申请日2013.01.30
公开(公告)日2013.05.15
IPC分类号C02F3/02
摘要
本发明一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，属污水处理设备领域，本设计微孔曝气反应器的反应箱体通过隔板纵向隔断为多个相等反应单元，各隔板上部对应开有连通孔口，各反应单元顶部敞口配有封闭活塞;在各反应单元内，分别设置有喷淋水管、推流水管和微孔曝气管，喷淋水管和推流水管的底端分别通过阀门与循环水总管连接;各反应单元通过底板中心经循环水干管与循环水总管连通;各微孔曝气管分别通过输气干管与输气总管连通;本发明通过相关反应单元受控分别以主曝气和水循环两种不同模式运行和受控交替变换运行，提高了反应器中氧的传递量以及溶解氧在水体中分布的均匀性，提高了微孔曝气氧的利用率和污水处理效率，有效降低污水处理的能耗。
权利要求书
1.一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，包括反应箱体、活塞、液 压驱动机构、循环水管系、曝气管系和控制系统，其特征在于，循环 水管系由循环水总管、循环水干管、喷淋水管、推流水管组成;曝气 管系由输气总管、输气干管和微孔曝气管组成;反应箱体通过隔板纵 向隔断为多个相等反应单元，各反应单元顶部敞口配有封闭活塞，在 各反应单元隔板上部对应开有连通孔口;在各反应单元内，分别垂直 设置有一根喷淋水管和两根推流水管、水平设置有一根微孔曝气管， 喷淋水管和推流水管的底端分别通过阀门与循环水总管连接;各反应 单元通过底板中心连接孔经反应箱体外循环水干管与循环水总管连通 ;各微孔曝气管分别通过输气干管与输气总管连通;所述反应单元有 主曝气和水循环两种运行模式，以第一反应单元起计，相间的各反应 单元和相邻的各反应单元分别按主曝气或者水循环以不同模式同时运 行，并受控在主曝气与水循环这两种不同模式之间同时进行交替变换 运行。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，其特 征在于，各反应单元顶部敞口的封闭活塞分别与液压驱动机构连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，其特 征在于，循环水总管之起端、末端分别设有阀门。
4.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，其特 征在于，相邻反应单元推流水管之间的循环水总管管段设有阀门。
5.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，其特 征在于，推流水管顶端有水平向设置喇叭形出水口。
6.根据权利要求5所述的一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，其特 征在于，推流水管顶端的喇叭形出水口高于隔板连通孔口底部，低于 该孔口顶部。
7.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，其特 征在于，喷淋水管顶端是设有喷淋孔的喷淋横管。
8.根据权利要求7所述的一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，其特 征在于，喷淋水管顶端的喷淋横管高于隔板连通孔口顶部，低于活塞 底部。
9.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，其特 征在于，各反应单元微孔曝气管通过支架固定于各反应单元底板，各 微孔曝气管对应连接的输气干管经阀门与输气总管连接。
说明书
一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器
技术领域
本发明一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，属污水处理设备领 域。
背景技术
目前城市污水处理厂能耗过大，运行成本过高的问题日益突出，已成 为制约污水处理厂运行的主要因素。研究表明城市污水厂80%以上的 能耗都集中于污水处理工艺中必需的曝气反应器中，提高曝气反应器 的效率是污水处理厂实现高效低耗运行的关键。常见的曝气反应器主 要分为两大类：鼓风曝气反应器、机械曝气反应器。鼓风曝气反应器 中的微孔曝气反应器因其曝气效率相对较高，能耗相对较低，适应性 较强，应用最为广泛。
现有的微孔曝气反应器为顶部敞开式反应器，其通过空压机鼓入压缩 空气，这些空气经安装在反应器底部的空气扩散装置(一般为微孔曝 气管)形成大量微气泡，这些微气泡在反应器水体中快速上升至水面 后破裂，在此过程中微气泡中的氧传质到水体中。这类反应器在实际 运行中往往存在以下主要问题：(1)微气泡上升速度过快，传质效率 不高。微孔曝气反应器中的微气泡为加压空气泡，内压较大，因微孔 曝气反应器顶部敞开，其水面上方为常压空气，该空气的压强通过反 应器水面传递到水体中并作用于水体中作直线上升运动的微气泡表面 形成压力，该压力为该微气泡上升运动的阻力，但因该空气压强不大 故该阻力作用较小，因此这些微气泡在反应器中上升速度特别快，故 其与水体的接触时间特别短，微气泡中的氧传递到水体中的量也 较少，传质效果不好;(2)微气泡携大量氧溢出水面，其氧未得到充 分利用。因微孔曝气反应器顶部敞开，微气泡溢出水面后即破裂，这 些破裂的微气泡中仍有大量的氧并未转移到水体中而被直接释放到空 气中，因此微气泡中的氧未得到充分利用;(3)曝气后水体中溶解氧 横向分布不均。微气泡从空气扩散装置中逸出后在水体中作直线上升 运动，各微气泡运动轨迹之间存在一定的间距，这导致距离微气泡越 近的水体中溶解氧的含量越高，反之则越低，故反应器水体中的溶解 氧在横向上分布不均匀，影响处理效果;(4)曝气后水体中溶解氧纵 向分布不均。微气泡上升过程中由于气液传质作用使其含有的氧量不 断减少，因此微气泡与水接触的界面两侧氧的浓度梯度也不断降低， 根据菲克传质定律，氧的传质速度也不断减少，因此水深越浅处微气 泡传递到水体中的溶解氧的量也越少，故水深越浅处水体中的溶解氧 含量越低，即水体中溶解氧纵向分布不均。
发明内容
本发明一种用于污水处理的高效微孔曝气反应器，以降低微气泡在反 应器水体中的上升速度，延长微气泡与水体的接触时间，增加反应器 水体中微气泡氧的传递量，提高曝气后反应器中溶解氧在水体中横、 纵向分布的均匀性，从而提高微孔曝气中氧的利用率和反应器污水处 理效率，有效降低污水处理的能耗。
本发明用于污水处理的高效微孔曝气反应器，包括反应箱体、活塞、 液压驱动机构、循环水管系、曝气管系和控制系统，特点是：循环水 管系由循环水总管、循环水干管、喷淋水管、推流水管组成;曝气管 系由输气总管、 输气干管和微孔曝气管组成;反应箱体通过隔板纵向隔断为多个相等 反应单元，各反应单元顶部敞口配有封闭活塞，在各反应单元隔板上 部对应开有连通孔口;在各反应单元内，分别垂直设置有一根喷淋水 管和两根推流水管、水平设置有一根微孔曝气管，喷淋水管和推流水 管的底端分别通过阀门与循环水总管连接;各反应单元通过底板中心 连接孔经反应箱体外循环水干管与循环水总管连通;各微孔曝气管分 别通过输气干管与输气总管连通;所述反应单元有主曝气和水循环两 种运行模式，以第一反应单元起计，相间的各反应单元和相邻的各反 应单元分别按主曝气或者水循环以不同模式同时运行，并受控在主曝 气与水循环这两种不同模式之间同时进行交替变换运行。
各反应单元顶部敞口的封闭活塞分别与液压驱动机构连接。
所述循环水总管之起端、末端分别设有阀门。
在所述相邻反应单元推流水管之间的循环水总管管段设有阀门。
所述推流水管顶端有水平向设置喇叭形出水口。
所述推流水管顶端的喇叭形出水口高于隔板连通孔口底部，低于该孔 口顶部。
所述喷淋水管顶端是设有喷淋孔的喷淋横管。
所述喷淋水管顶端的喷淋横管高于隔板连通孔口顶部，低于活塞底部 。
所述各反应单元微孔曝气管通过支架固定于各反应单元底板，各微孔 曝气管对应连接的输气干管经阀门与输气总管连接。
上述本发明反应器中，处于主曝气模式的反应单元内同时进行着微孔 曝气和推流过程，处于水循环模式的反应单元内同时进行着尾气曝气 和水循环 过程。处于主曝气模式的各反应单元的推流过程的水体依次经循环水 干管、循环水总管、推流水管后由推流水管顶端的喇叭形出水口端喷 出形成推流，而其微孔曝气过程中空气由空压机鼓入并依次经输气总 管、输气干管后从微孔曝气管微孔挤出形成大量微气泡进入该反应单 元水体中，同时封闭活塞压缩该反应单元水面以上的空气以限制微气 泡在水体中的上升速度，因受该压缩空气和上述推流作用，微气泡的 尾气上升到该反应单元上部后从隔板连通孔口进入到正处于水循环模 式的相邻反应单元水体中并与之一起进行着反复循环，在此过程中对 该反应单元水体进行尾气曝气。该反应单元水循环过程中反应单元水 体依次经循环水干管、循环水总管、喷淋水管及其顶端的喷淋横管， 循环回到各反应单元中，该水循环过程反复进行直至该反应单元运行 模式变换。
本发明通过隔板将反应箱体分隔为多个相等反应单元，且分别采用活 塞封闭各反应单元顶部，并采用液压驱动机构对活塞进行驱动以实现 对反应单元水面以上的空气加压，进而限制反应单元中微气泡在水体 中的上升速度，从而延长微气泡在水体中的停留时间，增加气液传质 时间和传质量，提高传质效率。同时通过推流和水循环的联合作用， 使处于主曝气模式的反应单元水体中的微气泡上升到反应单元顶部后 即进入到处于水循环模式的相邻反应单元中并随其水体一同进行反复 循环，在该循环过程中，微气泡与循环水体充分接触，气液界面传质 和紊动传质作用大幅增加，氧的传质量也大幅增加，同时传递到水体 中的溶解氧在水体横、纵向上都分布较为均匀，各反应单元单位管长 的曝气管的服务面积也大幅增加，故可减少反应器内微孔曝气 管的布置密度，从而减少管材量和投资成本。另外，本反应器相关反 应单元交替的在主曝气模式和水循环模式下运行，使反应单元间充分 的相互利用微孔曝气的微气泡，实现了微气泡价值的最大化，有效降 低因曝气消耗的能量，故本反应器的运行成本也相应降低。因此，本 发明高效微孔曝气反应器较之传统的微孔曝气反应器实现了高效低耗 运行，同时降低了建设和运行费用。