专利名称：一种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统的制作方法
技术领域：
本发明一种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，属污水处理微孔曝气管设备领域。
背景技术：
污水处理作为水污染控制的重要手段之一，对水环境质量的改善和提高有着重要的意义。目前城市污水处理厂运行中普遍存在着处理能耗过大，运行成本过高的问题，不少污水厂“建得起，用不起”。研究表明城市污水厂平均80%的能耗都集中于污水处理工艺中必需的好氧处理过程中，提高好氧处理曝气系统的效率是污水厂实现高效低耗运行的关键。常用的曝气方法主要有鼓风曝气、机械曝气。机械曝气是通过叶轮(或转刷、转碟)的高速转动以搅动水面产生水跃使空气中的氧转移到水中，鼓风曝气是将空压机(或鼓风机)产生的压缩空气经空气扩散装置分布后以气泡的形式逸出，气泡在水中上升的过程中将其 中的氧传质到水中。鼓风曝气中的微孔曝气系统因其曝气效率较高，适应性较强，应用最为广泛。影响微孔曝气系统效率的主要因素是其空气扩散装置的配气和布气能力。目前常见的微孔曝气空气扩散装置主要有两类微孔曝气管和微孔曝气盘。与微孔曝气盘相比，微孔曝气管具有以下几个方面的优势(1)配、布气能力方面，微孔曝气管单位面积的开孔率更高、形成的气泡尺寸更小且气泡尺寸的可调性更强，因此其氧的传质效率更高，单位水量处理能耗更低；(2)设备安装方面，微孔曝气管受曝气池池型和尺寸的影响较小，相同条件下服务面积更大；(3)实际运行方面，微孔曝气管对不同条件下的水体水质的适应能力更强，曝气时产生的噪音相对较小且不易堵塞；(4)投资成本方面，相同供气量条件下微孔曝气管的综合投资更低。因此，微孔曝气管的应用越来越广泛，特别是新建、扩建、改造的污水处理厂多采用该装置。常用的微孔曝气管多为等内径、等孔径和等开孔率的直管。该曝气管在实际安装时，多采用微孔曝气管组的布置形式，即多根微孔曝气管左右对称、相互平行的布置在主配气管两侧，主配气管与空压机连接。该曝气管在实际运行时，往往存在以下问题(1)曝气后水体中溶解氧横向分布不均。微孔曝气时，加压空气在微孔曝气管内流动，因管内沿程阻力、部分微气泡从管中溢出等原因导致管内气压不断下降，但由于微孔曝气管起末端内径、管道表面的微孔孔径和开孔率相同，故起末端产生的初始微气泡内压不同，因此它们在水中传质速度、上升速度、与水体的接触时间都不同，故在相同水深处，起末端所对应位置的水体中溶解氧不同。因此曝气后曝气池水体中的溶解氧在横向上分布不均匀，影响处理效果，增加了处理能耗；(2)曝气后水体中溶解氧纵向分布不均。根据气液传质理论，曝气传质过程由气液界面相际传质和气泡紊动扩散两阶段组成，即氧气先经微气泡传质进入水体中，再通过微气泡的搅动使传递到水中的氧均匀的分布于整个曝气池的水体中。常用的微孔曝气管为直线型且安装时各管皆为同平面平行安装，故各曝气管产生的微气泡在水中上升的轨迹为相互平行的直线，因此微气泡在纵向上的搅动力不强，气泡紊动扩散作用较弱，这导致曝气后曝气池水体中的溶解氧在纵向上分布不均匀，影响处理效果，增加了处理能耗；(3)实际安装时，微孔曝气管布置密度较大导致投资较高。为解决上述曝气后水体中溶解氧横、纵向分布不均的问题，设备安装时，为使微孔曝气气泡能尽量覆盖整个曝气池，常采用增加微孔曝气管布置密度的方法来实现，但这将导致工程费用增加而且从各污水厂的实际运行效果来看水体中溶解氧的分布仍不均匀。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，以提高污水处理中的微孔曝气传质能力和曝气效果。本发明旋转式微孔曝气圆环盘管系统由输气干管、旋转驱动及控制机构和微孔同心圆环盘管组组成，每个微孔同心圆环盘管组由一根竖直旋转主管和一个水平微孔同心圆环盘管组成，该水平微孔同心圆环盘管是由从内至外的多根微孔同心圆环管及在相邻内外环管之间径向均匀间隔设置的微孔连通管联接组成的一体盘管，该盘管中心内环管通过径 向间隔设置的微孔连通管与竖直旋转主管连通，多组微孔同心圆环盘管组间隔设置，各组旋转主管上端分别与旋转驱动及控制机构连接、下端分别与输气干管连通，构成旋转式微孔曝气圆环盘管系统。上述微孔同心圆环盘管组中由外到内各微孔同心圆环管内径按比例增大，其由外到内各微孔同心圆环管内径比为I :2 …N，其中N为微孔同心圆环盘管组中微孔同心圆环管的总根数。上述连接旋转主管与微孔同心圆环盘管组中心内环管的微孔连通管的内径与所连接的中心内环管内径的比为I :2。上述连接相邻微孔同心圆环管的微孔连通管内径与所连接的内径较小的微孔同心圆环管内径的比为I :2。上述微孔同心圆环盘管组中微孔同心圆环管管壁上的曝气微孔孔径为O. 15mm I. 5mm，且随微孔同心圆环管内径的增大而增大；其曝气微孔开孔率为5 20%，且随微孔同心圆环管内径的增大而减小。上述微孔连通管管壁上的曝气微孔孔径O. Imm O. 75mm,且随微孔连通管内径的增大而增大；其曝气微孔开孔率为10% 30%，且随微孔连通管内径增大而减小。本发明创造性设计了由输气干管、旋转驱动及控制机构和微孔同心圆环盘管组组成的旋转式微孔曝气圆环盘管系统。通过本发明微孔同心圆环盘管组中各微孔同心圆环管及微孔连通管内径、各微孔同心圆环管和微孔连通管微孔孔径和开孔率的合理设置，以及微孔连通管对空气气压的内平衡作用使得在本发明微孔同心圆环盘管组不同位置处所产生的微气泡在水中的总传质量基本相等且传质效率较高，确保了曝气池水体中的溶解氧横向快速分布均匀；通过竖直旋转主管带动微孔同心圆环盘管组中各微孔同心圆环管和微孔连通管同轴转动，使得微孔同心圆环管和微孔连通管产生的气泡在水中呈螺旋状上升，气泡和水体之间产生强烈的搅拌作用形成涡流，大大强化了气泡紊动扩散作用，确保了曝气池水体中的溶解氧在纵向快速分布均匀；另外通过微孔同心圆环管和微孔连通管的布置使得本发明曝气管系统的服务面积显著增加，故可相应的减少微孔曝气管的布置密度，节省了管材。因此采用本发明旋转式微孔曝气圆环盘管系统能大幅提升曝气效率，确保整个曝气池内水体溶解氧分布更均匀，实现曝气池的高效低耗运行，降低了好氧过程的运行成本，同时较之传统的微孔曝气管，本发明也将使得曝气管管材量大为减少，降低了建设成本。
图I本发明微孔同心圆环盘管组结构及微孔曝气圆环盘管组直线型布置示意2本发明微孔同心圆环盘管组结构及微孔曝气圆环盘管组环型布置示意3本发明微孔同心圆环盘管组俯视图
具体实施例方式现以三根微孔圆环管和十二根微孔连通管连接成一体盘管并与竖直旋转主管连通组成微孔同心圆环盘管组为例，结合附图进一步说明本发明是如何实施的
微孔同心圆环盘管组由水平微孔同心圆环管Yl、Y2、Y3，竖直旋转主管X，微孔连通管LI、L2、L3组成，微孔连通管LI、L2、L3各四根，分别两两垂直对称连接在X与Yl、Yl和Y2、Y2和Y3之间，LI、L2、L3各管均匀等间隔分布。微孔连通管LI与竖直旋转主管X、微孔圆环管Yl分别有连通孔Tl、T2，微孔连通管L2与微孔同心圆环管Yl、Y2分别有连通孔T3、T4，微孔连通管L3与微孔同心圆环管Y2、Y3分别有连通孔T5、T6。旋转主管下端通过带传导轴承的三通2与输气干管I连通，上端连接在固定于曝气池池顶的旋转驱动及控制机构4上，而输气干管I则通过固定支架3固定于曝气池池底上。三套旋转式微孔曝气圆环盘管系统中各微孔同心圆环盘管的圆心可布置在同一直线上(如附图I所示)，也可布置在同一圆环上(如附图2所示)。本具体实施方式
以三套旋转式微孔曝气圆环盘管系统的直线型布置和环型布置为例进行说明，也可根据曝气池的具体形状和尺寸采用其他布置形式。各旋转主管管中心间距为6m，保持各套旋转式微孔曝气圆环盘管系统中同心圆环盘管距离曝气池池底50cm距离。本发明微孔同心圆环管和微孔连通管都采用弹性橡胶材料成型，旋转主管为硬质塑料成型。微孔同心圆环管和微孔连通管管壁厚度都为2. 5mm，旋转主管管壁厚度为3. 5_。微孔同心圆环管、微孔连通管以及旋转主管与微孔连通管之间都采用热熔焊接。微孔圆环管Yl内径为60mm,管壁均勻布置微孔K2,其孔径为1.5mm,开孔率为5% ;微孔圆环管Y2的内径为40mm，管壁均匀布置微孔K4，其孔径为O. 6mm,开孔率为12%;微孔圆环管Y3内径为20mm，管壁均匀布置微孔K6，其孔径为O. 15mm，开孔率为20%。旋转主管X的内径与微孔圆环管Yl的内径相同，为60mm。微孔连通管L1、L2、L3的管壁厚度都为2_，管长都为O. 5m。连接在微孔圆环管Yl与旋转主管X之间的微孔连通管LI内径是所连接的微孔圆环管Yl内径的一半，为30mm，在微孔连通管LI的管壁均匀布置有微孔Kl，其孔径为O. 75_，开孔率为10%;连接在微孔圆环管Yl与Y2之间的微孔连通管L2内径是所连接的较小内径微孔圆环管Y2内径的一半，为20mm，在微孔连通管L2的管壁均匀布置有微孔K3，其孔径为O. 45mm，开孔率为20% ;连接在微孔圆环管Y2与Y3之间的微孔连通管L3的内径是所连接的较小内径微孔圆环管Y3内径的一半，为10mm，在微孔连通管L3的管壁均匀布置有微孔K5，其孔径为O. 1mm，开孔率为 30%。当曝气池进行曝气时，经空压机加压后的空气经输气干管I和三通2后由竖直旋转主管X进入旋转式微孔曝气圆环盘管系统中的微孔同心圆环管Yl、Y2、Y3和微孔连通管L1、L2、L3，同时旋转驱动及控制机构4带动旋转主管X高速转动，而旋转主管X又带动微孔同心圆环管Yl、Y2、Y3和微孔连通管LI、L2、L3作同轴同速度的转动。空气从微孔圆环管Yl上的微孔K2、微孔圆环管Y2上的微孔K4、微孔圆环管Y3上的微孔K6、微孔连通管LI上的微孔K1、微孔连通管L2上的微孔K3以及微孔连通管L3上的微孔K5等微孔孔口挤出形成大量的微小气泡，同时由于微孔同心圆环管和微孔连通管的快速转动使这些微小气泡在水中呈螺旋状上升从而增加了气泡与水体的接触时间，加大了氧的界面相际传质量，另外 由于这些螺旋状上升的气泡对曝气池内水体产生了强烈的搅拌作用形成涡流，大大强化了 气泡紊动扩散作用，确保了传递到曝气池水体中的溶解氧在横、纵向快速分布均匀，实现了曝气池高效低耗的运行。
权利要求
1.、ー种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，由输气干管、旋转驱动及控制机构和微孔同心圆环盘管组组成，其特征在于每个微孔同心圆环盘管组由ー根竖直旋转主管和ー个水平微孔同心圆环盘管组成，该水平微孔同心圆环盘管是由从内至外的多根微孔同心圆环管及在相邻内外环管之间径向均匀间隔设置的微孔连通管联接组成的一体盘管，该盘管中心内环管通过径向间隔设置的微孔连通管与竖直旋转主管连通，多组微孔同心圆环盘管组间隔设置，各组旋转主管上端分别与旋转驱动及控制机构连接、下端分别与输气干管连通，构成旋转式微孔曝气圆环盘管系统。
2.根据权利要求I所述的ー种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，其特征在于微孔同心圆环盘管组中由外到内各微孔同心圆环管内径按比例増大，其由外到内各微孔同心圆环管内径比为I :2 …N，其中N为微孔同心圆环盘管组中微孔同心圆环管的总根数。
3.权利要求I所述的ー种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，其特征在于连接旋转主管与微孔同心圆环盘管组中心内环管的微孔连通管内径与所连接的中心内环管内径的比为I :2。
4.根据权利要求I所述的ー种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，其特征在于连接相邻微孔同心圆环管的微孔连通管内径与所连接的内径较小的微孔同心圆环管内径的比为I :2。
5.根据权利要求I所述的ー种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，其特征在于微孔同心圆环盘管组中微孔同心圆环管管壁上的曝气微孔孔径为O. 15mm I. 5mm，且随微孔同心圆环管内径的增大而増大。
6.根据权利要求5所述的ー种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，其特征在于微孔同心圆环盘管组中微孔同心圆环管管壁上的曝气微孔开孔率为5 20%，且随微孔同心圆环管内径的増大而减小。
7.据权利要求I所述的ー种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，其特征在于微孔连通管管壁上的曝气微孔孔径O. Imm O. 75mm，且随微孔连通管内径的増大而增大。
8.根据权利要求I所述的ー种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，其特征在于微孔连通管管壁上的曝气微孔开孔率为10% 30%，且随微孔连通管内径増大而减小。
全文摘要
本发明一种用于污水处理的旋转式微孔曝气圆环盘管系统，属污水处理微孔曝气管设备领域，特点是微孔同心圆环盘管组由一根竖直旋转主管和一个水平微孔同心圆环盘管组成，该水平微孔同心圆环盘管是由从内至外的多根微孔同心圆环管及在相邻内外环管之间径向均匀间隔设置的微孔连通管联接组成的一体盘管，该盘管中心内环管通过径向间隔设置的微孔连通管与竖直旋转主管连通，多组微孔同心圆环盘管组间隔设置，各组旋转主管上端分别与旋转驱动及控制机构连接、下端分别与输气干管连通，构成旋转式微孔曝气圆环盘管系统，本发明大幅提升曝气效率，确保整个曝气池内水体溶解氧分布更均匀，降低了好氧过程的运行成本，实现曝气池的高效低耗运行。
文档编号C02F3/02GK102674533SQ20121014238
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者曾祥英, 李尔, 熊卫民, 邹惠君, 饶世雄 申请人:武汉市政工程设计研究院有限责任公司