一种旋转式曝气装置及其机械和空气压缩一体化曝气方法与流程

本发明涉及污水处理的曝气技术领域，尤其适用于农村和小城镇生活污水处理以及工业废水的曝气。

背景技术：

曝气作为污水好氧生化处理系统的一个重要工艺环节，它的作用是向反应器内充氧，保证微生物生化作用所需之溶解氧，并保持反应器内微生物、底物、溶解氧，即泥、水、气三者的充分混合，为微生物降解有机物提供有利的生化反应条件。同时，曝气也是污水好氧生化处理系统中运转费用最高的工艺环节，曝气充氧电耗一般占总动力消耗的60％～70％，因此优选能耗少、造价低的曝气装置具有重要意义。

常用的曝气方法主要有机械曝气和鼓风曝气两种方法。机械曝气是指通过借助机械设备(如叶片、叶轮等)使活性污泥法曝气池中废水和污泥充分混合，并使混合液液面不断更新与空气接触，来增加水中的溶解氧的方法。目前广泛采用的曝气机主要有表面曝气机和浸没式涡轮曝气机两类。这种曝气方法设备简单，维护管理方便，常用于较小的曝气池。鼓风曝气是通过具有一定风量和压力的鼓风机利用连接输送管道，将空气通过曝气器强制加入到污水池中，使池内污水与空气充分接触。鼓风曝气具有效率高，但前期投资成本较高，曝气器容易堵塞，更新和维护复杂。

本发明提供一种曝气方法，结合机械曝气的投资成本低和鼓风曝气的效率高等优点，具有较高的应用价值。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种旋转式曝气装置及其机械和空气压缩一体化曝气方法，经济性高、运行高效和稳定、结构简单、操作和维护方便。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种旋转式曝气装置，包括曝气元件、旋转支架、曝气池体和驱动设备，所述驱动设备与旋转支架的中心转轴驱动连接，所述旋转支架架设在曝气池体上，所述曝气元件均匀分布固定在旋转支架的连接端上。

进一步的，所述旋转支架包括支撑架结构、固定结构和转轴，所述支撑架结构包括若干根均匀分布连接在转轴上的支撑杆，所述固定结构为环形框架，与均匀分布的支撑杆固定连接。

进一步的，所述曝气元件为带有贯穿条形缺口的圆筒状结构，与旋转支架所在平面垂直。

进一步的，所述曝气元件亦可采用其它结构。

进一步的，所述曝气元件的缺口所对应的圆心角为5～40°。

进一步的，所述曝气元件的缺口的开口方向与对应的支撑杆所夹圆心角θ为90～125°。

进一步的，所述曝气元件的缺口的两端，沿长度方向分布设置有锯齿状结构。

进一步的，所述曝气元件的外侧壁沿着圆弧方向开有若干条细缝凹槽，所述细缝凹槽与条形缺口之间相互垂直。

一种旋转式曝气装置的机械和空气压缩一体化曝气方法，具体如下：

一个转动周期中，曝气元件首先内部装满水，并随着旋转支架的转动而被带出水面，由于曝气元件的缺口的开口方向与支撑杆所夹圆心角θ固定不变，转动过程缺口相对曝气元件内水面不断降低，曝气元件的内部携带水不断从缺口溢流；

缺口为锯齿状结构，能够将溢流水切割成若干细水流，一部分细水流在跌落过程中断落成若干个细小的液滴，液滴在跌落过程中得到充氧；另一部分细水流由于旋转支架具有较慢的转动速度，沿着曝气元件外侧与缺口垂直连通的细缝凹槽流动，延长其在空气中的暴露时间，与此同时，细流沿着外侧细缝凹槽流动，细水流被进一步切割成更细的水流，并最终跌落至水面，跌落过程中细水流断落形成的液滴得到充氧；

旋转支架不断转动，曝气元件携带水溢流完全后，曝气元件内部充满空气，随后被带入水面以下；

随着曝气元件内的水位不断上升，导致曝气元件内空气不断被压缩，空气与水在两相接触面氧传质速度加快；

曝气元件的缺口旋转至压缩空气边缘时，空气开始不断溢出，经缺口两端的锯齿状结构切割后形成若干个细小的气泡，气泡在上升过程中与水不断传质，同时，无数上升过程中气泡不断变大，曝气池内水得到一定程度搅拌；

曝气元件内压缩空气排尽后，其内部充满水，此时，曝气元件接近水面，一个完整的转动周期结束。

有益效果：(1)本发明提供一种旋转式曝气装置及其机械和空气压缩一体化曝气方法，曝气元件在周期性旋转过程中，将水从曝气池携带至曝气元件中，曝气元件缺口与支撑杆固定的夹角保证转动过程中水能从曝气元件缺口中流出，缺口的锯齿结构保证溢流的水被切割成若干条细流，被切割的细流具有较大的水流比表面积，通过跌水得到充氧，除此之外，缓慢的转动速度使得剩余的细流沿着曝气元件表面的细缝凹槽流动，延长其在空气中的暴露时间，再者，经锯齿切割的细流被曝气元件表面细缝进一步切割，水流比表面积进一步增大，提高水的充氧量。(2)曝气元件携带的水溢流完后，曝气元件内部充满空气，该部分空气经旋转后被带入曝气池内。随着旋转的继续，曝气元件内空气被不断被压缩，压力的增大促使压缩空气中氧与进入曝气元件内的水在两相接触面传质速度加快。随着进一步的旋转，曝气元件缺口转动至压缩空气边缘时，压缩空气开始从缺口处溢出，缺口的锯齿状结构将空气切割成若干细小气泡，强化了气泡与水的传质效果，与此同时，不断上升的气泡使得曝气池内水得到进一步的搅拌。(3)旋转式曝气系统周期性的旋转，能够保证曝气池内水得到充分搅拌，有利于水中氧气得到充分扩散，提高曝气效果。

附图说明

附图1为本发明中的曝气系统主视图；

附图2为本发明中的曝气系统侧视图；

附图3为本发明中的曝气元件截面图；

附图4为本发明中的曝气元件缺口放大图；

附图5为本发明中的曝气元件展开图及剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1和2，一种旋转式曝气装置，包括曝气元件1、旋转支架、曝气池体4和驱动设备，所述驱动设备与旋转支架的中心转轴驱动连接，所述旋转支架架设在曝气池体4上，所述曝气元件1均匀分布固定在旋转支架的连接端上。具体的，所述旋转支架包括支撑架结构2、固定结构3和转轴10，所述支撑架结构包括若干根均匀分布连接在转轴10上的支撑杆，所述固定结构3为环形框架，与均匀分布的支撑杆固定连接，相邻曝气元件1所夹圆心角相等，均匀的分布在支撑杆的连接端上。所述驱动设备包括电机9和传动机构8，所述电机9通过传动机构8与转轴10驱动连接，驱动旋转支架旋转，从而带动曝气元件1以转轴10为圆心旋转。其中，密封组件7保证转轴10和曝气池体4具有良好的密封性。

如附图3，所述曝气元件1为带有贯穿条形缺口的圆筒状结构，亦可采用其它形状结构，与旋转支架所在平面垂直。所述曝气元件1的缺口对应的圆心角需控制在一定范围内，圆心角太大，携带水量和压缩空气量有限，影响曝气和搅拌效果，圆心角太小，水不易从缺口进入曝气元件，无法完成携带水功能，影响曝气效果。本发明中，缺口所对应的圆心角为5～40°。曝气元件1开口方向与对应的支撑杆所夹圆心角θ固定不变，不随曝气主体旋转而改变，且θ应控制在一定范围内，θ太大和太小均导致携带水量和压缩空气量有限，影响曝气和搅拌效果。本发明中，缺口的开口方向与支撑杆所夹圆心角θ为90～125°。

所述曝气元件1的缺口的两端，沿长度方向分布设置有锯齿状结构。缺口两端放大如图4所示，两端的锯齿状结构，曝气元件1转动至空气中时，锯齿状结构能够将曝气元件1内部携带水切割成若干条细水流，提高曝气效果；曝气元件1转动至水面下时，锯齿状结构能够将曝气元件1内部的压缩空气，切割至若干个细小气泡，增强水与压缩空气的氧传质效果。

所述曝气元件1的外侧壁沿着圆弧方向开有若干条细缝凹槽，所述细缝凹槽与条形缺口之间相互垂直。展开和剖面如图5所示，旋转支架缓慢的旋转速度能够保证一部分溢流水沿着曝气元件1外侧细缝凹槽流动，延长其在空气中的暴露时间，同时，经锯齿结构切割的细流被曝气元件1表面细缝凹槽进一步切割，水流比表面积进一步增大，提高水的充氧量。

一种旋转式曝气装置的机械和空气压缩一体化曝气方法，具体如下：

一个转动周期中，曝气元件1首先内部装满水，并随着旋转支架的转动而被带出水面，由于曝气元件1的缺口的开口方向与支撑杆所夹圆心角θ固定不变，转动过程缺口相对曝气元件1内水面不断降低，曝气元件1的内部携带水不断从缺口溢流；

缺口为锯齿状结构，能够将溢流水切割成若干细水流，一部分细水流在跌落过程中断落成若干个细小的液滴6，液滴6在跌落过程中得到充氧；另一部分细水流由于旋转支架具有较慢的转动速度，沿着曝气元件1外侧与缺口垂直连通的细缝凹槽流动，延长其在空气中的暴露时间，与此同时，细流沿着外侧细缝凹槽流动，细水流被进一步切割成更细的水流，并最终跌落至水面，跌落过程中细水流断落形成的液滴6得到充氧；

旋转支架不断转动，曝气元件1携带水溢流完全后，曝气元件1内部充满空气，随后被带入水面以下；

随着曝气元件1内的水位不断上升，导致曝气元件1内空气不断被压缩，空气与水在两相接触面氧传质速度加快；

曝气元件1的缺口旋转至压缩空气边缘时，空气开始不断溢出，经缺口两端的锯齿状结构切割后形成若干个细小的气泡5，气泡5在上升过程中与水不断传质，同时，无数上升过程中气泡5不断变大，曝气池内水得到一定程度搅拌；

曝气元件1内压缩空气排尽后，其内部充满水，此时，曝气元件1接近水面，一个完整的转动周期结束。

本发明中的旋转式曝气装置及其机械和空气压缩一体化曝气方法，可适用于水体的充氧、农村和小型城镇生活污水生物好氧处理曝气部分和工业废水生物好氧处理曝气部分，根据处理水量和进出水溶解氧值，确定曝气池大小、曝气主体旋转支架的半径、曝气元件半径和数量等若干技术参数，本发明集合鼓风曝气和表面曝气优点，无需设置风机房和搅拌器，初期投资小，运行稳定且充氧效果好，同时具备维护费用低等若干优点，有利于进一步推广，具有广阔的应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。