一种弧形气水分离器
阅读说明：本技术 一种弧形气水分离器 (Arc-shaped gas-water separator ) 是由 刘贤斌 李路 周安妮 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供的一种弧形气水分离器,其特征在于：包括弧形板、位于弧形板内侧的若干加强支撑竖向肋,弧形板某个端头设有竖向挡板、弧形板下侧水平延伸搭接若干水平固定底板,弧形板底部焊接下固定L形折板等部件,该气水分离器设于污水曝气池与二沉池之间,所述弧形板外侧朝向曝气池,内侧朝向曝气池和二沉池连通的穿墙孔洞,弧形板与墙壁穿墙孔洞形成的流道为等径流道。本发明构造简单、畅通不堵塞、水头损失小,与现有气水分离装置相比,它具有节能、无故障、造价低、不占地、气水分离效果好等优点。(The invention provides an arc-shaped gas-water separator, which is characterized in that: including the arc, be located a plurality of enhancement of arc inboard and support vertical rib, certain end of arc is equipped with a plurality of horizontal PMKD of vertical baffle, the extension overlap joint of arc downside level, and parts such as L shape folded plate are fixed to the arc bottom welding down, and this deareator is located between sewage aeration tank and the two heavy ponds, the arc outside is towards the aeration tank, and inboard is towards the wall hole of wearing of aeration tank and two heavy ponds intercommunication, and the runner that the arc and wall hole formed is the constant diameter runner. The invention has simple structure, no blockage and small head loss, and compared with the existing gas-water separation device, the invention has the advantages of energy saving, no fault, low cost, no land occupation, good gas-water separation effect and the like.)
技术领域
本发明属于污水曝气生化处理技术的气水分离领域，具体涉及气液固三相混合液进入二沉池之前就实现气泡与活性污泥混合液快速、简便、流畅分离的一种弧形气水分离器。
背景技术
在污水生化处理技术领域，在曝气池与二沉池合建(共用池壁)的情况下，曝气池内混合液若直接进入二沉池，将会带来一个糟糕的问题——混合液中气泡随水流进入二沉池，将扰动活性污泥的沉泥层而严重影响二沉池出水水质。以往为了消除水流中夹带的气泡，已知技术通常采用气水分离箱或气水分离室的做法，例如建设部九五重点大学专业教材《给水工程》第四版第308页，是将水流引入到与大气接触的大容器中，该容器设于相对较高处，然后水流从该容器下部流出，因该容器内水流下行速度很低，当气泡上浮速度大于水流下行速度时，气泡自然从该容器的水面逸出。但传统方法除了需要占地外，还消耗了从曝气池到气水分离箱/室和气水分离箱/室到二沉池这两部分水头，使得流程中的水头损失较大，不利于节能运行，而且因曝气池和二沉池两池池面必定会产生较大的高差，不利于工艺流程的布置和土建工程的一体化建设。
我国专利《水平条缝式气水分离器》(公告号CN 103395853 A，公告日2013.11.20)，该设备由上升导流斜板、竖向稳流板、斜向导流沉泥板等组成，属变通道过流，且气液固三相混合液的上端入口较窄，中间过流通道也较狭窄，使得气水分离效果的保障程度受到影响，而且只有一排固定螺丝，抗侧倾变形能力不强，在水池充水时其正向稳定性较差，易发生抖动而引起松脱，且该设备的构造略为复杂，对于稍大规模的污水处理就不太适应。另外，该设备在安装时因为孔洞高度较小，电钻操作空间不足使得垂直钻孔较为困难。因此，该专利的水平条缝式气水分离器有较大局限性。
基于上述背景和公知技术的诸多不足，加上中小规模污水处理中曝气池和二沉池一体化的工程实际需要，使得本发明应运而生。本发明除了高效解决气水分离之外，还显著减少了曝气池和二沉池之间的水头损失、省去了气水分离箱/室并节省了占地和工程投资，具有非常明显的技术优势和工程经济优势。
本发明在深化创新污水处理公知技术的基础上，彻底解决了中小规模污水处理曝气池和二沉池一体化需要解决的气水分离问题。本发明的一种弧形气水分离器，适用于1万吨/日规模及以下的曝气澄清一体化的气水分离。
发明内容
针对现有技术存在的各种问题，本发明为解决此类问题采用的技术方案如下：
一种弧形气水分离器，其特征在于：包括弧形板、位于弧形板内侧的若干加强支撑竖向肋，弧形板某个端头设有竖向挡板、弧形板下侧水平延伸搭接若干水平固定底板，弧形板底部外侧设有下固定L形折板和下加强三角肋，该气水分离器设于污水曝气池与二沉池之间，所述弧形板外侧朝向曝气池，内侧朝向曝气池和二沉池连通的穿墙孔洞，弧形板与墙壁穿墙孔洞形成的流道为等径流道。
所述弧形板为90°垂直弧形板，弧形板的弧形两侧继续延伸一定宽度的平直段。
所述下固定L形折板的两个侧边各连接一个下加强三角肋。
所述下固定L形折板的一端切向焊接于弧形板的外侧，另一端用膨胀螺丝固定于侧壁。
所述弧形气水分离器的材质为耐污水腐蚀的不锈钢材质。
所述弧形板、加强支撑竖向肋、端头竖向挡板、水平固定底板、下固定L形折板和下加强三角肋之间均为焊接连接。
本发明通过在曝气池一侧设置90°垂直弧形板及其配套的部件，逐渐改变曝气上升流的流向，以便为90°垂直弧形板1内侧腾挪出充裕的空间作为三相混合液的下行通道；在混合液改变流向的过程中，气泡上浮至水面释放；而在90°垂直弧形板与隔墙之间，通过控制过流断面面积而控制混合液的下行流速在一个小的适宜的流速范围，以此保障气泡不被水流裹挟到二沉池；90°垂直弧形板内侧底部的沉泥，将会顺水平方向被水流带走滑落到二沉池排泥斗中而不会出现积泥现象；最后通过水平固定底板、下固定L形折板等辅助构件与孔洞和池壁牢固固定，从而实现上述气水分离的目的。
本发明弧形气水分离器，由90°垂直弧形板、加强支撑竖向肋、端头竖向挡板、水平固定底板、下固定L形折板和下加强三角肋等焊接构成，固定于曝气池和二沉池连通的穿墙孔洞上游侧，淹没于曝气池内，气液固三相混合态在90°垂直弧形板的弧内由上向下流动过程中，气泡及时上浮逃逸从而实现气水分离。90°垂直弧形板的特征在于90°弧形的两侧继续延伸一定宽度的平直段，既有利于形成一定高度的折流导向稳流段，又有利于深入孔洞中达到一定宽度而与水平固定底板牢固搭接。
90°垂直弧形板的外侧朝向曝气池，内侧朝向曝气池和二沉池连通的穿墙孔洞；90°垂直弧形板与墙壁穿墙孔洞形成的流道为等径流道，该通道的水流下向流速v下以较小为宜，流速过大将会导致气水分离不彻底；下固定L形折板和下加强三角肋的一端切向焊接于90°垂直弧形板的外侧，另一端用膨胀螺丝固定于侧壁，以保障每次充水时侧向水压力不会导致设备变形和引起震动抖动，使得设备的整体稳定性大为提高。
本发明的技术独创性和技术可靠性，主要体现在以下三个方面：
首先，三相流弧面双面稳流技术是本发明的独创和首创，其技术独创性在本发明中得到了充分体现。本发明基于气泡上升速度理论，在流体力学的指引下，通过简捷巧妙的构造设计，研究上升流、下降流和水平流的不同特性和气泡移动轨迹，利用某一设计流量下90°垂直弧形板1的弧度半径来控制流体通过的空间大小，实际就是控制了流体流速和气泡运动速度矢量差等参数，从而实现气水完全分离。该弧形构造完全不同于常规的气水分离箱或气水分离室，亦与《水平条缝式气水分离器》(公告号CN 103395853 A，公告日2013.11.20)的上升导流斜板、竖向稳流板、斜向导流沉泥板等构造有本质区别，因而具有十分显著的差异性和技术简捷性。
第二，利用独创的弧形流线构型实现节能运行。本发明中整体90°垂直弧形板1的流线型构造，不仅能让曝气池下部微孔曝气装置产生的微小气泡能够顺90°垂直弧形板1外侧聚集变大而向上快速逃逸，而且能形成90°垂直弧形板1右上方水平缓冲段空间和内侧充裕的下行空间，从而使得水流裹挟气泡的能力降到最低，顺利实现气泡的快速分离，而且水流经过流线型拐弯而水头损失极小，仅为1cm或更小，使得曝气池和二沉池之间的水头差在工程上甚至可以忽略不计，因此，本发明的弧形气水分离器运行极为节能，节约了流程高差，降低了污水处理的运行费用。
第三，技术可靠性得到充分体现。最简捷的方式，往往也是最为可靠的方式。本发明构造十分简洁明了，全部采用耐污水腐蚀的不锈钢材料设计制作，装置简练，充分考虑了制作和施工安装的简便性，结构强度的可靠性以及侧向受力的稳定性等问题，更考虑了防止混合液中杂质引起堵塞的问题，整个装置并不额外占用曝气池容积，亦不会出现流体短流和漏气现象，日常使用方便，无故障，不堵塞，不淤积，整个设备属于免维护的环保水处理节能型创新产品，确保了运行使用无忧。
本发明提出的一种弧形气水分离器，具有以下三点最明显的有益效果：
第一是简捷快速高效：本发明利用上下折流的空间构造，特意构建出气泡上浮/水流下降的平缓过度空间，在90°垂直弧形板1的右上方营造出良好的气泡上浮环境，利用90°垂直弧形板1与隔墙之间形成的泥水混合液下行通道，设计时在控制断面尺寸和流速的情况下，利用气泡上浮的速度高于水流下行的速度差原理，实现气泡与水流快速高效分离的目标。本发明构造简捷，线型流畅，空间利用率高，气泡逃逸快速而彻底，气水分离效果显著，获得了其它气水分离设备或装置无法获得的意想不到的满意效果。
第二是节能效果显著：本发明无需在曝气池之外建造独立的气水分离箱/室，而是直接淹没于水下，相比独立的气水分离箱/室，考虑其前后两端的水头损失共计节约水头在1m 以上，本发明几乎不消耗任何动力，水头损失极小，实现了污水处理节能和低成本运行的目的。即使与《水平条缝式气水分离器》(公告号CN 103395853 A，公告日2013.11.20)相比，因本发明采用90°垂直弧形的流线型流道设计，因而水流更平缓流畅，水头损失更小，运行更稳定牢靠。因此，本发明是真正意义上的水处理节能环保装置。
第三是技术经济性好：本发明装置由全不锈钢简单构件焊接而成，无任何机械活动部件和电动设备，也无需阀门装置和过滤拦截机构，不易损坏，不会堵塞，运行可靠性极高，无维护工作量。应用到工程实践中，不仅明显节省了工程造价，节约了用地，降低了运行成本，而且实现了曝气与澄清(二沉池沉淀)两个工序的无缝一体化，能很好地匹配曝气沉淀一体化的水池池型，适应范围广，极大地方便了污水处理厂的运行管理。
上述各项优势充分表明，本发明的一种弧形气水分离器，其空气动力和水动力运行流畅，气水分离效率高，不仅结构巧妙简捷、制作安装简便、无需额外动力、不占地，而且工程投资省、节能运行成本低、免维护、运行管理简单，特别适合在我国污水处理行业中和新型城镇化建设中广泛应用。
附图说明
图1为本发明一种弧形气水分离器的现场总装使用示意图。
图2为本发明一种弧形气水分离器的剖面结构详图。
图3为本发明一种弧形气水分离器的三维立体示意图A；
图4为本发明一种弧形气水分离器的三维立体示意图B；
图5为本发明一种弧形气水分离器的三维立体示意图C；
其中：1—90°垂直弧形板、2—加强支撑竖向肋、3—端头竖向挡板、4—水平固定底板、 5—下固定L形折板、6—下加强三角肋。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对以下实施例中的技术方案做进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员受到启迪而设计出不同规格大小的弧形气水分离器是不需要进行创造性劳动的。因此，在不脱离本发明精髓和原则的情况下，凡对本实施例进行变化、改进、修改、替换、整合和变型等，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅附图1、图2、图3，同时结合河南省南阳市某污水处理项目采用本发明的一种弧形气水分离器作为实施例，对本发明做进一步详细的技术说明。因此，本实施例提供了一种实际可行的已经成功运用的技术方案。
在此需要强调的是，对于实施例的具体技术方案的说明是用于帮助理解本发明的精髓与意图，并不构成对本发明的限定。此外，在以下说明中，在专业技术上省略了对公知技术和熟悉结构的描述(如搭接焊接、为便于车辆运输而分段制造在现场用螺栓拼接或现场焊接等)，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本实施例的污水处理规模为1万m3/d，为便于水池或设备检修时不停产，设计分为2 座各5000m3/d的曝气池和沉淀池合建的一体化池。图1示出了单座5000m3/d的曝气沉淀一体化池的后端局部，即本实施例弧形气水分离器的现场总装使用示意图，该曝气池有效水深5.30m，设4台弧形气水分离器，安装于2个水平长度各为5.60m的过水孔洞处，孔洞底距池底高度1.20m，孔洞的内部净高0.40m，单个弧形气水分离器的长度为2.80m，气水分离器的高度为0.55m，气水分离效果得到了充分保障。
图2示出了本实施例弧形气水分离器的剖面结构示意详图，图3为本实施例弧形气水分离器的三维立体示意图。
如图1、图2、图3所示，本实施例的弧形气水分离器，包括90°垂直弧形板1、加强支撑竖向肋2、端头竖向挡板3、水平固定底板4、下固定L形折板5和下加强三角肋6等部件，并焊接成为一个整体。
上述部件材质均为耐污水腐蚀的不锈钢材质。
所述90°垂直弧形板1的下部伸入到隔墙孔洞内，并与水平固定底板4搭接焊接，90°垂直弧形板1的大部分悬空于曝气池内，并与加强支撑竖向肋2、端头竖向挡板3、水平固定底板4、下固定L形折板5和下加强三角肋6等部件牢固焊接成一个整体；90°垂直弧形板1的数量为1个，弧形半径为400mm，弧形板长度2.80m，弧形板两侧各延伸150mm；
所述加强支撑竖向肋2类似于菱形，两头为90°角，两头90°角的直角边分别与90°垂直弧形板1的两侧延伸段焊接，其焊接方向为竖向，焊接后形成的过流通道既不阻挡水流，也不会引起堵塞，还可以起到水流导流作用，主要是增加了90°垂直弧形板1的整体刚性；加强支撑竖向肋2的数量为4个或5个；
所述端头竖向挡板3焊接于90°垂直弧形板1的一端，防止侧边水流短路而混入气泡，其形状为90°直角和对应边的90°弧形边，该弧形边与90°垂直弧形板1的90°弧形边焊接，其弧形半径为400mm；端头竖向挡板3的数量最多为1个；当无侧边水流需要阻挡时，可不设置端头竖向挡板3。
所述水平固定底板4为矩形长条形钢板，尺寸L×B＝370×100mm，一端开有小孔用于膨胀螺丝固定于穿墙孔洞内，另一端搭接焊接于90°垂直弧形板1的平直延伸段下方，搭接长度为150mm；水平固定底板4的数量为6个；
所述下固定L形折板5为矩形长条形钢板折弯，尺寸L×B＝382×100mm，折弯角55°，折弯段开有小孔用于膨胀螺丝固定于穿墙孔洞下方的墙壁上，另一端切向焊接于90°垂直弧形板1的弧形段下方，其作用有二，一是在安装和空载时能够承托住设备本体的重量，二是在充水时可以拉住因侧向水压力而避免设备微变形，增强了设备运行时的整体刚度，强化了设备的长久可靠性；下固定L形折板5的数量为6个，并与水平固定底板4一一对应；
所述下加强三角肋6是对下固定L形折板5的受力强化，防止下固定L形折板5受力时变形，其焊接于下固定L形折板5的两侧成为撮箕状；下加强三角肋6的数量为12个。
具体的，所述弧形气水分离器在本实施例中的主要技术规格参数如下：
设备L×B×H＝2800×400×550mm；设备上端进口最大流速≤0.05m/s。
如图1、图2、图3所示，本实施例在工作时，位于池底微孔曝气装置产生的气泡在上浮过程中，被90°垂直弧形板1遮挡而不会随水流裹挟进入穿墙孔洞，同时，气泡在沿90°垂直弧形板1外弧面上升的过程中，会聚集变大而更快速上浮直至从水面逸出。设备上方的水流虽然还会含有少量气泡，但因为水流下行的速度明显小于气泡的上升速度，故而在行进过程中气泡会全部向上逃逸，因此，经过穿墙孔洞进入到二沉池的泥水混合液中，已经不含可见气泡但仍含有一定量的溶解氧，故，本实施例拥有优异的气水分离效果，只要按照国家相关标准控制生产加工制造和现场安装工程质量，设备就将具备极高的可靠性，同时还具备很显著的经济性和便捷性。
如上所述，通过精巧构思、计算和详细设计可较好地实现本发明。
综上，本实施例的弧形气水分离器，其构造简捷，全部由不锈钢钣金件牢固焊接组成，在功能和性能特点上，既能避免短流现象发生，使气泡与泥水混合物充分分离，显著保障气水分离效果，又能从根本上防止污水中杂质堵塞故障发生。此外，因结构简单、整体性强、无机械活动部件、整体淹没于水池中部以下、易于安装、水头损失小，因而具有广泛的适用性。
实施例二
现以湖北省潜江市某乡镇污水处理项目采用本发明的一种弧形气水分离器作为实施例，对本发明做进一步详细的技术说明。因此，本实施例又提供了一种实际可行的已经成功运用的技术方案。
本实施例的污水处理规模为1600m3/d，为便于水池或设备检修时不停产，设计分为2 格各800m3/d的曝气沉淀一体化池，图1示出了单格800m3/d的一体化池的后端剖面示意图，即本实施例弧形气水分离器的现场总装使用示意图，该曝气池有效水深4.30m，设4台弧形气水分离器，安装于2个水平长度各为4.02m的过水孔洞处，孔洞底距池底高度1.00m，孔洞的内部净高0.30m，单个弧形气水分离器的长度为2.00m，气水分离器的高度为0.45m，气水分离效果得到了充分保障。
图2示出了本实施例弧形气水分离器的剖面结构示意详图，图3为本实施例弧形气水分离器的三维立体示意图。
如图1、图2、图3所示，本实施例的弧形气水分离器，包括90°垂直弧形板1、加强支撑竖向肋2、端头竖向挡板3、水平固定底板4、下固定L形折板5和下加强三角肋6等部件，并焊接成为一个整体。
上述部件材质均为耐污水腐蚀的不锈钢材质。
所述90°垂直弧形板1的下部伸入到隔墙孔洞内，并与水平固定底板4搭接焊接，90°垂直弧形板1的大部分悬空于曝气池内，并与加强支撑竖向肋2、端头竖向挡板3、水平固定底板4、下固定L形折板5和下加强三角肋6等部件牢固焊接成一个整体；90°垂直弧形板1的数量为1个，弧形半径为230mm，弧形板长度2.00m，弧形板两侧各延伸220mm；
所述加强支撑竖向肋2类似于菱形，两头为90°角，两头90°角的直角边分别与90°垂直弧形板1的两侧延伸段焊接，其焊接方向为竖向，焊接后形成的过流通道既不阻挡水流，也不会引起堵塞，还可以起到水流导流作用，并且增加了90°垂直弧形板1的整体刚性；加强支撑竖向肋2的数量为3个或4个；
所述端头竖向挡板3焊接于90°垂直弧形板1的一端，防止侧边水流短路而混入气泡，其形状为90°直角和对应边的90°弧形边，该弧形边与90°垂直弧形板1的90°弧形边焊接，其弧形半径为230mm；端头竖向挡板3的数量最多为1个；当无侧边水流需要阻挡时，可不设置端头竖向挡板3。
所述水平固定底板4为矩形长条形钢板，尺寸L×B＝320×100mm，一端开有小孔用于膨胀螺丝固定于穿墙孔洞内，另一端搭接焊接于90°垂直弧形板1的平直延伸段下方，搭接长度为220mm；水平固定底板4的数量为5个；
所述下固定L形折板5为矩形长条形钢板折弯，尺寸L×B＝270×100mm，折弯角55°，折弯段开有小孔用于膨胀螺丝固定于穿墙孔洞下方的墙壁上，另一端切向焊接于90°垂直弧形板1的弧形段下方，其作用有二，一是在安装和空载时能够承托住设备本体的重量，二是在充水时可以拉住因侧向水压力而避免设备微变形，增强了设备运行时的整体刚度，强化了设备的长久可靠性；下固定L形折板5的数量为5个，并与水平固定底板4一一对应；
所述下加强三角肋6是对下固定L形折板5的受力强化，防止下固定L形折板5受力时变形，其焊接于下固定L形折板5的两侧成为撮箕状；下加强三角肋6的数量为10个。
具体的，所述弧形气水分离器在本实施例中的主要技术规格参数如下：
设备L×B×H＝2000×230×450mm；设备上端进口最大流速≤0.05m/s。
具体结构和功能描述，同实施例一，此处不再赘述。
如上所述，通过精巧构思、计算和详细设计可较好地实现本发明。
从以上两个实施例可以看出，本发明的弧形气水分离器适应性较广，不仅适用于较大规模的城市污水处理，也适用于广大农村乡镇污水处理，而只需在项目设计中适当调整设计参数，无需构建复杂且耗能的其他类型气水分离装置或构筑物，故，本发明与其他形式的气水分离器相比，获得了意想不到的有益效果。
本发明的一种弧形气水分离器，与其他已知的气水分离装置相比，具体的，气水分离能耗可节约40％或以上，气水分离效率至少可提高20％或以上，因而，本发明的技术经济效益非常显著，若广泛采用本发明技术与产品运用到城镇污水处理厂的建设中，不仅可节约数以亿元计的建设资金，还可每年节约可观的运行电耗成本，因此，本发明的宏观和微观经济效益都非常显著。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明一种弧形气水分离器的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对本发明所述各实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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