曝气装置及应用该装置进行有氧的生物处理的方法

专利名称:曝气装置及应用该装置进行有氧的生物处理的方法
本发明涉及在液体中弥散与溶解气体所用的装置，具体地说，涉及适合于以含气泡流的形式喷射常压氧气、并将所喷射的氧气溶解在其周围环境的水中所用的曝气装置，也涉及应用此种曝气装置对有机废水、用于生物工艺学中的各种液体介质及湖水进行有氧的生物处理的方法。
已知的传统用于在液体中溶解气体的装置，包括例如在水中溶解常压氧气的装置，该装置包含放置在水箱中用作透过所述的水吹送气体的空气扩散器管道;在水中溶解常压氧气的装置。该装置包含喷射器机构用作把空气与水先进行混合而后喷射所生成的混合物(例如，描述在日本实用新型第42560/′82号及日本专利公开第41290/′82中)。
然而，当使用空气扩散器管道型装置时，则形成相当大(其直径为十或几十毫米)的空气泡。基于此理由，常压氧气的溶解效率(即溶解的氧气量与供应的氧气量之比)是很低的，以致最大的氧气溶解效率竟低到只有7%而已，因此，在放置空气扩散器管道的水箱中的水所含的平均氧气浓度是非常低的。另一方面，喷射器型的装置则能以水平流的形式泄放微小的空气泡。因此，当将应用喷射型的装置的方法与应用空气扩散器管道或机械通气装置的方法进行比较时，则前者较后者在氧气溶解效率相对来说要高，且空气能相对地、均匀地弥散在整个需进行处理的水中。不过，传统的喷射器的缺点是只在空气对水的混合物比例约为1/1或较低时才能产生含微小空气泡流。当空气的供应量增加时，所生成的空气泡的直径也会变大，这些空气泡变得更倾向于聚结在一起而成为更大的空气泡，以致空气泡在水中的弥散程度变得更差，从而降低了氧气的溶解效率。基于此理由，欲供应足够大量的气体就变得不可能了。
本发明的一个目的为提供一种曝气装置，即使对该装置供应的气体达到气体对液体的体积比为3/1，仍能产生含微小空气泡流而不致引起其发生聚结作用。
本发明的另一个目的为提供应用一种用曝气装置对废水进行有氧的生物处理的方法，其中所用曝气装置向整个废水均匀地供应微小空气泡，以便实现高的氧气溶解效率，从而能高效率地处理废水。
按照本发明提供的曝气装置包含一个喷射流发生器，用作从一喷咀喷射处于混合状态下的一种气体和一种液体;及一个管状流道矫直器，用作把从喷咀喷出的含空气泡流与周围环境的水混合，并从其中的泄放喷咀泄放出生成的该混合物，其特征在于，所述喷射流发生器具有一个液体入口;至少一个气体入口;一个外部喷咀及至少一个内部喷咀;所述液体入口通过内部喷咀与喷射流发生器的内部空间相连通;所述流道矫直器呈管状形式，其内径在由入口朝向泄放喷咀的至少其一段长度上是逐渐缩小;而外部喷咀是如此放置，以使它与流道矫直器基本上共轴，其咀尖则信于邻近该流道矫直器的入口之处。
按照本发明也提供一种有氧的生物处理盛装于水箱中废水的方法，所述方法包括下列步骤a)提供一个曝气装置，它包含一个喷射流发生器以便从喷咀喷射处于混合状态的一种气体和一种液体;及一个管状流道矫直器以便把从喷咀喷射的含空气泡流与周围环境的水混合，并从其中的泄放喷咀泄放出所生成的混合物。其特征在于，所述喷射流发生器具有一流体入口;至少一个空气入口;一个外部喷咀及至少一个内部喷咀;所述液体入口通过内部喷咀与喷射流发生器的内部空间相连通;所述流道矫直器呈管状形式，其内径在由入口朝向泄放喷咀的至少其一段长度上是逐渐缩小的;而外部喷咀是如此放置，以便它与流道矫直器基本上共轴，其咀尖则位于邻近该流道矫直器的入口之处。
b)将所述曝气装置安装于水箱中，使该曝气装置至少位于水面下2米的地方，而流道矫直器的泄放喷咀位于沿从泄放喷咀泄放出的含空气泡流的流道方向上测出泄放喷咀至水箱上的与其相对的壁的距离不少于3米;
c)在水箱中放置两个隔板，使该隔板基本上与从泄放喷咀泄放的含空气泡流平行，隔板所限定的部分其宽度不于5米，而所述通气装置是放置在与该两隔板等距离的位置上;
d)向曝气装置供应一种气体及一种流体，以便在泄放喷咀处产生流速不少于每分1.5米的含空气泡流。
图1及2说明本发明的曝气装置的两个基本具体实施例的截面简图。
图3至7说明本发明的曝气装置的一些改良的具体实施例的截面简图。
图8至9为用一个或多个按照本发明的方法所用的隔板把一个水箱分隔成多个部分的平面简图;及图10为图9说明的水箱的截面简图。
本发明的曝气装置将参照附图更详细地加以说明。
图1及2说明本发明的曝气装置的两个基本具体实施例的截面简图。图1说明的具体实施例中的流道矫直器包含一个单管，而图2说明的具体实施例中的流道矫直器包含一个套管。
本发明的曝气装置包括一个喷射流发生器1及一个流道矫直器2。所述喷射流发生器1具有一个液体入口3，一个气体入口4，一个外部喷咀5及一个内部喷咀6，而内部喷咀6位于喷射流发生器1之内。所述液体入口3通过内部喷咀6与喷射流发生器1的内部空间相连通。
虽然每个喷咀可由狭窄的、直的管子组成的，但从该管有一部分在朝向咀尖的方向上其内径是连续地缩小为最好。在所述说明的具体实施例中，虽然所述喷咀是如此放置，以使它们指向同一方向，并彼此间互相校直，但这样的放置并非是必需的。例如，各喷咀可放置于彼止间成120°角的位置上。
需供应到喷射流发生器1中的液体是通过液体入口3导入的，然后通过内部喷咀6注射入喷射流发生器1的内部空间。因此，所述液体通常是以1至40公斤/平方厘米(表压)的压力、最女为1.5至25公斤/平方厘米(表压)的压力供应的。虽然，所述气体入口4为导入含氧气体如空气、纯氧气或富氧空气的入口处，有高浓度的氧气溶解于其中的水也可由此处导入于喷咀流发生器中。由内部喷咀6注射的流体与由气体入口4供应的气体，在喷射流发生器内混合在一起形成包含微小气泡的液体。并从外部喷咀5把这含微小气泡的液体喷到喷射流发生器1的外部。
当以5至40公斤/平方厘米(表压)的压力向喷射流发生器供应液体，并以0.2至0.7公斤/平方厘米(表压)的压力向喷射流发生器供应气体时，所述的气体则会令人满意地弥散和溶解在液体中。其结果，从流道矫直器泄放出来的液体包含很微小气泡(其直径为1毫米或更小)并容许这些微小气泡弥散在整个水箱的废水中。
所述流道矫直器2包含一个开孔管子，其内径在入口7处为最大，在由入口7朝向泄放喷咀8里通过至少其一段长度上其内径是逐渐缩小的。更具体地说，所述内径在由入口7至泄放喷咀8的整个长度方向上是连续地缩小着，或者只在介于由入口7至介于入口处至泄放喷咀间以一个点上所伸展的长度部分其内径是连续地缩小着。在后一种情况下，即只在由入口7至介于入口与喷咀间的一个点上所伸展的长度部分其内径是连续地缩小着，而其余部分的内径则保持不变，或者相反，甚至可有所增加。从入口7开始的管子内径连续地缩小的那一段长度最好不少于流道矫直器之总长L的1/4，以约2/3至1/3为更好。
所述流道矫直器2呈管状形式，其内径从入口7处朝向泄放喷咀8通过至少其一段长度上连续地缩小着，这一点极为重要。也就是这种管状形式使之能保持气泡的微小性而不致在其中发生聚结作用，甚至当气体对流体的混合比被提高2/1至3/1的级别，仍然不会发生聚结作用。所述流道矫直器2的入口7处的内径为1.4至4倍于该流道矫直器2的最小内径B。
所述流道矫直器可用各种材料制造。虽然所述流道矫直器的内部表面可稍为粗糙些，但以尽可能光滑的内部表面为最好。尤其是在具有最小内径的部分，其表面粗糙的程度对含空气泡流中的气泡的状态产生很大的影响作用。
所述喷射流发生器1与所述流道矫直器2之间的位置关系必须使外部喷咀5放置在与流道矫直器2共轴的位置，且喷咀5的咀尖部分须放置在邻近流道矫直器入口7处。所述外部喷咀5的咀尖部分不必深入地插在流道矫直器的内部空间内，但只须外部喷咀5放置于能把它所喷射的所有含空气泡流能被流道矫直器接受的位置即可。在极端的情况下，外部喷咀的咀尖可放置在恰好为流道矫直器的入口处的外面。然而，通常是以把外部喷咀的咀尖恰好放置在流道矫直器的入口处的里面为宜。
在这种曝气装置中，当喷射流发生器1的外部喷咀5的内径用A表示，而流道矫直器的嗫小内径用B表示时，则A/B的值以0.1至0.5及外部喷咀5的总长L以20A至100A为最好。
如果A/B之值小于0.1，则从泄放喷咀泄放的含空气泡流的流速会减慢，而吸入周围环境的水吸力也会减弱，因而空气泡的弥散效应会降低，结果生成的空气泡的直径有变大的趋势。另一方面，如果A/B之值大于0.5，则在流道矫直器2内会增加涡流的形成，而使空气泡间相互碰撞并使空气泡增大。
如果外部喷咀5之总长L小于20A，流道矫直器2不能充分显示其密切混合空气泡与周围环境的水的功能，从而不能避免空气泡发生聚结作用;也不能充分显示其消除溶解的氧气浓度的局部高峰值的功能来以便改进氧气溶解效率。另一方面，如果总长L大于100A，流道矫直器就过分长了，空气泡的聚结作用又会有再次发生的趋势，从而使泄放喷咀8泄放的含空气泡流的流速会慢到不可接受的程度。
虽然如上所述流道矫直器可只包含一个单管，但也可用如图2所示的具有套管形式的流道矫直器。在这种情况下，如上所述，流道矫直器的主体或外部管2呈管状形式，而其内部管9包括具有类似外部管2的形状的开口端的管子。如图2所示，外部管2与内部管9放置在使内部管9与外部管2基本上成为共轴的，而内部管的入口10基本上与外部管的入口7处不平齐的位置。当内部管的最小内径用C表示时，则C/B之值以0.5至0.7而内部管的总长L′较外部管的总长L要小且L′在10A至50范围内为最好。具有这种套管形式的流道矫直器比起图1所示的单流形式的流道矫直器的优点在于含空气泡流的泄放距离是比较长的。
基本上，本发明的曝气装置具有上述的结构。然而，可进行各种改良和/或提供辅助装置以便形成更微小空气泡并改进氧气溶解效率。
在一个优选的改良的具体实施例中，在喷射流发生器中提供一个串连安排的多个内部喷咀。图3所显示的一个具体实施例其中两个内部喷咀是串连安排的。在这情况下，喷射流发生器具有液体入口3，第一与第二气体入口12与13，一个外部喷咀5，及第一与第二内部喷咀14与15。喷射流发生器1的内部空间被第二内部喷咀15分隔成第一室16与第二室17。第一室16与第一气体入口12相连通，并通过第一内部喷咀14也与液体入口3相连通。第二室17与第二气体入口13及外部喷咀5相连通。通过第一喷咀14供应的液体及通过第一气体入口12供应的气体在第一室16中混合在一起形成含微小气泡的液体。此种含空气泡液体通过第二内部喷咀15注射入第二室17中，于此处该含空气泡液体与第二气体入口13供应的气体进行混合形成含更微小气泡的液体。然后将这含空气泡的液体从喷咀5喷射到喷射流发生器1的外部。
当第二内部喷咀15的咀尖部分的内径用A′表示，而外部喷咀5的咀尖部分的内径用A表示时，A′/A之值最好不大于1。如此比值大于1，安排成串连形式的内部喷咀的作用会被减低。如果此比值是0.8或更小，在第一室16中的气体溶解效应得到提高，而在第二室17中所述气体会更紧密地与所述液进行混合，从而使自流道矫直器泄放出来含空气泡流变但更均匀。
虽然应用两个安排成串连形式的内部喷咀已在上述具体实施例中叙述过，但也还可以对喷射流发生器提供三个或更多的安排成串连形式的内部喷咀。
在另外曝气装置的优选改良的具体实施例中，如图4及5所示可在喷射流发生器中放置折流板。折流板18或19的作用机理是使由液体入口3供应的、通过内部喷咀6注射入喷射流发生器1的内部空间恰好发生相当程度的减压的液体与折流板18或19发生碰撞而在喷射流发生器1的内部空间产生涡流，而通过气体入口4导入到这些涡流的供应气体，使气体与液体的混合更为紧密。提供了折流板后，便可显著的提高喷射流发生器中的气体与液体的混合效应。此外，喷射流发生器不仅仅具有混合气体和液体形成含微小气泡流的功能，而且还具有把气体溶解在液体中的功能。提供了折流板后，在内部喷咀与外部喷咀之间形成一狭缝，使气体弥散溶解于液体中的功能，由于该狭缝的作用而得到提高。当曝气装置在用于生物处理过程中时，通过液体入口供应的液体可包括含悬浮固体物质的原始废水。特别是在这种情况下，所述的曝气装置可能不能把气体与液体紧密地混合起来，从而使之难以形成含微小气泡流而喷咀出去。然而提供了折流板后，则容许曝气装置以大范围的气体与流体的混合比值形成含微小气泡流而喷射出去。
所用的折流板可为具有各种形状的部件。然而，以应用具有锥体形状或截平锥体形状且其顶尖指向内部喷咀为最好。所述的折流板基本上适宜置于内部喷咀的咀尖与外部喷咀的入口之间的中间位置。
图6与7所表示的两个具体实施例中，在液体入口3及喷射流发生器的内部喷咀5间放置一个碎化装置20或21。如上所述，当应用本发明的曝气装置来处理有机废水时，往往需要利用该废水本身作为曝气装置的液体供应。然而，废水通常包含粗大的颗粒如微生物的絮凝物或污染物。如果将包含这些粗大的颗粒物的液体供应到曝气装置中时，某些颗粒物相对来说是易于碎化，但另一些则保持粗大颗粒。这些粗大的颗粒不仅聚集其周围的气泡，使之难以形成含微小气泡流而喷射出去，而且还粘附在喷咀的边缘而引起其他各种问题。相反，如果将这些粗大颗粒先捣碎成具大小级别为0.1至2毫米的碎片，而后供应到喷射流发生器、氧气将溶解在这些碎片的核心部分，因此，起到形成更微小气泡并促成氧气的溶解量的增加。
因此，提供碎化装置20或21是为了把供应液体中出现的粗大颗粒捣碎从而形成更为微小的气泡并促使溶解的氧气增加。所述供应液体是通过液体入口，经碎化装置，而把液体导入喷射流发生器的内部喷咀，并一直向前推进。
为此目的，可使用各种碎化装置，所述装置须能在液体强流之中，通过与之发生撞击而能把剪应力加在液体中出现的粗大颗粒。
在图6所示的具体实施例中，虽然应用了静态混合器20作为碎化装置，也可以应用其他任意静态型的碎化装置，如拉西环或随意卷曲的铁丝等。图7所示的具体实施例中将能产生涡流的叶轮21用作碎化装置。因此也可应用各种动态型的碎化装置。
碎化装置20或21不仅能捣碎如微生物或无机组分成碎片，还可起到将废水的生物处理过程中加入到处理箱中的各种物质有效地弥散的作用。所述加入的各种物质包括如主要由氮和磷组成的微生物的营养物，为加速沉积作用所使用无机物及絮凝剂，及为改进水处理效应的改性菌类的制剂。
本发明的曝气装置不仅在有氧生物处理诸如有机废水应用于生物工艺学过程中的各种液体介质及湖水等处理过程中作为在液体中溶解氧气的装置是有用之外，也在消毒净化过程中溶解臭氧、在包含还原物质的溶液中溶解氧气及在用于溶液培养的养殖中向营养溶液供应氧气等的有效应用方面是有用的装置。
当空气与水的混合比值为1/1或更高时，传统的喷射器的缺点在于它难以泄放和弥散微小空气泡，因而大部分空气泡聚结并向大气中散逸，这样微小空气泡只能在近离喷射器的喷咀的地方弥散。相反，本发明的曝气装置则没有这些缺点，甚至在空气与水的混合比值为1/1或更高时，依然没有上述缺点。因此，本发明的曝气装置，可在相当广泛的空气与水的混合比值范围内，在相当长的距离内弥散微小空气泡，因而达到高的氧气溶解效率。本发明的曝气装置的进一步特征在于溶解氧气的浓度可依赖于待处理的废水的特性通过改变所供应到喷射流发生器的水量及压力及通过气体入口导入的气体的量与压力而在广泛的范围进行控制。
本发明的曝气装置优选应用于有氧的生物处理在这情况下，一个理想的有氧生物处理其特征为一个高的氧气溶解效率及均匀的溶解氧气的分布可通过适当的决定安装该曝气装置的水箱的尺寸，安装该曝气装置的位置及从曝气装置泄放含空气泡流的流速而实现的。
现将本发明的有氧的生物处理方法叙述如下。
本发明的方法，将所用的上述曝气装置安装于水箱中离水面不少于2米的深度的位置。这里所谓安装曝气装置的“深度”是指从水平到流道矫直器的纵向轴的距离。刚从曝气装置泄放的微小空气泡具有高的氧气分压，溶解于废水中的氧气的量随空气泡和废水接触的时间成正比的增加。如果把曝气装置安装于水面下少于2米的深度的位置时，则容易使曝气装置泄放的空气泡流增加其水平流速，因而加强了表现搅拌力。然而，由于较低的流体压力使空气泡的直径有增大的趋势，从而使空气泡更迅速地向水表面散逸。因此，氧气溶解效率必然降低，同时也不易使溶解氧气的浓度变成均匀。
此外，在实现本发明的方法时，将盛装待处理废水的水箱分隔成多个具特定尺寸的部分。更具体地，在水箱中放置一个或多个隔板以便形成多个基本上彼此平行并具宽度不大于5米的部分。在每个部分中，各装上一部曝气装置并使之位于与隔板(能够是水箱的边壁)等距的地方。由该装置泄放的含空气泡流的方向基本上与隔板平行，而泄放喷咀8的位置距离它所对面的水箱的边壁依含空气泡流的方向测量不少于3米。曝气装置与其背后的水箱的边壁的距离须尽可能地短。
更具体地，在水箱具有纵向尺寸不少于3米及横向尺寸不大于5米的情况下，有氧的生物处理可在不必分隔的水箱中进行。为完成此处理过程须把曝气装置安装成使之邻近水箱的横向边壁而含空气泡流是朝着平行于水箱的纵向边壁泄放的。然而，当水箱为矩形并具横向尺寸大于5米的情况，则需把隔板24-27放置在水箱22或23中，以便将之分开成具宽度不大于5米的多个矩形部分，如图8与9所示。在每个如此分隔的部分中，曝气装置28-33安装成使其泄放喷咀距离其所面对的水箱22或23的边壁不少于3米。在说明图中虽然每个部分安装一部曝气装置，但当从前一个部分曝气过程供应到下一部分的废水中氧气的含量足够高时，则不必在其他的部分安装曝气装置。
当然，前述的隔板可包括水箱的边壁。如图8与9所示，隔板24-27只需在某种程度上防止水箱中废水的自由流动，而非需要完全分隔水箱以致防止废水从一个部分流动到其他部分。那就是，隔板的唯一功能为容许各部分的废水被含空气泡流所完全搅拌并均匀曝气。
在本发明的处理方法中，水箱的尺寸具有非常重要的意义。如果泄放喷咀8距离其所面对的水箱的边壁依含空气流的流动方向上测量少于3米时，空气泡将更频繁地彼此碰撞并由于激烈湍流使之向水表面散逸，因而导致氧气的溶解不足。从实用的观点来看，泄放喷咀8与其所面对的水箱的边壁的距离最好为约7至18米，虽然这须依赖于水箱的横向尺寸而定。
如果没有在水箱中提供平行于含空气流的隔板或如果邻近隔板间的距离大于5米，含空气泡流在废水中的扩散将有方向性的降低趋向而变成非均匀，并导致某些区域出现较差的曝气情况。从实用的观点来看，邻近隔板间的距离以0.7至3米为最好，因为可以提供在含空气泡流的流动方向上相对高的流动速度。
在本发明的方法中，水箱中的废水是用作曝气装置的供应液体。然而，也可以用原始废水。当应用水箱中的废水供应到曝气装置中，则可达到更为有效的生物处理，因为出现在水箱中用微生物聚集而形成絮凝物，在曝气装置中被捣碎成细粒并送回到所述水箱中。另外，供应到曝气装置的液体可先用加压气体处理以使其中溶解的氧气达到高的浓度。
从曝气装置泄放的含空气泡流以具有尽可能高的流速为最好。由于从本发明的曝气装置泄放的含空气泡流中的气泡是非常微小的，它们的上升率是低的，且在流道矫直器内的聚结程度也很小。然而，当所述的流速非常低时，就很难把空气泡均匀地分配到整个水箱的废水中，而在水箱的底部及角落处有发生悬浮物质的局部滞止及沉积物的堆集的趋势。因此，含空气泡流在流道矫直的泄放喷咀处的流速至少须为1.5米/秒，而以1.8米/秒的流速为最好。
在本发明的有氧的生物处理方法中，可以采用各种已知的传统方法步骤，如可适当地进行pH调整，温度控制，排除毒性物质，排除过多的脂肪及油质，添加营养物，及排除过多的絮凝物等以便创造适宜于生物处理的环境。
本发明的方法除适用于处理食品、化学、钢铁、脂肪和油、及其他工业产生的工业废水，办公楼字、学校、医院及其同类的民间废水，及包含天然的或合成的有机物质的(如城市和小镇的污水)有机废水有氧生物处理方法，也适用于处理在生物工艺学过程中所用的各种液体介质，及湖水的净化处理等。
按照本发明的有氧的生物处理方法，可向整个废水均匀地供应大量的微小空气泡且不会引起发生气泡的聚结作用，使氧气溶解效率能显著地得到提高。因此，达到有效的有氧的生物处理及因而增加处理容量成为可能。另外，可分别控制供应到曝气装置中的水和空气，而在水中空气泡的弥散性，甚至不会因为在外部喷咀处空气对水的体积比被提高到2/1至3/1而降低。因此，按原始废水的充填特性的变化。可供应氧气直至其所需氧的相应数量，这样也可带来节约能量的效果。更进一步，如果将水箱中的废水通过供应到曝气装置而进行循环时，则废水中出现的需氧的微生物组成的絮凝物可用该曝气装置捣碎成细小碎化，从而进一步改进有氧的生物处理的效率。
下列实例进一步说明本发明。
实例1-2，对比实例1-2及参考实例1-4将结构如图1或2所示的曝气装置，安装在宽为2米、长为18米而深为3.5米的水箱中，用来处理海产制品厂的废水。各实例中所用的各种曝气装置列于表1中。然而，对比实例1中所用流道矫直器为一个直管，而用于对比实例2中的流道矫直器呈管状形式且其内径由入口朝向泄放喷咀的方向上逐渐缩小。
原始废水的生化需氧量(BOD)平均约为1100ppm。从曝气装置泄放的含空气泡流是通过供应废水到曝气装置的入口处其流率为0.7立方米/分而压力为2.1公斤/平方厘米(表压)，而所供应的空气的流率为2.1标准立方米/分且压力为0.7公斤/平方厘米(表压)。自处理开始，经8小时后，对废水处理的状态进行评价。所获评价结果列于表1中。
各种参数的评价，按下列程序进行1BOD按JISK0102测定。
2溶解氧气浓度用DO表(电气化学工业株式会社制造)。
3氧气溶解效率收集并合并废水中存在的空气泡，测定空气的浓度，并计算氧气溶解效率。
4流速用螺旋桨型流速计测定。
5空气泡的状态用肉眼观察由于空气泡而使水面上出现泡沫状态，并基于下列情况进行确定。
“无气泡聚结”＝可在水面上观察到直径为数毫米的气泡发生有规则的爆裂现象。
“少稍气泡聚结”＝除上述微小气泡爆裂外，还可观察到直径为2-3厘米有时为5-7厘米的气泡发生爆裂现象。
“显著气泡聚结”＝在水面上一个或多个地方连续地或周期性地发生大气泡的爆裂现象。
表1实例1实例2实例3曝气装置形状图1＊1图2＊2图3＊3外部喷咀的内径A(毫米)505050流道矫直装置的入口的内径(毫米)490490240流道矫直装置的泄放喷咀的内径B240240240(毫米)A/B0.20.20.2流道矫直器的总长L(毫米)200020002000(40A)(40A)(40A)空气泡的状态无气泡无气泡显著的聚结聚结气泡聚结在流道矫直器泄放喷咀处含空气泡流0.40.50.4的流速(米/秒)废水中溶解氧气量(ppm)2.02.00.8氧气溶解效率(%)29329净化水的生化需氧量BOD(ppm)33350
表1(续)对比实例2参考实例1参考实例2参考实例3参考实例4图1＊3图1 图1 图1 图150505050252401300130490200100062562.5240750.050.080.80.20.332400240024007503000(48A)(48A)(48A)(15A)(120A)显著的气泡少许气泡少许气泡少许气泡少许气泡聚结聚结聚结聚结0.20.10.50.40.40.10.5<0.10.80.7615101615450200450140200＊1流道矫直器的内径从入口起至到中点止连续地缩小，而从中点起至到泄放喷止保持不变。
＊2内部管总长度为1400毫米，其入口的内径为180毫米，泄放喷咀的内径为125毫米，而其内径以入口起到泄放喷咀止连续地缩小。
＊3只有流道矫直器形状上不同。
实例3用图9与10所示的处理设备来处理洗涤奶瓶作业中的废水。这有机废水的生化需氧量(BOD)及志贺氏菌属及沙门氏菌属(SS)分别在800-1400ppm与66-190ppm范围之内大幅度波动着。
所用生物处理水箱23为具有有效浓度为6.2米，长为12.5米而宽为9.0米的水箱。使用三个隔板25-27，其长度为12米，这样，该生物处理水箱23被分隔成4个相邻部分，各部分宽为2.2米并彼此相连通，见图9所示。
在生物处理水箱23的各部分的底部安装类似实例1中所用的曝气装置30-33。通过供供应生物处理水箱的废水到曝气装置而泄放含空气泡流。供应曝气装置的废水流量为0.7立方米/分而压力为2.1公斤/平方厘米(表压)。供应的气体是空气，其流率为2.1标准立方米/分。几乎没有发现由于空气泡的聚结而有空气泡的散逸，并且在废水中达到良好的微小空气泡的弥散的效果。在这情况下，在泄放喷咀的含空气泡流的流速为0.4米/秒。在水面下3米深处观察在含空气泡流的流动方向上流速的分布，在离开流道矫直器的泄放喷咀8为3，4及5米的点上的流速分别为0.4，0.2及0.08米/秒。
在此处理设备中，上述有机废水是在下列条件下进行处理的所述有机废水是通过有机废水入口导入水箱23中，其流量为20升/分。通过把有机废水暴露在安装于第一部分中的曝气装置30泄放的含空气泡流中，所述有机废水被曝气，同时，被混合和搅拌。然后把有机废水导到第二部分，在此处，所述有机废水又被曝气装置31曝气及搅拌。通过第二部分后，最后用曝气装置33泄放到第四部分中的含空气泡处理所述有机废水。如此处理后，把有机废水从水箱23排出。
有机废水中的BOD，从开始时在800-1400ppm范围，最后降低至25ppm。因此，获得质量优良的净化水。
实例4-5及对比实例3-6鱼油加工制品厂排出的废水，用装有本发明的曝气装置的生物处理水箱进行水处理。该有机废水的平均BOD及SS分别为1100ppm及220ppm。其温度为25-30℃。
所述生物处理水箱的有效深度为3.8米，长为25米而宽为6米。在生物处理水箱中放置适当的隔板，流道矫直器的泄放喷咀到其对面的水箱的壁的距离在含空气泡流的流动方向上测量使其结果按三个步骤变化(即18米，12米及2米)而经分隔后水箱的宽度也按三个步骤变化(即6米，2米及1.5米)。
在这些实例中所用的曝气装置与实例1中的曝气装置相同，但所述曝气装置在水箱中的安装位置，按垂直位置(或深度)而言也是变化的。在这些条件下，通过向所述曝气装置供应按气体对液体(或空气对废水)的体积比为3/1的空气从该曝气装置泄放含空气泡流。
照此，连续对所述有机废水进行20小时有氧的生物处理，然后对被处理的废水的状态进行评估。所获得的结果列于表2中。
表2实例实例对比对比对比对比45实例3实例4实例5实例6曝气装置的位置3.53.51.53.53.53.5的深度(米)流道矫直装置与18121221212其对面水箱的壁的距离(米)水箱的宽度(米)21.52262在流道矫直器的泄0.40.40.40.40.40.02放喷咀上含空气泡流的流速(米/秒)空气泡的状态无气无气少许气显著的少许气显著的泡聚泡聚泡聚结气泡聚泡聚结气泡聚结结结结废水中溶解的氧气2.02.00.80.20.4<0.1氧气溶解效率29321610135净化水的BOD1515150220100800
权利要求
1.一个曝气装置，所述装置包含一个喷射流发生器用以从一个喷咀喷射在一种混合状态下的一种气体和一种液体，及一个管状流道矫直器供混合从所述喷咀喷射的含空气泡流与周围环境的水，并从泄放喷咀来泄放矫直器中生成的混合物，其特征在于，所述喷射流发生器具有一个液体入口，至少一个气体入口，一个外部喷咀及至少一个内部喷咀，所述液体入口通过所述内部喷咀与所述喷射流发生器的内部空间相连通，所述流道矫直器呈管状形式，其内径在从入口朝向泄放喷咀通过至少一段其长度的方向上逐渐缩小，而所述外部喷咀放置成使之与所述流道矫直器基本上共轴，而其喷咀的咀尖放置在邻近所述流道矫直器的入口的位置。
2.按权利要求
1所述的曝气装置，其中当所述外部喷咀的咀尖的内径用A表示，而所述流道矫直器的最小内径用B表面，A/B之值为0.1至0.5，且所述流道矫直器的总长L为20A至100A。
3.按权利要求
1所述曝气装置，其中所述流道矫直器包括一个内部管，所述管具有类似于所述流道矫直器的外部管的管状形式，并共轴地放置在其中，而所述内部管的入口基本上与所述流道矫直器的外部管的入口是平齐的。
4.按权利要求
1或3所述的曝气装置，其中所述喷射流发生器具有第一与第二气体入口及第一及第二内部喷咀，并且其中所述喷射流发生器的内部空间被所述第二内部喷咀分隔成一个第一室，第一室与所述第一气体入口相连通、并通过所述第一内部喷咀与所述液体入口相连通，及一个第二室与所述第二气体入口与所述外部喷咀相连通。
5.按权利要求
1或3所述的曝气装置，其中所述喷射流发生器包括放置于所述内部喷咀与所述外部喷咀之间的折流板。
6.按权利要求
1或3所述的曝气装置，其中所述喷射流发生器包括碎化装置供碎化出现于通过所述液体入口供应的液体中粗大颗粒，所述碎化装置放置在所述液体入口与所述内部喷咀之间。
7.一个处理置于水箱中的废水的有氧的生物处理方法，该方法包括如下步骤(a)提供一个曝气装置，所述装置包含一个喷射流发生器供从一个喷咀喷射混合状态下的一种气体与一种液体，及一个管状流道矫直器供混合从所述喷咀喷射的含空气泡流与周围环境的水，并从泄放喷咀泄放在矫直器中生成的混合物，其特征在于，所述喷射流发生器具有一个液体入口，至少一个气体入口，一个外部喷咀及至少一个内部喷咀，所述液体入口通过所述内部喷咀与所述喷射流发生器的内部空间相连道，所述流道矫直器呈管状态形式，其内径在从入口朝向泄放喷咀通过至少一段其长度的方向上逐渐缩小，而所述外部喷咀放置成使之与所述流道矫直器基本上共轴，而其喷咀的咀尖放置在邻近所述流道矫直器的入口的位置;(b)以一种方式将所述曝气装置放置于所述水箱中，使所述曝气装置的位置是在水面之下至少为2米的深度，及所述流道矫直器的泄放喷咀是放置于与它所面对的所述的水箱的壁在从所述泄放喷咀泄放的含空气泡流的流动方向上测量的距离不少于3米;(c)在所述水箱中放置两个隔板，使所述隔板基本上与从所述泄放喷咀泄放的含空气泡流平行，所述隔板所限定的部分具有一个宽度不大于5米，而所述曝气装置是置于基本上与所述隔板等距离的地方;及(d)向所述曝气装置供应一种气体及一种液体以便产生一个含空气泡流，所述含空气泡流在所述泄放喷咀处的流速不少于1.5米/秒。
专利摘要
本发明提供曝气装置，包括一个喷射流发生器用以从喷嘴喷射混合状态的气体与液体，一个管状流道矫直器用于混合所述喷嘴喷射的含空气泡流与周围环境水，并从泄放喷嘴泄放矫正器中生成的混合物，其特征在于流道矫直器呈管状而其内径从入口到泄放喷嘴所通过的一段长度方向上、逐渐缩小。
文档编号B01F13/10GK86106673SQ86106673
公开日1987年4月15日 申请日期1986年10月11日
发明者奥村宗弘, 野村教雄, 松田正, 城户亚二郎, 石井新一, 服部英樹 申请人:三菱人造丝工程株式会社