专利名称：一种叶轮引气式气浮装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理装置，更具体地说是一种去除水中油及悬浮物的叶轮引气式气浮装置。
背景技术：
气浮装置的工作原理是利用微气泡吸附水中油、悬浮物等污染物，并携带污染物上升至水面形成浮渣，实现净化水质的目的。根据水中微气泡的产生方式，气浮可分加压溶气气浮、电解气浮、射流气浮、叶轮气浮、真空气浮等几种技术。目前广泛应用的是溶气气浮与叶轮气浮两种技术，而其它技术的应用相对较少。溶气气浮是根据不同压力下空气在水中溶解度的差异，通过加压溶气然后低压释放的方式产生微气泡，该技术需要采用压力溶气罐、空压机、加压水泵、溶气释放器等附属设备。叶轮气浮是通过叶轮在水中旋转时产生的负压引入空气，然后将空气分散于水中形成微气泡，与溶气气浮相比，不仅设备投资少、能耗低、操作简单，而且不需要回流溶气水，设备占地面积小，在经济与技术上具有一定的优势。
叶轮气浮装置一般主要由池体、曝气机(或气液混合机)、刮渣机、螺旋输送器等构成，其关键在于池体结构及曝气机叶轮结构。
叶轮气浮装置的池体通常由曝气区(即气水混合区或接触区)、分离区、溢流出水区等构成。为有效分离水中污染物，不仅要保证微气泡与污染物在分离区内上升至水面形成稳定的浮渣层，同时要保证刮渣期间浮渣能够平稳、顺利地排出池体，防止浮渣重新落入水中。早期的叶轮气浮设备，其池体结构与矿物浮选机相类似，如WEMCO浮选机，其问题是接触区与分离区底部互相贯通，池体中的水处于循环流动状态，浮渣层不稳定，需连续排渣，不仅浮渣量大、含水率高，而且刮渣设备对水面搅动大，影响出水的水质。近期的叶轮气浮设备，其池体与传统的溶气浮选池相类似，并在结构上有了一定的改进，如US5019083、US5242600、以及中国专利ZL99239458.9、ZL99243522.6等公开的气浮机，曝气区及分离区相互独立，可以形成稳定的浮渣层；为防止底泥沉积及曝气机叶轮空转，在曝气区与分离区的底部设置回流管；但上述气浮机池体仍存在如下共同不足之处(1)导渣板为单一斜板，刮渣板与斜板接触时形成的区域面积小，浮渣易在刮渣板与斜板接触前从刮渣板底部返流，刮渣困难，影响出水水质；(2)池体上部为敞口结构，有害气体直接挥发扩散，污染工作环境。
叶轮气浮装置的曝气机通常由驱动电机、支座、护轴套筒、连接轴、轴承、叶轮等构成，其支座固定于池体顶部，叶轮部分则浸没于曝气区内水下一定深度，空气通过空心轴或护轴套筒引入叶轮，然后经叶轮上的布气孔(或空气通道)以微气泡形式分散于水中。曝气机的关键是叶轮结构，其叶轮不仅应引气量大、气水混合效果好，而且应防止堵塞。US5091083、US5242600、US3414245等公开的叶轮包括多个空心叶片，布气孔设置在叶片顶端的后侧，它利用叶轮旋转时在叶片后侧产生的真空旋涡，将空气引入叶轮并经布气孔释放至水中；这种叶轮真空度低、引气量小，而且无吸排水能力，仅靠叶轮的搅拌作用分散气泡，气液混合效果差；叶片上的布气孔易堵塞，原因是水中污染物易进入真空旋涡，并聚积覆盖在排气孔上。US6270061、US4297214、US2246560、US2238139等公开的叶轮是由上、下盖板及中间的导流叶片组成，上盖板设有进水口，空气入口位于叶轮中心处；它利用叶轮吸排水过程中叶轮中心处产生的负压区引入空气，并在叶轮内部与水混合后从周边排出；叶轮气水混合效果好，但叶轮引入的空气量与吸排水量存在着不能同时增加的矛盾，并且叶轮转数或引入的空气量不能过大，原因是叶轮进水口和进气口均位于叶轮中心区域，叶轮中心吸入的是气水混合物，随着转数增加或空气引入量加大，气水混合物密度急剧下降，并在中心处产生涡旋气阻，负压区的真空度随之降低甚至消失、并出现大幅度波动，空气引入量及吸排水量也随之减少并发生剧烈波动，设备处于不稳定运行状态。US1526596、US1374445等公开的叶轮是由上、下盖板及中间的导流叶片组成，下盖板设有进水口，其引气机理与US6270061等公开的叶轮类似，叶轮转数或引入的空气量也不能过大。US5358671、US4959183、US4551285、US4668382、US4425232、US2217231等公开的叶轮是由上盖板与下叶片组成，这种敞开式叶轮也是利用叶轮中心处产生的负压区引入空气，空气引入量及气水混合效果均存在一定的不足。US1413723、US1413724、US3917763、US3650513、US3066921、US2996287、US1345596、US1726125、US5160459等公开的是空心盘状叶轮，其布气孔(或空气通道)位于空心盘的周边或上、下盖板上，主要依靠空气本身产生的微弱离心力及叶轮表面或周边与水体的剪切作用引入空气，引气能力小，需要在较高的转数下运行，并且无吸排液能力，气液混合效果差。US5318360、US3070229、US4193949、US382702等公开的叶轮，是由上、下盖板及导流叶片等组成，其布气孔(或排气通道)位于叶轮周边或导流叶片外侧的上盖板和下盖板上，虽然叶轮具备了良好的吸排水能力，但引气能力依然不足。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种除油及除悬浮物效果好、排渣容易、能耗低、叶轮无堵塞的叶轮自引气式气浮装置。
本发明的叶轮自引气式气浮装置，包括池体、曝气机(或气液混合机)、刮渣机、导渣板和螺旋输送器，其中池体通常包括曝气区(即气水混合区或接触区)、分离区和溢流出水区，池体上设有进水口、出水口和排渣口。其中所述的导渣板为折板形导渣板，该折板形导渣板是由前部斜板、中部直板和后部斜板组成，其中中部直板水平放置，前部斜板低于中部直板，后部斜板高于中部直板。
本发明的叶轮自引气式气浮装置在分离区池底设有数根引向曝气区的回流管，同时还设有数根从溢流出水区引向曝气区的回流管。
本发明的叶轮自引气式气浮装置中，池体顶部可设有密封盖板，并在盖板顶部设有排气管。
另外，为便于气浮机的操作，在盖板上还设有气泡观察窗、出水观察口。
本发明的叶轮自引气式气浮装置中，所述的曝气机(或气液混合机)通常包括驱动电机、支座、护轴套筒、连接轴、轴承和叶轮，可采用现有技术中的任何一种，也可采用本发明中提供的曝气机。
本发明提供的曝气机中，所述的叶轮主要由连轴接头、空心圆盘和导流叶片组成，其中空心连轴接头与空心圆盘内部相通；空心圆盘由上盖板、下盖板及筒体组成；导流叶片可以安装在空心圆盘顶部的上盖板和/或底部的下盖板上；布气孔设置在导流叶片所在的盖板上，并且位于导流叶片旋转方向的后侧。
本发明的混合叶轮上还可设有环形导流板，其中导流叶片一端与空心圆盘的盖板相连，另一端与环形导流板相连，形成特定的水流通道。环形导流板为中心具有圆形进水口(或进液口)的平板，该平板的外形可以根据需要采用任意形状，但一般选择圆形。导流板的内外圆所形成的环形区域面积至少能覆盖部分导流叶片，最好能完全遮住导流叶片。环形导流板可以防止水流从导流叶片上端或下端滑漏，提高叶轮的吸排水量及真空度，从而提高引气量及气液混合效果；另外环形导流板还可以减小水体对叶片的拖曳，降低叶轮的功耗。
本发明中所述的空心圆盘内可设有增压叶片。增压叶片可以为径向叶片，也可以采用后倾式直叶片或渐开线形弯叶片，数量可与导流叶片数量相同，也可以不同。该增压叶片至少与空心圆盘内部的上盖板底面、下盖板顶面和圆筒内壁中之一相连接，其转动方向与导流叶片的转动方向相同。增压叶片的作用如风机叶片一样，在随叶轮转动过程中其前面产生一定的风压，可以进一步提高引气时的推动力，从而提高叶轮的引气量。
所述的导流叶片可以为径向叶片，也可以采用后倾式直叶片或渐开线形弯叶片。叶片数量可以设置有1～12个，最好为3～8个。
所述的布气孔设置在每个导流叶片后侧的扇形区域内，优选平行于导流叶片设置一排或多排，最好设置一排或两排。
所述的空心圆盘可以是整体结构，也可以由上盖板、下盖板及筒体焊接而成。
在上述叶轮基础上，本发明在叶轮的外侧还可以安装一个与曝气机连接在一起的定子，进一步破碎叶轮所分散的微气泡，可以产生更加细小、均匀的微气泡，并防止曝气区内产生易造成气水分离的旋转水流。定子可以采用常规的孔眼式定子，但最好是采用叶片式定子。叶片式定子由上盖板、下部的环形板及中间的叶片组成，其中叶片可以为直板型叶片，也可以采用渐开线型弯叶片；叶片可以后倾式安装，也可以径向式或前倾式安装。空气通过空心轴引入叶轮后，在叶轮及定子双重作用下，可以更均匀地以微气泡形式分散于水中。
在本发明提供的曝气机支座上部及支座下部的护轴套筒上均设有进气口，操作时可以关闭支座上部的进气口，只通过护轴套筒上的进气口引入空气，以便循环利用气浮机密闭池体内的空气，同时也减少了有害气体排放量；也可以通过支座上部的进气口引入少量新鲜空气，对密闭池体内的空气进行置换。
本发明的叶轮引气式气浮装置，具有如下优点1、采用折板形导渣板，使导渣板与刮渣机上的刮渣板接触形成的刮渣区域面积大，刮渣板与前部斜板接触后，进入中部直板之上的浮渣可全部被密封在该区域内，并随着刮渣板移动从后部斜板溢出并排出池体。采用这种折板形导渣板，不仅刮渣容易、彻底，而且浮渣不易从刮渣板底部反流，确保出水的水质。
2、本发明中在分离区池底设有数根引向曝气区的回流管，同时还设有数根从溢流出水区引向曝气区的回流管，可以防止污泥在池体底部沉积并堵塞分离区与出水区之间的通道。
3、本发明中在池体顶部设有密封盖板，盖板顶部设有排气管，引出气浮过程中释放出的有害气体，防止污染工作环境。
4、本发明提供的叶轮充分利用了旋转时导流叶片后侧产生的负压、导流叶片间水流变线产生的负压、以及水流在圆盘表面产生的剪切作用引入空气，叶轮的引气量大、气水混合效果好，不仅在低转数下即可引入大量空气，而且引气孔不在叶轮的中心区域，叶轮中心吸入的仅为水(或液体)，真空度大小不受其它因素限制，空气引入量与吸排水量可以随转数提高而同时增加，引气量大小调节方便，另外水流剪切作用还可以防止布气孔堵塞。
本发明的装置不仅可以在工业及城市水处理领域内得到广泛应用，也可以在其它的液液分离、液固分离等领域内应用，分离回收有价值产品。
图1为本发明叶轮引气式气浮装置具体实例的主视图。
图2为本发明叶轮引气式气浮装置具体实例的俯视图。
图3为本发明叶轮引气式气浮装置具体实例的右视图。
图4为本发明提供的曝气机具体实例的结构示意图。
图5为图4的A-A剖视图。
图6为本发明提供的一种叶轮的结构示意图。
图7为图6的B-B剖视图。
图8为图6的C-C剖视图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明的结构及运行方式。
如图1、图2、图3所示，叶轮引气式气浮装置包括池体1、曝气机2、链条式刮渣机3、导渣板12和螺旋输送器4。池体1由相应的隔板分隔成曝气区5、分离区6、溢流出水区7；池体上设有进水口9、排水口10和排渣口11。池体1内设有折板形导渣板12，其前部与后部为斜板，中部为水平直板；池底设有中部回流管15及从溢流出水区7至曝气区5的回流管16；池体顶部设有密封盖板17，盖板顶部设有气泡观察窗18、排气管19和出水观察口20。待处理水由进水口9进入曝气区5，并在曝气区5内与曝气机2引入的微气泡混合后，进入分离区6；微气泡吸附并携带水中油及悬浮物等污染物，在分离区6内上升至水面形成浮渣，净化后的水经池底通道进入溢流出水区7，然后由排水口10排出；刮渣期间，随着链条式刮渣机3上的刮渣板13沿水平方向向前移动，分离区上部的浮渣层进入导渣板的直板段，然后从后部的斜板顶部被刮入排渣槽8，并在螺旋输送器的作用下由排渣口11排出池体。
如图4、图5、图6、图7、图8所示，曝气机2主要由驱动电机21、支座22、护轴套筒23、定子24、空心轴25、叶轮26及相应的轴承组成，在支座及护轴套筒上分别设有进气口27和28。曝气机定子24由上盖板29、下环形板30及中间的叶片31组成。叶轮26由连接轴头32、上盖板33、筒体34、下盖板35、导流叶片38组成；布气孔37设置在下盖板35上，并且位于导流叶片38后侧；上盖板33、筒体34及下盖板35构成叶轮的空心圆盘；为提高引气量及气液混合效果，叶轮26还进一步包括环形导流板36，导流板36与导流叶片38相连接，同时在空心圆盘内部还可以安装增压叶片39。曝气机依靠支座22安装在池体盖板17上，在驱动电机21及空心轴25的带动下，叶轮26在曝气区5内以一定的速度旋转，并在叶轮内部产生负压，空气由进气口27及28进入，并通过空心轴25、叶轮上的布气孔37以微气泡的形式分散于水中，并在定子24上叶片31的作用下，被进一步破碎成更细小、更均匀的微气泡。
权利要求
1.一种叶轮自引气式气浮装置，包括池体、曝气机、刮渣机、导渣板和螺旋输送器，其中池体包括曝气区、分离区和溢流出水区，池体上设有进水口、出水口和排渣口，其特征在于所述的导渣板为折板形导渣板，该折板形导渣板是由前部斜板、中部直板及后部斜板组成，其中中部直板水平放置，前部斜板低于中部直板，后部斜板高于中部直板。
2.根据权利要求1所述的气浮装置，其特征在于所述的池体顶部设有密封盖板，并在盖板顶部设有排气管。
3.根据权利要求2所述的气浮装置，其特征在于所述的密封盖板上设有气泡观察窗和出水观察口。
4.根据权利要求1所述的气浮装置，所述的曝气机包括驱动电机、支座、护轴套筒、连接轴、轴承和叶轮，其中叶轮包括连轴接头、空心圆盘和导流叶片，其特征在于所述的导流叶片设置在空心圆盘的上盖板和/或下盖板上，布气孔设置导流叶片所在的盖板上，并位于导流叶片旋转方向的后侧。
5.根据权利要求4所述的气浮装置，其特征在于所述的布气孔设置在导流叶片旋转方向后侧的扇形区域内。
6.根据权利要求5所述的气浮装置，其特征在于所述的布气孔平行于导流叶片设置一排或两排。
7.根据权利要求4所述的气浮装置，其特征在于所述的空心圆盘内设有增压叶片。
8.根据权利要求4所述的气浮装置，其特征在于所述的叶轮上设有环形导流板，环形导流板与导流叶片相连。
9.根据权利要求8所述的气浮装置，其特征在于所述的环形导流板完全覆盖导流叶片。
10.根据权利要求4所述的气浮装置，其特征在于所述的导流叶片为径向叶片、后倾式直叶片或渐开线形弯叶片。
11.根据权利要求4所述的气浮装置，其特征在于所述的叶轮的外侧安装一个与曝气机连接在一起的定子，该定子采用孔眼式定子或叶片式定子。
12.根据权利要求4所述的气浮装置，其特征在于所述的曝气机支座上部及支座下部的护轴套筒上均设有进气口。
13.根据权利要求1所述的气浮装置，其特征在于所述的分离区池底设有数根引向曝气区的回流管，同时还设有数根从溢流出水区引向曝气区的回流管。
全文摘要
本发明公开了一种叶轮引气式气浮装置，包括池体、曝气机、链条式刮渣机、导渣板和螺旋输送器。该气浮装置中的导渣板为折板形导渣板，前部与后部为斜板，中部为水平直板；池体顶部设有封闭盖板。曝气机叶轮包括连轴接头、空心圆盘和导流叶片，导流叶片设置空心圆盘的上盖板和/或上盖板上，布气孔设置在导流叶片所在的盖板上，并且位于导流叶片旋转方向的后侧。本发明的气浮装置可应用于各种水处理过程，去除水中油及悬浮物等污染物，具有去除效率高、能耗低、叶轮无堵塞等特点，并且可以防止有害气体在工作环境内的挥发扩散。
文档编号C02F1/24GK1765757SQ20041005076
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月29日 优先权日2004年10月29日
发明者回军, 赵景霞, 王有华, 韩建华 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院