CN103601285A - 一种射流曝气器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射流曝气器，包括外腔体，和外腔体同轴的设置在外腔体内的内腔体；所述外腔体上端设有进气口，内腔体下端设有进水口，所述进水口伸出外腔体下端；所述内腔体四周设有一组内喷嘴,外腔体四周设有一组外喷嘴。本发明公开的射流曝气器，使水气混合更均匀，供气量大，可使曝气池内的活性污泥始终处于悬浮状态，保证废水与活性污泥充分混合接触，大大提高了废水的处理效果，使用寿命长。

Description

一种射流曝气器

 

技术领域

    本发明涉及一种污水处理设备配件，特别是一种射流曝气器。

背景技术

 20世纪80年代初，生物工程技术（即固定化微生物技术）开始应用于污水生化处理过程，随着生物处理技术的不断发展，废水生物处理的典型工艺——好氧生化处理工艺在废水处理工程中得到广泛的应用。作为好氧生化处理工艺中的关键充氧设备——曝气器，其对废水的生化处理效果起至关重要的作用。目前国内生产的曝气器（膜片式曝气器、管式曝气器、旋混曝气器、穿孔曝气器等）存在供气量小、氧利用率低，维护管理难度大、维修率高等缺陷。这些传统的曝气器在应用于处理要求不高的、小型的污水处理工程中，其处理效果尝可，但用于大中型污水处理工程中，其处理效果就明显不足，而且维修率太高，达不到工艺设计上的技术要求。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明公开了一种供气量大，利用率高维护简单的射流曝气器。

技术方案：本发明公开了一种射流曝气器，包括外腔体，和外腔体同轴的设置在外腔体内的内腔体；所述外腔体上端设有进气口，内腔体下端设有进水口，所述进水口伸出外腔体下端；所述内腔体四周设有一组内喷嘴，外腔体四周设有一组外喷嘴。

其中，所述一组内喷嘴至少为十个，所述外喷嘴至少为10个，所述内喷嘴和外喷嘴的数量一至。

其中，所述内喷嘴和外喷嘴对应配套设置，相对应的内喷嘴和外喷嘴之间的腔体为混合腔。

其中，所述内腔体为由上下对称的两个碟形壳体粘结而成；所述外腔体为由上下对称的两个碟形壳体粘结而成。

本发明所述的射流曝气器，内外腔体均为有上下两个蝶形壳体对合粘接而成的空腔，内外腔体同轴套合，进液口和进气口沿轴心方向分别连接内腔和外腔，内、外喷嘴分别沿内、外腔体周面同心均布。内腔即为工作介质腔，外腔即为引射介质吸入腔，内、外喷嘴间即为混合腔。曝气器自身不含任何机电部件和传动部件。

为使曝气器具有强大的冲氧能力，本发明采用了10个双层喷嘴。考虑各喷嘴之间相互的影响，喷嘴的分布采用圆形径向等角度放射状布置。这种布置能最大限度地避免射流之间的相互干扰，减少气泡并聚现象，有利于提高氧利用率。

本发明一个明显的特点是混合腔（外喷嘴）呈喷嘴状，与工作介质喷嘴（内喷嘴）构成了一组双重喷嘴。将混合腔设计成喷嘴状的主要原因共有四个：一是因为这种结构既能满足氧利用率提高的要求。减少撞击损失需要气液间的速度差尽量小，但是速度差越小，液体对气体的切割作用就越弱，氧利用率就越低。混合腔成喷嘴状时，入口面积较大，空气的流速就低，与液体的速度差就大，切割作用就强；混合腔出口较小，空气的流速就高，与液体的速度差就小，撞击损失就小。二是因为这种结构利用混合液的动能来实现二次喷射，提高能量的使用效率。混合液与喷嘴外的液体存在较大的速度差，能生产强烈的二次切割作用。三是因为这种结构有利于池内液体紊流的形成，使氧的利用率进一步提高。收缩状喷嘴喷射的液体发散现象较直管喷嘴明显，携带（卷入）周围液体的能力也强，产生紊流的范围也大。四是因为这种结构能够减小气泡直径，增加水中氧的溶解度，提高氧的传递速度。收缩喷嘴的液体发散使流速迅速减小，混合液的动能转为压能，气体被压缩，直径逐渐减小，水中氧的溶解度也增加，使空气的氧可以更快地溶入气液混合流中去，从而提高氧的传递速度。

在设备内，一定压力的工作介质（一般为废水或废水与活性污泥的混合液）经过内喷嘴以很高的速度喷射出来，形成一股高速轴对称射流束。这股射流束穿过吸气室后经一定的射流距离后进入射流器的混合腔。在此期间，射流流动边界处附近的工作介质与周围静止流体（空气）之间存在速度不连续的渐断面，渐断面受到高速射流束不可避免的干扰，失去稳定而产生旋涡，卷吸周围空气进入射流束，同时不断移动、变形、***，产生紊动，其影响逐渐向内外两侧发展，一方面向射流束中心扩散，同时也向周围静止空气扩散，形成内外两个自由紊动的混合层。工作介质边界的物质被加速，空气进入射流中，并在扩大的射流中被吸收、加速、掺合和到增大的射流中。因此，与这股高速紊动射流束相接触的空气被工作介质携带至混合室。这时吸气室为真空状态，外界空气随即源源不断的补充进来。卷吸进入的空气获得动量而随同原来的流体向前运动，原来的流体失去动量而流速降低，在混合层中存在一定的流速梯度，从而形成很强的减切力。这些剪切力能把边界上的涡流加以切割，同时又引起激烈的紊动。这种附加的紊流能促进很高的氧转移率充分的流体混合作用。卷吸与掺混作用的结果，射流断面不断，流速则不断降低，流量却沿程增加。工作介质的压能在喷嘴处转变为动能，而在吸气室中一部分动能转变为压能，以供给引射空气之用。再进入混合室后，工作介质的一部分动能传递给引射空气；另外，混合流体在混合室中的流动过程由于剧烈的紊动搅拌及水力剪切，液体与气体间的质量交换与能量传递作用使混合流体的速度逐渐趋于均衡，同时发生混合流体的动能相反地转变为压能。

气流混合流由混合室喷嘴以一个较高的速度喷射进入废水，由于与周围液体存在较大的速度差，所以仍具有较大的二次切割作用，另外，射流束扩散而流速迅速减小，动能转变为压能，导致压力生高，能量由液体传递给气体，液体对气体压缩做功，气泡直径逐渐减少，而氧的溶解度随压力的增加而提高，使引射空气的氧可以最大速度和最大限度地溶入气液混合流中去。

在活性污泥法曝气池底部，从射流曝气器内至喷嘴释放出的气泡最终在水面破灭的整个期间有四个传质阶段：在喷嘴内形成气泡；在水平向惯性流动；在垂直方向上升流动；由水力搅拌方式形成的二次紊流。

工作介质与在混合腔里被剪切的非常小的气泡组成一种乳白色的气水混合物，经混合腔喷嘴喷射至曝气池中时可以看到一中细小气泡的羽壮物向曝气池的各个方向扩散，此时起一般鼓风曝气的充氧作用。在这里，所排出的液体和气体的混合物能供给最大的充氧作用与紊流搅拌作用。

从传质过程来看，本发明明显复杂于鼓风曝气和机械曝气，也复杂于负压引气式射流曝气器，氧传递的途径比较多，因此本发明的氧利用率很高，这是其它曝气器无法比拟的。

曝气时，强烈的气提作用使池内液体循环翻滚，同时完成迅速的充氧、混合和搅拌。在停止压力供气时，循环液通内喷嘴高速喷出，周围低速液体被强烈卷入并进行动量交换，卷入部分又加入喷射主流，周而复始，最终实现对液体的混合搅拌作用，此时由于无氧气参与而使碟式射流曝气器具有了无氧搅拌功能。

由于本发明安装于活性污泥池的底部，因此无论有氧或无氧运行，均能达到很好的混合搅拌效果，保证活性污泥始终处于悬浮状态。

有益效果：本发明公开的射流曝气器，采用独特的内外腔二次喷射技术，使水气混合更均匀；设备具有足够大的容量，气水直接进入设备内腔喷射出来，供气量大；由于废水和空气通过喷嘴喷射出来，可使曝气池内的活性污泥始终处于悬浮状态，保证废水与活性污泥充分混合接触，大大提高了废水的处理效果；采用独特的内外腔二次喷射技术，使气水充分接触混合，大大提供了氧的利用率；采用高强度SS304不锈钢为材料，防腐性能优越，强度大，容易成型，采用焊接制造，便于实现批量生产；维修维护率低，几乎为零维修，使用寿命长。

附图说明

附图1为射流曝气器结构示意图；

附图2为射流曝气器的喷嘴布置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的解释。

本发明公开了一种射流曝气器，包括外腔体1，和外腔体1同轴的设置在外腔体1内的内腔体2；所述外腔体1上端设有进气口3，内腔体2下端设有进水口4，所述进水口4伸出外腔体1下端；所述内腔体2四周设有一组内喷嘴5,外腔体1四周设有一组外喷嘴6。

其中，所述一组内喷嘴5至少为十个，所述外喷嘴6至少为10个，所述内喷嘴5和外喷嘴6的数量一至。

其中，所述内喷嘴5和外喷嘴6对应配套设置，相对应的内喷嘴5和外喷嘴6之间的腔体为混合腔。

其中，所述内腔体2为由上下对称的两个碟形壳体粘结而成；所述外腔体1为由上下对称的两个碟形壳体粘结而成。

本发明所述的射流曝气器，内外腔体均为有上下两个蝶形壳体对合粘接而成的空腔，内外腔体同轴套合，进液口和进气口沿轴心方向分别连接内腔和外腔，内、外喷嘴分别沿内、外腔体周面同心均布。内腔即为工作介质腔，外腔即为引射介质吸入腔，内、外喷嘴间即为混合腔。曝气器自身不含任何机电部件和传动部件。

为使曝气器具有强大的冲氧能力，本发明采用了10个双层喷嘴。考虑各喷嘴之间相互的影响，喷嘴的分布采用圆形径向等角度放射状布置。这种布置能最大限度地避免射流之间的相互干扰，减少气泡并聚现象，有利于提高氧利用率。

本发明一个明显的特点是混合腔（外喷嘴）呈喷嘴状，与工作介质喷嘴（内喷嘴）构成了一组双重喷嘴。将混合腔设计成喷嘴状的主要原因共有四个：一是因为这种结构既能满足氧利用率提高的要求。减少撞击损失需要气液间的速度差尽量小，但是速度差越小，液体对气体的切割作用就越弱，氧利用率就越低。混合腔成喷嘴状时，入口面积较大，空气的流速就低，与液体的速度差就大，切割作用就强；混合腔出口较小，空气的流速就高，与液体的速度差就小，撞击损失就小。二是因为这种结构利用混合液的动能来实现二次喷射，提高能量的使用效率。混合液与喷嘴外的液体存在较大的速度差，能生产强烈的二次切割作用。三是因为这种结构有利于池内液体紊流的形成，使氧的利用率进一步提高。收缩状喷嘴喷射的液体发散现象较直管喷嘴明显，携带（卷入）周围液体的能力也强，产生紊流的范围也大。四是因为这种结构能够减小气泡直径，增加水中氧的溶解度，提高氧的传递速度。收缩喷嘴的液体发散使流速迅速减小，混合液的动能转为压能，气体被压缩，直径逐渐减小，水中氧的溶解度也增加，使空气的氧可以更快地溶入气液混合流中去，从而提高氧的传递速度。

在设备内，一定压力的工作介质（一般为废水或废水与活性污泥的混合液）经过内喷嘴以很高的速度喷射出来，形成一股高速轴对称射流束。这股射流束穿过吸气室后经一定的射流距离后进入射流器的混合腔。在此期间，射流流动边界处附近的工作介质与周围静止流体（空气）之间存在速度不连续的渐断面，渐断面受到高速射流束不可避免的干扰，失去稳定而产生旋涡，卷吸周围空气进入射流束，同时不断移动、变形、***，产生紊动，其影响逐渐向内外两侧发展，一方面向射流束中心扩散，同时也向周围静止空气扩散，形成内外两个自由紊动的混合层。工作介质边界的物质被加速，空气进入射流中，并在扩大的射流中被吸收、加速、掺合和到增大的射流中。因此，与这股高速紊动射流束相接触的空气被工作介质携带至混合室。这时吸气室为真空状态，外界空气随即源源不断的补充进来。卷吸进入的空气获得动量而随同原来的流体向前运动，原来的流体失去动量而流速降低，在混合层中存在一定的流速梯度，从而形成很强的减切力。这些剪切力能把边界上的涡流加以切割，同时又引起激烈的紊动。这种附加的紊流能促进很高的氧转移率充分的流体混合作用。卷吸与掺混作用的结果，射流断面不断，流速则不断降低，流量却沿程增加。工作介质的压能在喷嘴处转变为动能，而在吸气室中一部分动能转变为压能，以供给引射空气之用。再进入混合室后，工作介质的一部分动能传递给引射空气；另外，混合流体在混合室中的流动过程由于剧烈的紊动搅拌及水力剪切，液体与气体间的质量交换与能量传递作用使混合流体的速度逐渐趋于均衡，同时发生混合流体的动能相反地转变为压能。

气流混合流由混合室喷嘴以一个较高的速度喷射进入废水，由于与周围液体存在较大的速度差，所以仍具有较大的二次切割作用，另外，射流束扩散而流速迅速减小，动能转变为压能，导致压力生高，能量由液体传递给气体，液体对气体压缩做功，气泡直径逐渐减少，而氧的溶解度随压力的增加而提高，使引射空气的氧可以最大速度和最大限度地溶入气液混合流中去。

在活性污泥法曝气池底部，从射流曝气器内至喷嘴释放出的气泡最终在水面破灭的整个期间有四个传质阶段：在喷嘴内形成气泡；在水平向惯性流动；在垂直方向上升流动；由水力搅拌方式形成的二次紊流。

工作介质与在混合腔里被剪切的非常小的气泡组成一种乳白色的气水混合物，经混合腔喷嘴喷射至曝气池中时可以看到一中细小气泡的羽壮物向曝气池的各个方向扩散，此时起一般鼓风曝气的充氧作用。在这里，所排出的液体和气体的混合物能供给最大的充氧作用与紊流搅拌作用。

从传质过程来看，本发明明显复杂于鼓风曝气和机械曝气，也复杂于负压引气式射流曝气器，氧传递的途径比较多，因此本发明的氧利用率很高，这是其它曝气器无法比拟的。

曝气时，强烈的气提作用使池内液体循环翻滚，同时完成迅速的充氧、混合和搅拌。在停止压力供气时，循环液通内喷嘴高速喷出，周围低速液体被强烈卷入并进行动量交换，卷入部分又加入喷射主流，周而复始，最终实现对液体的混合搅拌作用，此时由于无氧气参与而使碟式射流曝气器具有了无氧搅拌功能。

由于本发明安装于活性污泥池的底部，因此无论有氧或无氧运行，均能达到很好的混合搅拌效果，保证活性污泥始终处于悬浮状态。

本发明公开的射流曝气器，采用独特的内外腔二次喷射技术，使水气混合更均匀；设备具有足够大的容量，气水直接进入设备内腔喷射出来，供气量大；由于废水和空气通过喷嘴喷射出来，可使曝气池内的活性污泥始终处于悬浮状态，保证废水与活性污泥充分混合接触，大大提高了废水的处理效果；采用独特的内外腔二次喷射技术，使气水充分接触混合，大大提供了氧的利用率；采用高强度SS304不锈钢为材料，防腐性能优越，强度大，容易成型，采用焊接制造，便于实现批量生产；维修维护率低，几乎为零维修，使用寿命长。

本发明提供了一种射流曝气器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种射流曝气器，其特征是，包括外腔体（1），和外腔体（1）同轴的设置在外腔体（1）内的内腔体（2）；所述外腔体（1）上端设有进气口（3），内腔体（2）下端设有进水口（4），所述进水口（4）伸出外腔体（1）下端；所述内腔体（2）四周设有一组内喷嘴（5）,外腔体（1）四周设有一组外喷嘴（6）。

2.根据权利要求1所述的一种射流曝气器，其特征是，所述一组内喷嘴（5）至少为十个，所述外喷嘴（6）至少为10个，所述内喷嘴（5）和外喷嘴（6）的数量一至。

3.根据权利要求1或2所述的一种射流曝气器，其特征是，所述内喷嘴（5）和外喷嘴（6）对应配套设置，相对应的内喷嘴（5）和外喷嘴（6）之间的腔体为混合腔。

4.根据权利要求1所述的一种射流曝气器，其特征是，所述内腔体（2）为由上下对称的两个碟形壳体粘结而成；所述外腔体（1）为由上下对称的两个碟形壳体粘结而成。

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