用于废水处理的纯氧曝气系统的制作方法

专利名称：用于废水处理的纯氧曝气系统的制作方法
技术领域：
0001本发明涉及一种用于废水处理的纯氧曝气系统，更具体
而言涉及一种具有改良结构的用于废水处理的纯氧曝气系统，其有利 于向曝气池中供应纯氧以及在曝气池中传送氧气。
背景技术：
0002常规废水处理方法包括用于筛选固体诸如悬浮固体、沙 子和粘土的前处理过程，利用活性污泥去除和分解废水中的有机物和 养分的生物分解过程，和用于沉淀活性污泥、倾泻已处理的水并将沉 淀后的活性污泥返还至生物分解处理池的固-液分离过程，其中在所述 活性污泥中的微生物在生物分解过程中数量增加。
0003生物分解过程对于废水处理而言是最重要的过程，并且很 久以来代表性的生物分解过程就是活性污泥法。
0004活性污泥法是一种生物废水处理方法，其中预处理后的 废水和从沉淀槽返回的活性污泥在曝气池里混合，同时微生物呼吸和 生长所需要的空气或氧气被引入到曝气池中，这样微生物在曝气池中 繁殖并分解废水中的有机物或养分。
0005用于废水处理过程的典型曝气池包括供气装置，该供气 装置用于将空气供入曝气池中，以便活性污泥中的微生物能够呼吸。 所述供气装置一般包括安装在曝气池下部的扩散器和安装在曝气池外 部向曝气池供应大气空气的鼓风机。
0006上述在曝气池里的传统供气装置的缺点在于，空气在废 水中的停留时间短，并且因为向曝气池中供应的大气空气只含有21% 的氧而且空气只通过扩散器引入，所以所供氧的量对于活性污泥中的 微生物的呼吸和生长而言是不足的。
0007为了解决上述问题,已经开发出用于废水处理的纯氧曝气 系统，其能够向曝气池供应包含85或者更高百分数氧的空气。
0008图12示出了一个传统纯氧曝气系统。根据传统技术用于 废水处理的纯氧曝气系统101包括具有多个水池llla、 lllb和lllc的 曝气池110、用于向曝气池110供氧气的纯氧供应装置120,和安装在 各个水池llla、 lllb和lllc里的曝气混合器130，用于将供应给曝气 池110的氧气溶解在废水中。
0009曝气池110是完全密封的，并且具有被其中的隔板115 分隔开的水池llla、 lllb和lllc。在隔板115的上部和下部分别设置 有氧气通道115a和废水通道115b。
0010曝气池110的第一个水池llla具有废水入口 113和活性 污泥入口 114，以便将从沉淀池返回的预处理后的废水和活性污泥分别 通过废水入口 113和活性污泥入口 114引入第一个水池llla中。此外， 在第一个水池llla的上部设置有氧气管116，其置于在废水表面的上 方，以便能够从纯氧供应装置120向曝气池供氧。
0011曝气池110的最后一个水池lllc具有已处理水排出孔 117,以便能够将在曝气池中经过生物分解处理过程的已处理水传送至 沉淀池。此外，在最后一个水池llc的上部设置有排气孔119，其置于 水表面的上方，以便能够将诸如二氧化碳的有害气体通过排气孔119 排出。
0012曝气混合器130包括设置在水池llla、 lllb和lllc的上 方并具有延伸至水池llla、 lllb和lllc下侧的转轴133的驱动马达 131、与转轴133结合并置于水池llla、 lllb和lllc的水表面之上的 表面曝气器135和与转轴133结合并置于水池llla、 lllb和lllc的下 侧的搅拌器137。
0013在这种曝气混合器130中，表面曝气器135和搅拌器137 响应于驱动马达131和转轴133的旋转而旋转，表面曝气器135用于 使接近表面的废水飞溅向顶部空间，而搅拌器137用于混合在水池 llla、 lllb和lllc的水下的废水。
0014下面将描述使用上述用于废水处理的纯氧曝气系统101 的生物废水处理过程。
0015^C引入曝气池110的第一个水池llla的废水和活性污泥 经过水池llla、 lllb和lllc和已处理水排出孔117^皮传送至沉淀池， 而来自纯氧供应装置120的氧气被供应到在曝气池110的第一个水池 llla里的顶部空间。
0016另一方面，供应到第一个水池llla内的顶部空间的氧气 与被表面曝气器135的旋转飞溅起的废水水滴相接触并与废水水滴一 起落入第一个水池llla中，以便溶解在废水中。此时，溶解在废水中 的氧气通过搅拌器137与废水和活性污泥混合，以便能够实现氧气的 传送，其促进了在第一个水池llla的活性污泥中的微生物的呼吸和生 长。
0017在第一个水池llla中曝气后的废水经过废水通道115b 被传送至邻近的水池lllb，而仍然没有与废水接触的氧气经过氧气通 道115b也^皮传送至邻接的水池lllb。0018并且在邻接的水池lllb中，也执行如上所述的诸如在氧 气和废水之间的接触和混合的曝气。
0019作为已处理废水，抵达最后一个水池lllc的废水经过已 处理水排出孔117被传送至沉淀池，而根据需要，移至最后一个水池 lllc中的顶部空间并且含有低百分数氧的气体通过排气孔119排入空 气中。
0020在上述方法中，氧气在曝气池110中进行曝气，活性污 泥中的微生物繁殖，由此对废水进行生物处理。
0021然而，因为氧气是通过将废水飞溅入氧气中以使其与氧 气相接触而溶解在废水中的，所以上述系统不是成本有效的，并且氧 气的使用效率低。
0022此外，因为上述系统包括多个水池和安装在相应的水池 中的多个表面曝气器，所以它的占地面积大，需要高的占地和设备安 装成本。
0023此外，因为对于表面曝气器的转轴的长度有上限，所以 曝气池的深度是有限的(通常，5至6米)，并且需要大的占地面积来安 装设备。
0024另外，即使增加曝气池的深度，仍然存在氧气使用效率 降低和难以在曝气池的下部保持最佳的溶解氧水平的问题。
0025另外，因为为了减少氧气损失将在多个水池中产生的诸 如二氧化碳的有害气体仅从最后一个水池排出，难以及时排放有害气 体，因此可能由于有害气体的毒性而损害微生物，并且pH值降低。

发明内容
技术问题
0026为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于废水 处理的纯氧曝气系统，其具有高的氧气使用效率和成本效率，需要低 的占地和设备安装成本，并可以平稳和快速地排出有害气体。
技术解决方案
0027为了实现上述目的和有益效果，根据本发明的一个方案， 提供一种用于废水处理的纯氧曝气系统，其利用在曝气池中活性污泥 中的微生物对废水进行生物处理，所述系统包括纯氧供应装置，其包 括用于生成纯氧的纯氧发生器和从纯氧发生器延伸到曝气池的至少一 个供氧管；安装在曝气池中的高速射流喷射装置；用于循环混合溶液 并将混合溶液？ 1入高速射流喷射装置的混合溶液循环装置，活性污泥 的^:生物、废水和氧气在所述混合溶液中混合；以及用于吸入残留在 曝气池顶部空间中的氧气并将该氧气重新？ 1入曝气池水中的吸氧管。
0028所述高速射流喷射装置优选包括入口管，经其将来自混 合溶液循环装置的混合溶液引入；和颈部出口，其直径小于入口管的 直径。优选地，所述颈部出口通向曝气池的下部。
0029所述吸氧管具有设置在曝气池水面上的空间里的吸氧孔， 和设置在所述高速射流喷射装置的颈部出口附近的排氧端。
0030高速射流喷射装置可以与从颈部出口延伸出的膨胀管成 为一体，而吸氧管的排氧端与高速射流喷射装置的颈部出口相连。
0031此外，更理想的是用于废水处理的纯氧曝气系统可进一 步包括导向管，所述导向管的直径大于膨胀管并且同心地环绕膨胀管 并延伸至曝气池的下部。
0032作为替代，高速射流喷射装置可以进一步包括导向管， 所述导向管同心地环绕颈部出口并且其直径大于入口管的直径，并且
延伸至曝气池下部，而且至少部分吸氧管穿过入口管，且排氧端设置 在所述高速射流喷射装置的颈部出口附近。
0033高速射流喷射装置可以包括安装在曝气池中的混合溶液 分配歧管，混合溶液经过该混合溶液分配歧管从混合溶液循环装置引 入，从混合溶液分配歧管分支的多个入口管，和多个具有各自的颈部 出口的高速喷嘴，每个颈部出口的直径都小于入口管的直径。
0034此时，优选为可以将高速喷嘴与具有从其颈部出口膨胀 的直径的管道成为一体。
0035另一方面，纯氧曝气系统可以进一步包括氧气分配器， 所述氧气分配器包括并排安装在混合溶液分配歧管上方并连接到纯氧 供应装置和吸氧管中的至少一个的氧气分配歧管，以及从氧气分配歧 管分支并延伸至高速喷嘴的颈部出口的多个供氧管。
0036优选地，氧气支管可穿过高速喷嘴的入口管。
0037混合溶液循环装置可以包括从曝气池中的水下位置连接 到高速射流喷射装置的混合溶液循环管，和用于将曝气池中的混合溶 液经混合溶液循环管循环至高速射流喷射装置的循环泵。
0038高速射流喷射装置可以是安装在曝气池中水下的潜水式 混合溶液喷射混合器，而混合溶液循环装置是安装在曝气池中水下的 用于将混合溶液S1入快速喷射导向装置的混合溶液？ 1入混合器。
0039纯氧供应装置的供氧管可以延伸至曝气池的下部和曝气 池的顶部空间中。
0040混合溶液循环装置可以用安装在曝气池的下部的潜水泵 来实现，其将混合溶液抽入曝气池中水下，而高速射流喷射装置的入 口管可以连接到该潜水泵的排放口 。
0041纯氧供应装置的供氧管可以连接到高速射流喷射装置的
颈部出口和曝气池的顶部空间。
0042纯氧曝气系统可以进一步包括空气吸取管，其连接到吸 氧管而且具有通向着曝气池外面的空气吸取口 。
0043纯氧曝气系统可以进一步包括泡沫分离器，其包括设置 在曝气池外面的泡沫分离池、连接曝气池的顶部空间和泡沫分离池的 第一吸管、和连接泡沫分离池和吸气管或者连接泡沫分离池和吸氧管 的第二吸管。
0044此时，可以在吸气管或者吸氧管的一侧安装鼓风机来向 吸氧管的排氧端鼓风。
0045纯氧曝气系统可以进一步包括设置在曝气池外面的鼓风 机，其中吸气管和吸氧管与鼓风机的吸气孔(suction hole)相连，而将 供氧管与纯氧发生器和鼓风机的出口相连并延伸至曝气池下部水下。
0046曝气池可以具有设置在其上部的排气孔，置于曝气池中 水表面上方，并且通向曝气池外面
0047纯氧曝气系统可以进一步包括至少一个安装在曝气池中 水下的潜水式混合器。
有益效果
0048如上所述，依照本发明用于废水处理的纯氧曝气系统具 有高的氧气使用效率和成本效率，需要低的占地和设备安装成本，可 以保持最佳的溶解氧水平，并可以快速平稳地排空有害气体。


0049图1为示出依照本发明第一实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面0050图2为示出依照本发明第一实施方式的另一个实例的用 于废水处理的纯氧曝气系统的剖面0051图3为示出依照本发明第二实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面0052图4为示出依照本发明第三实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面0053图5为示出依照本发明第四实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面0054图6为示出依照本发明第五实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面0055图7为示出依照本发明第六实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面0056图8为示出依照本发明第七实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面0057图9至图11为沿图8中线A-A截取的截面图，显示了安 装了高速射流喷射装置和纯氧曝气系统的氧气扩散器的状态；
0058图12为示出常规纯氧曝气系统的剖面图。
具体实施例方式
0059以下，将参照附图详细地描述本发明。
0060图1是示出依照本发明第一实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面图。如图1所示，纯氧曝气系统1包括用于提供 执行曝气的空间的曝气池10、用于向曝气池IO供应纯氧的纯氧供应装 置20、用于在曝气池10中循环混合溶液的混合溶液循环装置30、用
于将经过混合溶液循环装置30循环的混合溶液快速喷射到曝气池10 的下部的高速射流喷射装置40、和用于吸取残留在曝气池10的顶部空 间里的氧气(以下，称为"顶部空间氧气")并将顶部空间氧气再注入曝 气池10的水的中部的吸氧管50。
0061曝气池IO具有完全封闭的结构，并且在其一侧具有废水 入口 ll和活性污泥入口 13,用于将预处理过的废水和从沉淀池返回的 活性污泥(未显示)引入到其中。曝气池10在其相对侧还具有已处理水 排出孔，以便将生物处理后的水从曝气池10排放至沉淀池(未显示)。 曝气池IO在其上部还具有排气孔17，排气孔17高于水面，用于将诸 如二氧化碳的有害气体排放到曝气池10外面，并且排气孔17可以打 开和关闭。
0062纯氧供应装置20包括纯氧发生器21和从纯氧发生器21 延伸至曝气池10的内部空间的氧气管23。氧气管23可以延伸至曝气 池10的下部、在曝气池10中水下、以及曝气池IO水面上的空间。设 置在曝气池10内的水中的氧气管23配备有多个膜型扩散器25，以便 可以以微泡的形式将纯氧供给在曝气池10中的混合溶液。
0063由纯氧发生器供应的纯氧包含60%或更多的氧，更优选 含有90%或更多的氧。
0064混合溶液循环装置30包括从曝气池10水下延伸至曝气 池10上半部的混合溶液循环管31,和用于经过混合溶液循环管31循 环曝气池10中的混合溶液的循环泵32。
0065另一方面，在这个实施方式中使用的高速射流喷射装置 40可以是文氏管喷嘴型。文氏管喷嘴型高速射流喷射装置40包括连接 到混合溶液循环管31的排水部位的入口管41、直径小于入口管41的 颈部出口 ( throat outlet) 43和直径大与颈部出口 43的膨胀管45。高速 射流喷射装置40是垂直安装的以便将膨胀管45通向曝气池10的底部。
0066高速射流喷射装置40将混合溶液向曝气池10的下部高 速排出，这是通过减小颈部出口 43的直径实现的，并利用可归因于颈 部出口 43的压力损失经吸氧管50吸入顶部空间氧气。由此，纯氧可 以充分地溶解在混合溶液中，在该混合溶液中将污染物和活性污泥中 的微生物混合，并且由于混合溶液的高速排出产生了强烈的湍流，使 得可以实现充分的曝气。由于该曝气，纯氧进入到微泡中以便它可以 有效地溶解在曝气池10中的混合溶液里。
0067文氏喷嘴型高速射流喷射装置40是作为射流曝气器、喷 射器(ejector)或注射器(injector)市售的。因此，按照详细的规格标 准很容易购买到文氏喷嘴型高速射流喷射装置。此外，当用户需要确 定入口管41、颈部出口 43和膨胀管45的直径，锥型的斜率以及吸氧 管的连接点时，可以设计定制文氏喷嘴型高速射流喷射装置40。
0068如图2所示，高速射流喷射装置40可以进一步包括同心 地环绕膨胀管45并延伸至曝气池10下部的导向管45a。导向管45a将 混合溶液的排放区延伸至曝气池10的水的深处。
0069吸氧管50是以这样一种方式安装的将吸氧孔51置于 曝气池10中水表面上方并将排氧端53连接到高速射流喷射装置40的 颈部出口。吸氧管50用作吸入通道，以便当在高速射流喷射装置40 的颈部出口 43和曝气池10的顶部空间之间存在压力差时可以将残留 在顶部空间内的氧气吸入到高速射流喷射装置40中。吸氧管50可以 通过阀门打开和关闭。
0070为了快速排出有害气体，比如二氧化碳，依照本发明第 一实施方式的用于废水处理的纯氧曝气系统1优选包括吸气管60，其 用于吸入大气空气并将空气供应给曝气池10。
0071吸气管60是以这样的方式安装的将空气吸取口通向曝 气池10外面，并且所述空气吸取口可以连接到吸氧管50和高速射流
喷射装置40的颈部出口 43，如图1所示。此时，吸气管60可以通过 阀门打开和关闭。
0072如果在曝气池10中检出过量的有害气体，则关闭吸氧管 50的阀门，但是打开排气孔17和吸气管60的阀门，以便可以在短时 间内将大量大气空气引入曝气池10。然后将在曝气池10中的有害气体 经过排气孔17排到曝气池IO外面，由此可以将在曝气池中IO的有害 气体快速和容易地除掉。因为有害气体是在短时间内通过大气空气的 流入除掉的，所以可以没有任何问题地保持在曝气池10中的混合溶液 中的溶解氧水平。
0073在这个过程中，可以通过利用吸氧管50采样气体来容易 地监控在曝气池10的顶部空间内的氧气的浓度和诸如二氧化碳的有害 气体的浓度。此外，根据情况，可以安装用于分离和去除有害气体的 诸如气体除去器的辅助设备。
0074为了混合活性污泥中的微生物、纯氧和污染物以有利于 高效的生物处理，依照本发明第一实施方式的用于废水处理的纯氧曝 气系统1可以进一步包括用于将曝气效率最大化的潜水式混合器70。
0075为了有利于在高速射流喷射装置40下方在曝气池的下部 的混合，将所述潜水式混合器70安装在在曝气池10中水下的适当位置。
0076由于潜水式混合器70，处于气泡形式且没有溶解在曝气 池10水中的纯氧被再次循环，并且大量纯氧可以溶解在曝气池10水 中并用于活性污泥中的微生物的呼吸和生长。
0077下面将描述使用依照本发明实施方式的纯氧曝气系统1 的废水处理方法。
0078被引入曝气池10的废水和活性污泥在曝气池10中经曝 气机构与纯氧混合，然后将废水进行生物处理，已处理的水经已处理 水排出孔15传送至沉淀池(未显示)，所述已处理水量与被引入曝气池 10的废水相同。
0079在这个过程中，用于活性污泥中的微生物呼吸所需的纯 氧被供应到曝气池10的顶部空间或者曝气池10中的水下。纯氧可以 是选择性地经过氧气管23只供应到曝气池10的顶部空间和经过安装 在曝气池10下部的扩散器25只供应到水下，或者如有必要可以是经 过两种方式同时提供。
0080供应到曝气池10的下部的一部分纯氧溶解在曝气池10 内的水中并用于活性污泥中的微生物的呼吸，但是大量的纯氧移动到 并停留在曝气池10的顶部空间中。
0081通过在高速射流喷射装置40的颈部出口 43处产生的压 力损失，将顶部空间氧气经过氧气吸入管50吸入，并且所述顶部空间 氧气与混合溶液一起被返回到曝气池10中的水下，下面将更详细地描 述这个过程。
0082通过循环泵32的运转，将在曝气池10中的混合溶液经 过混合溶液循环管31和高速射流喷射装置40进行循环。当通过颈部 出口43的时候，因为减少了那里的横截面积，通过高速射流喷射装置 40的混合溶液获得了非常高的速度，并以非常高的速度朝向曝气池10 的下部排出。
0083此时，在颈部出口 43产生大量压力损失，在曝气池10 的顶部空间和颈部出口 43之间引起压力差，由此将顶部空间氧气经过 吸氧管50快速吸回到水中。
0084将经过吸氧管50吸入的顶部空间氧气与混合溶液在高速 射流喷射装置40中混合并向下朝着曝气池10的下部喷出，因此纯氧 可以充分地溶解在污染物和活性污泥微生物的混合溶液中。此外，由 于混合溶液的高速排出形成了强烈的湍流，使得在曝气池10中的水下 实现足够的曝气。通过湍流的剪切力将纯氧转化为微泡，以便纯氧可 以有效地溶解在曝气池10中水下并用于微生物的呼吸。
0085与纯氧混合的混合溶液的排出力可以根据循环泵32的泵 压和高速射流喷射装置40的设计进行调节。当混合溶液的排出力增强 时，在曝气池10的下部可以充分实现曝气。
0086因此，即使增加曝气池的有效水深，通过增加高速射流 喷射装置40的排出力也可以实现充足的曝气，以便即使在曝气池10 的下部也可以保持最佳的溶解氧。此外，通过增加有效水深也可以增 强处理能力。因此，可以减少用于安装曝气池IO所需的占地面积。
0087如上所述，为了增强活性污泥、纯氧和废水的混合效率， 可在曝气池10中任选安装潜水式混合器70。潜水式混合器70将没有 溶解在水中的气泡形式的纯氧在曝气池io中重复循环，由此增加了纯 氧的溶解速度，使得活性污泥中的微生物可以将纯氧用于其呼吸和生 长。
0088当将潜水式混合器70安装在高速射流喷射装置40下面 时，在曝气池10中的混合区就延伸至曝气池10的下部，使得曝气池 10的有效深度和处理能力最大化，溶解氧保持在最佳水平，并且安装 曝气池10所需的占地面积可以最小化。
0089此外，如果检测到在曝气池10中由于活性污泥中的微生
物的呼吸造成的诸如二氧化碳的有害气体的浓度过高，则打开排气孔 17的阀门并由此将有害气体排出到外面。
0090如上所述，当所述系统包括吸气管60时，如果在关闭吸 氧管50的阀门状态下打开吸气管60和排气孔17的阀门，则由于在高 速射流喷射装置40的颈部出口 43处发生快速的压力损失，大气空气 经过吸气管60被快速地引入曝气池10中，由此容易并快速地将有害 气体排到排气孔17。因为有害气体是在短时期内被引导的，所以对于 保持在曝气池10水中的溶解氧没有不良影响。
0091因为供应到曝气池10的大多数纯氧经过高速射流喷射装 置40的强曝气可以溶解在曝气池10中水下，所以在曝气池10的顶部 空间远小于其它常规方法中的顶部空间并且其仅包含少量氧气。
0092因此，虽然打开了排气孔17，但是因为只有少量氧气与 有害气体一起排出，所以由此操作引起的氧气损失是最小限度的。由 此，没有降低氧气的利用效率。
0093图3示出了依照本发明第二实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统。如图3所示，除了高速射流喷射装置40的结构和吸氧 管50的连接结构以外，依照第二实施方式的纯氧曝气系统1具有与依 照本发明第一实施方式的纯氧曝气系统相同的构造、操作和有益效果。 因此，将仅仅描述依照第二实施方式的纯氧曝气系统的高速射流喷射 装置40的结构和吸氧管50的连接结构。
0094依照本发明第二实施方式的用于废水处理的纯氧曝气系 统1的高速射流喷射装置40包括用于高速排放来自混合溶液循环管31 的混合溶液的入口管41 ，以及用于将从入口管41排放出来的混合溶液 导入到曝气池10的下部的导向管45a。此外，在入口管41里设置有氧 气管50。亦即，高速射流喷射装置40是两相喷嘴型。
0095入口管41连接到混合溶液循环管31，并具有通向曝气池 10的下部的颈部出口 43而且其直径小于入口管41的直径。导向管45a 同心地环绕入口管41的颈部出口 43并且延伸至曝气池10的下部。
0096另一方面，吸氧管50具有设置在曝气池10中水表面上 方的吸氧孔51,吸氧管50穿过入口管41的一部分，并具有设置在入 口管41的排出端区域内的排氧端53。这里，优选将吸氧管50设置在 入口管41的中心部分中以使混合溶液的循环和纯氧的吸入最平稳。
0097这里，可以经过操纵阀门打开和关闭吸氧管50，并且吸 气管60可以打开/关闭并连接到吸氧管50的一个区域，如上述第一个 实施方式所做的那样。
0098类似于依照本发明第一实施方式的纯氧曝气系统，如上 所述在纯氧曝气系统1中具有高速射流喷射装置40和吸气管50,依照 本发明的第二实施方式，利用由于减少入口管41的颈部出口 43的直 径而产生的高排出速度将混合溶液以高速排入曝气池10中。
0099此外，由于在颈部出口 43处发生的巨大压力损失，经过 吸氧管50将在水表面上方残留的氧气吸入并与混合溶液一起以高速排 出。由此，纯氧可以充分地溶解在污染物和活性污泥樣t生物的混合溶 液中
0100另一方面，以高速经入口管41和吸氧管50排出的与纯 氧混合的混合溶液保持了强的排出力，所以所述混合溶液沿着导向管 45a被供应至曝气池10的水内的深处。因此，由于纯氧在曝气池10中 的停留时间增加，增加了混合效率并增强了氧气的利用效率。
0101图4是示出依照本发明第三实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面图。如图4所示，除了氧气管50的连接结构之外， 依照本实施方式的纯氧曝气系统1在构造、运转和有益效果方面与依 照本发明第二实施方式的纯氧曝气系统1几乎相同。因此，依照本发 明第三实施方式的纯氧曝气系统将仅仅参照吸氧管50的连接结构进行 描述。
0102在依照本发明第三实施方式的用于废水处理的纯氧曝气 系统1中，吸氧管50具有设置在曝气池10中水面上的空间里的吸氧 孔51和设置在入口管41的颈部出口 43的排出端区域附近的排氧端53。
0103如同第一实施方式和第二实施方式，可以通过操纵阀门 来打开和关闭吸氧管50，并且吸气管60可随着打开和关闭机构连接到 吸氧管50的区域。
0104依照第三实施方式，利用在入口管41的颈部出口 43附 近发生的混合溶液的高速排出和在曝气池10中顶部空间氧气的吸入， 具有上述吸氧管50的连接结构的纯氧曝气系统可以将纯氧充分溶解在 混合溶液中，在所述混合溶液中混合有污染物和微生物。
0105与純氧混合的混合溶液可经由导向管45a供应到曝气池 IO的下部足够深的位置，由此将曝气池10中的水混合。由此，由于增 加了纯氧在曝气池10中的停留时间，所以增加了混合溶液的混合效率 并增强了氧气的利用效率。
0106图5是示出依照本发明第四实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面图。如图5所示，就高速射流喷射装置40、混合 溶液循环装置30、用于将顶部空间氧气重新引入曝气池10中的程序和 吸入大气空气以排出有害气体的方法而言，依照本发明的本实施方式 的纯氧曝气系统1不同于依照本发明的上述实施方式的纯氧曝气系统 1 。依照本发明第四实施方式的纯氧曝气系统进一步包括用于清除在曝 气池10的顶部空间内产生的泡沫的泡沫分离器9 0 。
0107对于这个实施方式将在下面仅仅描述高速射流喷射装置 40、混合溶液循环装置30、用于重复利用顶部空间氧气并向曝气池供 应大气空气以清除有害气体的结构和泡沫分离器90。
0108在该实施方式中设置的高速射流喷射装置40被安装在曝 气池10水中上方，并且具有如下结构入口管41，其具有相对较大的 直径，通过该入口管41将混合溶液引入；颈部出口43，其被设置以通 向曝气池10的下部，并且其直径小于入口管41;和膨"长管45,其直 径从颈部出口 43逐渐扩大，并与颈部出口 43被整合为一个主体。
0109混合溶液循环装置30安装在高速射流喷射装置40的入 口管41附近水下，并被实现为混合液体喷射混合器30，其用于将混合 溶液引入高速射流喷射装置40的入口管41。
0110当驱动混合溶液喷射混合器30时，在曝气池10中的水 的上部的混合溶液被引入到高速射流喷射装置40的入口管41中，在 具有相对较小直径的颈部出口 43处在入口管41中的混合溶液增加了 流速，混合溶液经膨胀管45喷向曝气池10的下部。此时，和先前实 施方式的情况一样，在颈部出口 43产生大量的压力损失。
0111这里，如果过度减少颈部出口 43的截面积，则混合;容液 喷射混合器30可能过载而发生故障或者毁坏。因此，优选应当以这样 一种方式设计逐渐扩大膨胀管45并且增幅緩和。在这种情况下，在 颈部出口 43处的压力损失可能不足，但是这个问题可以经过鼓风才几80 解决，其将在下面进行描述。
0112吸氧管50的吸氧孔51设置在曝气池10水面上方的空间 里，而吸氧管50的排氧端53连接到高速射流喷射装置40的颈部出口 43。吸氧管50是以可以经过控制阀门打开和关闭的方式安装的，而吸 气管60也以可以打开和关闭的方式连接到吸氧管50。
0113在这种情况下，可以在吸气管60的一端安装鼓风机80， 鼓风机80可以将大气空气或者顶部空间氧气吹向高速射流喷射装置40 的颈部出口 43。如上所述，在纯氧不能够经过高速射流喷射装置顺利 吸入的情况下配置鼓风机80。泡沫分离器90包括泡沫分离池91，
用作容纳在曝气池10的顶部空间里产生的泡沫；和吸管93，其吸入曝 气池10的泡沫和顶部空间氧气，将它们传送到泡沫分离池91并循环 与泡沫分离的氧气。
0114将泡沫分离池91设置在曝气池10外面，优选将除泡器 安装在泡沫分离池91中，所述除泡器喷洒诸如消泡剂的除泡剂。已经 去除泡沫的液体经排水管95被传送至曝气池10，或者返回设置在曝气 池10的上流侧的废水池(未显示)中。
0115吸管93包括第一吸管93a和第二吸管93b，所述第一吸 管93a连接在曝气池10中水表面上方空间和泡沫分离池91中液体上 方空间之间，第二吸管93b连接到泡沫分离池91中液体上方空间并通 向鼓风机80的吸气孔(未显示)。在吸管93b可以通过阀门打开和关闭 的情况下，第二吸管93b可以连接到与鼓风机80相连的吸气管60。
0116在依照本发明第四实施方式的包含上述结构的用于废水 处理的纯氧曝气系统l中，通过驱动混合溶液喷射混合器30,混合溶 液引起强烈的湍流并被引入高速射流喷射装置40，同时，经过颈部出 口 43将混合溶液向下朝向曝气池10的下部排放射出。
0117此时，由于在颈部出口 43处的巨大压力损失，在曝气池 10水面上残留的氧气被快速经吸氧管50吸入。
0118吸入到吸氧管50的氧气与混合溶液在高速射流喷射装置 40的颈部出口处混合，并被以高速对着曝气池10的下部向下喷出，因 此氧气可以充分地溶解在污染物和活性污泥;微生物的混合溶液中。此 外，由于混合溶液的高速排出引起强烈的湍流，使得在曝气池10中水 下实现足够的曝气。通过湍流的强剪切力将纯氧分裂成为微泡，所以 纯氧可以有效地溶解在曝气池10水中并可用于微生物的呼吸。此时， 驱动鼓风机80可以使纯氧能够更快速地引入高速射流喷射装置40中。
0119由此，增加了曝气池10的水下混合效率并增加了在曝气 池10中的纯氧停留时间，所以氧气的利用效率增加。
0120在将来自曝气池10的顶部空间氧气经吸氧管50吸入的 过程中，由于第一吸管93a的吸入操作，在曝气池10中产生的泡沫与 顶部空间氧气一起被传送至泡沫分离池91。在泡沫分离池91里除去泡 沫的剩余氧气经过第二吸管93b和吸氧管50被吸入到高速射流喷射装 置40中，然后被重新引入曝气池10的水中。如上所述，在泡沫分离 池91中的液体要么经过排水管95被重新引入曝气池10，要么返回设 置在曝气池10的上流侧的废水池(未显示)中。
0121如果检测到在曝气池10中的有害气体浓度过高，则打开 曝气池10的排气孔17并排出有害气体。在吸氧管50的阀门和第二吸 管93b的阀门关闭的情况下，如果打开排气孔17的阀门和吸气管60 的阀门，则由于在高速射流喷射装置40的颈部出口 43处发生巨大的 压力损失，大气空气经吸气管60被快速吸入曝气池10中，而有害气 体经排气孔17被容易和快速地排出。此时，驱动鼓风机80可以使大 气空气快速引入曝气池10中。
0122如上所述，和依照其它实施方式的纯氧系统一样，依照 本发明第四实施方式的用于废水处理的纯氧曝气系统1可以增强氧气 的利用效率和有益效果，同时还可以有效去除在曝气池10中产生的泡 沫。
0123图6是示出依照本发明第五实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面图。如图6所示，除了纯氧供应方法、高速射流 喷射装置40的结构和为了除去有害气体将在曝气池10中的顶部空间 氧气重新引入以及将大气空气引入曝气池10的方法之外，依照本发明 第五实施方式的纯氧曝气系统与依照本发明第四实施方式纯氧曝气系 统非常类似。
0124因此，为了说明根据本发明第五实施方式的纯氧曝气系 统，将只描述纯氧供应方法、高速射流喷射装置40的结构、用于重新 引入顶部空间氧气的结构、和引入用于清除有害气体的大气空气的方 法。
0125纯氧供应装置20包括安装在曝气池10外面的纯氧发生 器21、用于将从纯氧发生器21传送过来的纯氧供给曝气池10水中的 扩散器25和在鼓风机80(如下所述)和扩散器25之间连接的供氧管23。
0126而且，在曝气池10水中垂直安装了柱型高速射流喷射装 置40。在高速射流喷射装置40的上部进口区域，设置了混合溶液喷射 混合器30以有利于将混合溶液从曝气池10的上部区域喷入高速射流 喷射装置40中。
0127由于混合溶液喷射混合器30的运转，在曝气池10上部 的混合溶液经膨胀管45向下对着曝气池10的下部强烈喷出。由于这 个原因，在曝气池10的下部产生了强烈的湍流，使得污染物和活性污 泥中的微生物可以充分混合。
0128另一方面，在将吸氧孔51设置在曝气池10中水表面上 方的情况下，吸氧管50连接到鼓风机80的吸入口(未显示)。此外，纯 氧供应装置20的供氧管23连接到鼓风机80的排放区。吸氧管50和 供氧管23可以通过阀门打开和关闭。
0129此外，和在本发明的第四实施方式中描述的一样，用于 吸入大气空气的吸气管60连接到鼓风机80的吸入口区(未显示)，并且 从泡沫分离池91延伸的第二吸管93b以可以通过阀门打开和关闭的方 式连接到与鼓风机80相连的吸气管60。
0130在根据本发明第五实施方式的纯氧曝气系统1中，由于 驱动混合溶液喷射混合器30，在曝气池中10中的混合溶液被引入到高
速射流喷射装置40中，引起强烈的湍流，并经过高速射流喷射装置40 的颈部出口 43被强烈排出并向下对着曝气池10的下部射出。由此， 增强了曝气池10中水的曝气并且增加了纯氧的使用效率。和本发明的 第四实施方式一样，经泡沫分离器90有效除去在曝气池10中产生的 泡沫。
0131在鼓风机80鼓风运转的帮助下，经由供氧管23在水表 面上方剩余的氧气和吸入吸氧管50的氧气通过安装在曝气池10的下 部的扩散器25被供给曝气池10的水中。
0132在水面上方剩余的氧气在扩散器25中被转化为微泡并被 引入曝气池10的水中，由此经过高速射流喷射装置40和混合溶液喷 射混合器30的引导经过水下曝气将氧气有效地溶解在曝气池10水中。 因此，增加了氧气的利用效率。
0133图7是示出根据本发明第六实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面图。图7所示，在根据本发明第六实施方式的用 于废水处理的纯氧曝气系统1中，混合溶液循环装置30被实现为安装 在曝气池10下部的潜水泵，并且高速射流喷射装置40的入口管41连 接到混合溶液循环装置30的潜水泵的排放口。此外，高速射流喷射装 置40的颈部出口 43和膨胀管45通向曝气池10的下部。
0134这里，高速射流喷射装置40的结构可以改良成各种形式， 只要入口管41与潜水泵的排放口相连并且颈部出口 43小于所述管的 其它部分。
0135吸氧管50和从纯氧发生器21延伸至曝气池10的水中下 部的供氧管23与高速射流喷射装置40的颈部出口 43相连。
0136并且，吸气管60从曝气池10的外面与吸氧管50相连， 并且单独的供氧管23从纯氧发生器21连接到曝气池10的顶部空间。
0137在根据本发明第六实施方式的纯氧曝气系统1中，从潜 水泵(即混合溶液循环装置30)排放出的混合溶液经过高速射流喷射 装置40对着曝气池10的下部强烈喷出。
0138经过吸氧管50将顶部空间氧气吸入高速射流喷射装置40 ， 并且经过供氧管23将来自纯氧发生器21的纯氧也吸入高速射流喷射 装置40中，然后将溶解在混合溶液中的氧气供应到曝气池10的水中。
0139由此，增加了在曝气池IO水中的曝气效率并增加了纯氧 的使用效率。
0140图8是示出根据本发明第七实施方式的用于废水处理的 纯氧曝气系统的剖面图。如图8所示，除了高速射流喷射装置40的结 构和纯氧供应方法，根据本发明第七实施方式的纯氧曝气系统1的结 构与根据第一实施方式的纯氧曝气系统1是几乎完全相同的。
0141因此，当说明根据第七实施方式的纯氧曝气系统时，将 仅仅描述高速射流喷射装置40和纯氧供应方法。
0142高速射流喷射装置40包括混合溶液分配歧管47和从混 合溶液分配歧管47分出来的多个高速喷嘴49。
0143混合溶液分配歧管47安装在曝气池10中并与混合溶液 循环管31相连。如图8所示，混合溶液分配歧管47可由管式管道制 备，或者可以成形为具有分配空间的歧管形状。此时，为了更好的曝 气，混合溶液分配歧管47可以优选安装在曝气池10的下部。
0144高速喷嘴49从混合溶液分配歧管47的多个位置分支并 伸出。如图9所示，高速喷嘴49的结构包括入口管41,通过入口管 41将混合溶液从混合溶液分配歧管47引入；颈部出口 43,其直径小 于入口管41的直径；以及膨胀管45,其从颈部出口 43延伸并且直径 大于颈部出口 43的直径；其中入口管41、颈部出口 43和膨胀管45被
整合为一体。此外，如图10和11所示，高速喷嘴40的结构可以包括 入口管41 ，通过入口管41将混合溶液从混合溶液分配歧管47引入； 和颈部出口43，其直径小于入口管41的直径。只要具有入口管41和 直径小于入口管41的颈部出口 43,高速喷嘴49可以进行各种改良。
0145此外，在曝气池10的下部且邻近高速射流喷射装置40 处安装了氧气分配器55,以便将纯氧分配入高速喷嘴49中。
0146氧气分配器55具有连接到纯氧发生器21和吸氧管50的 氧气分配歧管57，以及从氧气分配歧管57分支并向高速喷嘴49的颈 部出口 43延伸的多个氧气支管59。
0147如图9所示，氧气支管59可以直接连接到高速喷嘴49 的颈部出口43，或者，如图10和11所示，氧气支管59可以^没置在高 速喷嘴49的颈部出口 43附近。此时，如图10所示，可以穿过高速喷 嘴49的入口管41安装氧气支管59。
0148在根据本发明第七实施方式的用于废水处理的纯氧曝气 系统l中，通过混合溶液循环装置30循环的混合溶液从混合;:容液分配 歧管47朝着曝气池10的下部所有区域经过高速喷嘴49强烈喷出。此 外，经过来自氧气分配歧管57的氧气支管59,将来自吸氧管50和纯 氧发生器21的纯氧吸入到高速喷嘴49中，然后所述纯氧被供应到曝 气池10中的水并溶解在混合溶液中。此时，通过在接近于高速喷嘴49 的颈部出口 43的区域中产生的湍流的剪切力将纯氧切成微泡，从而纯 氧可以有效地溶解在混合溶液中。
0149由此，在曝气池10的下部的整个空间内可以在水下实现 有效的曝气，并且纯氧可以有效地溶解在曝气池IO水中，使得纯氧的 ^_用效率增加。
0150如上所述，依照本发明，通过使用混合溶液循环装置和 高速射流喷射装置，用于废水处理的纯氧曝气系统以高速朝着曝气池 的下部喷射混合溶液，由此通过在曝气池中水下产生强烈的湍流使曝 气效率最大化。
0151通过强烈的曝气，大多数供应到曝气池的纯氧溶解在曝 气池水中，而剩余在水面上方空间里的纯氧经过高速射流喷射装置和 扩散器被重新引入到曝气池中水的深处，因此使氧气的利用效率最大 化并且也增加了成本效率。
0152此外，因为可以通过设计改良高速射流喷射装置和混合 溶液循环装置使处理能力和混合力最大化，所以可以增加曝气池的深 度。由此，减少了安装曝气池所需的占地面积并节约了安装成本。
0153此时，即使曝气池的深度增加，不管曝气池的体积和深 度，在整个曝气池中都可以保持最佳的溶解氧量，因为可以通过强烈 的混合力使氧气的利用效率最大化。
0154此外，曝气池可以实现为一个单独的水池，并且快速而 简单地将在水池中产生的诸如二氧化碳的有害气体排出，因此可以保 护微生物，使之免受有害气体的毒性的侵害，并且可以防止pH的降低。
工业实用性
0155如上所述，依照本发明，提供了一种用于废水处理的纯 氧曝气系统，其具有高的氧气利用效率和高成本效率，可以减少占地 需要和设备安装成本，可以保持最佳溶解氧水平，并可以快速平稳地 排空有害气体。
权利要求
1、一种用于废水处理的纯氧曝气系统，其利用曝气池中的活性污泥的微生物对废水进行生物处理，所述纯氧曝气系统包括纯氧供应装置，其包括用于生成纯氧的纯氧发生器和从纯氧发生器延伸到所述曝气池内部的至少一个供氧管；高速射流喷射装置，安装在曝气池中；混合溶液循环装置，其用于将活性污泥的微生物、废水和氧气的混合溶液循环并引入高速射流喷射装置内；以及吸氧管，其用于吸入残留在曝气池的顶部空间中的剩余氧气并将所述氧气重新引入曝气池的水中。
2、 根据权利要求1所述的纯氧曝气系统，其中所述高速射流喷射 装置包括入口管，经其将来自混合溶液循环装置的混合溶液引入；和 颈部出口 ，其直径小于入口管的直径并且通向曝气池下部。
3、 根据权利要求2所述的纯氧曝气系统，其中所述吸氧管具有位 于曝气池的顶部空间里的吸氧孔和位于邻近高速射流喷射装置的颈部 出口的区域内的排氧端。
4、 根据权利要求2或者权利要求3所述的纯氧曝气系统，其中所 述高速射流喷射装置具有从所述颈部出口延伸出并且直径小于所述颈 部出口的膨胀管，并且吸氧管的排氧端与高速射流喷射装置的颈部出 口相连。
5、 根据权利要求4所述的纯氧曝气系统，进一步包括导向管，所 述导向管具有较大的直径，并且同心地环绕所述膨胀管且延伸至曝气 池的下部。
6、 根据权利要求2或者权利要求3所述的纯氧曝气系统，其中所 述高速射流喷射装置包括导向管，所述导向管的直径大于入口管的直 径并且同心地环绕所述颈部出口并延伸至曝气池的下部，至少部分吸 氧管穿过入口管，并且排氧端设置在所述高速射流喷射装置的颈部出 口附近。
7、 根据权利要求1所述的纯氧曝气系统，其中所述高速射流喷射 装置包括安装在曝气池中的混合溶液分配歧管，用于容纳来自混合溶液循 环装置的混合溶液；多个高速喷嘴，其包括从混合溶液分配歧管分支的入口管和直径 小于所述入口管的颈部出口。
8、 根据权利要求7所述的纯氧曝气系统，其中多个高速喷嘴与膨 胀管形成一体，所述膨胀管的直径大于所述颈部出口的直径并从各个 颈部出口延伸出。
9、 根据权利要求7或者权利要求8所述的纯氧曝气系统，进一步 包括氧气分配器，所述氧气分配器具有安装在混合溶液分配歧管附近 并连接到纯氧发生器和吸氧管中的至少 一个的氧气分配歧管，所述氧 气分配器还具有从氧气分配歧管分支并出并且朝向各个高速喷嘴的颈 部出口延伸的多个供氧管。
10、 根据权利要求9所述的纯氧曝气系统，其中所述供氧管穿过 高速喷嘴的入口管的内部空间。
11、 根据权利要求1所述的纯氧曝气系统，其中所述混合溶液循环装置包括混合溶液循环管，其从曝气池的内部水下延伸至高速射流喷射装 置；以及循环泵，其用于通过混合溶液循环管将混合溶液从曝气池循环到 高速射流喷射装置。
12、 根据权利要求1所述的纯氧曝气系统，其中所述高速射流喷 射装置安装在曝气池中水下，并且混合溶液循环装置是安装在曝气池 中水下并将混合溶液引入高速射流喷射装置的潜水式混合器。
13、 根据权利要求1所述的纯氧曝气系统，其中所述纯氧供应装 置的供氧管延伸至曝气池下部的水下区域和曝气池的顶部空间。
14、 根据权利要求2所述的纯氧曝气系统，其中所述混合溶液循 环装置是潜水泵，其安装在曝气池的下部中并将混合溶液泵入到曝气 池水中，并且高速射流喷射装置的入口管与所述潜水泵的排放口相连。
15、 根据权利要求14所述的纯氧曝气系统，其中所述纯氧供应装 置的供氧管连接到高速射流喷射装置的颈部出口和曝气池的顶部空 间。
16、 根据权利要求1所述的纯氧曝气系统，进一步包括空气吸取 管，其连接到吸氧管并且具有通向曝气池外面的空气吸取口 。
17、 根据权利要求16所述的纯氧曝气系统，进一步包括泡沫分离 器，其包括设置在曝气池外面的泡沫分离池；第一吸管，其连接曝气 池的顶部空间和所述泡沫分离池；以及第二吸管，其连接所述泡沫分 离池和吸气管或者连接所述泡沫分离池和吸氧管。
18、 根据权利要求n所述的纯氧曝气系统，进一步包括安装在吸 气管或者吸氧管一侧的鼓风机，以便于朝向吸氧管的排氧端吹送空气 或者氧气。
19、 根据权利要求17所述的纯氧曝气系统，进一步包括设置在曝 气池外面的鼓风机，其中吸气管和吸氧管与所述鼓风机的吸入口相连， 并且供氧管与纯氧发生器和鼓风机的出口相连并延伸至在曝气池的下 部水下。
20、 根据权利要求1所述的纯氧曝气系统，其中所述曝气池具有 排气装置，所述排气装置设置在曝气池的顶部空间的上部并朝向曝气 池外面延伸。
21、 根据权利要求1所述的纯氧曝气系统，进一步包括至少一个 安装在曝气池中水下的潜水式混合器。
全文摘要
本发明公开了一种用于废水处理的纯氧曝气系统，其在曝气池中使用活性污泥中的微生物对废水进行生物处理。所述纯氧曝气系统包含一个纯氧供应装置，包括一个用于生成纯氧的纯氧发生器和至少一个从纯氧发生器延伸并正对着曝气池内部空间的供氧管；一个安装在曝气池中的高速射流喷射装置；一个用于循环和将混合溶液送入高速射流喷射装置的混合溶液循环装置，在混合溶液中将活性污泥中的微生物、废水和氧气混合；和用于将在曝气池顶部空间的剩余氧气吸入并将该氧气重新引入曝气池水中的吸氧管。本发明提供了一种用于废水处理的纯氧曝气系统，其是经济的，增强了氧气利用效率，使所需的土地容易得到保证，节约了开支并且可以保持最佳溶解氧水平和平稳而快速地排出有害气体。
文档编号C02F3/20GK101395091SQ200780007356
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月1日 优先权日2006年2月2日
发明者李载宪 申请人:李载宪