CN105502643A

CN105502643A - 一种微孔曝气器及其制造方法

Info

Publication number: CN105502643A
Application number: CN201510970437.2A
Authority: CN
Inventors: 王滨; 严志远
Original assignee: Shanghai Zhongneng High-Tech Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Zhongneng High-Tech Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: CN105502643B

Abstract

本发明涉及一种微孔曝气器及其制造方法。提供了一种微孔曝气器，具有不易发生渗水、氧利用率高和低阻力的特点，而且可以离线清洗，制造成本也相对较低；同时还提供了上述微孔曝气器的制造方法。一种微孔曝气器，包括：布气管，设置在水面上方；若干释气器，下垂设于水面下，包括释气器基层和释气器面层，释气器基层为由碳素材料制成的空心筒，释气器面层设在释气器基层的外表面，由耐腐蚀金属网板复合而成，释气器面层的厚度为50～80μm；若干连接软管，每根连接软管一端连接至布气管且与布气管连通，另一端连接至释气器且与释气器内部连通；其中，释气器基层的筒壁上设有直径为5～6mm的大孔，释气器面层上设有直径为30～50μm的小孔。

Description

一种微孔曝气器及其制造方法

技术领域

本发明涉及好氧活性污泥法污水处理技术领域，具体来说是涉及一种微孔曝气器及其制造方法。

背景技术

好氧活性污泥法处理污水已有一百多年历史，至今仍是污水处理不可替代的主流工艺，据统计，国内已建和在建的市政污水处理80％采用活性污泥工艺；有50％的工业废水处理也采用或部分采用该工艺。好氧活性污泥法处理污水工艺是基于自然水体中，有一种微生物(细菌)在有氧条件，能以水中有机物中的碳作为呼吸代谢的能源和合成代谢的营养源，微生物先将有机物分解，然后摄取部分有机碳进行呼吸代谢。产生的能量供微生物合成代谢，同时摄取另一部有机碳，合成新的细胞。微生物的生命活动，最终将有机物转化为CO₂和水被净化，微生物自身得到繁殖；水中的溶解氧在生化反应中作为电子受体而消耗了。这一水体的自净原理，经过一百多年的改进、提高，形成现代污水处理厂。

现代的污水处理厂，将微生物的生命活动，在特定环境—反应池内完成的。当废水流入反应池后，同时不断向反应池充氧，充氧的氧源是空气，充氧的方式是向反应池鼓入空气，即曝气。反应池中微生物，在有营养源和能源条件迅速繁殖，到数量达到一定的程度，微生物表面的粘状物，使它聚集泥状的絮体，这一絮体在污水处理中有着独特的功能，所以必须借助曝气进入反应池的空气动能，将反应液不断均匀混和，当微生物絮状体量有多余时，通过沉淀，使水和泥分离，分离出的水，污染物已被去除，移出污处理***，排入水体；而多余污泥通过机械脱水，减少体积，作最后处理。因此曝气在污水处理过程中，是个举足轻重的关键操作单元。

污水处理厂是个高能耗企业，一个日处理20000m³污水规模的工厂，每天耗电约16000～18000度，其中90％为工艺用电，而曝气在工艺用电中占60％。所以曝气这一操作单元，既是工艺的关键单元又是高耗能的操作单元。要降低污水处理厂的能耗，以曝气为切入点，是最佳选择。

向反应池鼓入空气，空气在反应地中形成数量众多气泡，由空气泡中的O₂要转移至水中，这是一个传质过程。传质是个浓差扩散过程，浓差的递度是扩散的推动力。而气泡在水中液体表面和气泡均有一层膜，称之为界面膜。它是阻碍氧扩散的集中点

(1)氧的传递过程，通常用双膜理论解释，它的表达式为：

\frac{d c}{d t} = K L \frac{A}{V} (C_{s} - C)

KL:液膜转移系数；

A：气液接触面积；

V：液体体积；

C_S：氧在空气中的浓度；

C：氧在水中浓度。

上式中KL值是由液面表面张力决定，可认为定值；(C_S-C)是扩散的推动，界面二测的氧浓稳定，也可认为是定值。

上式提示，只有扩大气液界面面积A，才能增大氧的转移量，在穿空曝气中，可以通过改变扩散器的释气孔的大小，实现鼓入水中的空气形成微小气泡，扩大A的数值。

一个直径为10mm的气泡，气液界面积为314mm²；一个气泡直径为1mm的气液界面积为3.14mm^2.。一个直径为10mm气泡，可以分割成1000个直径为1mm的小气泡，它的表面积总量，比一个直径为10mm气泡的界面面积要大十倍。气泡直径与氧转移量关系如下：

气泡直径小，不仅可扩大界面积A，能提高氧转移量，而且气泡直径小，上升速度也小，则二相传质时间可以移长，这也有助于氧的转移量，如下：

理论分析，为提高曝气操作氧传移量，提出了具体方法。向水体鼓入的氧量与溶解于水中的氧之此称氧的利用率。显而易见，氧利用率高的曝气方法，必然比氧利用率低的曝气方法用的空气数量少。所以有着良好的节能效果。基于上述：环保装备产业界，对微孔曝气的开发十分活跃。

我国在80年代，已有微孔曝气扩散器产品出现在市场，该产品管形以塗塑织物开以细缝而成，因使用寿命短而退出市场。目前市场上的产品，多以橡胶和三元乙丙橡胶等原料的扩散器，结构形式有管形和盘形二种。

这两种结构的微孔曝气扩散器，虽然结构不同，但(1)释气板(管)材料相同，都是采用了高分子材；(2)产生微气泡的原理相同都是在压力作用使材料上的开的细缝，微微扩张，空气在扩散的细缝中射击形成微小气泡；(3)都在池底下固定安装。

高分子材料种类很多，性能不一。有资料显示，国产一般膜片使用期仅0.5～2年，有的进口膜片经济使用寿命也只有2-3年，优质的硅橡胶法国进口的可以用5-8年，但价格十分昂贵。

高分材料制成膜片，最大特点是高分子材料都有一定弹性，在停机时弹性能将张开的细缝恢复原状——闭合的状态，不会有水渗入管道。客观效果，众说纷纭。但有一点，在设计上设置有排水管，不能不考虑存在渗水是有可能的。在对市场已有的产品分析基础上认为造成渗水进入布气管，很重要的原因是橡胶长时间在80℃空气温度下工作，材料产生疲劳变形，细孔产生缓慢的的撕裂而变大；易堵、阻力增加；加之表面在酸碱作用下材料表面龟裂；加快孔型变大。这是材料综合症。

将释放器固定在水池底部，那负面效应是十分明显的。因曝池内的微生物表面有着粘状醣类物质微生物会在高分子材料表面附着繁殖，甚至成团，膜成了微生物生长的载体，这无疑会使阻力增加，故需要用甲酸清洗。根据使用经验，每半个月需要清洗一次。清洗后充氧能力才能有所恢复。

微生物造成膜表面污染，严重时会造成发生突发的事件。当膜表面污染后，膜的出气量逐渐减少，这样曝气的搅拌效果也明显减弱，使泥紧压在曝气膜片上面，泥积得越多，放出空气就越来越少，而泥随空气量减少而加层沉积，最终不得不停机处理。

现在市场产品运行的状态分析，普遍认为，开始使用效果很好的，但衰退较快，这启示我们，能否有一种曝气装置能反复再生或更换少量零件，能整旧如新的新产品，并以低廉的价格取代昂贵的进口商品。

发明内容

本发明的目的是提供一种微孔曝气器，克服了现有技术的不足之处，具有不易发生渗水、氧利用率高和低阻力的特点，而且可以离线清洗，制造成本也相对较低。

本发明的另一目的是提供一种上述微孔曝气器的制造方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种微孔曝气器，包括：

布气管，所述布气管设置在水面上方；

若干释气器，下垂设于水面下，包括释气器基层和释气器面层，所述释气器基层为由碳素材料制成的空心筒，所述释气器面层设在所述释气器基层的外表面，由耐腐蚀金属网板复合而成，所述释气器面层的厚度为50～80μm；

若干连接软管，每根连接软管一端连接至所述布气管且与所述布气管连通，另一端连接至所述释气器且与所述释气器内部连通；

其中，所述释气器基层的筒壁上设有直径为5～6mm的大孔，所述释气器面层上设有直径为30～50μm的小孔。

进一步地，所述布气管设有支管，所述每根连接软管的一端连接至所述布气管的支管，通过所述支管与所述布气管连通。

其中，所述连接软管的另一端连接至所述释气器基层的上顶部。具体地，所述释气器基层的上顶部设有接口，所述连接软管的另一端连接至所述接口，使所述布气管与所述释气器内部连通。

进一步地，所述释气器面层和释气器基层通过保护箍固定。

本发明同时还提供了上述微孔的制造方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用碳素坯，通过车削加工成空心筒，并在制得的空心筒的筒壁上进行钻孔、磨光；

(2)将耐腐蚀金属网板通过氩弧焊拼接成一金属网板筒，所述金属网板筒的截面周长略小于步骤(1)中所述空心筒的截面周长；

(3)将步骤(2)所制得的金属网板筒通过热套工艺复合固定在所述空心筒的外壁上：将金属网板筒加热至150～160℃，套在所述空心筒外壁上，骤冷收缩使所述金属网板筒复合在所述空心筒的外壁上，制得释气器；

(4)重复步骤(1)-(3)制得多个释气器；

(5)将制得的释气器通过连接软管连接至布气管。

其中，所述步骤(1)中，在制得的空心筒的筒壁上进行钻孔，所钻的孔的直径为5～6mm；所述步骤(2)中，所述金属网板的厚度为50～80μm，所述金属网板的孔径为30～50μm。

进一步地，所述步骤(3)之后对所制得的释气器进行充水试验，确保水只能依次通过所述空心筒的筒壁上的孔和所述金属网板筒上的孔流出，则释气器为合格品。

优选地，所述步骤(3)中将所述金属网板筒复合固定在所述空心筒的外壁上，并通过保护箍固定。

本发明微孔曝气器是由采用耐腐性好的碳素坯制得的释气器基层和由50～80μm厚的耐腐金属网板制得的释气器面层复合而成的，其中释气器基层开有5～6mm的大孔，用以控制空气的通量；释气器面层的30～50μm的小孔将从大孔出来的大气泡分割成1mm左右的微气泡。

由于释气器面层采用的是薄的材料，阻力比现有技术的管式橡胶阻力要小100～120KAP。当停机时，表面材料的细孔能阻止池中的胶团不会进入空气管内。至于＜50μm的稳态的胶体颗粒(zeta电位约－100～120mv)，进入扩散器后可以打开泄水阀，水能自动从洩水管流出，待洩水管有空气出来时，关闭泄水阀即可，既方便又稳妥。

而通过将布气管设置在水面上方，只将释气器通过连接软管设置在水中，释气器可以十分方便地提出水面进行检修和清洗，而由于释气器是悬挂在布气管上的，用压缩空气插式标准接口连接，离线洗清拆卸十分方便；离线清洗效果远比在线清洗要佳，离线清洗后，曝气器变干净又可恢复继续使用；布气管处于水面之上，不会形成液阻，使用阻力要远远小于固定安装的阻力。这样在相同供气压力下孔口的流速就大，具有的动能也大。这样搅拌效果好，污泥不会沉淀地底。

另外，在检修或清洗时如果需要更换释气器面层，只要将释气器加热至150℃～160℃，释气器面层即能自动落下，十分方便。

本发明所提供的微孔曝气器，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)节能效果与橡胶材质相比能节约5％电耗，与穿孔曝气相比氧利用率要提高一倍以上。即使现场工况有不可预测的情况，可能会影响电耗，但现场实际与理论要数值相差大概在30％左右；

(2)材料使用寿命长，薄壁面材十分容易清洗，而且清洗后功能不会衰减，使用可以反复循环使用；

(3)不需要配置空气过滤器和现场化学清洁装置；

(4)与橡胶膜相比，大修不用更换材料，这样一次可以节约大修材料约200～400万/5万m³/d规模；

(5)价格较进口产品低50％以上。

附图说明

通过以下本发明的实施例并结合附图的描述，示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：

图1为本发明微孔曝气器的一个较优实施例的结构示意图。

图2所示为图1中实施例的释气器的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，微孔曝气器包括：布气管1，布气管1连接曝气总管2，布气管1设置在曝气池5的水面上方。布气管1的支管上连接有若干连接软管3，每根连接软管3一端连接至布气管1的支管且与布气管1连通，另一端连接一释气器4且与释气器4内部连通。

释气器4下垂设于水面下，结合图2所示，释气器4包括释气器基层41和释气器面层42。释气器基层41为由碳素材料制成的空心筒，筒壁上设有直径为5～6mm的大孔，上顶部设有接口，连接软管3的另一端连接至该接口，使布气管1与释气器4的内部连通。释气器面层42设在释气器基层41的外表面，并通过保护箍43固定。释气器面层42由耐腐蚀金属网板复合而成，厚度可以为50～80μm，本实施例中为50μm，金属网板的孔径为50μm。

(1)采用采购的碳素坯，通过车削加工成空心筒，并在制得的空心筒的筒壁上进行钻孔、磨光，所钻的孔的直径为5～6mm。

(2)将耐腐蚀金属网板通过氩弧焊拼接成一金属网板筒，所述金属网板筒的截面周长略小于步骤(1)中所述空心筒的截面周长。其中金属网板的厚度为50μm，金属网板的孔径为50μm。

(3)将步骤(2)所制得的金属网板筒通过热套工艺复合固定在所述空心筒的外壁上：将金属网板筒加热至150～160℃，套在所述空心筒外壁上，骤冷收缩使所述金属网板筒复合在所述空心筒的外壁上，并通过保护箍固定，制得释气器。对所制得的释气器进行充水试验，确保水只能依次通过所述空心筒的筒壁上的孔和所述金属网板筒上的孔流出，则释气器为合格品。

(4)重复步骤(1)-(3)制得多个释气器；

(5)将制得的释气器通过连接软管连接至布气管。

虽然本发明已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本发明的范围只局限于上述的结构，只要本技术领域的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本发明之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明专利范围之内。

Claims

1.一种微孔曝气器，其特征在于，包括：

布气管，所述布气管设置在水面上方；

2.如权利要求1所述的微孔曝气器，其特征在于：所述布气管设有支管，所述每根连接软管的一端连接至所述布气管的支管，通过所述支管与所述布气管连通。

3.如权利要求1或2所述的微孔曝气器，其特征在于：所述连接软管的另一端连接至所述释气器基层的上顶部。

4.如权利要求3所述的微孔曝气器，其特征在于：所述释气器基层的上顶部设有接口，所述连接软管的另一端连接至所述接口，使所述布气管与所述释气器内部连通。

5.如权利要求1所述的微孔曝气器，其特征在于：所述释气器面层和释气器基层通过保护箍固定。

6.一种微孔曝气器的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(4)重复步骤(1)-(3)制得多个释气器；

(5)将制得的释气器通过连接软管连接至布气管。

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中，在制得的空心筒的筒壁上进行钻孔，所钻的孔的直径为5～6mm。

8.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述金属网板的厚度为50～80μm，所述金属网板的孔径为30～50μm。

9.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)之后对所制得的释气器进行充水试验，确保水只能依次通过所述空心筒的筒壁上的孔和所述金属网板筒上的孔流出，则释气器为合格品。

10.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中将所述金属网板筒复合固定在所述空心筒的外壁上，并通过保护箍固定。