CN1171809C - 活性污泥法中使用的射流曝气反应器及其射流曝气工艺 - Google Patents
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Abstract
一种活性污泥法中使用的射流曝气反应器及其射流曝气工艺，涉及一种污水处理曝气方式及设备。本发明针对目前使用的射流循环反应器存在的射流边界区域推动性能差，喷嘴射流剪切和服务面积小等缺陷，提供一种新结构的射流曝气反应器及其射流曝气工艺。本发明的特点是在射流曝气反应器的底部同轴安装一个含有液体驱动喷嘴、固定倒锥体、分布平板及环形间隙的射流曝气器以及设置在射流循环反应器的上、下反应器之间的撞击面。气-液两相流在撞击面相向撞击，形成稳定的从外向内的气液循环，因而能改善气泡的空间分布，减少气泡聚并，增大射流曝气器的服务面积，保持整个反应器均匀的能量分布速率，有效地提高传质和传能效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理曝气方式及设备，特别涉及一种活性污泥法中使用的射流曝气反应器及其射流曝气工艺。
背景技术
射流曝气作为继鼓风曝气和机械曝气之后的第三类曝气方法，利用射流的紊动运动和剪切作用，切割气体和活性污泥絮体，产生微气泡和增强污泥活性的优势，获得极高的氧传递速率，以及构造简单、运行可靠、投资费用低等优点，在污水处理中具有极大的技术和经济潜力。但是，目前普遍采用的自吸或供气式单相和两相喷嘴射流曝气器，如水射扩散器和气水冲击式扩散器等，(参见《射流泵技术的理论及应用》，陆宏圻，水利电力出版社，P245-246和《曝气的理论和实践》，中国建筑工业出版社，P85)由于射流边界区域推动性能差，喷嘴的射流剪切和服务面积小，导致氧利用率下降；驱动射流工作水量不足，补充循环水量大，造成充氧动力效率和生产能力降低。从而影响了射流曝气器的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新结构的射流曝气反应器及其射流曝气工艺，采用冲击壁面射流的结构形式和撞击循环的工艺流程，以增大射流曝气器的服务面积，减少气泡聚并，并获得均匀的气泡空间分布和适当的循环速度，有效地提高传质和传能效率。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种活性污泥法中使用的射流曝气反应器，包括其内部设有导流筒的射流循环反应器2，污泥回流分布器3及设置在射流曝气反应器底部的射流曝气器4，其特征在于，所述的射流曝气器由垂直安装的液体驱动喷嘴5，在液体驱动喷嘴上部并与其同轴安装的在固定倒锥体6以及固定倒锥体上部且水平安装的分布平板7组成，所述分布平板为中心设有竖直方向气体通道9的圆形平板，所述固定倒锥体采用带环形间隙8的侧面为弧型凹面的倒锥体，固定倒锥体的底面固定在分布平板上，固定倒锥体的圆弧与分布平板相切，所述环形间隙在倒锥体的侧面上，沿横截面方向间隔地环形布置若干个空隙，并与气体通道相通，射流循环反应器包含上反应器和下反应器，两者用撞击面相接，导流筒设在下反应器中，并位于射流曝气器的上部，上反应器、下反应器和导流筒均与射流曝气器同轴安装，撞击面采用标准蝶形封头形式，导流筒的顶部与标准蝶形封头的直线段平齐。
在上述射流曝气反应器中，所述污泥回流分布器3设置在射流循环反应器的中下部，污泥回流分布器采用穿孔管，穿孔管的出口与导流筒[1]同轴安装。
在上述射流曝气反应器中，所述污泥回流分布器3的穿孔管孔眼为倾斜孔，其倾斜角为10°-15°。
在上述射流曝气反应器中，所述的污泥回流分布器孔眼流速为5-8m/s。
一种活性污泥法中使用的射流曝气反应器的射流曝气工艺，其特性在于，所述工艺为：
(1)通过安装在射流曝气反应器底部并与其同心的液体驱动喷嘴形成向上的轴向射流，被设置在液体驱动喷嘴上部的带有环形间隙的同轴固定倒锥体导向后，形成径向液体束；
(2)将压缩空气从固定倒锥体的上部由气体通道以一定的流速通过环形间隙进入液体，被径向液体束剪切分散，形成微气泡的湍流气-液两相流；
(3)上述湍流气-液两相流以一定的流速沿设置在倒锥体上部的分布平板的底面作径向对称扩散，并与周围液体作二次混合，然后沿下反应器与导流筒形成的环形间隙上升；
(4)上升的气-液两相流通过设置在射流循环反应器的上、下反应器之间的撞击面相向撞击，部分撞击流通过同轴导流筒，并随污泥回流分布器动力输入量的增加而向下移动，形成稳定的气-液循环。
在上述工艺中，所述的液体驱动喷嘴流速为20-25m/s。
在上述工艺中，所述的环形间隙的气体出口流速为48-53m/s。
上述工艺方法由于采用冲击壁面射流的结构形式和撞击循环的工艺流程，因而能改善气泡的空间分布，减少气泡聚并，增大射流曝气器的服务面积，强化传质传能，延长气液接触时间，保持整个反应器均匀的能量分布速率。
附图说明
图1为本发明的射流曝气反应器的剖面图。
图2为本发明的射流曝气器的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的具体结构及工艺方法：
图1为一种活性污泥法中使用的射流曝气反应器剖面图。该射流曝气反应器主要包括导流筒1，射流循环反应器2，污泥回流分布器3，设置在射流曝气反应器底部并与其同心配置的射流曝气器4，设置在射流循环反应器中上部的撞击面10。射流曝气反应器分上、下反应器两部分。射流曝气器(如图2所示)包括液体驱动喷嘴5，固定倒锥体6，分布平板7，环形间隙8，气体通道9。
液体驱动喷嘴5选用圆锥收敛型喷嘴，保持喷口流速为20-25m/s，并根据流量及喷口流速确定其几何尺寸。
固定倒锥体6采用侧面为弧型凹面的倒锥体，以减少撞击损失，并起到射流扩散引导的作用，固定倒锥体的圆弧与分布平板相切，材料采用耐磨损、耐腐蚀特种钢。
上述侧面为弧型凹面的固定倒锥体圆弧半径、圆锥收敛型喷嘴与弧型凹面固定倒锥体之间的距离、分布平板的直径均可根据喷嘴内径确定。
为防止作用在导流筒下流液中气泡上的浮力大于向下的拖带力，导致气泡上升或悬浮，出现相分离，无法完成气体循环。两相流体和单相流体的边界将随污泥回流喷嘴动力输入量的增加而向下移动，可得到稳态的气体流动。污泥回流分布器3设置在射流循环反应器的中下部，污泥回流分布器采用穿孔管，穿孔管的出口与导流筒1同轴安装，穿孔管孔眼为倾斜孔，倾斜角为10°-15°，孔眼流速为5-8m/s，污泥回流分布器安装高度由射流循环反应器的下反应器外径确定，污泥回流比r＝50-80％。
射流循环反应器仅在靠近射流曝气器喷嘴的那一部分容积中获到极高的氧总转移系数，其余部分与鼓泡塔差不多，具有局限性和潜力。在射流循环反应器的上、下反应器之间设置撞击面10，气-液两相流在撞击面相向撞击，在撞击区内气相进一步分散，造成强烈的湍动和很大的传质表面积，从而强化了传质。撞击面10采用标准蝶形封头形式。
反应器采用钢结构，其直径由
确定，Q为液体流量，A为反应器横截面积。
气液比
本发明所述的射流曝气反应器可达到如下性能指标：氧总转移系数KLa＝1.5-2.5/min，氧利用率EA＝60-80％，理论动力效率EP＝3.4-3.8kgO2/KW.h，服务面积A＝3-15m2，容积负荷U＝10-20kgCOD/m3.d，COD去除率η＝82-90％，停留时间HRT＝1-1.5h，从而增大射流曝气器的服务面积，提高氧利用率和充氧动力效率。
Claims (7)
1、一种射流曝气反应器，包括其内部设有导流筒的射流循环反应器[2]，污泥回流分布器[3]及设置在射流曝气反应器底部的射流曝气器[4]，其特征在于，所述的射流曝气器由垂直安装的液体驱动喷嘴[5]，在液体驱动喷嘴上部并与其同轴安装的固定倒锥体[6]以及在固定倒锥体上部且水平安装的分布平板[7]组成，所述分布平板为中心设有竖直方向气体通道[9]的圆形平板，所述固定倒锥体采用带环形间隙[8]的侧面为弧型凹面的倒锥体，固定倒锥体的底面固定在分布平板上，固定倒锥体的圆弧与分布平板相切，所述环形间隙在倒锥体的侧面上，沿横截面方向间隔地环形布置若干个空隙，并与气体通道相通，射流循环反应器包含上反应器和下反应器，两者用撞击面相接，导流筒设在下反应器中，并位于射流曝气器的上部，上反应器、下反应器和导流筒均与射流曝气器同轴安装，撞击面采用标准蝶形封头形式，导流筒的顶部与标准蝶形封头下部的直线段的顶端齐平。
2、根据权利要求1所述的一种射流曝气反应器，其特征在于，污泥回流分布器[3]设置在射流循环反应器的中下部，污泥回流分布器采用穿孔管，穿孔管的出口与导流筒[1]同轴安装。
3、根据权利要求1或2所述的一种射流曝气反应器，其特征在于，污泥回流分布器[3]的穿孔管孔眼为倾斜孔，其倾斜角为10°-15°。
4、按照权利要求3所述的射流曝气反应器，其特征在于，所述的污泥回流分布器孔眼流速为5-8m/s。
5、活性污泥法中使用的一种如权利要求1所述射流曝气反应器的射流曝气工艺，其特性在于，所述工艺为：
(1)通过安装在射流曝气反应器底部并与其同心的液体驱动喷嘴形成向上的轴向射流，被设置在液体驱动喷嘴上部的带有环形间隙的同轴固定倒锥体导向后，形成径向液体束；
(2)将压缩空气从固定倒锥体的上部由气体通道以一定的流速通过环形间隙进入液体，被径向液体束剪切分散，形成微气泡的湍流气-液两相流；
(3)上述湍流气-液两相流以一定的流速沿设置在固定倒锥体上部的分布平板的底面作径向对称扩散，并与周围液体作二次混合，然后沿下反应器与导流筒形成的环形空间上升；
(4)上述湍流气-液两相流通过设置在射流循环反应器的上、下反应器之间的撞击面相向撞击，部分撞击流通过同轴导流筒，并随污泥回流分布器动力输入量的增加而向下移动，形成稳定的气-液循环。
6、按照权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述的液体驱动喷嘴流速为20-25m/s。
7、按照权利要求5或6所述的工艺，其特征在于，所述的环形间隙的气体出口流速为48-53m/s。
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