專利名稱：組合螺旋扇流攪拌布水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高效厭氧處理設(shè)備，尤其是涉及一種用于高效厭氧反應(yīng)器的組 合螺旋扇流攪拌布水器。
背景技術(shù)：
以升流式厭氧污泥床(UASB)為代表的第二代厭氧反應(yīng)器，采用三相分離 器，實(shí)現(xiàn)了泥、水停留時(shí)間分離，并在一定的條件下，可實(shí)現(xiàn)顆;粒污泥的生長(zhǎng)， 從而使厭氧消化技術(shù)發(fā)生根本性的變化，使厭氧技術(shù)步入高效時(shí)代。與此同時(shí)， 顆粒污泥的出現(xiàn)又使廢水相對(duì)于污泥速度達(dá)到中等流速，顆粒污泥仍處于流態(tài) 化階段，從而大大提高了傳質(zhì)效果。以厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、內(nèi)循環(huán) (IC)反應(yīng)器、厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)為典型代表的第三代厭氧反應(yīng)器由 此產(chǎn)生。
在厭氧反應(yīng)器中，布水器一直是廢水和活性污泥進(jìn)行傳質(zhì)厭氧消化的關(guān)鍵 裝置。為避免紊流產(chǎn)生對(duì)污泥的局部抬升作用和均衡負(fù)載，采用通常的均勻布 水的方式，但它缺乏攪拌混和的特征。 一方面，廢水在污泥密集區(qū)容易產(chǎn)生溝 流、短流及伴隨的稀疏兩相流，并且在廢水流速較低時(shí)，就會(huì)存在污泥容易結(jié) 塊、布水口容易堵塞的現(xiàn)象。由此產(chǎn)生厭氧反應(yīng)的低效和無效區(qū)，長(zhǎng)期處于低 效和無效區(qū)的活性污泥，將出現(xiàn)瓦解和礦化。另一方面，攪拌是非均相物系強(qiáng) 化傳質(zhì)過程非常有效的手段，利用這一手段顯然可進(jìn)一步提高相同條件下的厭 氧反應(yīng)的速度。機(jī)械攪拌一方面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，另一方面容易使顆粒污泥破碎。因 此，液流攪拌混和布水器是以顆粒污泥為基礎(chǔ)的高效厭氧反應(yīng)器的必然選擇。 通常第三代厭氧反應(yīng)器液流流速的提高形成的縱向內(nèi)環(huán)流，可在一定程度上解 決部分?jǐn)嚢杼卣?。但在大型或特大型厭氧反?yīng)器中，尤其是徑高比較小的反應(yīng) 器中，僅靠均勻布水，上述問題會(huì)再現(xiàn)。所以，對(duì)于UASB、 EGSB、 IC三類反 應(yīng)器(ABR需針對(duì)不同廢水進(jìn)行合理的工藝控制和設(shè)計(jì)，目前大型厭氧反應(yīng)器 尚未見報(bào)導(dǎo))，布水器仍為提高厭氧消化效率的關(guān)鍵裝置和重要環(huán)節(jié)。
為克服上述缺陷，產(chǎn)生較好的攪拌混和效果，在力求結(jié)構(gòu)筒單、能耗較低 的同時(shí)，通常采用射流布水、巻回流混和形成混沌攪拌區(qū)，再通過適當(dāng)物理結(jié) 構(gòu)形成飽含較均勻湍流的向上液流，湍流的時(shí)均速度分布(主流速率分布)和 顆粒污泥流態(tài)化相適應(yīng)。但由于多相流、湍流、混沌現(xiàn)象極為復(fù)雜，液流回旋 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的作用力場(chǎng)的攪拌混和過程行為與理論，尚待深入系統(tǒng)的研究。工程 上的應(yīng)用，只能應(yīng)用一些基本方法和思路，來探索其構(gòu)建的技巧，逼近結(jié)構(gòu)和 功能的"黃金比例"。
從本質(zhì)來說，無論采用哪種結(jié)構(gòu)裝置，導(dǎo)致物料混和的機(jī)理都是分子擴(kuò)散、
湍流擴(kuò)散和主體擴(kuò)散在促使各種物料(廢水、生化產(chǎn)物、生物聚合體)均勻、 密切物料接觸(廢水、生物聚體)的過程。它們有著不同的尺度，各自起著不 同的作用。
在改進(jìn)IC厭氧反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和功能的系列理論和實(shí)踐探索中，逐步深化著 對(duì)多相物料中的時(shí)均主旋轉(zhuǎn)液流的主要作用特點(diǎn)和時(shí)均旋轉(zhuǎn)流間的主要相互 作用及渦結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。申請(qǐng)人由此申請(qǐng)了產(chǎn)生含功能特點(diǎn)結(jié)構(gòu)的實(shí)用新型
專利旋流自驅(qū)動(dòng)傳質(zhì)厭氧反應(yīng)器(專利號(hào)ZL03227936. 1 )、多旋流自適應(yīng) 多循環(huán)厭氧反應(yīng)器(專利號(hào)ZL200420023281. 4，簡(jiǎn)記為MEIC)和發(fā)明專利: 高效自調(diào)整旋流氣液分離器(專利號(hào)ZL200410017733. 2 )。尤其是實(shí)用新型 專利ZL200420023281.4,在微觀到宏觀巨大尺度的范圍內(nèi)，探討了適應(yīng)IC厭 氧反應(yīng)器工程研究所適應(yīng)的尺度視野和基本框架。
雖然實(shí)用新型專利ZL200420023281. 4給出多旋流自適應(yīng)多循環(huán)厭氧反應(yīng) 器(MEIC)的"&計(jì)，其中涉及到液流攪拌混和布水器的一種基本框架結(jié)構(gòu)。但 其缺陷在于A、僅限于MEIC的布水器的最基本的框架，適用面窄。B、沒有 給出基本框架下，該種布水器可以通用的優(yōu)選具體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為大型或特大型圓筒形(直徑D: 28m>D>6m)高效厭 氧反應(yīng)器(UASB、 EGSB、 MEIC)提供一種高效攪拌混和、有利于反應(yīng)區(qū)強(qiáng)化傳 質(zhì)和顆粒污泥生存、結(jié)構(gòu)筒單、造價(jià)和運(yùn)行成本低的組合螺旋扇流攪拌布水器。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括安裝在圓筒狀反應(yīng)器殼體內(nèi)的下 反應(yīng)室下部的旋流罩，位于旋流罩上方的廢水輸入管的一端接廢水總管，另一 端穿過反應(yīng)器殼體的側(cè)壁進(jìn)入下反應(yīng)室接廢水輸入支管，特征是在距反應(yīng)器中 心為a處均勻分布有4個(gè)(6m《D《16m)或6個(gè)(12nKD<28m)、軸平面頂角 為cc、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、底半徑為r (r- "^三)、底距厭氧反應(yīng)器殼體底部的高度 為h的旋流罩。 2
2 — 4個(gè)(6nKD《16m)或3—5個(gè)(12m《D<28m)廢水輸入支管的上端均 接廢水輸入管，廢水輸入支管的下端分別垂直穿過旋流罩，旋流罩內(nèi)距罩底高 為h2的內(nèi)壁上均勻安裝有切向且水平向下夾角為P 、同徑同旋轉(zhuǎn)流方向的廢水 輸入支管的出口，使廢水產(chǎn)生的旋流保持同流向。且多個(gè)旋流罩形成的液流旋 流方向能使得倆倆旋流交匯處保持同流向。當(dāng)厭氧反應(yīng)器為UASB和EGSB時(shí)， 旋流罩的形狀為圓錐形，當(dāng)厭氧反應(yīng)器為MEIC時(shí)，則旋流罩的形狀為例漏斗 形，在旋流罩頂部開有內(nèi)循環(huán)回流口 。
旋流罩中的其中 一個(gè)廢水輸入支管出口最佳在離反應(yīng)器殼體的側(cè)壁最近處。
本發(fā)明的工作原理以輸入輸出壓差和剛性形體對(duì)輸入廢水的綜合作用， 形成含很強(qiáng)環(huán)能的底部平面?zhèn)銧钌淞鞑妓搹U水又在輸入輸出壓差、底面、 剛性圓柱局部面、柔性扇狀面等壓差和形體的共同作用下，形成兩方面主要作 用由液流的曳力和浮力，廢水與顆粒污泥形成均勻攪拌的空間分布。扇形螺
旋液流，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閹⑷跗矫姝h(huán)能縱向向上均勻分布的湍流，從而給出生化 反應(yīng)區(qū)需要的時(shí)均應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)分布和三相流態(tài)。
本發(fā)明在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，時(shí)均液流可實(shí)現(xiàn)下述功能大幅度減小從出水 口處動(dòng)量、固液分布不均勻狀態(tài)到動(dòng)量、固液分布均勻狀態(tài)的轉(zhuǎn)換空間，使轉(zhuǎn) 換空間體積最小化。時(shí)均液流對(duì)顆粒污泥的曳力和浮力形成的約束力與重力場(chǎng) 的作用，實(shí)現(xiàn)顆粒污泥處于高密度且有利于固液傳質(zhì)的初始流態(tài)化階段。液流 的水平環(huán)流對(duì)氣泡形成的約束力，使氣泡流形成區(qū)域均勻化，促^f吏生化反應(yīng)區(qū)
三相時(shí)均流態(tài)的空間分布為均;斷結(jié)構(gòu)。
從以下動(dòng)力學(xué)視角，考慮本發(fā)明的效果與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)
a、 固相、氣相在重力場(chǎng)的作用和液相粘滯力的共同作用下，隨液體流做 相應(yīng)的約束運(yùn)動(dòng)，并形成相應(yīng)的概率空間分布。
b、 三相運(yùn)動(dòng)中，液相的運(yùn)動(dòng)軌跡是矛盾的主要方面，固相、氣相對(duì)液相 的作用，可以用液體內(nèi)部參數(shù)及其變化(例如所占空間體積、密度和粘滯系數(shù)) 的形式予以考慮。
c、 液相的中觀運(yùn)動(dòng)軌跡，是受如下動(dòng)力學(xué)條件所形成，控制體的輸入、 輸出特征，剛性邊界，由液體運(yùn)動(dòng)間斥力所形成的中觀柔性壓強(qiáng)邊界綜合的形 體作用力。
d、 柔性中觀邊界是由對(duì)輸入輸出、內(nèi)部參數(shù)極為敏感的混純分叉點(diǎn)組成 的分界面。
e、 主流、渦旋(湍流或者說不同尺度的渦結(jié)構(gòu))、分子擴(kuò)散有著尺度、擴(kuò) 散速度數(shù)量級(jí)的巨大差異。壓縮轉(zhuǎn)換空間應(yīng)從主流、大尺度的渦結(jié)構(gòu)著手，傳 質(zhì)則僅由湍流和分子擴(kuò)散特征量決定。渦結(jié)構(gòu)中存在著尺度之間的逐級(jí)能量傳 遞。因此，湍流(渦結(jié)構(gòu))的控制最終由形體特征量所決定，尤其是大尺度和 較大尺度渦結(jié)構(gòu)更是如此。
f、 三類擴(kuò)散和傳播運(yùn)動(dòng)，由于重力場(chǎng)的作用，水平擴(kuò)散能力均遠(yuǎn)大于垂 直擴(kuò)散能力。
g、 空間形體結(jié)構(gòu)的特征點(diǎn)通常是動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的平^f點(diǎn)或拐點(diǎn)。在形體作 用導(dǎo)致有序和組織時(shí)，空間形體對(duì)廣延物理量和強(qiáng)度量有在對(duì)稱方面的"共軛" 制約轉(zhuǎn)換關(guān)系。其實(shí)質(zhì)是形體相對(duì)作用位置和空間角度，作用面形狀和大小對(duì) 物理廣延量和強(qiáng)度量導(dǎo)致對(duì)稱有序和組織的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)(對(duì)偶共軛)。
h、 一般來說，無旋流體運(yùn)動(dòng)在邊界上宏觀顯示為反射和折射運(yùn)動(dòng)；而有 旋流體運(yùn)動(dòng)在邊界上宏觀顯示的是內(nèi)含湍流和渦結(jié)構(gòu)依據(jù)形體特點(diǎn)導(dǎo)致的重 整有序和組織。它們之間存在能量轉(zhuǎn)變和依邊界的傳播擴(kuò)散的特點(diǎn)，有著巨大 的差異。在傳播運(yùn)動(dòng)方向有明顯的不同，所以形成了傳播擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的巨大差異。
本發(fā)明具有高效攪拌混和、有利于反應(yīng)區(qū)強(qiáng)化傳質(zhì)和顆粒污泥生存、結(jié)構(gòu) 筒單、造價(jià)和運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，適用于大型或特大型圓筒形(直徑D: 28m >D>6m)高效厭氧反應(yīng)器。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為單個(gè)旋流布水器的示意圖3為圖1的俯-現(xiàn)圖及水平方向底部布水區(qū)域主流特征流線示意圖，圖中 箭頭所示為水平方向主旋流特征流線；
圖4為廢水輸入支管的出口的放大示意圖； 圖5為縱向底部布水區(qū)域主流特征流線示意圖。 其中1:反應(yīng)器殼體2:旋流罩(注1 ) 3:下反應(yīng)室
4:廢水輸入管 5:廢水輸入支管(注2) 6:反應(yīng)器底 7:內(nèi)壁 8:外壁 9:廢水輸入支管5的出口 (注2 )
10:回流口 11:液流同向斥力形成的兩側(cè)面
注l:反應(yīng)器內(nèi)均均分布4個(gè)或6個(gè)旋流罩2，詳見說明書文字內(nèi)容； 注2:旋流罩2內(nèi)廢水輸入支管數(shù)量及出口朝向，詳見說明書文字內(nèi)容。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例l:直徑為6nKD《16m的圓筒形高效厭氧反應(yīng)器
本發(fā)明包括安裝在反應(yīng)器殼體1內(nèi)的下反應(yīng)室3下部的旋流罩2,位于旋 流罩2上方的廢水輸入管4的一端接廢水總管，另一端穿過反應(yīng)器殼體1的側(cè) 壁進(jìn)入下反應(yīng)室3接廢水輸入支管5，在距反應(yīng)器中心為a處均勻分布有4個(gè)、 軸平面頂角為oc、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、底半徑為r (r= )、底距厭氧反應(yīng)器殼體
底部的高度為h,的旋流罩2。 2
2 — 4個(gè)廢水輸入支管5的上端均接廢水輸入管4，廢水輸入支管5的下端 分別垂直穿過旋流罩2，在旋流罩2內(nèi)距罩底高為th的內(nèi)壁7上均勻安裝有切 向且水平向下夾角為P 、同徑同旋轉(zhuǎn)流方向的廢水輸入支管5的出口 9,使廢 水產(chǎn)生的旋流保持同流向。當(dāng)厭氧反應(yīng)器為UASB和EGSB時(shí)，旋流罩2的形狀 為圓錐形，當(dāng)厭氧反應(yīng)器為MEIC時(shí)，則旋流罩2的形狀為倒漏斗形，在旋流 罩2頂部開有內(nèi)循環(huán)回流口 10。且多個(gè)旋流罩2形成的液流旋流方向能使得倆 倆旋流交匯處保持同流向。
旋流罩2中的其中一個(gè)廢水輸入支管5的出口 9最佳在離反應(yīng)器殼體1的 側(cè)壁最近處。
均勻分配的廢水通過廢水輸入支管5，進(jìn)入旋流罩2中，在壓差和旋流罩 2的內(nèi)壁7的形體作用下，形成了輸入廢水的強(qiáng)制渦流，并形成相對(duì)應(yīng)的渦核。
當(dāng)厭氧反應(yīng)器為MEIC時(shí)，廢水強(qiáng)制渦內(nèi)循環(huán)與廢水輸入支管5的出口 9 厭氧消化后的含污泥的回流廢水，充分?jǐn)嚢杌旌?；?dāng)厭氧反應(yīng)器為UASB或EGSB 時(shí)，旋流罩2內(nèi)仍可能有通過旋流罩底與厭氧反應(yīng)器殼體底部6形成的廢水輸 出口擴(kuò)散和巻回流進(jìn)入的少量污泥。總之，旋流罩2內(nèi)所含污泥濃度大大低于
攪拌混和區(qū)與反應(yīng)區(qū)。旋流罩2內(nèi)相對(duì)簡(jiǎn)單介質(zhì)的混和液形成的明顯的主渦結(jié)
構(gòu)和渦核向外運(yùn)動(dòng)處于的形體結(jié)構(gòu)是外為反應(yīng)器底6、反應(yīng)器殼體1的園筒側(cè)
壁部分面和液流同向斥力形成的兩側(cè)面ll構(gòu)成扇柱形區(qū)域，內(nèi)為旋流罩外壁
8。內(nèi)含主渦結(jié)構(gòu)和渦核的混和液在上述形體的共同作用下，在以顆粒污泥為 主的多相介質(zhì)中，首先形成外部形狀類似扇形螺旋向上旋流、內(nèi)部形狀為向上 內(nèi)螺旋流在一區(qū)域(0 hj、 二區(qū)域(h廣h葉L C(Wf)急劇分叉擴(kuò)散的復(fù)合 主流。此時(shí)主渦結(jié)構(gòu)可以近似看成迅速分解為平面四個(gè)輔渦結(jié)構(gòu)和縱向內(nèi)外渦 結(jié)構(gòu)，充滿極為復(fù)雜的空間分叉點(diǎn)的多渦核結(jié)構(gòu)的向上液流。該分形結(jié)構(gòu)液流 的混沌特點(diǎn)和中等尺度的渦結(jié)構(gòu)形成了液流和顆粒污泥極好的攪拌混和特性。 含有中等尺度渦結(jié)構(gòu)的向上液流，在多相介質(zhì)運(yùn)動(dòng)中，由于擴(kuò)散和大渦結(jié)構(gòu)向 小渦結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)化，將出現(xiàn)兩個(gè)特征 一方面大渦結(jié)構(gòu)的弱化，液流斥力形 成的柔性邊界特征將弱化，該界面不確定性增強(qiáng)，將強(qiáng)化區(qū)域間的擴(kuò)散均衡性； 另一方面在三區(qū)域(h》h:+L Cos* )渦結(jié)構(gòu)在向小渦和;微渦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的液流將
強(qiáng)化小尺度的攪拌和均衡強(qiáng)化傳質(zhì)作用(即強(qiáng)化傳質(zhì)作用的范圍擴(kuò)大)。理想
的介質(zhì)分布和流態(tài)將得到形成和確立。
因此，這種結(jié)構(gòu)利用空間形體對(duì)液流的作用，在較小的空間，強(qiáng)化了多尺 度的攪拌，與單獨(dú)旋流攪拌的特征相比，大大改善了中心和邊界攪拌特征，充 分利用分形流的混沌特征，在使用較小的能量和不造成過大的紊流的同時(shí)，壓 縮了攪拌混和空間，更快并在更小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了厭氧反應(yīng)需要的理想介質(zhì)分布 和動(dòng)量均^f充滿湍流的流態(tài)的轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明能使高效厭氧反應(yīng)器形成更高效率的本質(zhì)在于利用不同區(qū)域的特 點(diǎn)(顆粒污泥含量和厭氧反應(yīng)情況不同)，利用空間具體結(jié)構(gòu)分配和形成不同 的尺度(大小、方位、強(qiáng)度)的渦結(jié)構(gòu)液流及其轉(zhuǎn)化，達(dá)到通過渦流的特點(diǎn)， 形成綜合立體介質(zhì)攪拌和強(qiáng)化介質(zhì)間傳質(zhì)反應(yīng)，并使其對(duì)應(yīng)的空間體積最優(yōu) 化。
由于問題的復(fù)雜性(存在著復(fù)雜的、非線性、時(shí)空尺度跨度巨大的攪拌輸 送、物質(zhì)傳遞和生化反應(yīng))，對(duì)于具體結(jié)構(gòu)，我們只能考察正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)， 從能源利用、空間利用角度進(jìn)行半理論推導(dǎo)，給出空間結(jié)構(gòu)特征的數(shù)據(jù)范圍。 條件成熟時(shí)，可依據(jù)工程實(shí)踐的積累，在有足夠相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬 修正，則可給出更合理的數(shù)據(jù)，即結(jié)構(gòu)參數(shù)與廢水輸入的物理與生化參數(shù)的相 關(guān)的關(guān)系。
理論上，參數(shù)關(guān)系可以通過區(qū)域間局域控制體進(jìn)行估算。壓力場(chǎng)的時(shí)均結(jié) 構(gòu)決定流體流動(dòng)特點(diǎn)，壓力場(chǎng)的時(shí)均結(jié)構(gòu)是由控制體的形體作用特點(diǎn)和輸入輸 出特點(diǎn)共同決定的。當(dāng)有足夠相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，從前述動(dòng)力學(xué)視角考慮，應(yīng)用質(zhì)量
連續(xù)性定理，能量守恒定理，動(dòng)量守恒定理進(jìn)行柱坐標(biāo)正交流線分解(正交相 平面分解)，可進(jìn)行參數(shù)間相關(guān)關(guān)系的估算。
當(dāng)相關(guān)數(shù)據(jù)欠缺時(shí)，我們從如下要素、特征進(jìn)行分析。
(1) 依據(jù)質(zhì)量守恒，不同斷面的液體平均速度為分析的核心數(shù)據(jù)和主要 相關(guān)關(guān)系。
(2) 無旋流體運(yùn)動(dòng)反射和擴(kuò)散的主要特征，剛性邊界的正壓力和柔性邊 界的剪切力和斥力，機(jī)械能轉(zhuǎn)化的力學(xué)特征，力學(xué)結(jié)構(gòu)的形體特征。它們所傳 遞的信息支配關(guān)系。
(3) 時(shí)均場(chǎng)中，減小轉(zhuǎn)換空間和減少達(dá)到最終平衡所需能耗為結(jié)構(gòu)特征
設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。因此，可從各種特征點(diǎn)(奇異點(diǎn))的物理內(nèi)含予以考察。
當(dāng)厭氧反應(yīng)器園筒內(nèi)徑D為下列數(shù)據(jù)時(shí)，綜合考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和功能趨于完 美，扇形螺旋液流攪拌混和布水器有如下基本結(jié)構(gòu)。
液流的傳播擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在等壓差區(qū)域是依據(jù)阻抗進(jìn)行流量(顯然內(nèi)含相應(yīng) 的動(dòng)量和能量)分配。所以扇形面徑向正交的中心、內(nèi)心、外心這三心位置有 著不同的物理含義。從最終形成的縱向時(shí)均流來看它們就由空間的結(jié)構(gòu)特征 點(diǎn)轉(zhuǎn)換為減少達(dá)到最終所需能耗和減小轉(zhuǎn)換空間的a空間位置的選擇特征點(diǎn)。 因此，從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，a綜合優(yōu)選區(qū)域?yàn)?它是形體之間空間位置對(duì)形體作用的 選^f奪判別)a: 0. 65R < a < 0. 68R ( R為反應(yīng)器內(nèi)半徑，布水器為4個(gè)或6個(gè))。 其它參數(shù)的選擇，相互制約，更為復(fù)雜。
首先，它是輸入廢水機(jī)械能在出口 9方位和旋流罩2形成的主要形體作用 下，轉(zhuǎn)換為旋流罩2輸出的機(jī)械能(動(dòng)壓強(qiáng)、環(huán)流強(qiáng)度、徑流強(qiáng)度、軸流強(qiáng)度 分布)表達(dá)形成的合理分配；并由此分配，最終在扇形體為主、旋流罩2外表 面為輔的形體共同作用下，最終形成固液分布均勻、主流軸向向上均衡動(dòng)量、 含有湍流和微弱環(huán)能的流態(tài)轉(zhuǎn)換過程。顯然，即便是時(shí)均過程，它的描述和模 擬也極為復(fù)雜。因此，需要探討的是在合理的假設(shè)條件下較合理的結(jié)構(gòu)。
依據(jù)速度變化和剪切應(yīng)力的關(guān)系我們有如下動(dòng)量(動(dòng)能)的主要形體作用 特點(diǎn)和估計(jì)。
旋流罩2正常工作狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)時(shí)均機(jī)械能分配的估算 環(huán)量的計(jì)算可做如下假設(shè)廢水輸出均勻分布在輸出口所在位置的水平環(huán) 上，則環(huán)量為廢水輸出平均速度的水平切向分量乘以所在位置的周長(zhǎng)，為其環(huán) 量的初估值。假設(shè)環(huán)量在旋流罩2輸出時(shí)，仍保持不變，則可換算輸出的切向 速度。
可估算出該狀態(tài)旋流罩輸出所需的總機(jī)械能和動(dòng)、靜壓強(qiáng)及動(dòng)能的分配。 由質(zhì)量和能量守恒，可得出徑向速度和軸向速度的分配。 而在第二形體作用區(qū)，又可從下述角度觀察。
徑向水平動(dòng)量(動(dòng)能)在徑向水平壓力梯度下，轉(zhuǎn)換為縱向動(dòng)量(動(dòng)能)。 環(huán)量(環(huán)能)在水平切向壓強(qiáng)梯度下，轉(zhuǎn)換為縱向動(dòng)量(動(dòng)能)。
縱向動(dòng)量(動(dòng)能)，除了形體的反射、折射作用，動(dòng)量的擴(kuò)散小于5。。
可以大致分為0 hi ， h廣h汴L Cos* ， h>hu+L Co * ，縱向三個(gè)區(qū) 域，它們?cè)诘诙D(zhuǎn)換區(qū)有不同的水平壓強(qiáng)梯度曲線，并由此而產(chǎn)生的縱向壓強(qiáng) 曲線。下部?jī)蓚€(gè)區(qū)域需要較強(qiáng)的攪拌功能，時(shí)均曲線是極為敏感的，為急劇轉(zhuǎn) 換區(qū)，而該時(shí)均曲線的基本構(gòu)架是由旋流罩的下述參數(shù)決定，即oc、 L、 h,和 h2 。
據(jù)此，可得出參考優(yōu)選具體結(jié)構(gòu)如下
oc: 120° <oc<150° (MEIC結(jié)構(gòu))，90° < ot < 120° (UASB及EGSB結(jié)構(gòu))；
r:(從空間結(jié)構(gòu)，L換成r便于觀察)0. 2R < r《0. 3R;
h1: 0. 2"h"0. 3r;
h2: 0. 2LOw三《h2<0. 3LOw2 ;
2 2 2 ，
P: (3=0° (MEIC結(jié)構(gòu))，30°《P《45° (UASB及EGSB結(jié)構(gòu))。
實(shí)施例2:直徑為12nKD《28m的圓筒形高效厭氧反應(yīng)器
實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l基本相同，不同之處在于
在距反應(yīng)器中心為a處均勻分布有6個(gè)、軸平面頂角為a、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、底
半徑為r (r = "^f )、底距厭氧反應(yīng)器殼體底部的高度為h:的旋流罩2。
3_5個(gè)廢水輸入支管5的上端均接廢水輸入管4，廢水輸入支管5的下端
分別垂直穿過旋流罩2,在旋流罩2內(nèi)距罩底高為&的內(nèi)壁7上均勻安裝有切
向且水平向下夾角為P 、同徑同旋轉(zhuǎn)流方向的廢水輸入支管5的出口 9,使廢
水產(chǎn)生的旋流保持同流向。當(dāng)厭氧反應(yīng)器為UASB和EGSB時(shí)，旋流罩2的形狀
為圓錐形，當(dāng)厭氧反應(yīng)器為MEIC時(shí)，則旋流罩2的形狀為倒漏斗形，在旋流
罩2頂部開有內(nèi)循環(huán)回流口 10。且多個(gè)旋流罩2形成的液流旋流方向能使得倆
倆旋流交匯處保持同流向。
權(quán)利要求
1、一種組合螺旋扇流攪拌布水器，包括安裝在反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)的下反應(yīng)室(3)下部的旋流罩(2)，位于旋流罩(2)上方的廢水輸入管(4)的一端接廢水總管，另一端穿過反應(yīng)器殼體(1)的側(cè)壁進(jìn)入下反應(yīng)室(3)接廢水輸入支管(5)，其特征在于在距反應(yīng)器中心為a處均勻分布有旋流罩(2)，旋流罩(2)的軸平面頂角為α，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，底半徑為r，底距厭氧反應(yīng)器殼體底部的高度為h1。
2、 如權(quán)利要求1所述的組合螺旋扇流攪拌布水器，其特征在于在直徑為6m 《D《16m的圓筒形高效厭氧反應(yīng)器中，在距反應(yīng)器中心為a處均勻分布有4 個(gè)旋流罩(2 )， 4個(gè)旋流罩(2 )形成的液流旋流方向能使得倆倆旋流交匯處保 持同流向；2 — 4個(gè)廢水輸入支管(5)的上端均接廢水輸入管(4),廢水輸入 支管(5)的下端分別垂直穿過旋流罩(2)，在旋流罩(2)內(nèi)距罩底高為h2 的內(nèi)壁(7)上均勻安裝有切向且水平向下夾角為P 、同徑同旋轉(zhuǎn)流方向的廢 水輸入支管(5 )的出口 ( 9 )，使廢水產(chǎn)生的旋流保持同流向。
3、 如權(quán)利要求1所述的組合螺旋扇流攪拌布水器，其特征在于在直徑為12m 《D《28m的圓筒形高效厭氧反應(yīng)器中，在距反應(yīng)器中心為a處均勻分布有6 個(gè)旋流罩(2 ), 6個(gè)旋流罩(2 )形成的液流旋流方向能使得倆倆旋流交匯處保 持同流向；3—5個(gè)廢水輸入支管(5)的上端均接廢水輸入管(4)，廢水輸入 支管(5)的下端分別垂直穿過旋流罩(2)，在旋流罩(2)內(nèi)距罩底高為h2 的內(nèi)壁(7)上均勻安裝有切向且水平向下夾角為P 、同徑同旋轉(zhuǎn)流方向的廢 水輸入支管(5 )的出口 ( 9 ),使廢水產(chǎn)生的旋流保持同流向。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的組合螺旋扇流攪拌布水器，其特征在于當(dāng)厭氧 反應(yīng)器為UASB和EGSB時(shí)，旋流罩(2)的形狀為圓錐形。
5、 如權(quán)利要求2或3所述的組合螺旋扇流攪拌布水器，其特征在于當(dāng)厭氧 反應(yīng)器為MEIC時(shí)，則旋流罩(2)的形狀為倒漏斗形，在旋流罩(2)頂部開 有內(nèi)循環(huán)回流口 (10)。
6、 如權(quán)利要求2或3所述的組合螺旋扇流攪拌布水器，其特征在于旋流罩 (2)中的其中一個(gè)廢水輸入支管(5)的出口 (9)最佳在離反應(yīng)器殼體(1)的側(cè)壁最近處。
7、 如權(quán)利要求2或3所述的組合螺旋扇流攪拌布水器，其特征在于圓筒形 高效厭氧反應(yīng)器為MEIC結(jié)構(gòu)時(shí)的優(yōu)選具體結(jié)構(gòu)為ot: 120°《"150° ，r: 0. 2R<r《0. 3R ， h1: 0.2r^h"0.3r ,h2: 0. 2L c"f <h2<0. 3Lc^f , P : P = 0。。
8、 如權(quán)利要求2或3所述的組合螺旋扇流攪拌布水器，其特征在于圓筒形 高效厭氧反應(yīng)器為UASB及EGSB結(jié)構(gòu)時(shí)的優(yōu)選具體結(jié)構(gòu)為: a: 90?！?120° , r: 0. 2IK r < 0. 3R ，h1: 0.2r《h^0. 3r , h2: 0. 2L Cay^ <h2<0.3LCo (3 : 30?！禤《45° 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組合螺旋扇流攪拌布水器，它包括旋流罩和廢水輸入管，特征是在距反應(yīng)器中心為a處均勻分布有4個(gè)(6m≤D≤16m)或6個(gè)(12m≤D≤28m)、軸平面頂角為α、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、底半徑為r、底距厭氧反應(yīng)器殼體底部的高度為h₁的旋流罩。2-4個(gè)(6m≤D≤16m)或3-5個(gè)(12m≤D≤28m)廢水輸入支管的下端分別垂直穿過旋流罩，在旋流罩內(nèi)距罩底高為h₂的內(nèi)壁上均勻安裝有切向且水平向下夾角為β、同徑同旋轉(zhuǎn)流方向的廢水輸入支管的出口，使廢水產(chǎn)生的旋流保持同流向。多個(gè)旋流罩形成的液流旋流方向能使得倆倆旋流交匯處保持同流向。本發(fā)明具有高效攪拌混和、有利于反應(yīng)區(qū)強(qiáng)化傳質(zhì)和顆粒污泥生存、結(jié)構(gòu)筒單、造價(jià)和運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/28GK101113055SQ20071002384
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者協(xié) 陳 申請(qǐng)人:協(xié) 陳