專利名稱:曝氣裝置及應(yīng)用該裝置進行有氧的生物處理的方法
本發(fā)明涉及在液體中彌散與溶解氣體所用的裝置，具體地說，涉及適合于以含氣泡流的形式噴射常壓氧氣、并將所噴射的氧氣溶解在其周圍環(huán)境的水中所用的曝氣裝置，也涉及應(yīng)用此種曝氣裝置對有機廢水、用于生物工藝學(xué)中的各種液體介質(zhì)及湖水進行有氧的生物處理的方法。
已知的傳統(tǒng)用于在液體中溶解氣體的裝置，包括例如在水中溶解常壓氧氣的裝置，該裝置包含放置在水箱中用作透過所述的水吹送氣體的空氣擴散器管道;在水中溶解常壓氧氣的裝置。該裝置包含噴射器機構(gòu)用作把空氣與水先進行混合而后噴射所生成的混合物(例如，描述在日本實用新型第42560/′82號及日本專利公開第41290/′82中)。
然而，當(dāng)使用空氣擴散器管道型裝置時，則形成相當(dāng)大(其直徑為十或幾十毫米)的空氣泡。基于此理由，常壓氧氣的溶解效率(即溶解的氧氣量與供應(yīng)的氧氣量之比)是很低的，以致最大的氧氣溶解效率竟低到只有7%而已，因此，在放置空氣擴散器管道的水箱中的水所含的平均氧氣濃度是非常低的。另一方面，噴射器型的裝置則能以水平流的形式泄放微小的空氣泡。因此，當(dāng)將應(yīng)用噴射型的裝置的方法與應(yīng)用空氣擴散器管道或機械通氣裝置的方法進行比較時，則前者較后者在氧氣溶解效率相對來說要高，且空氣能相對地、均勻地彌散在整個需進行處理的水中。不過，傳統(tǒng)的噴射器的缺點是只在空氣對水的混合物比例約為1/1或較低時才能產(chǎn)生含微小空氣泡流。當(dāng)空氣的供應(yīng)量增加時，所生成的空氣泡的直徑也會變大，這些空氣泡變得更傾向于聚結(jié)在一起而成為更大的空氣泡，以致空氣泡在水中的彌散程度變得更差，從而降低了氧氣的溶解效率。基于此理由，欲供應(yīng)足夠大量的氣體就變得不可能了。
本發(fā)明的一個目的為提供一種曝氣裝置，即使對該裝置供應(yīng)的氣體達到氣體對液體的體積比為3/1，仍能產(chǎn)生含微小空氣泡流而不致引起其發(fā)生聚結(jié)作用。
本發(fā)明的另一個目的為提供應(yīng)用一種用曝氣裝置對廢水進行有氧的生物處理的方法，其中所用曝氣裝置向整個廢水均勻地供應(yīng)微小空氣泡，以便實現(xiàn)高的氧氣溶解效率，從而能高效率地處理廢水。
按照本發(fā)明提供的曝氣裝置包含一個噴射流發(fā)生器，用作從一噴咀噴射處于混合狀態(tài)下的一種氣體和一種液體;及一個管狀流道矯直器，用作把從噴咀噴出的含空氣泡流與周圍環(huán)境的水混合，并從其中的泄放噴咀泄放出生成的該混合物，其特征在于，所述噴射流發(fā)生器具有一個液體入口;至少一個氣體入口;一個外部噴咀及至少一個內(nèi)部噴咀;所述液體入口通過內(nèi)部噴咀與噴射流發(fā)生器的內(nèi)部空間相連通;所述流道矯直器呈管狀形式，其內(nèi)徑在由入口朝向泄放噴咀的至少其一段長度上是逐漸縮小;而外部噴咀是如此放置，以使它與流道矯直器基本上共軸，其咀尖則信于鄰近該流道矯直器的入口之處。
按照本發(fā)明也提供一種有氧的生物處理盛裝于水箱中廢水的方法，所述方法包括下列步驟a)提供一個曝氣裝置，它包含一個噴射流發(fā)生器以便從噴咀噴射處于混合狀態(tài)的一種氣體和一種液體;及一個管狀流道矯直器以便把從噴咀噴射的含空氣泡流與周圍環(huán)境的水混合，并從其中的泄放噴咀泄放出所生成的混合物。其特征在于，所述噴射流發(fā)生器具有一流體入口;至少一個空氣入口;一個外部噴咀及至少一個內(nèi)部噴咀;所述液體入口通過內(nèi)部噴咀與噴射流發(fā)生器的內(nèi)部空間相連通;所述流道矯直器呈管狀形式，其內(nèi)徑在由入口朝向泄放噴咀的至少其一段長度上是逐漸縮小的;而外部噴咀是如此放置，以便它與流道矯直器基本上共軸，其咀尖則位于鄰近該流道矯直器的入口之處。
b)將所述曝氣裝置安裝于水箱中，使該曝氣裝置至少位于水面下2米的地方，而流道矯直器的泄放噴咀位于沿從泄放噴咀泄放出的含空氣泡流的流道方向上測出泄放噴咀至水箱上的與其相對的壁的距離不少于3米;
c)在水箱中放置兩個隔板，使該隔板基本上與從泄放噴咀泄放的含空氣泡流平行，隔板所限定的部分其寬度不于5米，而所述通氣裝置是放置在與該兩隔板等距離的位置上;
d)向曝氣裝置供應(yīng)一種氣體及一種流體，以便在泄放噴咀處產(chǎn)生流速不少于每分1.5米的含空氣泡流。
圖1及2說明本發(fā)明的曝氣裝置的兩個基本具體實施例的截面簡圖。
圖3至7說明本發(fā)明的曝氣裝置的一些改良的具體實施例的截面簡圖。
圖8至9為用一個或多個按照本發(fā)明的方法所用的隔板把一個水箱分隔成多個部分的平面簡圖;及圖10為圖9說明的水箱的截面簡圖。
本發(fā)明的曝氣裝置將參照附圖更詳細地加以說明。
圖1及2說明本發(fā)明的曝氣裝置的兩個基本具體實施例的截面簡圖。圖1說明的具體實施例中的流道矯直器包含一個單管，而圖2說明的具體實施例中的流道矯直器包含一個套管。
本發(fā)明的曝氣裝置包括一個噴射流發(fā)生器1及一個流道矯直器2。所述噴射流發(fā)生器1具有一個液體入口3，一個氣體入口4，一個外部噴咀5及一個內(nèi)部噴咀6，而內(nèi)部噴咀6位于噴射流發(fā)生器1之內(nèi)。所述液體入口3通過內(nèi)部噴咀6與噴射流發(fā)生器1的內(nèi)部空間相連通。
雖然每個噴咀可由狹窄的、直的管子組成的，但從該管有一部分在朝向咀尖的方向上其內(nèi)徑是連續(xù)地縮小為最好。在所述說明的具體實施例中，雖然所述噴咀是如此放置，以使它們指向同一方向，并彼此間互相校直，但這樣的放置并非是必需的。例如，各噴咀可放置于彼止間成120°角的位置上。
需供應(yīng)到噴射流發(fā)生器1中的液體是通過液體入口3導(dǎo)入的，然后通過內(nèi)部噴咀6注射入噴射流發(fā)生器1的內(nèi)部空間。因此，所述液體通常是以1至40公斤/平方厘米(表壓)的壓力、最女為1.5至25公斤/平方厘米(表壓)的壓力供應(yīng)的。雖然，所述氣體入口4為導(dǎo)入含氧氣體如空氣、純氧氣或富氧空氣的入口處，有高濃度的氧氣溶解于其中的水也可由此處導(dǎo)入于噴咀流發(fā)生器中。由內(nèi)部噴咀6注射的流體與由氣體入口4供應(yīng)的氣體，在噴射流發(fā)生器內(nèi)混合在一起形成包含微小氣泡的液體。并從外部噴咀5把這含微小氣泡的液體噴到噴射流發(fā)生器1的外部。
當(dāng)以5至40公斤/平方厘米(表壓)的壓力向噴射流發(fā)生器供應(yīng)液體，并以0.2至0.7公斤/平方厘米(表壓)的壓力向噴射流發(fā)生器供應(yīng)氣體時，所述的氣體則會令人滿意地彌散和溶解在液體中。其結(jié)果，從流道矯直器泄放出來的液體包含很微小氣泡(其直徑為1毫米或更小)并容許這些微小氣泡彌散在整個水箱的廢水中。
所述流道矯直器2包含一個開孔管子，其內(nèi)徑在入口7處為最大，在由入口7朝向泄放噴咀8里通過至少其一段長度上其內(nèi)徑是逐漸縮小的。更具體地說，所述內(nèi)徑在由入口7至泄放噴咀8的整個長度方向上是連續(xù)地縮小著，或者只在介于由入口7至介于入口處至泄放噴咀間以一個點上所伸展的長度部分其內(nèi)徑是連續(xù)地縮小著。在后一種情況下，即只在由入口7至介于入口與噴咀間的一個點上所伸展的長度部分其內(nèi)徑是連續(xù)地縮小著，而其余部分的內(nèi)徑則保持不變，或者相反，甚至可有所增加。從入口7開始的管子內(nèi)徑連續(xù)地縮小的那一段長度最好不少于流道矯直器之總長L的1/4，以約2/3至1/3為更好。
所述流道矯直器2呈管狀形式，其內(nèi)徑從入口7處朝向泄放噴咀8通過至少其一段長度上連續(xù)地縮小著，這一點極為重要。也就是這種管狀形式使之能保持氣泡的微小性而不致在其中發(fā)生聚結(jié)作用，甚至當(dāng)氣體對流體的混合比被提高2/1至3/1的級別，仍然不會發(fā)生聚結(jié)作用。所述流道矯直器2的入口7處的內(nèi)徑為1.4至4倍于該流道矯直器2的最小內(nèi)徑B。
所述流道矯直器可用各種材料制造。雖然所述流道矯直器的內(nèi)部表面可稍為粗糙些，但以盡可能光滑的內(nèi)部表面為最好。尤其是在具有最小內(nèi)徑的部分，其表面粗糙的程度對含空氣泡流中的氣泡的狀態(tài)產(chǎn)生很大的影響作用。
所述噴射流發(fā)生器1與所述流道矯直器2之間的位置關(guān)系必須使外部噴咀5放置在與流道矯直器2共軸的位置，且噴咀5的咀尖部分須放置在鄰近流道矯直器入口7處。所述外部噴咀5的咀尖部分不必深入地插在流道矯直器的內(nèi)部空間內(nèi)，但只須外部噴咀5放置于能把它所噴射的所有含空氣泡流能被流道矯直器接受的位置即可。在極端的情況下，外部噴咀的咀尖可放置在恰好為流道矯直器的入口處的外面。然而，通常是以把外部噴咀的咀尖恰好放置在流道矯直器的入口處的里面為宜。
在這種曝氣裝置中，當(dāng)噴射流發(fā)生器1的外部噴咀5的內(nèi)徑用A表示，而流道矯直器的囁小內(nèi)徑用B表示時，則A/B的值以0.1至0.5及外部噴咀5的總長L以20A至100A為最好。
如果A/B之值小于0.1，則從泄放噴咀泄放的含空氣泡流的流速會減慢，而吸入周圍環(huán)境的水吸力也會減弱，因而空氣泡的彌散效應(yīng)會降低，結(jié)果生成的空氣泡的直徑有變大的趨勢。另一方面，如果A/B之值大于0.5，則在流道矯直器2內(nèi)會增加渦流的形成，而使空氣泡間相互碰撞并使空氣泡增大。
如果外部噴咀5之總長L小于20A，流道矯直器2不能充分顯示其密切混合空氣泡與周圍環(huán)境的水的功能，從而不能避免空氣泡發(fā)生聚結(jié)作用;也不能充分顯示其消除溶解的氧氣濃度的局部高峰值的功能來以便改進氧氣溶解效率。另一方面，如果總長L大于100A，流道矯直器就過分長了，空氣泡的聚結(jié)作用又會有再次發(fā)生的趨勢，從而使泄放噴咀8泄放的含空氣泡流的流速會慢到不可接受的程度。
雖然如上所述流道矯直器可只包含一個單管，但也可用如圖2所示的具有套管形式的流道矯直器。在這種情況下，如上所述，流道矯直器的主體或外部管2呈管狀形式，而其內(nèi)部管9包括具有類似外部管2的形狀的開口端的管子。如圖2所示，外部管2與內(nèi)部管9放置在使內(nèi)部管9與外部管2基本上成為共軸的，而內(nèi)部管的入口10基本上與外部管的入口7處不平齊的位置。當(dāng)內(nèi)部管的最小內(nèi)徑用C表示時，則C/B之值以0.5至0.7而內(nèi)部管的總長L′較外部管的總長L要小且L′在10A至50范圍內(nèi)為最好。具有這種套管形式的流道矯直器比起圖1所示的單流形式的流道矯直器的優(yōu)點在于含空氣泡流的泄放距離是比較長的。
基本上，本發(fā)明的曝氣裝置具有上述的結(jié)構(gòu)。然而，可進行各種改良和/或提供輔助裝置以便形成更微小空氣泡并改進氧氣溶解效率。
在一個優(yōu)選的改良的具體實施例中，在噴射流發(fā)生器中提供一個串連安排的多個內(nèi)部噴咀。圖3所顯示的一個具體實施例其中兩個內(nèi)部噴咀是串連安排的。在這情況下，噴射流發(fā)生器具有液體入口3，第一與第二氣體入口12與13，一個外部噴咀5，及第一與第二內(nèi)部噴咀14與15。噴射流發(fā)生器1的內(nèi)部空間被第二內(nèi)部噴咀15分隔成第一室16與第二室17。第一室16與第一氣體入口12相連通，并通過第一內(nèi)部噴咀14也與液體入口3相連通。第二室17與第二氣體入口13及外部噴咀5相連通。通過第一噴咀14供應(yīng)的液體及通過第一氣體入口12供應(yīng)的氣體在第一室16中混合在一起形成含微小氣泡的液體。此種含空氣泡液體通過第二內(nèi)部噴咀15注射入第二室17中，于此處該含空氣泡液體與第二氣體入口13供應(yīng)的氣體進行混合形成含更微小氣泡的液體。然后將這含空氣泡的液體從噴咀5噴射到噴射流發(fā)生器1的外部。
當(dāng)?shù)诙?nèi)部噴咀15的咀尖部分的內(nèi)徑用A′表示，而外部噴咀5的咀尖部分的內(nèi)徑用A表示時，A′/A之值最好不大于1。如此比值大于1，安排成串連形式的內(nèi)部噴咀的作用會被減低。如果此比值是0.8或更小，在第一室16中的氣體溶解效應(yīng)得到提高，而在第二室17中所述氣體會更緊密地與所述液進行混合，從而使自流道矯直器泄放出來含空氣泡流變但更均勻。
雖然應(yīng)用兩個安排成串連形式的內(nèi)部噴咀已在上述具體實施例中敘述過，但也還可以對噴射流發(fā)生器提供三個或更多的安排成串連形式的內(nèi)部噴咀。
在另外曝氣裝置的優(yōu)選改良的具體實施例中，如圖4及5所示可在噴射流發(fā)生器中放置折流板。折流板18或19的作用機理是使由液體入口3供應(yīng)的、通過內(nèi)部噴咀6注射入噴射流發(fā)生器1的內(nèi)部空間恰好發(fā)生相當(dāng)程度的減壓的液體與折流板18或19發(fā)生碰撞而在噴射流發(fā)生器1的內(nèi)部空間產(chǎn)生渦流，而通過氣體入口4導(dǎo)入到這些渦流的供應(yīng)氣體，使氣體與液體的混合更為緊密。提供了折流板后，便可顯著的提高噴射流發(fā)生器中的氣體與液體的混合效應(yīng)。此外，噴射流發(fā)生器不僅僅具有混合氣體和液體形成含微小氣泡流的功能，而且還具有把氣體溶解在液體中的功能。提供了折流板后，在內(nèi)部噴咀與外部噴咀之間形成一狹縫，使氣體彌散溶解于液體中的功能，由于該狹縫的作用而得到提高。當(dāng)曝氣裝置在用于生物處理過程中時，通過液體入口供應(yīng)的液體可包括含懸浮固體物質(zhì)的原始廢水。特別是在這種情況下，所述的曝氣裝置可能不能把氣體與液體緊密地混合起來，從而使之難以形成含微小氣泡流而噴咀出去。然而提供了折流板后，則容許曝氣裝置以大范圍的氣體與流體的混合比值形成含微小氣泡流而噴射出去。
所用的折流板可為具有各種形狀的部件。然而，以應(yīng)用具有錐體形狀或截平錐體形狀且其頂尖指向內(nèi)部噴咀為最好。所述的折流板基本上適宜置于內(nèi)部噴咀的咀尖與外部噴咀的入口之間的中間位置。
圖6與7所表示的兩個具體實施例中，在液體入口3及噴射流發(fā)生器的內(nèi)部噴咀5間放置一個碎化裝置20或21。如上所述，當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明的曝氣裝置來處理有機廢水時，往往需要利用該廢水本身作為曝氣裝置的液體供應(yīng)。然而，廢水通常包含粗大的顆粒如微生物的絮凝物或污染物。如果將包含這些粗大的顆粒物的液體供應(yīng)到曝氣裝置中時，某些顆粒物相對來說是易于碎化，但另一些則保持粗大顆粒。這些粗大的顆粒不僅聚集其周圍的氣泡，使之難以形成含微小氣泡流而噴射出去，而且還粘附在噴咀的邊緣而引起其他各種問題。相反，如果將這些粗大顆粒先搗碎成具大小級別為0.1至2毫米的碎片，而后供應(yīng)到噴射流發(fā)生器、氧氣將溶解在這些碎片的核心部分，因此，起到形成更微小氣泡并促成氧氣的溶解量的增加。
因此，提供碎化裝置20或21是為了把供應(yīng)液體中出現(xiàn)的粗大顆粒搗碎從而形成更為微小的氣泡并促使溶解的氧氣增加。所述供應(yīng)液體是通過液體入口，經(jīng)碎化裝置，而把液體導(dǎo)入噴射流發(fā)生器的內(nèi)部噴咀，并一直向前推進。
為此目的，可使用各種碎化裝置，所述裝置須能在液體強流之中，通過與之發(fā)生撞擊而能把剪應(yīng)力加在液體中出現(xiàn)的粗大顆粒。
在圖6所示的具體實施例中，雖然應(yīng)用了靜態(tài)混合器20作為碎化裝置，也可以應(yīng)用其他任意靜態(tài)型的碎化裝置，如拉西環(huán)或隨意卷曲的鐵絲等。圖7所示的具體實施例中將能產(chǎn)生渦流的葉輪21用作碎化裝置。因此也可應(yīng)用各種動態(tài)型的碎化裝置。
碎化裝置20或21不僅能搗碎如微生物或無機組分成碎片，還可起到將廢水的生物處理過程中加入到處理箱中的各種物質(zhì)有效地彌散的作用。所述加入的各種物質(zhì)包括如主要由氮和磷組成的微生物的營養(yǎng)物，為加速沉積作用所使用無機物及絮凝劑，及為改進水處理效應(yīng)的改性菌類的制劑。
本發(fā)明的曝氣裝置不僅在有氧生物處理諸如有機廢水應(yīng)用于生物工藝學(xué)過程中的各種液體介質(zhì)及湖水等處理過程中作為在液體中溶解氧氣的裝置是有用之外，也在消毒凈化過程中溶解臭氧、在包含還原物質(zhì)的溶液中溶解氧氣及在用于溶液培養(yǎng)的養(yǎng)殖中向營養(yǎng)溶液供應(yīng)氧氣等的有效應(yīng)用方面是有用的裝置。
當(dāng)空氣與水的混合比值為1/1或更高時，傳統(tǒng)的噴射器的缺點在于它難以泄放和彌散微小空氣泡，因而大部分空氣泡聚結(jié)并向大氣中散逸，這樣微小空氣泡只能在近離噴射器的噴咀的地方彌散。相反，本發(fā)明的曝氣裝置則沒有這些缺點，甚至在空氣與水的混合比值為1/1或更高時，依然沒有上述缺點。因此，本發(fā)明的曝氣裝置，可在相當(dāng)廣泛的空氣與水的混合比值范圍內(nèi)，在相當(dāng)長的距離內(nèi)彌散微小空氣泡，因而達到高的氧氣溶解效率。本發(fā)明的曝氣裝置的進一步特征在于溶解氧氣的濃度可依賴于待處理的廢水的特性通過改變所供應(yīng)到噴射流發(fā)生器的水量及壓力及通過氣體入口導(dǎo)入的氣體的量與壓力而在廣泛的范圍進行控制。
本發(fā)明的曝氣裝置優(yōu)選應(yīng)用于有氧的生物處理在這情況下，一個理想的有氧生物處理其特征為一個高的氧氣溶解效率及均勻的溶解氧氣的分布可通過適當(dāng)?shù)臎Q定安裝該曝氣裝置的水箱的尺寸，安裝該曝氣裝置的位置及從曝氣裝置泄放含空氣泡流的流速而實現(xiàn)的。
現(xiàn)將本發(fā)明的有氧的生物處理方法敘述如下。
本發(fā)明的方法，將所用的上述曝氣裝置安裝于水箱中離水面不少于2米的深度的位置。這里所謂安裝曝氣裝置的“深度”是指從水平到流道矯直器的縱向軸的距離。剛從曝氣裝置泄放的微小空氣泡具有高的氧氣分壓，溶解于廢水中的氧氣的量隨空氣泡和廢水接觸的時間成正比的增加。如果把曝氣裝置安裝于水面下少于2米的深度的位置時，則容易使曝氣裝置泄放的空氣泡流增加其水平流速，因而加強了表現(xiàn)攪拌力。然而，由于較低的流體壓力使空氣泡的直徑有增大的趨勢，從而使空氣泡更迅速地向水表面散逸。因此，氧氣溶解效率必然降低，同時也不易使溶解氧氣的濃度變成均勻。
此外，在實現(xiàn)本發(fā)明的方法時，將盛裝待處理廢水的水箱分隔成多個具特定尺寸的部分。更具體地，在水箱中放置一個或多個隔板以便形成多個基本上彼此平行并具寬度不大于5米的部分。在每個部分中，各裝上一部曝氣裝置并使之位于與隔板(能夠是水箱的邊壁)等距的地方。由該裝置泄放的含空氣泡流的方向基本上與隔板平行，而泄放噴咀8的位置距離它所對面的水箱的邊壁依含空氣泡流的方向測量不少于3米。曝氣裝置與其背后的水箱的邊壁的距離須盡可能地短。
更具體地，在水箱具有縱向尺寸不少于3米及橫向尺寸不大于5米的情況下，有氧的生物處理可在不必分隔的水箱中進行。為完成此處理過程須把曝氣裝置安裝成使之鄰近水箱的橫向邊壁而含空氣泡流是朝著平行于水箱的縱向邊壁泄放的。然而，當(dāng)水箱為矩形并具橫向尺寸大于5米的情況，則需把隔板24-27放置在水箱22或23中，以便將之分開成具寬度不大于5米的多個矩形部分，如圖8與9所示。在每個如此分隔的部分中，曝氣裝置28-33安裝成使其泄放噴咀距離其所面對的水箱22或23的邊壁不少于3米。在說明圖中雖然每個部分安裝一部曝氣裝置，但當(dāng)從前一個部分曝氣過程供應(yīng)到下一部分的廢水中氧氣的含量足夠高時，則不必在其他的部分安裝曝氣裝置。
當(dāng)然，前述的隔板可包括水箱的邊壁。如圖8與9所示，隔板24-27只需在某種程度上防止水箱中廢水的自由流動，而非需要完全分隔水箱以致防止廢水從一個部分流動到其他部分。那就是，隔板的唯一功能為容許各部分的廢水被含空氣泡流所完全攪拌并均勻曝氣。
在本發(fā)明的處理方法中，水箱的尺寸具有非常重要的意義。如果泄放噴咀8距離其所面對的水箱的邊壁依含空氣流的流動方向上測量少于3米時，空氣泡將更頻繁地彼此碰撞并由于激烈湍流使之向水表面散逸，因而導(dǎo)致氧氣的溶解不足。從實用的觀點來看，泄放噴咀8與其所面對的水箱的邊壁的距離最好為約7至18米，雖然這須依賴于水箱的橫向尺寸而定。
如果沒有在水箱中提供平行于含空氣流的隔板或如果鄰近隔板間的距離大于5米，含空氣泡流在廢水中的擴散將有方向性的降低趨向而變成非均勻，并導(dǎo)致某些區(qū)域出現(xiàn)較差的曝氣情況。從實用的觀點來看，鄰近隔板間的距離以0.7至3米為最好，因為可以提供在含空氣泡流的流動方向上相對高的流動速度。
在本發(fā)明的方法中，水箱中的廢水是用作曝氣裝置的供應(yīng)液體。然而，也可以用原始廢水。當(dāng)應(yīng)用水箱中的廢水供應(yīng)到曝氣裝置中，則可達到更為有效的生物處理，因為出現(xiàn)在水箱中用微生物聚集而形成絮凝物，在曝氣裝置中被搗碎成細粒并送回到所述水箱中。另外，供應(yīng)到曝氣裝置的液體可先用加壓氣體處理以使其中溶解的氧氣達到高的濃度。
從曝氣裝置泄放的含空氣泡流以具有盡可能高的流速為最好。由于從本發(fā)明的曝氣裝置泄放的含空氣泡流中的氣泡是非常微小的，它們的上升率是低的，且在流道矯直器內(nèi)的聚結(jié)程度也很小。然而，當(dāng)所述的流速非常低時，就很難把空氣泡均勻地分配到整個水箱的廢水中，而在水箱的底部及角落處有發(fā)生懸浮物質(zhì)的局部滯止及沉積物的堆集的趨勢。因此，含空氣泡流在流道矯直的泄放噴咀處的流速至少須為1.5米/秒，而以1.8米/秒的流速為最好。
在本發(fā)明的有氧的生物處理方法中，可以采用各種已知的傳統(tǒng)方法步驟，如可適當(dāng)?shù)剡M行pH調(diào)整，溫度控制，排除毒性物質(zhì)，排除過多的脂肪及油質(zhì)，添加營養(yǎng)物，及排除過多的絮凝物等以便創(chuàng)造適宜于生物處理的環(huán)境。
本發(fā)明的方法除適用于處理食品、化學(xué)、鋼鐵、脂肪和油、及其他工業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水，辦公樓字、學(xué)校、醫(yī)院及其同類的民間廢水，及包含天然的或合成的有機物質(zhì)的(如城市和小鎮(zhèn)的污水)有機廢水有氧生物處理方法，也適用于處理在生物工藝學(xué)過程中所用的各種液體介質(zhì)，及湖水的凈化處理等。
按照本發(fā)明的有氧的生物處理方法，可向整個廢水均勻地供應(yīng)大量的微小空氣泡且不會引起發(fā)生氣泡的聚結(jié)作用，使氧氣溶解效率能顯著地得到提高。因此，達到有效的有氧的生物處理及因而增加處理容量成為可能。另外，可分別控制供應(yīng)到曝氣裝置中的水和空氣，而在水中空氣泡的彌散性，甚至不會因為在外部噴咀處空氣對水的體積比被提高到2/1至3/1而降低。因此，按原始廢水的充填特性的變化。可供應(yīng)氧氣直至其所需氧的相應(yīng)數(shù)量，這樣也可帶來節(jié)約能量的效果。更進一步，如果將水箱中的廢水通過供應(yīng)到曝氣裝置而進行循環(huán)時，則廢水中出現(xiàn)的需氧的微生物組成的絮凝物可用該曝氣裝置搗碎成細小碎化，從而進一步改進有氧的生物處理的效率。
下列實例進一步說明本發(fā)明。
實例1-2，對比實例1-2及參考實例1-4將結(jié)構(gòu)如圖1或2所示的曝氣裝置，安裝在寬為2米、長為18米而深為3.5米的水箱中，用來處理海產(chǎn)制品廠的廢水。各實例中所用的各種曝氣裝置列于表1中。然而，對比實例1中所用流道矯直器為一個直管，而用于對比實例2中的流道矯直器呈管狀形式且其內(nèi)徑由入口朝向泄放噴咀的方向上逐漸縮小。
原始廢水的生化需氧量(BOD)平均約為1100ppm。從曝氣裝置泄放的含空氣泡流是通過供應(yīng)廢水到曝氣裝置的入口處其流率為0.7立方米/分而壓力為2.1公斤/平方厘米(表壓)，而所供應(yīng)的空氣的流率為2.1標(biāo)準(zhǔn)立方米/分且壓力為0.7公斤/平方厘米(表壓)。自處理開始，經(jīng)8小時后，對廢水處理的狀態(tài)進行評價。所獲評價結(jié)果列于表1中。
各種參數(shù)的評價，按下列程序進行1 BOD按JISK0102測定。
2 溶解氧氣濃度用DO表(電氣化學(xué)工業(yè)株式會社制造)。
3 氧氣溶解效率收集并合并廢水中存在的空氣泡，測定空氣的濃度，并計算氧氣溶解效率。
4 流速用螺旋槳型流速計測定。
5 空氣泡的狀態(tài)用肉眼觀察由于空氣泡而使水面上出現(xiàn)泡沫狀態(tài)，并基于下列情況進行確定。
“無氣泡聚結(jié)”＝可在水面上觀察到直徑為數(shù)毫米的氣泡發(fā)生有規(guī)則的爆裂現(xiàn)象。
“少稍氣泡聚結(jié)”＝除上述微小氣泡爆裂外，還可觀察到直徑為2-3厘米有時為5-7厘米的氣泡發(fā)生爆裂現(xiàn)象。
“顯著氣泡聚結(jié)”＝在水面上一個或多個地方連續(xù)地或周期性地發(fā)生大氣泡的爆裂現(xiàn)象。
表1實例1 實例2 實例3曝氣裝置形狀圖1＊1圖2＊2圖3＊3外部噴咀的內(nèi)徑A(毫米) 50 50 50流道矯直裝置的入口的內(nèi)徑(毫米) 490 490 240流道矯直裝置的泄放噴咀的內(nèi)徑B 240 240 240(毫米)A/B 0.2 0.2 0.2流道矯直器的總長L(毫米) 2000 2000 2000(40A) (40A) (40A)空氣泡的狀態(tài) 無氣泡 無氣泡 顯著的聚結(jié) 聚結(jié) 氣泡聚結(jié)在流道矯直器泄放噴咀處含空氣泡流 0.4 0.5 0.4的流速(米/秒)廢水中溶解氧氣量(ppm) 2.0 2.0 0.8氧氣溶解效率(%) 29 32 9凈化水的生化需氧量BOD(ppm) 3 3 350
表1(續(xù))對比實例2 參考實例1 參考實例2 參考實例3 參考實例4圖1＊3圖1 圖1 圖1 圖150 50 50 50 25240 1300 130 490 2001000 625 62.5 240 750.05 0.08 0.8 0.2 0.332400 2400 2400 750 3000(48A) (48A) (48A) (15A) (120A)顯著的氣泡 少許氣泡 少許氣泡 少許氣泡 少許氣泡聚結(jié) 聚結(jié) 聚結(jié) 聚結(jié)0.2 0.1 0.5 0.4 0.40.1 0.5 <0.1 0.8 0.76 15 10 16 15450 200 450 140 200＊1流道矯直器的內(nèi)徑從入口起至到中點止連續(xù)地縮小，而從中點起至到泄放噴止保持不變。
＊2內(nèi)部管總長度為1400毫米，其入口的內(nèi)徑為180毫米，泄放噴咀的內(nèi)徑為125毫米，而其內(nèi)徑以入口起到泄放噴咀止連續(xù)地縮小。
＊3只有流道矯直器形狀上不同。
實例3用圖9與10所示的處理設(shè)備來處理洗滌奶瓶作業(yè)中的廢水。這有機廢水的生化需氧量(BOD)及志賀氏菌屬及沙門氏菌屬(SS)分別在800-1400ppm與66-190ppm范圍之內(nèi)大幅度波動著。
所用生物處理水箱23為具有有效濃度為6.2米，長為12.5米而寬為9.0米的水箱。使用三個隔板25-27，其長度為12米，這樣，該生物處理水箱23被分隔成4個相鄰部分，各部分寬為2.2米并彼此相連通，見圖9所示。
在生物處理水箱23的各部分的底部安裝類似實例1中所用的曝氣裝置30-33。通過供供應(yīng)生物處理水箱的廢水到曝氣裝置而泄放含空氣泡流。供應(yīng)曝氣裝置的廢水流量為0.7立方米/分而壓力為2.1公斤/平方厘米(表壓)。供應(yīng)的氣體是空氣，其流率為2.1標(biāo)準(zhǔn)立方米/分。幾乎沒有發(fā)現(xiàn)由于空氣泡的聚結(jié)而有空氣泡的散逸，并且在廢水中達到良好的微小空氣泡的彌散的效果。在這情況下，在泄放噴咀的含空氣泡流的流速為0.4米/秒。在水面下3米深處觀察在含空氣泡流的流動方向上流速的分布，在離開流道矯直器的泄放噴咀8為3，4及5米的點上的流速分別為0.4，0.2及0.08米/秒。
在此處理設(shè)備中，上述有機廢水是在下列條件下進行處理的所述有機廢水是通過有機廢水入口導(dǎo)入水箱23中，其流量為20升/分。通過把有機廢水暴露在安裝于第一部分中的曝氣裝置30泄放的含空氣泡流中，所述有機廢水被曝氣，同時，被混合和攪拌。然后把有機廢水導(dǎo)到第二部分，在此處，所述有機廢水又被曝氣裝置31曝氣及攪拌。通過第二部分后，最后用曝氣裝置33泄放到第四部分中的含空氣泡處理所述有機廢水。如此處理后，把有機廢水從水箱23排出。
有機廢水中的BOD，從開始時在800-1400ppm范圍，最后降低至25ppm。因此，獲得質(zhì)量優(yōu)良的凈化水。
實例4-5及對比實例3-6魚油加工制品廠排出的廢水，用裝有本發(fā)明的曝氣裝置的生物處理水箱進行水處理。該有機廢水的平均BOD及SS分別為1100ppm及220ppm。其溫度為25-30℃。
所述生物處理水箱的有效深度為3.8米，長為25米而寬為6米。在生物處理水箱中放置適當(dāng)?shù)母舭?，流道矯直器的泄放噴咀到其對面的水箱的壁的距離在含空氣泡流的流動方向上測量使其結(jié)果按三個步驟變化(即18米，12米及2米)而經(jīng)分隔后水箱的寬度也按三個步驟變化(即6米，2米及1.5米)。
在這些實例中所用的曝氣裝置與實例1中的曝氣裝置相同，但所述曝氣裝置在水箱中的安裝位置，按垂直位置(或深度)而言也是變化的。在這些條件下，通過向所述曝氣裝置供應(yīng)按氣體對液體(或空氣對廢水)的體積比為3/1的空氣從該曝氣裝置泄放含空氣泡流。
照此，連續(xù)對所述有機廢水進行20小時有氧的生物處理，然后對被處理的廢水的狀態(tài)進行評估。所獲得的結(jié)果列于表2中。
表2實例 實例 對比 對比 對比 對比4 5 實例3 實例4 實例5 實例6曝氣裝置的位置 3.5 3.5 1.5 3.5 3.5 3.5的深度(米)流道矯直裝置與 18 12 12 2 12 12其對面水箱的壁的距離(米)水箱的寬度(米) 2 1.5 2 2 6 2在流道矯直器的泄 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.02放噴咀上含空氣泡流的流速(米/秒)空氣泡的狀態(tài) 無氣 無氣 少許氣 顯著的 少許氣 顯著的泡聚 泡聚 泡聚結(jié) 氣泡聚 泡聚結(jié) 氣泡聚結(jié) 結(jié) 結(jié) 結(jié)廢水中溶解的氧氣 2.0 2.0 0.8 0.2 0.4 <0.1氧氣溶解效率 29 32 16 10 13 5凈化水的BOD 15 15 150 220 100 800
權(quán)利要求
1.一個曝氣裝置，所述裝置包含一個噴射流發(fā)生器用以從一個噴咀噴射在一種混合狀態(tài)下的一種氣體和一種液體，及一個管狀流道矯直器供混合從所述噴咀噴射的含空氣泡流與周圍環(huán)境的水，并從泄放噴咀來泄放矯直器中生成的混合物，其特征在于，所述噴射流發(fā)生器具有一個液體入口，至少一個氣體入口，一個外部噴咀及至少一個內(nèi)部噴咀，所述液體入口通過所述內(nèi)部噴咀與所述噴射流發(fā)生器的內(nèi)部空間相連通，所述流道矯直器呈管狀形式，其內(nèi)徑在從入口朝向泄放噴咀通過至少一段其長度的方向上逐漸縮小，而所述外部噴咀放置成使之與所述流道矯直器基本上共軸，而其噴咀的咀尖放置在鄰近所述流道矯直器的入口的位置。
2.按權(quán)利要求
1所述的曝氣裝置，其中當(dāng)所述外部噴咀的咀尖的內(nèi)徑用A表示，而所述流道矯直器的最小內(nèi)徑用B表面，A/B之值為0.1至0.5，且所述流道矯直器的總長L為20A至100A。
3.按權(quán)利要求
1所述曝氣裝置，其中所述流道矯直器包括一個內(nèi)部管，所述管具有類似于所述流道矯直器的外部管的管狀形式，并共軸地放置在其中，而所述內(nèi)部管的入口基本上與所述流道矯直器的外部管的入口是平齊的。
4.按權(quán)利要求
1或3所述的曝氣裝置，其中所述噴射流發(fā)生器具有第一與第二氣體入口及第一及第二內(nèi)部噴咀，并且其中所述噴射流發(fā)生器的內(nèi)部空間被所述第二內(nèi)部噴咀分隔成一個第一室，第一室與所述第一氣體入口相連通、并通過所述第一內(nèi)部噴咀與所述液體入口相連通，及一個第二室與所述第二氣體入口與所述外部噴咀相連通。
5.按權(quán)利要求
1或3所述的曝氣裝置，其中所述噴射流發(fā)生器包括放置于所述內(nèi)部噴咀與所述外部噴咀之間的折流板。
6.按權(quán)利要求
1或3所述的曝氣裝置，其中所述噴射流發(fā)生器包括碎化裝置供碎化出現(xiàn)于通過所述液體入口供應(yīng)的液體中粗大顆粒，所述碎化裝置放置在所述液體入口與所述內(nèi)部噴咀之間。
7.一個處理置于水箱中的廢水的有氧的生物處理方法，該方法包括如下步驟(a)提供一個曝氣裝置，所述裝置包含一個噴射流發(fā)生器供從一個噴咀噴射混合狀態(tài)下的一種氣體與一種液體，及一個管狀流道矯直器供混合從所述噴咀噴射的含空氣泡流與周圍環(huán)境的水，并從泄放噴咀泄放在矯直器中生成的混合物，其特征在于，所述噴射流發(fā)生器具有一個液體入口，至少一個氣體入口，一個外部噴咀及至少一個內(nèi)部噴咀，所述液體入口通過所述內(nèi)部噴咀與所述噴射流發(fā)生器的內(nèi)部空間相連道，所述流道矯直器呈管狀態(tài)形式，其內(nèi)徑在從入口朝向泄放噴咀通過至少一段其長度的方向上逐漸縮小，而所述外部噴咀放置成使之與所述流道矯直器基本上共軸，而其噴咀的咀尖放置在鄰近所述流道矯直器的入口的位置;(b)以一種方式將所述曝氣裝置放置于所述水箱中，使所述曝氣裝置的位置是在水面之下至少為2米的深度，及所述流道矯直器的泄放噴咀是放置于與它所面對的所述的水箱的壁在從所述泄放噴咀泄放的含空氣泡流的流動方向上測量的距離不少于3米;(c)在所述水箱中放置兩個隔板，使所述隔板基本上與從所述泄放噴咀泄放的含空氣泡流平行，所述隔板所限定的部分具有一個寬度不大于5米，而所述曝氣裝置是置于基本上與所述隔板等距離的地方;及(d)向所述曝氣裝置供應(yīng)一種氣體及一種液體以便產(chǎn)生一個含空氣泡流，所述含空氣泡流在所述泄放噴咀處的流速不少于1.5米/秒。
專利摘要
本發(fā)明提供曝氣裝置，包括一個噴射流發(fā)生器用以從噴嘴噴射混合狀態(tài)的氣體與液體，一個管狀流道矯直器用于混合所述噴嘴噴射的含空氣泡流與周圍環(huán)境水，并從泄放噴嘴泄放矯正器中生成的混合物，其特征在于流道矯直器呈管狀而其內(nèi)徑從入口到泄放噴嘴所通過的一段長度方向上、逐漸縮小。
文檔編號B01F13/10GK86106673SQ86106673
公開日1987年4月15日 申請日期1986年10月11日
發(fā)明者奧村宗弘, 野村教雄, 松田正, 城戶亞二郎, 石井新一, 服部英樹 申請人:三菱人造絲工程株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan