申请日2010.05.25
公开(公告)日2010.10.20
IPC分类号B01F7/02; C02F3/02; B01F1/00
摘要
本发明提供了一种促进气体在液体中溶解的设备和方法。该设备包括搅拌器，所述搅拌器在第一端具有供气体输入的进气口和供液体输入的进液口，在第二端具有供液体输出的输出口，并且在进气口和进液口与输出口之间具有使输入液体与输入气体产生紊流作用的搅拌机构;以及压力控制器，所述压力控制器设置在所述输出口处，控制所述输出液体的压力小于所述进气压力和所述进液压力，但大于零。本发明还提供了采用这种设备的污水处理系统。
权利要求书
1.一种促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，包括：
搅拌器，所述搅拌器在第一端具有供气体输入的进气口和供液体输入的进液口，在第二端具有供液体输出的输出口，并且在进气口和进液口与输出口之间具有使输入液体与输入气体产生紊流作用的搅拌机构;以及
压力控制器，所述压力控制器设置在所述输出口处，控制所述输出液体的压力小于所述进气压力和所述进液压力，但大于零。
2.如权利要求1所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述输出液体的压力比所述进气压力小10%-70%;同时所述输出液体的压力比所述进液压力小10%-70%。
3.如权利要求2所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述输出液体的压力比所述进气压力小20%-60%;同时所述输出液体的压力比所述进液压力小20%-60%。
4.如权利要求1所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述搅拌器为能产生微气泡的搅拌器，包括：
壳体，所述气体输入口和液体输入口形成在所述壳体的一端，所述输出口形成在所述壳体的另一端;
设置在所述壳体上的定子，所述定子沿轴向形成多排定子齿，每排定子齿包括沿圆周方向排列的多个齿;以及
设置在所述壳体内的转子，所述转子位于所述定子的内侧，并通过转轴可相对所述定子旋转，所述转子沿轴向形成多排转子齿，每排转子齿包括沿圆周方向排列的多个齿，各排定子齿和转子齿沿轴向是交错排列的。
5.如权利要求4所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述定子齿和所述转子齿的截面形状为矩形。
6.如权利要求4所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，各排定子齿与转子齿的轴向间隙相等，所述间隙范围为0.2-2mm。
7.如权利要求6所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述间隙范围为0.5-1mm。
8.如权利要求4所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，各排定子齿的齿顶与转子齿根的径向距离以及各排转子齿的齿顶与定子齿根的径向距离相等，所述径向距离的范围为0.2-2mm。
9.如权利要求8所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述径向距离的范围为0.5-1mm。
10.如权利要求1-9中任一项所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述气体为空气，所述液体为水。
11.一种促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，包括以下步骤：
从搅拌器的第一端分别输入气体和液体;
在所述搅拌器中对所述气体和所述液体进行搅拌产生紊流;以及
将搅拌后的液体从所述搅拌器的第二端输出，并控制所述输出液体的压力小于所述进气压力和所述进液压力，但大于零。
12.如权利要求11所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述输出液体的压力比所述进气压力小10%-70%;同时所述输出液体的压力比所述进液压力小10%-70%。
13.如权利要求12所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述输出液体的压力比所述进气压力小20%-60%;同时所述输出液体的压力比所述进液压力小20%-60%。
14.如权利要求11所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述输入气体占所述输入气体和所述输入液体的总体积的10%-50%。
15.如权利要求15所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述输入气体占所述输入气体和所述输入液体的总体积的15%-45%。
16.如权利要求11所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述气体的进气量为1-500L/s，所述液体的进液量为1-1000L/s。
17.如权利要求16所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述气体的进气量为1-400L/s，所述液体的进液量为10-800L/s。
18.如权利要求11所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述第二端的输出压力为0.1-5kgf。
19.如权利要求18所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述第二端的输出压力为0.5-3kgf。
20.如权利要求11所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述搅拌器为能产生微气泡的搅拌器，包括：
壳体，所述气体输入口和液体输入口形成在所述壳体的一端，所述输出口形成在所述壳体的另一端;
设置在所述壳体上的定子，所述定子沿轴向形成多排定子齿，每排定子齿包括沿圆周方向排列的多个齿;以及
设置在所述壳体内的转子，所述转子位于所述定子的内侧，并通过转轴可相对所述定子旋转，所述转子沿轴向形成多排转子齿，每排转子齿包括沿圆周方向排列的多个齿，各排定子齿和转子齿沿轴向是交错排列的。
21.如权利要求20所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述定子齿和所述转子齿的截面形状为矩形。
22.如权利要求20所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，各排定子齿与转子齿的轴向间隙相等，所述间隙范围为0.2-2mm。
23.如权利要求22所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述间隙范围为0.5-1mm。
24.如权利要求20所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，各排定子齿的齿顶与转子齿根的径向距离以及各排转子齿的齿顶与定子齿根的径向距离相等，所述径向距离的范围为0.2-2mm。
25.如权利要求24所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述径向距离的范围为0.5-1mm。
26.如权利要求11-25中任一项所述的促进气体在液体中溶解的方法，其特征在于，所述气体为空气，所述液体为水。
27.一种污水处理系统，包括：污水贮存池、好氧池，其特征在于：在所述污水贮存池和所述好氧池之间设置有增氧设备，所述污水贮存池通过第一管路与所述增氧设备相连，所述增氧设备通过第三管路与好氧池相连，至少部分污水经所述第一管路流入所述增氧设备形成富氧水，然后所述富氧水经所述第三管路流入好氧池，其中所述增氧设备包括：
搅拌器，所述搅拌器在第一端具有供气体输入的进气口和供液体输入的进液口，在第二端具有供液体输出的输出口，并且在进气口和进液口与输出口之间具有使输入液体与输入气体产生紊流作用的搅拌机构;以及
压力控制器，所述压力控制器设置在所述输出口处，控制所述输出液体的压力小于所述进气压力和所述进液压力，但大于零。
28.如权利要求27所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述输出液体的压力比所述进气压力小10%-70%;同时所述输出液体的压力比所述进液压力小10%-70%。
29.如权利要求28所述的促进气体在液体中溶解的设备，其特征在于，所述输出液体的压力比所述进气压力小20%-60%;同时所述输出液体的压力比所述进液压力小20%-60%。
30.如权利要求27所述的污水处理系统，其特征在于，所述搅拌器为能产生微气泡的搅拌器，包括：
壳体，所述气体输入口和液体输入口形成在所述壳体的一端，所述输出口形成在所述壳体的另一端;
设置在所述壳体上的定子，所述定子沿轴向形成多排定子齿，每排定子齿包括沿圆周方向排列的多个齿;以及
设置在所述壳体内的转子，所述转子位于所述定子的内侧，并通过转轴可相对所述定子旋转，所述转子沿轴向形成多排转子齿，每排转子齿包括沿圆周方向排列的多个齿，各排定子齿和转子齿沿轴向是交错排列的。
31.如权利要求30所述的污水处理系统，其特征在于，所述定子齿和所述转子齿的截面形状为矩形。
32.如权利要求30所述的污水处理系统，其特征在于，各排定子齿与转子齿的轴向间隙相等，所述间隙范围为0.2-2mm。
33.如权利要求32所述的污水处理系统，其特征在于，所述间隙范围为0.5-1mm。
34.如权利要求30所述的污水处理系统，其特征在于，各排定子齿的齿顶与转子齿根的径向距离以及各排转子齿的齿顶与定子齿根的径向距离相等，所述径向距离的范围为0.2-2mm。
35.如权利要求34所述的污水处理系统，其特征在于，所述径向距离的范围为0.5-1mm。
36.如权利要求27所述的污水处理系统，其特征在于，所述污水贮存池与所述好氧池之间还通过第二管路相连，通过所述第二管路流入好氧池的污水与通过所述第三管路流入好氧池的富氧水在所述好氧池中混合。
37.如权利要求27所述的污水处理系统，其特征在于，所述第三管路包括与所述好氧池的前部相连的第一支路、与所述好氧池的中部相连的第二支路、以及与所述好氧池的后部相连的第三支路。
38.如权利要求27所述的污水处理系统，其特征在于，所述输入气体占所述输入气体和所述输入液体的总体积的10%-50%。
39.如权利要求38所述的污水处理系统，其特征在于，所述输入气体占所述输入气体和所述输入液体的总体积的15%-45%。
40.如权利要求39所述的污水处理系统，其特征在于，所述气体的进气量为1-500L/s，所述液体的进液量为1-1000L/s。
41.如权利要求40所述的污水处理系统，其特征在于，所述气体的进气量为1-400L/s，所述液体的进液量为10-800L/s。
42.如权利要求27所述的污水处理系统，其特征在于，所述第二端的输出压力为0.1-5kgf。
43.如权利要求42所述的污水处理系统，其特征在于，所述第二端的输出压力为0.5-3kgf。
说明书
促进气体在液体中溶解的方法和设备及使用该设备的污水处理系统
技术领域
本发明涉及一种促进气体在液体中溶解的方法，具体地说是一种增压快速气液传质法，特别是污水处理过程中的快速溶解氧曝气方法，可以使污水在瞬间达到溶解氧的过饱和状态，从而确保足够的溶解氧供给微生物消耗;可以定量的控制气体的加入量，减少气体的浪费，以及减少目前使用曝气器不断充气所耗的能源，从而达到降低污水处理成本的目的。
背景技术
生物降解过程是污水处理过程中最重要的一个步骤，而长期以来一直利用活性污泥法来降解污水中的有机物质及营养物。活性污泥法是水体自净的人工强化方法，是一种依靠活性污泥工作主体来去除污水中有机物的方法。目前广泛使用的是好氧生物法，存在于活性污泥中的好氧微生物必须在有氧气存在的条件下才能起作用。在污水处理生化系统的曝气池中，充氧效率与好氧微生物生长量成正相关性。溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、生理特性、基质性质及浓度来综合考虑。这样，活性污泥才能处在最佳的降解有机物的状态，若供氧不足，活性污泥性能差，导致废水处理效果下降。为保证水中具有充足的溶解氧，目前广泛使用的方法为曝气法，相应的设备为曝气器。
曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。
现有的曝气类型大体分为两类：一类是鼓风曝气，一类是机械曝气。
鼓风曝气，又称压缩空气曝气。采用这种方法的曝气池，多为长方形混凝土池，池内用隔墙分为几个单独进水的隔间，每一隔间又分成几条廊道。污水入池后顺次在廊道内流动，至另一端排出。空气是用空气压缩机通过管道输送到设在池底的空气扩散装置，成为气泡弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。扩散装置有多孔管、固定螺旋曝气器、水射器和微孔扩散板等四种不同型式。这种方式的缺点是在使用过程中容易被污泥污染及堵塞微孔。
机械曝气一般是利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动池内废水，使空气中的氧溶入水中。叶轮装在池内废水表面进行曝气的，称为表面曝气。这种装置通过叶轮的提水作用，促使池内废水不断循环流动，不断更新气液接触面以增大吸氧量。叶轮旋转时在周缘形成水跃，可有效地裹入空气;叶片后侧产生负压，可吸入空气，所以充气效果较好。叶轮浸水深度和转速可以调节，以保证最佳效果。典型的机械曝气池有圆形表面加速曝气池、标准型加速曝气池、IO型加速曝气池和方形加速曝气池等。鼓风曝气和机械曝气两种方法有时也可联用，以提高充氧能力，这适用于有机物浓度较高的污水。
上述几种曝气器均存在着氧气利用率不高且氧气在水中保留时间短等问题，如果没有持续不断的提供氧气就不能满足微生物耗氧所需要的氧气。
为了进一步增加氧的溶解度，目前已有采用纯氧的曝气方法。纯氧曝气与前两种曝气方式机理上基本是相同的，都是通过好氧微生物对污水中的有机物进行生化反应使污水得以净化。所不同的是前者是向污水中充纯氧，后者是向污水中充空气。氧气法的一大特点就是处理效率明显高于空气法。将同一污水处理到同一水平，氧气法所需曝气时间一般仅为空气法的1/3左右。这是因为纯氧的浓度是空气中氧浓度(21%)的4.7倍，因此氧气法系统中氧的分压，亦即溶氧的推动力，也比空气法高4.7倍，在水中溶解氧的饱和值C也增加了4.7倍，充氧速率也增加了4.7倍，显著提高了氧的转移速率，从而使好氧微生物的浓度和活性都提高，明显改善了传统活性污泥法的不足。但其缺点为必须使用纯氧来使污水的溶氧达到饱和水平，使用纯氧曝气会导致成本增加。
如上所述，为了解决所述的问题，就需要有一种方法可以加快氧气的溶解速度，提高氧气的利用率，提高微生物的活性，同时又不增加处理成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种促进气体在液体中溶解的设备，其既能加快液体中的气体溶解速度和提高气体溶解度，又能降低处理成本。
为了达成上述发明目的，本发明提供一种促进气体在液体中溶解的设备，其包括：搅拌器，所述搅拌器在第一端具有供气体输入的进气口和供液体输入的进液口，在第二端具有供液体输出的输出口，并且在进气口和进液口与输出口之间具有使输入液体与输入气体产生紊流作用的搅拌机构;压力控制器，所述压力控制器设置在所述输出口处，控制所述输出液体的压力小于所述进气压力和所述进液压力，但大于零。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种促进气体在液体中溶解的方法，其既能加快液体中的气体溶解速度和提高气体溶解度，又能降低处理成本。
为了达成上述发明目的，本发明提供一种促进气体在液体中溶解的方法，包括以下步骤：从搅拌器的第一端分别输入气体和液体;在所述搅拌器中对所述气体和所述液体进行搅拌产生紊流;将搅拌后的液体从所述搅拌器的第二端输出，并控制控制所述输出液体的压力小于所述进气压力和所述进液压力，但大于零。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种具有上述设备的污水处理系统。
为了达成上述发明目的，本发明提供一种污水处理系统，包括：污水贮存池、好氧池，在所述污水贮存池和所述好氧池之间设置有增氧设备，所述污水贮存池通过第一管路与所述增氧设备相连，所述增氧设备通过第三管路与好氧池相连，至少部分污水经所述第一管路流入所述增氧设备形成富氧水，然后所述富氧水经所述第三管路流入好氧池，其中所述增氧设备包括：搅拌器，所述搅拌器在第一端具有供气体输入的进气口和供液体输入的进液口，在第二端具有供液体输出的输出口，并且在进气口和进液口与输出口之间具有使输入液体与输入气体产生紊流作用的搅拌机构;以及压力控制器，所述压力控制器设置在所述输出口处控制所述输出液体的压力小于所述进气压力和所述进液压力，但大于零。
本发明具有以下优点：
1.采用本发明的设备和方法，可以增加气体(例如氧气)在液体(例如水)的溶解速度和溶解度，同时也减少了能源消耗，降低了成本。
2.采用本发明的搅拌器，能在增加液体的溶氧速度和溶氧量的同时产生大量的气泡，将带有气泡的富氧水同低氧水混合能大大提升整体的含氧量。这样不必对所有低氧水进行增氧，能够减少用气量和能源消耗，进一步降低成本。
以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。