状态；U形管7内的水气交界面在下降一定高度后，当风压与稳压管9内水柱的重力达到平衡时，处在稳定的位置上，水不能从稳压管9溢出。
在正常曝气状态下，末端排水装置的排水罐11内的风压与排出管14-2内的水柱重力达到平衡时，排出管14-1内的水气交界面处在稳定的位置上，使管网内空气不能从排出管14-2泄漏出去。
2.间歇工况
当曝气***采取间歇性运行方式或因动力设备故障需要维修，在鼓风机5停止运转时，空气管道内的风压随之下降到接近大气的压力，此时，稳压管9内水柱的重力大于空气管道内的风压，在重力的作用下，调节管8内储存的水经U形管7及时回流到Y形三通管4内进行水力密封，配气管网2内的空气不能从鼓风机6的口部泄漏出去，确保配气管网2内充满空气，以阻止曝气池17污水从微孔曝气设备1进入配气管网2内，使曝气池17水压、配气管网2内气压及Y形三通管4内水压三方处在压力相等的平衡状态。
在鼓风机6停止运转期间，因空气可通过微孔曝气设备1的曝气微孔进入曝气池17溶于水中、或因管道持续少量渗漏，致使配气管网2内气压下降，与曝气池17水压产生压差，此压差通过微孔曝气设备1底座1-3上的孔1-7作用在软胶囊1-2上，使之产生变形，压缩调节腔1-6内的空间，及时起到自适应调节变形对消压差的作用，即时恢复上述的三方压力相等的平衡状态，使压差值总是小于曝气微孔的抗穿透水压，确保污水不能从曝气微孔进入空气管网内；因曝气池17内的水发生扰动引起局部瞬间的水流冲击与水压波动，可均在疏水效应微孔曝气膜片1-1的毛细管特性与软胶囊1-2自适应调节变形的共同作用下，消除其可能带来的不利影响，确保污水不能从曝气微孔进入配气管网2内。
在鼓风机6停止运转期间配气管网2可能产生的少量渗漏水经排水管12自流进入排水罐11内储存，届满时先关闭排水阀13，再打开放空阀16进行放空排水，完毕即先关闭放空阀16，再打开排水阀13。排水罐11内可设置水满自动报警装置随时监测以方便管理。
3.初始工况
***安装完毕开始进入调试及运行阶段，在曝气池17进水前须按以下先后次序进行操作：
1.先关闭排水罐11上的进水阀15及放空阀16，打开进水阀10向调节管8内注水，待管内水位上升到调节管8的下端标高时关闭，此水位称为密封水位；
2.打开进水阀15向排水罐11内注水，待水位上升到罐内容积二分之一的位置时关闭：
3.打开排水阀13
4.关闭总阀5。
完成上述操作后，曝气池17开始平缓进水，直至水面达到试运行水位
或设计运行水位接着启动鼓风机6待达到额定转速时打开总阀5开始曝气。
当对水下部分管道及设备进行检修维护时，需将曝气池17的水平缓放空后再进行施工，检修维护完毕按上述操作步骤投入运行。
当空气管道***不设水封安全装置时，可看作是与大气连通的***，鼓风机6运行时，空气靠风压顶开微孔曝气设备1的升降式逆止阀板1-9进入调节腔1-6再经疏水效应微孔曝气膜片1-1释放到曝气池17内；鼓风机6停止运行时，升降式逆止阀板1-9在重力的作用下连带定位滑杆1-10回落关闭，调节腔1-6内的空气不能从进气口1-8回流，在疏水效应微孔曝气膜片1-1与软胶囊1-2之间形成气囊，软胶囊1-2的自适应调节变形作用使气囊内气压与曝气池17水压维持在平衡状态，确保污水不能从曝气微孔进入调节腔1-6内。
二、选型计算
本发明的选型计算主要是确定微孔曝气设备1的材质要求及Y形三通管4、U形管7、调节管8、稳压管9与末端排水装置的规格、尺寸。
1.微孔曝气设备1
本发明所述的疏水效应是指：在具备疏水特性的微孔曝气膜的一侧施加一定的水压，在微孔的毛细管作用下水不能从微孔进入另一侧，该水压的最大值本发明称为抗穿透水压。根据水的毛细管作用原理，本发明的疏水效应微孔曝气膜片1-1抗穿透水压的大小根据下式计算
h＝103|2δcosθ/(rρg)|(1)
式中h-微孔曝气膜抗穿透水压，水柱，mm
δ-水的表面张力，N.m-1，当水温在10～50℃的范围内变化时，δ值在74.14～67.67×10-3N.m-1范围内变化
ρ-水的密度，1×103kg.m-3
θ-水与曝气膜表面的接触角度
r-曝气微孔半径，μm
g-重力加速度，9.8N.kg-1
103-单位转换常数
由式(1)看出，微孔曝气膜抗穿透水压与接触角θ的大小成正比、与曝气微孔半径成反比关系。不同性质的曝气膜表面具有不同的接触角θ，当接触角θ＞90°时即表明膜表面具有疏水特性，氟塑料46(FEP，θ＝115°)、聚四氟乙烯(PTFE，θ＝114°)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE，θ＝107°)及含氟涂料等均具有良好的疏水特性，均可用来制造微孔曝气膜片。使用荷叶效应涂料覆盖表面，使曝气膜具备超疏水特性，与水的接触角θ达到接近180°，从而获得极好的抗穿透能力，并且具备优异的自洁净功能，是制造疏水效应微孔曝气膜片的理想材料。
疏水效应微孔曝气膜片1-1的微孔孔径控制在250μm以内，一般在100μm以内，微孔布置间距2mm左右。
通过计算微孔曝气设备1的调节腔1-6容积累计相加之和即为空气管道***内的自适应调节总容积。
微孔曝气设备1外形尺寸与同类设备大小相当，除疏水效应微孔曝气膜片1-1及软胶囊1-2外，其它部件可采用PVC、PE及ABS等塑料热铸成型制造。
2.Y形三通管4、U形管7、调节管8及稳压管9
Y形三通管4的大管段的容积不小于中管段的容积，即
Vd＝KVZ (2)
式中Vd-Y形三通管(4)大管段容积
VZ-Y形三通管(4)中管段容积
K-安全系数，2.0
调节管8的容积与Y形三通管4的密封水位高低有关，为左、右管段内密封水位以下的容积之和，当密封水位标高
处在
与
的中间时，则为
Vj＝(Vd+VZ)/2(3)
或
Vj＝(K+1)VZ/2(4)
式中Vj-调节管(8)容积
稳压管9的内径小于U形管7的内径，一般两者内径之比在1/2～2/3之间，上端管口标高
与U形管7底部标高
的水压差大于曝气运行工况的最大风压，当U形管7底部标高与疏水效应微孔曝气膜片1-1的表面标高
在同一高度时，管口标高
不低于曝气池17运行水位与疏水效应微孔曝气膜片1-1最大工况下空气阻力之和。
3.末端排水装置
排水罐11的容积是排出管14-1、14-2容积之和的2倍以上，排出管14-2管口标高
与排水罐11底标高的高差等于曝气池水位标同与疏水效应微孔曝气膜片1-1表面标高的高差，排水罐11底标高
与排出管14-1下端
的高差不小于疏水效应微孔曝气膜片1-1最大工况下的空气阻力。
4.其它
空气管道采用抗菌抗霉塑料管材；
曝气***采用无油雾空气源；
鼓风机的选型、空气管道的设计计算按给水排水相关规范要求进行，并按验收规范进行施工及竣工验收。
三、结语
污水净化处理是建设绿色环保社会不可或缺的重要环节，污水处理设施需要大量电力维持日常运行，单位污水处理耗电量一般为0.15～0.28KW·h/m3，其中好氧曝气的耗电量一般占到40～70％，与曝气设备的动力效率关系很大，微孔曝气设备以极高的动力效率可大幅降低运行电耗，具有巨大的经济意义。目前大量使用的微孔曝气设备几乎均为橡胶膜类的，性能最好的欧美产品使用寿命也就3、5年，国产的使用寿命则更短。本设备兼具高效率、长寿命、低成本及维护简便等突出优点，在大幅降低管理及维护成本同时，单位污水处理耗电量可望降低到0.15KW·h/m3以下，具有极好的市场前景。
Claims (6)
1.一种微孔曝气***，***包括配气管网(2)、供气干管(3-1、3-2)、总阀(5)、鼓风机(6)及空气过滤器(6-1)，其特征在于，在配气管网(2)上连接若干个微孔曝气设备(1)，微孔曝气设备(1)置于曝气池(17)的底部；配气管网(2)分别与供气干管(3-1)及末端排水装置连接；在水平供气干管(3-2)上接入水封安全装置，水封安全装置由Y形三通管(4)、U形管(7)、调节管(8)及稳压管(9)组成，即在水平供气干管(3-2)上接入Y形三通管(4)，Y形三通管(4)的下方管口与U形管(7)的一端连接，U形管(7)的另一端接调节管(8)的下端，稳压管(9)的下端与调节管(8)的上端连接，其上端管口与大气连通；调节管(8)的下端标高
位于Y形三通管(4)的交叉点标高
与水平供气干管(3-2)的标高之间，上端标高
高于水平供气干管(3-2)的标高
Y形三通管(4)由大中小不同内径的管段组成，其中与鼓风机(5)出口连接的为中，与供气干管(3-1)连接的为大，与U形管(7)连接的为小；鼓风机(5)入口与空气过滤器(6-1)出口连接。
2.根据权利要求1所述的微孔曝气***，其特征在于，所述的微孔曝气设备(1)由疏水效应微孔曝气膜片(1-1)、软胶囊(1-2)、升降式逆止阀板(1-9)、底座(1-3)、压盖(1-4)及紧固螺母(1-5)组成，按从下到上顺序底座(1-3)、软胶囊(1-2)、疏水效应微孔曝气膜片(1-1)两两接合，软胶囊(1-2)与底座(1-3)用紧固螺母(1-5)严密紧固，疏水效应微孔曝气膜片(1-1)及软胶囊(1-2)用压盖(1-4)与底座(1-3)严密紧固；软胶囊(1-2)与疏水效应微孔曝气膜片(1-1)之间形成调节腔(1-6)，底座(1-3)上开有使两面通透的孔(1-7)；升降式逆止阀板(1-9)置于调节腔(1-6)内进气口(1-8)与疏水效应微孔曝气膜片(1-1)之间，升降式逆止阀板(1-9)上固定有定位滑杆(1-10)。
3.根据权利要求1所述的微孔曝气***，其特征在于，所述的末端排水装置由排水罐(11)与排水管(12)、排水阀(13)、排出管(14-1、14-2)、进水阀(15)及放空阀(16)组成，排水管(12)的一端与配气管网(2)末端连接，另一端接入排水罐(11)；从排水罐(11)底部向下接出排出管(14-1)，下降到标高
后管口转向上连接排出管(14-2)，排出管(14-2)的另一端管口在标高
处与大气连通，标高
高于水平供气干管(3-2)的标高排水罐(11)顶部及底部分别设有进水阀(15)及放空阀(16)，排水管(12)上设有排水阀(13)。
4.根据权利要求2所述的微孔曝气***，其特征在于，所述微孔曝气设备(1)的疏水效应微孔曝气膜片(1-1)采用表面具有良好疏水特性或超疏水特性的材料制造，曝气微孔孔径在250μm以内。
5.根据权利要求1所述的微孔曝气***，其特征在于，所述微孔曝气设备(1)的疏水效应微孔曝气膜片(1-1)与水封安全装置之间形成的内部空间，包含平衡气压与水压的调节容积。
6.根据权利要求1所述的微孔曝气***，其特征在于，所述水封装置的Y形三通管(4)，亦可以是其他形式的三通管。
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