一種曝氣系統的製作方法

2023-06-12 10:00:41

專利名稱：一種曝氣系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及水處理設備，尤其涉及一種曝氣系統。
背景技術：
汙水處理是水汙染防治及水資源合理開發利用的主要工作，在汙水處理過程中， 好氧生物化學法是物理性處理後更為完善的工藝過程，好氧生物化學法工藝中主要處理成本是曝氣，將曝氣成本進行控制並降低單位汙水處理曝氣成本，是減少好氧生物化學法處理成本的關鍵。好氧微生物在氧化有機物時需要大量的氧，通常氧的供應是將空氣中的氧強制溶解到汙水中去的曝氣過程，曝氣過程除上述供氧外，還起攪拌作用，使活性汙泥在汙水中保持懸浮狀態，與汙水充分混合。現有技術中曝氣方法通常採用的有兩種(1)鼓入空氣即空氣曝氣法；(2)壓入純氧氣即純氧曝氣法。空氣曝氣法採用自然大氣作為氧源，使用動力設備(鼓風機，射流泵)、傳輸管道、 傳質設備和相應的控制系統傳遞到水中，是目前使用最為廣泛和成熟的技術方式。但由於空氣中的氧含量在海拔為0時，也只有20. 9%,氧分壓低，氧傳質推動力較小，氧傳遞速率較慢，活性汙泥濃度增長受限制，較難承受高有機負荷和衝擊負荷，在汙水處理負荷大幅波動或增加時，汙水處理不能達標。要使汙水處理達標，就只能對汙水處理設施進行新建或擴建。而純氧曝氣法採用90%以上純度的氧氣作為氧源，使用制供氧設備、傳輸管道、純氧專用傳質設備和相應的控制系統。氧分壓為自然大氣的4. 3-5倍，氧傳質推動力為空氣曝氣法的4 - 5倍，氧傳遞速率快，可以維持很高的活性汙泥濃度，從而能夠承受高有機負荷和衝擊負荷。在同等負荷條件下，純氧曝氣池的佔地面積比空氣曝氣的佔地面積要小得多，在汙水處理負荷大幅波動或增加時，採用純氧曝氣汙水處理也能達標，除增加供氧設備和純氧曝氣專用設備外，不需要進行汙水處理設施的新建擴建工作。但由於氧氣價格較高， 制氧機投資大，需要專門技術操作管理，因此純氧曝氣的運用從1934年美國聯合碳化公司提出以來，雖然在世界範圍內都有使用，但運用一直受到限制。另外，現有技術中空氣曝氣和純氧曝氣是按各自的設計計算體系來進行的，曝氣傳質設備的型號和能力選擇也完全不同，因此設計者和用戶在項目方案選擇方向上，都是將兩者進行對立比較，做出非此即彼的選擇，不能綜合二者優勢。並且，純氧曝氣和空氣曝氣兩者運行成本比較，還是一個爭論中的問題，所以使得設計者在選擇曝氣方案時，會處於兩難的困局，若採用空氣曝氣，在將來汙水處理負荷大幅波動和汙水處理規模增大時，要進行改擴建，需要新的用地和大筆資金，若採用純氧曝氣，則在未來不可預知的條件下，又會存在投資和運行成本風險
發明內容
本發明的目的是提供一曝氣系統，具備純氧曝氣，富氧曝氣及空氣曝氣三種功能， 解決長期困擾設計者和汙水處理用戶的採用空氣曝氣好還是採用純氧曝氣好的問題，用戶採用這樣的曝氣系統，只需根據汙水處理增量相應採用空氣曝氣，富氧曝氣和純氧曝氣中的不同模式操作，不需要在汙水處理負荷增加時再做改擴建投入，單位汙水處理成本可以控制，達到節能減排的目標。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種曝氣系統，所述系統包括氣源、供氣控制裝置、動力水泵、射流器和增效噴嘴，其中所述氣源包括空氣源和氧氣源；所述供氣控制裝置一端連接氣源，另一端連接射流器的吸氣孔，用於控制氣源選擇和氣流流量；所述動力水泵輸出端與射流器輸入端相連，動力水泵將從曝氣池抽出的水形成帶壓流體供應給射流器；所述增效噴嘴置於曝氣池水面下方，通過管道與射流器輸出端相連，將射流器輸出端輸出的水汽混合液在曝氣池水面下方噴射。優選的，所述供氣控制裝置包括控制器、流量調節閥和若干切換閥門，所述控制器根據水處理負荷控制切換閥門實現氣源選擇，同時控制器根據水處理負荷控制流量調節閥控制氣流流量。優選的，所述供氣控制裝置還包括與所述控制器相連的信號採集器，所述信號採集器置於曝氣池水面下方，用於採集水中溶解氧的數值信號；所述控制器根據所述信號採集器採集到的所述數值信號，控制流量調節閥調整氣流流量。優選的，所述供氣控制裝置還包括手動流量調節閥，用於手動調節氣流流量。優選的，所述控制器還用於在檢測到氧氣源供應中斷時，控制關閉氧氣源，開啟空氣源。優選的，所述空氣源包括自然大氣和動力設備加壓後的大氣。優選的，所述氧氣源包括液氧儲槽、汽化器、氧氣壓力調節器。優選的，所述氧氣源還包括制氧機。優選的，所述動力設備為鼓風機。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果
由於本發明曝氣系統中的氣源包括空氣源和氧氣源，並利用供氣控制裝置根據水處理負荷控制氣源的選擇和氣流流量大小，使得本發明曝氣系統可具備純氧曝氣，富氧曝氣及空氣曝氣三種功能，可以在正常水量下使用空氣源曝氣，在負荷大幅波動和汙水處理規模需要大幅提升的情況下使用富氧或純氧曝氣，在不需要任何改擴建的前提下，提高汙水處理能力，降低汙水處理單位成本。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖
圖1為本發明實施例曝氣系統的一種結構示意圖2為本發明實施例曝氣系統中一個具體例子的處理水量和設備充氧能力曲線圖； 圖3為圖2對應的處理水量和汙水處理處理運行成本曲線圖；圖4為本發明實施例中曝氣系統的設計流程圖5為本發明實施例中曝氣系統的曝氣系統實施方式原理圖中標記1-氧氣源，2-供氣控制裝置，3-動力水泵，4-射流器，5-增效噴嘴，6-信號
米集器。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例提供的曝氣系統包括氣源、供氣控制裝置、動力水泵、射流器和增效噴嘴，其中所述氣源包括空氣源和氧氣源，所述供氣控制裝置一端連接氣源，另一端連接射流器的吸氣孔，用於控制選擇輸入射流器的氣源和氣流流量，射流器中輸入的帶壓流體由動力水泵從曝氣池中抽取水形成，射流器輸出的水汽混合體通過增效噴嘴在水池下方完成二次噴射，具體實施方式
結合圖1進行說明。參見圖1，為本發明實施例曝氣系統的一種結構示意圖，在本實施例中，氣源中的空氣源包括自然大氣和鼓風機加壓後的大氣(圖1中鼓風機可以為其他動力設備，在此不做限定)。從圖中可以看出，供氣控制裝置2與氧氣源1、鼓風機、自然大氣均有連接，因此本實施例中氣源包括氧氣源、鼓風機加壓後的大氣和自然大氣。所述供氣控制裝置2連接射流器4的吸氣孔，用於控制選擇吸入射流器的氣源和氣流流量。動力水泵3輸出端與射流器4輸入端相連，動力水泵3將從曝氣池抽出的水形成帶壓流體供應給射流器4，增效噴嘴5置於曝氣池水面下方，通過管道與射流器4輸出端相連，將射流器4輸出端輸出的水汽混合液在曝氣池水面下方二次噴射。其中動力水泵不僅為射流器4吸入氣體、水汽混合液輸送提供了能力，還為增效噴嘴5的二次噴射攪拌傳質提供了必須的能量。其中，供氣控制裝置2包括控制器、流量調節閥和若干切換閥門，控制器(圖1中未示出)根據水處理負荷控制切換閥門實現氣源選擇，具體的，可以根據水處理負大小選擇不同的氣源，如單獨選擇空氣源進行空氣曝氣，也可以單獨選取氧氣源進行純氧曝氣，還可以同時選擇空氣源和氧氣源進行富氧曝氣。同時控制器還根據水處理負荷大小控制流量調節閥以控制氣流流量大小，從而經濟有效地控制單位汙水處理成本。本發明實施例氣流流量控制還可採用水中溶解氧反饋控制方式進行，當水量變化時，曝氣池中的溶解氧會相應發生變化，其數值信號被採集變送到控制器，控制器給出指令到流量調節閥及時調整氣流流量到合理數值。為實現該功能，本發明實施例曝氣系統中的供氣控制裝置2還可以包括與所述控制器相連的信號採集器6，信號採集器6置於曝氣池水面下方，用於採集水中溶解氧的數值信號，信號採集器6將採集到的所述數值信號傳給所述控制器，以控制流量調節閥調整氣流流量。優選的，在所述供氣控制裝置2中還可以設置手動流量調節閥，增加手動調節氣流流量功能。所述供氣控制裝置2中的控制器還可以用於在檢測到氧氣源供應中斷時，控制關閉氧氣源，開啟空氣源，通過自吸大氣的方式進行曝氣，由於控制器具有這一功能，在不可抗力發生，氧氣供應中斷的極端情況下，可聯動關閉射流器氧氣閥，開啟空氣閥，保證曝氣供氧工藝連續運行不中斷，保證曝氣系統的完全可靠性。而且在水泵掉電或臨時停機情況下及時關閉氧氣閥，保正系統安全性。優選的，所述供氣控制裝置2中的切換閥門既包括自動切換閥門也包括手動切換閥門，通過手動切換閥門可手動選擇氣源。本發明實施例中，根據設計負荷條件，空氣源可以由射流器自吸大氣(最小負荷條件)，也可以採用鼓風加壓供氣；氧氣源可由制氧機、液氧儲槽，汽化器、氧氣壓力調節和輸送管道組成(最大負荷條件)，也可單獨由液氧儲槽，汽化器，氧氣壓力調節和輸送管道組成。本發明實施例中，射流器是整個曝氣系統的核心元件，氧氣傳質曝氣過程從這裡即行開始，氧氣/空氣在喉部被高速水流吸入，在射流器內形成帶均勻微型氣泡的水氣混合液，傳質過程開始，水氣混合液在壓力管道中輸送至增效噴嘴，氧在管道內繼續傳質；增效噴嘴也是曝氣系統的關鍵元件，它的作用是讓帶超飽和氧的水氣混合液在池底完成二次噴射，與池中含氧相對較低的汙水充分攪拌混合，再次進行傳質，提高氧轉移效率和曝氣均勻度。本發明實施例中的射流器可為GW射流器，GW射流器和增效噴嘴可用 SUS304/316/316L製造，長期使用效能不衰減，免更換，免維修。在項目實施中，對於本發明實施例中的曝氣系統中的各設備選型可根據不同需求進行選型，在控制方式上可先完全用手動控制方式控制氣源選擇和氣流流量，並記錄相應參數，積累學習曲線後，再將較優的控制參數預設存儲在控制器中用於自動控制。在設計本發明實施例中的曝氣系統時，要經過如下三個步驟
步驟一、需氧量計算根據汙水原水的水質、水量、出水指標和運行參數等一系列數據， 計算出正常負荷、衝擊負荷和工廠規模擴大負荷下，不同的氧氣需要量數據。步驟二、系統設計選型計算計算確定曝氣系統的設備型號、數量和一系列技術參數，使其能在正常負荷、衝擊負荷和工廠規模擴大負荷下、採用不同的氣源(空氣，富氧空氣，純氧)，滿足不同的氧氣需要量需求；
步驟三、完整的曝氣系統結構和安裝設計具體結構和安裝方式如圖1，曝氣系統能夠通過開啟和關閉相應功能閥門(功能閥門包括切換閥門和流量調節閥)，根據實際負荷和需氧量，選擇空氣曝氣、富氧曝氣和純氧曝氣三種運行模式之一，在滿足達標排放要求的同時，控制曝氣運行成本。在進行本發明實施例中曝氣系統設計時，可以根據近期設計汙水處理負荷，並規劃遠期汙水處理負荷，這樣可以通過一次設計和一次建設，就能同時滿足近期和遠期的處理能力要求。在設計時，射流器可採用GW射流器，其特性為使用純氧曝氣時氣水比為15% 30%時氧轉移效率較高，使用空氣曝氣時氣水比為60% 200%時氧轉移效率較高。因此，在設計計算時，採用同一型號的GW射流器，總可以找到一個設計交匯點，同時滿足純氧曝氣和空氣曝氣的要求，本發明實施例中曝氣系統的設計計算流程可參見圖4流程進行，曝氣系統設計好後，其實施方式原理圖參見圖5流程圖。下面舉例說明採用本發明實施例中的曝氣系統，設備充氧能力通過運用不同氣源操作模式可與處理水量成正增長趨勢，滿足曝氣要求，同時將汙水處理處理運行成本可以控制在合理範圍。例如某造紙汙水處理廠，近期處理能力為12. 5萬噸/天，遠期規劃要求達到25 噸/天，在進行汙水處理設計時，可以知道近期設計汙水處理負荷，並規劃遠期汙水處理負預知的。根據兩個階段水質各參數參數，可以計算出不同階段不同處理負荷的曝氣需氧量，然後根據曝氣需氧量進行系統設計選型及安裝，具體曝氣系統可參見圖1，按照這樣的設計，本利中曝氣模式可以有四種，分別為自然吸氣曝氣、鼓風加壓曝氣、富氧曝氣、純氧曝氣，得到本例處理水量和設備充氧能力曲線圖如圖2，從圖中可以看到，採用本發明的設計使用同一套GW射流曝氣系統，運用不同氣源操作模式，充氧能力在1000 5800kg/h，處理能力為5000 250000t/d。與此同時，單位汙水處理處理運行成本可以控制在合理範圍，如圖3。由於本發明曝氣系統中的氣源包括空氣源和氧氣源，並利用供氣控制裝置根據水處理負荷控制氣源的選擇和氣流流量大小，使得本發明曝氣系統可具備純氧曝氣，富氧曝氣及空氣曝氣三種功能，可以在正常水量下使用空氣源曝氣，在負荷大幅波動和汙水處理規模需要大幅提升的情況下使用富氧或純氧曝氣，在不需要任何改擴建的前提下，提高汙水處理能力，降低汙水處理單位成本。本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種曝氣系統，其特徵在於，所述系統包括氣源、供氣控制裝置、動力水泵、射流器和增效噴嘴，其中所述氣源包括空氣源和氧氣源；所述供氣控制裝置一端連接氣源，另一端連接射流器的吸氣孔，用於控制氣源選擇和氣流流量；所述動力水泵輸出端與射流器輸入端相連，動力水泵將從曝氣池抽出的水形成帶壓流體供應給射流器；所述增效噴嘴置於曝氣池水面下方，通過管道與射流器輸出端相連，將射流器輸出端輸出的水汽混合液在曝氣池水面下方噴射。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述供氣控制裝置包括控制器、流量調節閥和若干切換閥門，所述控制器根據水處理負荷控制切換閥門實現氣源選擇，同時控制器根據水處理負荷控制流量調節閥控制氣流流量。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述供氣控制裝置還包括與所述控制器相連的信號採集器，所述信號採集器置於曝氣池水面下方，用於採集水中溶解氧的數值信號；所述控制器根據所述信號採集器採集到的所述數值信號，控制流量調節閥調整氣流流量。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述供氣控制裝置還包括手動流量調節閥， 用於手動調節氣流流量。
5.如權利要求2至4中任一項所述的系統，其特徵在於，所述控制器還用於在檢測到氧氣源供應中斷時，控制關閉氧氣源，開啟空氣源。
6.如權利要求1至4中任一項所述的系統，其特徵在於，所述空氣源包括自然大氣和動力設備加壓後的大氣。
7.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述氧氣源包括液氧儲槽、汽化器、氧氣壓力調節器。
8.如權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述氧氣源還包括制氧機。
9.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述動力設備為鼓風機。
全文摘要
本發明公開了一種曝氣系統，包括氣源、供氣控制裝置、動力水泵、射流器和增效噴嘴，所述氣源包括空氣源和氧氣源，所述供氣控制裝置控制氣源選擇和氣流流量，所述動力水泵將從曝氣池抽出的水形成帶壓流體供應給射流器；所述增效噴嘴通過管道與射流器輸出端相連，將射流器輸出端輸出的水汽混合液在曝氣池水面下方噴射，本發明曝氣系統利用供氣控制裝置根據水處理負荷控制氣源的選擇和氣流流量大小，使得本發明曝氣系統可具備純氧曝氣，富氧曝氣及空氣曝氣三種功能，可在正常水量下使用空氣源曝氣，在負荷大幅波動和汙水處理規模需要大幅提升的情況下使用富氧或純氧曝氣，在不需要任何改擴建的前提下，提高汙水處理能力，降低汙水處理單位成本。
文檔編號C02F7/00GK102491546SQ20111045920
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者楊忠明 申請人:成都綠水科技有限公司