一种自动往复式曝气强化装置
阅读说明：本技术 一种自动往复式曝气强化装置 (Automatic reciprocating type aeration strengthening device ) 是由 周佳恒 王涛 徐晓蕾 郭文福 潘晨驰 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：一种自动往复式曝气强化装置,所述装置包括曝气装置和限位装置,所述曝气装置为环形曝气装置,套在限位装置外；所述限位装置在环形曝气环中心,所述限位装置通过纵向限位器和横向限位器安装在底座上。本发明提供了一种能够增强底部水力扰动的自动往复式曝气强化装置,成本低,操作方便简单。(An automatic reciprocating type aeration strengthening device comprises an aeration device and a limiting device, wherein the aeration device is an annular aeration device and is sleeved outside the limiting device; the limiting device is arranged in the center of the annular aeration ring and is arranged on the base through a longitudinal limiter and a transverse limiter. The invention provides an automatic reciprocating type aeration strengthening device capable of strengthening bottom hydraulic disturbance, which is low in cost and convenient and simple to operate.)
技术领域
本发明属于污水处理
技术领域
，涉及一种自动往复式曝气强化装置。背景技术
随着我国城市的快速发展，以及人民生活水平的日益提高，对生活质量的要求也越来越高，与此同时，水污染问题愈发严重，也使得目前国内大多数的污水厂处于超负荷运营的状态。
曝气作为好氧生物处理工艺中的重要环节，提供了反应器内污泥运动所需的动力以及微生物生存所需的足够的溶解氧。曝气过程中气泡带动水流一起向上运动，污泥也随之向上运动。气泡运动过程中相互碰撞、破碎，以及气-液-固三相运动过程中形成的速度梯度产生的能量耗散，为污泥的生长提供所需的水力剪切。但是，研究中发现，在底部曝气头所在区域水体受气泡影响较小，流体动能小，容易形成死区，造成底部大量污泥堆积。因此，开发一种能够抑制底部堆积的曝气装置对污水好氧生物处理工艺具有重要意义。
现有技术通常简单的采用提高曝气量的方法来增强气泡的扰动，以此来增强水体扰动，提高气-液-固三相的速度梯度。但是这一方法会造成大量的能量浪费，增加反应器内的溶解氧含量，大大提高了运营成本。
发明内容
为了克服传统曝气方式下底部堆积的问题，本发明提供了一种能够增强底部水力扰动的自动往复式曝气强化装置，成本低，操作方便简单。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种自动往复式曝气强化装置，所述装置包括曝气装置和限位装置，所述曝气装置为环形曝气装置，套在限位装置外；所述限位装置在环形曝气环中心，所述限位装置通过纵向限位器和横向限位器安装在底座上。
进一步，所述环形曝气装置包括环形主体、曝气膜片和进气口，所述环形主体底部为敞口，所述曝气膜片固定在所述敞口位置；所述进气口位于环形主体侧边，所述进气口通过管道与气源连接。
优选的，所述曝气膜片为微孔曝气膜片。
再进一步，所述纵向限位器为弹簧，所述横向限位器5为圆柱棒，顶部有一圆柱棒顶盖，底部均固定在底座上。
更进一步，所述底座包括承托部分和环形罩。
再进一步，所述弹簧另一端固定在曝气环顶盖中心。
所述曝气膜片采用EPDM橡胶，所述环形主体采用ABS塑料。
所述环形主体顶盖部分内径为3.6～7cm，外径为12～30cm，高度为0.1～0.3cm；所述环形主体内径为4.2～8cm，外径为12～30cm，高度为0.9～2.7cm，薄壁厚度为0.1～0.3cm。
所述进气口长度为1.5～3cm，内径为0.4～1.2cm，外径为0.6～1.8cm，距离主体上下距离均为0.2～0.6cm。
所述曝气膜片内径为4.4～8.6cm，外径为11.8～29.4cm。
所述弹簧为拉伸弹簧，弹簧外径为3.8～7.6cm，弹簧内径为3.4～7.2cm，共15～30圈，材料采用碳素弹簧钢丝。
所述碳素弹簧钢丝直径为0.2cm。
所述圆柱棒半径为1～3cm，高度为15～30cm；所述圆柱棒顶盖直径为6～12cm，厚度0.2～0.4cm。圆柱棒及圆柱棒顶盖材料均为ABS塑料。
所述底座的承托部分直径为4.2～8cm，高度为0.1～0.5cm；环形罩内径为4～7.4cm，外径为4.2～8cm，所述底座材料为ABS塑料。
本发明中，环形曝气能够增强气泡的影响范围，有利于优化反应器内流场均质化。为了应对底部死区的问题，本发明利用反向曝气来加强底部的水力扰动，同时产生的反作用力能够使曝气装置呈现出上下运动的状态，对强化反应器底部的水力扰动有更进一步的促进作用。
本发明采用碳素弹簧钢丝作为弹簧材料，具有较好的强度及弹性，作为轴向限位器，当曝气装置向上运动后可产生稳定的拉力使曝气装置向下运动。横向限位器采用直径为1～3cm的细棒，远小于环形曝气的内径，使曝气装置在横向也拥有足够的活动空间，这充分利用了曝气装置常见的曝气不均匀的特点，从而更好的加强底部水力扰动。顶盖则用于防止在大气量下曝气装置脱离预设的运行轨迹。
利用Flow 3D软件分别对单个常规曝气装置和本发明曝气装置的流场进行模拟。模拟在圆柱形反应器内进行，模拟水深为20cm，内径为19cm，曝气量为3L·min-1。结果显示，常规曝气装置下，反应器内的流场呈现有规律的中心区域向上-四周向下的循环流动。使用本发明装置的反应器流场出现内外两个循环流场，气泡影响范围增大，且由于震荡效果，水力扰动加大，同时气泡扰动会破坏循环流场有利于促进反应器流场均质化。无需额外能源，成本低，实施起来简单方便。
本发明的有益效果主要表现在：环形曝气增加了气泡的影响范围，同时向下曝气增强了反应器底部的水力扰动；能够有效抑制底部污泥堆积，从而增强了污泥生长需要的剪切力。此装置为进一步提高污水好氧生物处理工艺的处理效率提供了切实可行的操作思路，相对增加曝气量的方法，成本低且易于操作，具有很高的经济性和实用性。
附图说明
图1是一种自动往复式曝气强化装置结构图，其中，1表示曝气装置，2表示曝气膜片，3表示进气口，4表示纵向限位器，5表示横向限位器，6表示顶盖，7表示底座。
图2是本发明在反应器中的装配简图。
图3是本发明装置示意运行详图。
图4是常规曝气运行时反应器内流场图2D(Y-Z)。
图5是本发明运行时反应器内流场图2D(Y-Z)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图5，一种自动往复式曝气强化装置(图1)，包括曝气装置1和限位装置，所述曝气装置1为环形曝气装置，套在限位装置5外；所述限位装置在环形曝气环中心，所述限位装置通过纵向限位器4和横向限位器5安装在底座7上。
进一步，所述环形曝气装置包括环形主体、曝气膜片2和进气口3，所述环形主体底部为敞口，所述曝气膜片2固定在所述敞口位置；所述进气口3位于环形主体侧边，所述进气口3通过管道与气源连接。
优选的，所述曝气膜片2为微孔曝气膜片。
再进一步，所述纵向限位器4为弹簧，所述横向限位器5为圆柱棒，顶部有一圆柱棒顶盖6，底部均固定在底座7上。
更进一步，所述底座7包括承托部分和环形罩。
再进一步，所述弹簧另一端固定在曝气环顶盖中心。
本实施例中，环形主体顶盖部分内径为3.6cm，外径为12cm，高度为0.1cm；环形主体内径为4.2cm，外径为12cm，高度为0.9cm，薄壁厚度为0.1cm。曝气膜片内径为4.4cm，外径为11.8cm。进气口在环形主体侧边，长度为1.5cm，内径为0.4cm，外径为0.6cm，距离主体上下距离均为0.2cm，通过管道与气源连接。限位装置分为纵向限位器4和横向限位器5。纵向限位器是一个拉伸弹簧，弹簧外径为3.8cm，弹簧内径为3.4cm，共15圈，由碳素弹簧钢丝制成；横向限位器是一个圆柱棒，直径为1cm，高度为15cm，上部的圆柱棒顶盖6直径为6cm，厚度0.2cm。限位器均固定在底座上7，弹簧另一端固定在曝气装置内环中心。底座固定在布气管8上(图2)，压缩空气经过布气管由气管和曝气装置上的进气口相连。
运行时，利用反向曝气产生的反向作用力，推动曝气装置向上运动，再由弹簧拉力拉回，由此形成上下往复运动(图3)。再加上横向拥有足够的活动空间，水力扰动得到进一步加强。
曝气装置的曝气膜片由EPDM橡胶制成，其密度约为0.86g·cm-3，其余部分均由ABS塑料制成，密度约为1.05g·cm-3，整体重量约为16g。弹簧材料为碳素弹簧钢丝，材料直径d为2mm，弹簧中径D为18mm，参见GB/T2089-1994，其试验载荷为128.3N；其切变模量G为79GPa，弹性模量E为206GPa。计算其弹簧刚度k为1.8N·mm-1，相比较于曝气池内单个曝气头1.5～3m3·h-1的常规曝气量，弹簧足以承受其产生的反作用力，不至于发生塑性形变。弹簧刚度计算公式如下：
式中：k-弹簧刚度，N·mm-1；
G-切变模量，MPa；
D-弹簧中径，mm；
n-弹簧有效圈数，拉伸弹簧有效圈数与总圈数相等；
C-旋绕比，C＝D/d。
采用Flow 3D软件分别对单个常规曝气装置和本发明曝气装置的流场进行模拟(图4、5)。结果表明，本发明相比较于常规曝气装置能够很好的促进反应器内流场均质化，且较大范围的上向流能够带动更多的污泥向上流动。同时反向曝气对底部污泥有很好的冲击效果，可有效抑制底部死区的产生。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。