多级曝气装置制造方法
【专利摘要】提供了一种包括至少两个竖直定向的曝气模块的多级曝气装置。每个曝气模块限定具有顶部入口和底部出口的竖直延展的曝气腔室。每个曝气模块的底部出口将包括液体和气体的流体流馈送到所述曝气模块的下面一个曝气模块的顶部入口中。每个曝气模块具有连接到所述顶部入口的曝气头，使得穿过所述顶部入口进入曝气腔室的所述流体流必定穿过所述曝气头，所述曝气头利用所述流体流中的气体给所述液体充气。
【专利说明】多级曝气装置
【技术领域】
[0001]本申请涉及其中具有一系列气体注入和反应区的曝气装置。
【背景技术】
[0002]曝气系统被用在许多不同的应用中，包括废水处理。串联的曝气塔的使用是低效的并且占用空间，而且难以平衡系统内的背压。如果单一塔被使用并且流体通过罐被再循环，穿过注入器和泵的具有微气泡的已处理流体分解并且形成更大的气泡。这降低了系统的效率。
【发明内容】
[0003]提供了一种多级曝气装置，包括至少两个竖直定向的曝气模块，每个曝气模块限定具有顶部入口和底部出口的竖直延展的曝气腔室，每个曝气模块的底部出口将液体和气体的流体流馈送到所述曝气模块的下面一个曝气模块的顶部入口中。每个曝气模块具有连接到所述顶部入口的曝气头，使得穿过所述顶部入口进入曝气腔室的所述流体流必定穿过所述曝气头，所述曝气头利用所述流体流中的气体给所述液体充气。
[0004]根据一个方面，所述曝气头可以悬垂到所述曝气腔室中。所述曝气头可以是具有封闭下端和径向开口的竖直悬垂管，所述流体流通过所述径向开口离开所述曝气头。
[0005]根据一个方面，气体可以通过文丘里注入器被供给到第一曝气模块以形成所述流体流。
[0006]根据一个方面，所述流体流中的气体可以被液体至少部分地溶解或夹带。
[0007]根据一个方面，所述多级曝气装置还可以包括位于一个或多个曝气模块中的补充气体入口。
[0008]根据一个方面，所述多级曝气装置还可以包括用于控制所述曝气模块中的背压的出口阀。
[0009]根据另一方面，提供了一种使液体曝气的方法，包括步骤:提供一种包括至少两个竖直定向的曝气模块的装置，每个曝气模块限定具有顶部入口和底部出口的竖直延展的曝气腔室，相邻曝气模块的底部出口和顶部入口被直接连接，其中每个曝气模块具有连接到所述顶部入口的曝气头；以及将包括要充气的液体以及气体的流体流注入到所述装置中，所述流体流穿过所述至少两个曝气模块的曝气头使得所述液体被充入所述气体。
[0010]根据一个方面，所述方法还可以包括将补充气体注入至少一个曝气模块以在所述流体流中补充气体的步骤。所述补充气体可以不同于所述流体流中的气体。
[0011 ] 根据一个方面，所述曝气头可以悬垂到所述曝气腔室中。所述曝气头可以是具有封闭下端和径向开口的竖直悬垂管，所述流体流通过所述径向开口离开所述曝气头。
[0012]根据一个方面，注入流体流可以包括使用文丘里注入器。
[0013]根据一个方面，所述流体流中的气体可以被所述液体至少部分地溶解或夹带。
[0014]根据一个方面，所述方法还包括通过控制与最后的曝气模块的底部出口相连的出口阀来调节所述装置中的背压的步骤。
[0015]利用如上所述的多级曝气装置，液体向下穿过曝气模块直到实现期望的气体饱和度。与为了实现所需的气体饱和度可能需要的曝气模块一样多的曝气模块被使用。如果存在多余气体，则它被液体从一个模块携带到下一个模块。
[0016]存在可以被使用的多种曝气头构造。下文将描述呈竖直悬垂管形式的曝气头，该竖直悬垂管具有位于下部远端的端盖和使液体离开该曝气头的径向开口。
[0017]存在将充气气体馈送到曝气头中的多种方式。下文将描述气体经由文丘里注入器供给到曝气头，该文丘里注入器将气体抽吸到穿过曝气头的液体中。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]在参考附图的下列描述中，这些和其它特征将变得更加明显。附图仅用于说明的目的，并且不旨在以任何方式进行限制，其中:
[0019]图1是由多个曝气模块制成的曝气塔的侧视图。
[0020]图2是来自图1的曝气塔的其中一个曝气模块的侧视图。
[0021]图3是来自图2的曝气模块的曝气头的仰视图。
[0022]图4是图1的曝气塔的侧视图。
【具体实施方式】
[0023]现在将参考图1到4描述总体上以附图标记10标识的多级曝气装置。
[0024]部件的结构和关系:
[0025]参考图1和2，多级曝气装置10包括至少两个竖直定向的曝气模块12。每个曝气模块12限定竖直延展的曝气腔室14，其具有顶部入口 16和底部出口 18。每个曝气模块12的底部出口 18将液体馈送到该曝气模块的下面一个曝气模块的顶部入口 16中。第一曝气模块12从气体和液体源接收气体/液体混合物。气体可通过使用例如气体的加压源或文丘里管被注入。如图所示，存在利用文丘里管38混合的液体源34和气体源36。液体利用泵42被驱动通过文丘里管38和流体管线40。液体和气体流可以称为流体流。当流体流穿过装置10时，一部分或全部气体以及下面将要讨论的任何补充气体被夹带或溶解到液体中。当术语“流体流”在本文中使用时，其意图在于指要充气的液体和已经用来或意图在于使液体充气的气体。每个曝气模块12具有连接到顶部入口 16的曝气头20，使得穿过顶部入口 16进入曝气腔室14的所有流体必定穿过曝气头20。当流体流穿过曝气头20时，一些气体形成由液体夹带的微气泡，并且一些气体溶解在液体中。曝气头20的实例示于图3和4中，其中存在竖直悬垂的管22，管22具有延伸到曝气腔室14中的封闭的下端24。管22具有如图所示的径向开口 26或槽，液体通过其离开曝气头20。径向开口 26优选地朝向从管22向外一定距离的共同点倾斜，使得各个流体流撞击到彼此上，以增大导致微气泡形成的剪力。例如，利用所示的三个槽26的实例，顶部槽可以是向下倾斜约30度，中间槽可以是水平的，并且底部槽可以向上倾斜约30度，使得各个流体流撞击到彼此上。也可以使用曝气头20的其它设计。
[0026]再次参考图1和2，可以存在如图所示的进入一个或多个腔室14中的补充气体入口 28。这些补充气体入口可用来引入补充气体或不同类型的气体。优选地，在这些点处注入的气体仅仅比系统中的压力略高，以避免在系统中产生不平衡。在一个实例中，当处理来自油井的生产用水时，可以存在20至30个模块12。空气或氧气被引入到第一组模块12中，以处理相对容易氧化的污染物，例如铁、BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)等。臭氧然后可以被引入随后的模块12中，以处理更难以氧化的残留污染物，如重金属、残留烃等。二氧化碳可以被引入来调节流体流的PH值，并且氮气或其它惰性气体可在端部被注入来冲洗掉或替换可能夹带在液体中的任何剩余的气体，使得该液体可以被安全地处理。模块的数量、气体的类型以及气体被注入的顺序和体积取决于要处理的液体的类型和最终所需的组合物。
[0027]如图1和2所示，模块12通过凸缘44被附接到彼此上。将认识到，还可以使用其它附接类型。模块12可以以它们被保持竖直对齐并密封在一起的方式被附接，使得流体流从一个模块12全部地流到下一个模块。参考图3和4，曝气头20还可以具有附接在凸缘44之间的凸缘46。也可以使用将曝气头20安装在模块12中的其它设计。模块12也可具有测试口 46，用于从模块移走试样进行测试的目的。
[0028]在现有技术中，曝气塔被串联放置，文丘里注入器不能被串联地包括并且仅仅可以使用由曝气头提供的充气。这使得一系列塔效率低并且背压难以平衡。为了纠正这一点，装置10具有利用曝气模块12的单一流道设计，曝气模块12可以在只有很少的额外空间要求的情况下被顺序地加入。参考图1，流体流动以自上而下的方式发生。曝气头20被定位在曝气模块12的入口，并使得气体和液体有效传递到每个曝气腔室14。附加气体可以通过补充气体入口 28例如在每个曝气模块12的第一端添加到曝气腔室14中。
[0029]参考图1，曝气模块12的曝气腔室14位于装置10的连续部分中。背压使用连接在最后的曝气模块12的出口 18上的阀32进行平衡，以确保最有效的气体转移到待充气的液体中。背压的量在形成更稳定的充气液体和降低系统的充气可能量之间平衡。优选地，曝气腔室14包括气体，并且足够的气体和液体的混合物穿过下一曝气模块12。换句话说，曝气腔室14优选地主要填充有气体，使得气体和液体都通过附接的曝气头20流出并进入下一模块。这通过将其它气体注入曝气头20上方的腔室14并允许气体和液体都穿过曝气头20而允许其他气体被引入到流体流中。穿过每个曝气头20的气体和液体的量可以通过控制系统中的背压和经由补充气体入口 28注入的补充气体的压力进行控制。然而，为了控制背压，最后的模块12被允许至少部分地充满液体，并且使得原始液体从系统中去除。
[0030]不是被用于将更多的气体注入流体流中，附加模块12可用于简单地稳定液体混合物的微气泡，并实现过饱和状态。
[0031]整个系统中的压降优选地保持在最小程度，以使气体传递更有效。当单一泵被使用时，系统中的压降必定是最小的，因此必须使用最小的弯管和方向变化。虽然连续曝气塔在每个曝气塔上具有大约3psi的压降，但是本文描述的单线装置10优选地在每个曝气腔室上具有大约Ipsi的压降。在现有技术的系统中，文丘里注入器的使用导致吸入效率降低。本装置可被设计成在增加每个附加曝气腔室的情况下具有最小的吸入损失。
[0032]曝气系统中的背压必须被平衡，以适应在每个部分中的条件。在特定的流量下存在对于单一曝气塔的有效背压。虽然同样的原理适用于多级曝气系统，但是与单一单元不是同样的，并且不能以相同的方式想到。多级曝气系统允许高浓度和强反应区，并且允许在滞留时间消除罐。
[0033]单一曝气塔对于溶解文丘里注入器可以注入的所有气体是足够有效的。为了增加系统中的总气体，可以增加其它气体注入点。连续的曝气腔室中开始的文丘里注入继之以气体注入的组合允许非常高的气体浓度、更强的反应区和改变气体以引起复杂反应的能力。这去除了对用于附加的气体注入或二次气体注入的罐的需要，从而基本上减少了占地面积和资金成本。
[0034]操作:
[0035]利用多级曝气装置，如上所述，液体向下流过曝气模块以实现期望的气体饱和度。与为了实现所需的气体饱和度可能需要的曝气模块一样多的曝气模块被使用。一个模块中的多余气体被液体从一个模块携带到下一个模块。
[0036]当液体和气体穿过多级曝气系统的每一级时，曝气模块导致水/气体混合物被剪切，从而将气泡切割成更小的尺寸。增加的能量有助于反应发生。每次水/气体混合物离开曝气腔室的曝气头都产生更小的气泡。这允许更高的气体浓度被实现，并可以继续，直到没有游离气体剩余。当水/气体混合物离开会提高化学反应速率的曝气头时，非常强的反应区被产生。
[0037]本装置的优点:
[0038]多级扩散系统可以提供优于现有扩散系统的几个优点，如:
[0039]-利用相同的抽吸功率和气体体积实现更高的溶解气体浓度
[0040]-更多的气体可以以增加的反应速率溶解到溶液中
[0041]-通过在不同的曝气模块掺入不同的气体，不同的气体可被加入到相同的流动流
[0042]-因为没有再循环，所以可以实现较小的气泡尺寸
[0043]-连续反应区消除了对罐和通过系统的多个循环的需要
[0044]-通过去除罐、额外的曝气系统和泵，处理系统的占地面积减小
[0045]-与建筑处理系统相关的成本更低
[0046]-紫外线可以被添加到系统中，以便高级氧化发生在多个反应区
[0047]-曝气模块可以被叠置以形成具有增加数量的反应区的曝气塔，而不需要额外的功率输入
[0048]在该专利文献中，词语“包括”以其非限制性的意义用来表示该词语后面的项目都包括在内，但没有具体提到的项目也不排除在外。没有数量词修饰的元件不排除一个以上元件存在的可能性，除非上下文明确要求具有一个且仅仅一个元件。
[0049]所附权利要求被理解为包括具体图示和上面描述的特征，概念上等同的特征，以及被明显代替的特征。权利要求的范围不应该由实施例中提到的优选实施方式所限制，而是应整体上给出与说明书一致的最广泛的解释。
【权利要求】
1.一种多级曝气装置，包括: 至少两个竖直定向的曝气模块，每个曝气模块限定具有顶部入口和底部出口的竖直延展的曝气腔室，每个曝气模块的底部出口将包括液体和气体的流体流馈送到所述曝气模块的下面一个曝气模块的顶部入口中；以及 每个曝气模块具有连接到所述顶部入口的曝气头，使得穿过所述顶部入口进入曝气腔室的所述流体流必定穿过所述曝气头，所述曝气头利用所述流体流中的气体给所述液体充气。
2.根据权利要求1所述的多级曝气装置，其中，所述曝气头悬垂到所述曝气腔室中。
3.根据权利要求2所述的多级曝气装置，其中，所述曝气头是具有封闭下端和径向开口的竖直悬垂管，所述流体流通过所述径向开口离开所述曝气头。
4.根据权利要求1所述的多级曝气装置，其中，气体通过文丘里注入器被供给到第一曝气模块以形成所述流体流。
5.根据权利要求1所述的多级曝气装置，其中，所述流体流中的气体被液体至少部分地溶解或夹带。
6.根据权利要求1所述的多级曝气装置，还包括位于一个或多个曝气模块中的补充气体入口。
7.根据权利要求1所述的多级曝气装置，还包括用于控制所述曝气模块中的背压的出口阀。
8.一种使液体曝气的方法，包括步骤: 提供一种包括至少两个竖直定向的曝气模块的装置，每个曝气模块限定具有顶部入口和底部出口的竖直延展的曝气腔室，相邻曝气模块的底部出口和顶部入口被直接连接，其中每个曝气模块具有连接到所述顶部入口的曝气头；以及 将包括要充气的液体以及气体的流体流注入到所述装置中，所述流体流穿过所述至少两个曝气模块的曝气头使得所述液体被充入所述气体。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括将补充气体注入至少一个曝气模块以在所述流体流中补充气体的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述补充气体不同于所述流体流中的气体。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述曝气头悬垂到所述曝气腔室中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述曝气头是具有封闭下端和径向开口的竖直悬垂管，所述流体流通过所述径向开口离开所述曝气头。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，注入流体流包括使用文丘里注入器。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述流体流中的气体被所述液体至少部分地溶解或夹带。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括通过控制与最后的曝气模块的底部出口相连的出口阀来调节所述装置中的背压的步骤。
【文档编号】B01F3/04GK104136107SQ201380011664
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】K·格林, T·韦布 申请人:海空有限公司