專利名稱：液體的曝氣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體的曝氣，尤其是用液體吸收氣體，從液體中吹脫所溶解的氣體，通過浮選那些懸浮在液體中的液滴或顆粒，使其分離出來，或者向貯存池中鼓入氣泡，從而完成上述處理。
在上述每一種操作中，最好首先將氣體分散成細(xì)小的氣泡，以便為兩相之間的質(zhì)量傳遞或通過浮選收集顆粒物質(zhì)提供一個(gè)大的接觸表面。當(dāng)液體中分散有高密度的小氣泡以后，最好還要將氣一液混合物噴進(jìn)貯存池，在貯存池中進(jìn)行如吸收，吹脫或浮選等處理操作。過去，已經(jīng)使用了許多種不同類型的擴(kuò)散器、噴嘴、或噴射器或各種形式的機(jī)械葉輪和其它曝氣器，但是，上述所有的曝氣設(shè)備在產(chǎn)生的氣泡大小、氣泡的流速，以及氣泡在液體中的分散度等方面都有明顯的局限性。
本發(fā)明的目的是提供一種將氣體在液體中分散成微小氣泡的設(shè)備，以及提供一種在大型液體貯存池中有效地利用氣泡的方法的液體曝氣的方法和裝置。
一方面本發(fā)明涉及一種液體曝氣方法，其步驟包括使向下噴射的液體通過向下延伸的管的上部，而該管的下端浸沒在液體中，在管內(nèi)形成氣泡的泡沫，使該泡沫向下流動(dòng)，從管的下端流出而進(jìn)入液體中。
最好在管的上部通入氣體，使其進(jìn)入噴射液體中以形成氣泡的泡沫。
最好管的上部是密封的，在大氣壓下，使氣體通過控制流速的縮頸。
此外，當(dāng)管的上部密封時(shí)，在一定壓力下也可借助于泵或鼓風(fēng)機(jī)輸送氣體。
本發(fā)明的一種實(shí)施例是進(jìn)入管的上部的液體與在液體中的過飽和溶液中的氣體混合。
氣體可以是任何適宜的或所希望的氣體，但是在許多情況下均包括空氣。
另一方面，本發(fā)明涉及一種在液體中曝氣的設(shè)備，該設(shè)備包括基本沿垂直方向延伸的管，該管的下端是開口的，在一定壓力下將液體送入朝向下方的噴嘴的液體供給裝置，該噴嘴安裝在管的上部從而在管中形成向下噴射的液體，還有支撐裝置，該裝置用于支承底端浸沒于液體中的管。
最好，在管的外部安裝向外延伸的擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器浸沒在液體中，該擴(kuò)散器用于液體中的氣泡上升時(shí)，驅(qū)散從管下端向外跑出的氣泡。
最好，擴(kuò)散器包括環(huán)繞著管的擋板，它從管外部的預(yù)定位置向外并向上延伸。
最好，上述擋板開有一些孔，孔的大小要使一定流速的氣泡能夠通過每個(gè)孔。
最好，在擋板的內(nèi)圓周和管之間留有一定縫隙，在縫隙的下面，管的外部安有分流環(huán)，該分流環(huán)能夠使向上流動(dòng)的氣泡向遠(yuǎn)離管的方向和遠(yuǎn)離管與擋板之間縫隙的方向流動(dòng)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在管內(nèi)安有引流管，該引流管的軸線平行于管的軸線，它引導(dǎo)氣體在管中流動(dòng)和/或?qū)苤械膰娚湟后w起限制作用。
管的截面最好大體上是圓形的，或者具有其它截面形式，該截面的最小和最大水平軸在相同的數(shù)量級(jí)上，并具有等于相同面積的圓的直徑的有效直徑。管的直徑是噴嘴直徑的2～20倍。
最好使管的直徑是噴嘴直徑的3～12倍。
待曝氣的液體既可以是通過噴嘴以向下噴射的形式進(jìn)入的液體，也可以是管的下端浸其中的液體。在許多情況下，從管的上部進(jìn)入管中的液體就是浸沒管下端的液體。
本發(fā)明的使用場合包括如下幾種(1)在盛有廢水或排放液的池中進(jìn)行曝氣，使廢水中產(chǎn)生許多分散的非常細(xì)小的氣泡，這樣做是為了微生物的生長提供氧氣，該微生物能夠除去廢水中的有毒物質(zhì)，從而在廢水被排放到下水道或河流之前，減小廢水的生物需氧量。
(2)對(duì)水或含有分散的細(xì)小油珠的排放液進(jìn)行曝氣處理，油珠吸附到氣泡上，上升到池或容器的液面上，從水中除去上述油珠，然后再對(duì)其進(jìn)行凈化處理。
由于噴射液體撞擊垂直管子中的一團(tuán)團(tuán)密集的泡沫的作用，在管中便產(chǎn)生了許多微小的分散氣泡，另外還有一部分氣泡是由于高速噴射的液體與相對(duì)靜止的密集泡沫之間的剪切作用而形成的。
噴射速度要足夠大以便將進(jìn)入密集的泡沫中的空氣分散成非常小的氣泡，氣泡的最大直徑大約500μm，這樣這些小氣泡便構(gòu)成具有較大接觸表面的介質(zhì)，此外由于沒有大氣泡，這樣產(chǎn)生的兩相混合物能象基本上均勻穩(wěn)定的混合液一樣流動(dòng)，從而為吸收、浮選等類似過程提供了有利的環(huán)境。
將噴射液送入垂直管的上部從而使得所產(chǎn)生的兩相混合物向下流動(dòng)，然后排放到池中。可以發(fā)現(xiàn)，如果從垂直管相互平行的管壁一端排放氣-液混合物，則所形成的流動(dòng)方式并不利于氣泡的最大有效利用。充分分散的密集泡沫的特征接近于單獨(dú)的均勻相，其密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于有泡沫排入其中的液體的密度，而且氣泡泡沫容易吸附在垂直管的外壁上，并迅速上升到池中液體的表面。
如果從垂直管的底部流出的均勻泡沫能與其周圍的液體混合在一起，便可更有效地使用氣泡從而使氣泡之間彼此分離，并象一個(gè)無限大的液體上升。由于氣泡非常小，所以每個(gè)氣泡的上升時(shí)間比從垂直管底部排出的均勻混合物的上升時(shí)間長得多，由此使微小顆粒在氣泡中或從氣泡中擴(kuò)散的時(shí)間大大增加了。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種有效的使氣體分散于微小氣泡中的方法，在高速噴射的液體的剪切力作用下，這些微小氣泡與液體混合成密集的泡沫，而上述噴射液體位于可向液體貯存池放排的垂直管中。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有效的簡單方法，該方法能使從垂直管底部排出的基本上均勻的混合物中的每個(gè)氣泡彼此分開，以使其緩緩地上升到表面，從而大大提高了氣體和液體在貯存池中的接觸時(shí)間，由此為兩相之間的物質(zhì)傳遞提供了最大的可能性，或者說為氣泡提供了捕集微小顆粒的最大可能性。
本發(fā)明的其它形式仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)，下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例及其改進(jìn)

圖1a為本發(fā)明曝氣設(shè)備的基本形式的垂直截面示意圖;
圖1b與圖1a類似，表示在沒有擴(kuò)散器的情況下一團(tuán)密集泡沫的上浮情況;
圖1c為圖1a中的擴(kuò)散器的剖面圖;
圖2a為構(gòu)成圖1所示設(shè)備中的一部分的管下端的垂直截面示意圖，它表示擴(kuò)散器的另一實(shí)施例;
圖2b為圖2a中擴(kuò)散器的平面圖;
圖3a和圖3b為另一種形式的擴(kuò)散器的垂直截面示意圖;
圖4a為在管中有多個(gè)噴嘴和內(nèi)部擋板的曝氣設(shè)備的垂直截面示意圖;
圖4b為圖4a中的噴嘴和擋板的剖面圖;
圖5為在管內(nèi)部安有引流管的本發(fā)明設(shè)備的垂直剖面示意圖;
圖6a和圖6b與圖5類似，表示另一種形式的引流管;
圖7與圖5類似，表示另一種形式的引流管。
圖1a表示的是本發(fā)明的一種形式，液體通過進(jìn)料管(1)進(jìn)入噴嘴(22)，噴嘴(22)端部有噴口(2)，該噴口(2)基本垂直朝下，噴嘴(22)裝于管(3)的頂部，管(3)大體上是垂直的，工作時(shí)，液體從噴口(2)高速噴出，并通過垂直管(3)向下流動(dòng)。
垂直管(3)通過支撐裝置(圖中未示)固定，從而使它的下端浸沒在池中的液體里，上述液體可以是通過進(jìn)料管(1)進(jìn)入的液體，也可以不是。
在開始工作之前，首先要使池中的液面與垂直管(3)內(nèi)部的液面相同，當(dāng)噴口(2)噴射出高速液體后，液體向下流動(dòng)，通過垂直管(3)進(jìn)到液體中，并夾帶著管子內(nèi)部中的空氣從下部出口(5)流出，最后以微小氣泡的形式在貯存池(4)中上升。分散在液體中的密集氣泡泡沫迅速充滿垂直管(3)，這樣管頂部區(qū)域的壓力便下降并低于管外的環(huán)境壓力，由此新的氣體，通常是空氣但又不必非是空氣，通過進(jìn)氣管(6)吸進(jìn)垂直管(3)中。
用易于安裝的控制閥(7)或其它適合方式調(diào)節(jié)氣體的流速，使得氣體通過進(jìn)氣管(6)流入的速度小于被噴射液體夾帶的最大速度，這樣垂直管(3)便能維持一定密度的泡沫，從而為氣體和液相之間的相互作用提供適宜的環(huán)境。
產(chǎn)生氣泡混合物的管(3)最好基本上是垂直的，例如垂直度在15°以內(nèi)，然而，在某些情況下，當(dāng)其軸線的偏離超過極限值時(shí)整個(gè)系統(tǒng)也能很好地工作，而這又取決于密集的氣泡泡沫向下朝垂直管出口(5)流動(dòng)時(shí)的氣泡聚結(jié)程度。如果氣泡聚結(jié)在斜管的上部會(huì)有大團(tuán)大團(tuán)的氣體上升到達(dá)管(3)的頂部，結(jié)果形成一個(gè)內(nèi)部氣體環(huán)流。當(dāng)這大團(tuán)大團(tuán)的氣體到達(dá)垂直管(3)的頂部時(shí)，便會(huì)取代密集的泡沫，并使管內(nèi)的氣泡混合物消失，因此如果管(3)基本上是垂直的，它的工作情況是最好的。
盡管以上描述的本發(fā)明管(3)是圓形的，但它決不僅限于這種形狀，實(shí)際上，管(3)可以是任何截面形狀的垂直管，然而它的形狀最好是有規(guī)則的多邊形，或者其截面的最大與最小水平軸長度趨于一致的形狀。
在上面描述本發(fā)明設(shè)備時(shí)對(duì)通過在高速噴射的液體的作用下，夾帶氣體進(jìn)入密集的泡沫混合物從而在液體中形成分散的氣泡的情況進(jìn)行了描述。在某種場合中可以完全通過夾帶作用供給氣體，然而，在對(duì)微小顆粒的浮選過程中，最好不僅通過高速噴射的液體產(chǎn)生氣泡來供應(yīng)氣體，而且還要通過增加供給過飽和進(jìn)料液來供應(yīng)氣體。當(dāng)液體通過噴嘴時(shí)，就會(huì)變成過飽和溶液，因此其中溶解的氣體就會(huì)以微小氣泡的形式從溶液中逸出，而這些氣泡的生成是有利于浮選過程的，因?yàn)檫@些氣泡單位體積的比表面積是很大的，同時(shí)還由于這些氣泡更易聚集在要被浮選的疏水性微小顆粒的表面。因此通過使用過飽和溶液作進(jìn)料液，能夠提高微小顆粒的上浮能力。
當(dāng)采用溶解氣體加強(qiáng)浮選作用時(shí)，在由向下的噴射液的剪切作用而產(chǎn)生的氣泡和由于增加過飽和溶液而產(chǎn)生的氣泡之間會(huì)存在一種協(xié)同作用，前者氣泡的直徑大約為500μm，后者氣泡的直徑通常在20～50μm的范圍內(nèi)，由于后者氣泡比較小，所以它們的上升速度也比較小，這樣當(dāng)它們從圓筒(3)的下部排入到液體中以后，就需要很大的時(shí)間才能上升到液面。然而當(dāng)大小氣泡混合在一起時(shí)，大氣泡和小氣泡會(huì)聚集在一起形成大小平均的氣泡，這樣它們上升到液面的時(shí)間就減小了，經(jīng)管(3)流入池中的排放量也同樣減少了。
在某些情況下，可以借助溶解在可流過噴嘴(22)的液體中的氣體來供給氣體，這時(shí)，要將垂直管(3)的頂部密封住，同時(shí)省去進(jìn)氣口(6)。
在垂直管(3)中生成的氣-液混合物的體積空隙度大約在60%以上，其性能如均勻的流體，而該流體密度大大小于池(4)中液體的密度。因此當(dāng)沒有任何保護(hù)措施時(shí)，這些氣泡就象一縷漂浮物那樣緊貼著管(3)的外壁，迅速上升到表面(9)，如圖1b所示。這樣，該縷氣泡就不會(huì)與池中的液體充分混合，從而失去了氣泡與液體接觸的最大可能性。為了阻止這種情況的發(fā)生，可以發(fā)現(xiàn)最好在垂直管(3)的外部安裝擋板或擴(kuò)散器(10)，它能夠有效地分散從出口(5)排出的密集的泡沫，使得氣泡在池(4)的液體中逐個(gè)上升，而不是一縷縷上升。
氣泡擴(kuò)散器最好是由板制成的平截頭圓錐體形狀，把它倒過來，使其寬邊在上面，在它的錐面上開一些孔，如圖1c所示。工作時(shí)，從垂直管(3)出口(5)排出的氣泡團(tuán)上升并分布在擴(kuò)散器(10)的下面，從擴(kuò)散器(10)上的每個(gè)小孔(11)流過，這些氣泡流過各個(gè)小孔(11)后，穿過池(4)中的液體逐個(gè)逐個(gè)地上升，如圖1a所示。
如圖1c所示的錐形擴(kuò)散器(10)的直徑應(yīng)當(dāng)是管(3)外徑的1.5～10倍，當(dāng)錐體直徑是管直徑的2～3倍時(shí)，實(shí)際效果最好，圓錐體錐面的半角最好在30°～60°的范圍內(nèi)，管(11)的直徑在1～30mm的范圍內(nèi)，這些孔應(yīng)當(dāng)均勻分布在整個(gè)圓錐的表面上，開孔面積是整個(gè)面積的1～15%。
擴(kuò)散器的形狀不一定非是圓錐形的，其它形狀也可以，只要位于管(3)的出口(5)上面的擴(kuò)散器的底邊向上翅起的程度隨著距管軸線徑向距離的增加而增加，如果隨著距管徑距離的加大，擴(kuò)散器表面的底邊在某處呈現(xiàn)水平狀或向下傾斜，則該區(qū)域?qū)?huì)收集到氣泡并使氣泡聚結(jié)，由此使單位氣體的比表面積減少，這們就會(huì)減小氣體和液體之間接觸的效率。
圖2a和圖2b給出了另一種形式的擴(kuò)散器，擴(kuò)散器(12)是圓拋物面形狀，在圓拋物面上開有孔(13)，圓拋物面的曲率半徑最好是管(3)直徑的2～20倍，圖2b所示擴(kuò)散器的直徑是管(3)外徑的1.5～20倍，當(dāng)其直徑是管直徑的2～3倍時(shí)，實(shí)際效果最好，孔(13)的直徑在1～30mm的范圍內(nèi)，這些孔應(yīng)當(dāng)均勻分布在整個(gè)拋物面上，且開孔面積占總面積的1～20%。
由于安裝了圖1a和2a中所示的擴(kuò)散器，給懸浮在池(4)中液體里的固體物質(zhì)的上浮帶來了困難，這些固體物質(zhì)會(huì)沉積在擴(kuò)散器(10)或(12)的上表面，并積累成厚厚的一層，這些沉積物會(huì)將孔(11)或(13)堵住。為了避免這種情況發(fā)生，在安裝擴(kuò)散器(10)或(12)時(shí)，可以在擴(kuò)散器和管壁(3)之間留有環(huán)狀的狹縫(15)(如圖3a和3b所示)。在這種情況下最好使用圓錐形的擴(kuò)散器，因?yàn)樗鄬?duì)水平面有一個(gè)固定角度的表面，沿該平面向下沉積到其上表面的固體物質(zhì)會(huì)向圓錐的軸線方向滑去，圓錐形擴(kuò)散器的半角應(yīng)當(dāng)能夠使固體物質(zhì)向著圓錐的軸線方向滑動(dòng)，并從狹縫(15)沉落下去。
最好在鄰近環(huán)形狹縫(15)的地方安裝分流環(huán)(14)或(16)，安裝分流環(huán)的目的是為了阻止從管(3)出口(5)流出的密集泡沫上升進(jìn)入環(huán)形狹縫(15)從而繞過擴(kuò)散器(10)或(12)。分流環(huán)安裝在管(3)的外壁上，如圖3a所示的三角形截面的環(huán)(14)或如圖3b所示的半圓形截面的環(huán)(16)都可以。
下面要描述的另一個(gè)實(shí)施例對(duì)如圖1所示的液體噴射器(8)的性能上作了一些改進(jìn)，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，噴射器噴射出密集的泡沫，這些泡沫降到管(3)中，通過進(jìn)氣口(6)進(jìn)入的氣體在噴射液邊緣的剪切力的作用下，被夾帶進(jìn)密集的泡沫中，噴射的速度應(yīng)當(dāng)在3～40米/秒的范圍內(nèi)，如果速度太小，所夾帶的氣體的體積相對(duì)于供給液體的體積就太小了，但是如果速度過高，能量損失就太大了，最佳工作速度在12～20米/秒的范圍內(nèi)。
噴射器的直徑是通過實(shí)際操作確定的，如果它太小，就有被進(jìn)料液中的外來物質(zhì)堵塞的可能性，噴射器的最小直徑應(yīng)當(dāng)是使懸浮物質(zhì)能夠穿過它，垂直管(3)的直徑是噴射器直徑的2～20倍，可以發(fā)現(xiàn)垂直管的直徑為噴射器直徑的3～12倍時(shí)可使工作狀況達(dá)到滿意程度。
由噴射產(chǎn)生的氣泡在剪切力的作用下被再生，而上述剪切力是由噴射液與向其中噴入噴射液的密度泡沫之間的速度差引起的，一個(gè)決定氣泡最終大小的重要因素是再生設(shè)備中單位體積的液體所消耗的功率，為了限定液體的體積，觀測(cè)可發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴射液體向入進(jìn)入密集泡沫中時(shí)，沖擊噴射液往往是擴(kuò)展的，并放出沖量，在某一點(diǎn)，擴(kuò)展的噴射液與垂直管(3)壁相接觸?？梢钥吹綌U(kuò)展的噴射液象一個(gè)圓錐體，其錐角在10～20°的范圍內(nèi)。因此噴射液的能量被基本上消耗掉時(shí)的體積就是在垂直管(3)中所含有的流體體積，而該液體是指從噴射流出口到噴射液剛剛與垂直管(3)管壁相接觸的那點(diǎn)之間的液體。
從噴射液噴出點(diǎn)到噴射液剛剛與垂直管(3)的壁相接觸的那點(diǎn)之間的距離稱為沖擊距離，通常希望垂直管(3)的長度大于該沖擊距離，如果是這樣的話，噴射液的初始沖量會(huì)分布在管子的整個(gè)截面上，這樣得到的兩相混合物基本上是均勻的。
很明顯，由于噴射液隨著遠(yuǎn)離噴口(2)而緩慢擴(kuò)展，這樣沖擊距離和垂直管(3)的高度就相應(yīng)變得過大。這個(gè)問題的一種解決方案是在垂直管內(nèi)安裝多個(gè)噴嘴，這樣在這些噴嘴之間流動(dòng)的液體就會(huì)被分分開，如圖4a所示。在這里，進(jìn)料液通過進(jìn)料管(1)進(jìn)到室(17)中，然后再通過上述多個(gè)噴嘴或噴口流出。噴射器的數(shù)量越多，在給定流速的情況下，噴射器的直徑越小，噴射器的最小直徑應(yīng)當(dāng)不致使液體中的懸浮固體堵塞噴射口。噴射速度由室(17)中的壓力確定，因此對(duì)每個(gè)噴射器來說噴射速度是一樣的。
另一項(xiàng)改進(jìn)就是在多個(gè)噴射器系統(tǒng)中設(shè)置垂直隔板從而將每個(gè)噴射液限定在它自己垂直的通道內(nèi)部，如圖4a和4b所示，如果沒有這些隔板，由于相鄰噴射液體的湍流，另外再加上管(3)壁的部分原因，各個(gè)噴射會(huì)聚到一塊。垂直隔板(20)是固定的分界線，它在每個(gè)噴射液附近限定了一個(gè)能量消耗區(qū)，幫助噴射液執(zhí)行它的任務(wù)，將夾帶進(jìn)的氣體分割成微小的氣泡。垂直隔板(20)所限定的管子的每個(gè)橫截面(21)面積應(yīng)當(dāng)大體上相等。
如圖4a所示，噴嘴(2)安裝在短管(22)的下端，其結(jié)構(gòu)與圖1a中所示的唯一的噴口的結(jié)構(gòu)類似，短管(22)的作用是使噴射在管內(nèi)的某一位置上開始，而該位置要低于進(jìn)氣管(6)的位置。工作時(shí)，管(3)中的密集泡沫可能會(huì)上升到噴射液的噴射口，由此使得液體往回流動(dòng)上升至進(jìn)氣管(6)的位置，而固體物質(zhì)有可能沉積在該管(6)中。因此每個(gè)液體噴嘴(2)一定要低于進(jìn)氣管(6)的位置。
可以采用各種方式提高氣泡分散系統(tǒng)的工作性能，而這取決于氣-液系兩相表面間的性質(zhì)，為了使進(jìn)入垂直管(3)中的兩相混合物保持穩(wěn)定，當(dāng)氣泡向下方的出口(5)流動(dòng)時(shí)，不應(yīng)當(dāng)使氣泡聚結(jié)，如果氣泡聚結(jié)，小氣泡之間會(huì)互相吞并，結(jié)果結(jié)成大氣泡，大氣泡有可能跟管(3)一樣大，結(jié)果使管中的兩相混合物遭到破壞。
可以通過向液體中加入鹽、溶解物質(zhì)，尤其是可溶于液體中的表面活性物質(zhì)，以及固體顆粒或不相溶的液體如油和油脂等物質(zhì)來防止或抑制小氣泡之間聚結(jié)。由于每個(gè)氣-液混合系的性質(zhì)是不同的，所以不可能在所有情況下各氣泡分散設(shè)備都表現(xiàn)為最佳，這就需要調(diào)整設(shè)計(jì)以適應(yīng)各自的情況。下面介紹幾種有用的調(diào)整方案。
在圖5所示的結(jié)構(gòu)中，用引流管(30)將噴射器圍起來，引流管(30)是端部為開口的圓管，它沿垂直管的軸線向下延伸，其長度至少要延伸至上述沖擊點(diǎn)的位置，在這里噴射液擴(kuò)展開占滿整個(gè)引流管橫截面。引流管的目的是在緊靠噴射的區(qū)域內(nèi)限制氣-液混合物的體積從而增加單位體積的流體能量消耗的速度以便能在垂直管(3)中產(chǎn)生較小氣泡，引流管的直徑最好是噴射器直徑的2～10倍?？梢灾?，如果引流管直徑是噴射器直徑的3～8倍，則可使工作狀態(tài)達(dá)到滿意程度。
引流管的上端最好留有開口，為建造方便，可將圓柱管連結(jié)在管(3)的頂部，如圖5所示，在噴射液體出口的上方留有連通口(31)以便氣體能在引流管周圍循環(huán)。
上述改進(jìn)的另一種形式是在引流管上開多個(gè)孔(32)，如圖5所示，開孔面積占總面積的20%，這些孔的作用是使由于氣泡的聚結(jié)而可能回到垂直管(3)的頂部空間的氣體產(chǎn)生循環(huán)，同時(shí)又能使引流管保持完整性以便使流體基本限制在引流管內(nèi)。
如圖6a所示的另一種變型也是很實(shí)用的，在垂直管(3)中安有另一種引流管，引流管的頂部靠近噴嘴出口(2)，管(41)上部的邊是傾斜的，這樣隨著沿管(3)往下的距離的不斷增加，管的面積便不斷增大。從轉(zhuǎn)折點(diǎn)(42)開始，引流管的面積隨著沿管向下延伸的距離的增加而縮小，管(41)的下部(43)延伸至轉(zhuǎn)折點(diǎn)(42)處，這樣管出口的面積便大于在同一水平線上噴射液體的橫截面積。這種開始擴(kuò)大后來又縮小的引流管的作用是使在垂直管(3)下部生成的大氣泡或氣泡團(tuán)上升和繞過噴射器，并從進(jìn)口(45)再被夾帶走。圖6b顯示了另一種形式的引流管，這種形式的引流管在最寬處基本將垂直管(3)的內(nèi)壁密封起來。因此任何沿管(3)的管壁上升的大氣泡都被捕集在引流管和垂直管(3)之間的環(huán)形空間44中并穿過環(huán)形開口(45)再次被夾帶走，上述開口(45)設(shè)在引流管(44)最寬處附近的下部。
圖7表示了另一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)，它的目的是減小氣泡之間的聚結(jié)，使氣泡不致于大到破壞垂直管(3)內(nèi)兩相混合物的程度，為此應(yīng)加大高速噴射液對(duì)氣泡的沖擊面。在這種結(jié)構(gòu)中，開始時(shí)引流管的截面積隨著管(3)向下延伸距離的加大而不斷縮小，至最窄點(diǎn)(52)以后，它的截面積又開始增大，上述最窄點(diǎn)(52)的橫截面積應(yīng)當(dāng)大于這一點(diǎn)處噴射液體的橫截面積。在引流管和管(3)內(nèi)壁之間可以留有兩個(gè)環(huán)形縫(53)和(54)，或者將引流管密封在管(3)的管壁上。
垂直管(3)相對(duì)于噴射器的直徑對(duì)氣泡擴(kuò)散系統(tǒng)的工作性能有重要的影響，可以知道當(dāng)垂直管(3)的直徑是噴射器直徑的2～20倍，當(dāng)然最好是噴射器直徑的3～12倍時(shí)，則可使工作性能達(dá)到滿意程度。
在許多情況下，所使用的氣體可以是大氣壓下的空氣，如果不用鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)，直接從大氣層中吸取空氣則更好，如果噴口(2)附近的壓力小于大氣壓便可以做到這一點(diǎn)。
然而在另一種情況下，可以通過鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)在一定壓力下將空氣通入管(3)的上部，這種情況可適用于需要將管(3)浸入到液體(4)很深的場合，此時(shí)管(3)的頂部需要有大的水頭，以使管中的泡沫抵消液體(4)的壓頭向下流動(dòng)，并從下端(5)流走。
盡管在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中采用空氣作為曝氣氣體，但是很明顯在某些場合下，即需要用除空氣以外的其它氣體對(duì)液體進(jìn)行“曝氣”時(shí)，用這些其它氣體也是可以的。
盡管對(duì)本發(fā)明的描述只涉及廢水的曝氣處理，但本發(fā)明還可用于對(duì)顆粒物的浮選從而通過使氣泡與水中的懸浮礦物質(zhì)相接觸，從不需要的廢水中除去有價(jià)值的礦物質(zhì)，使得待去除的顆粒物質(zhì)不含有水份，而當(dāng)這些顆粒物保留在水中時(shí)，它們是含有水份的。這些有價(jià)值的顆粒吸附在微小氣泡的表面，隨氣泡一起上升至液面從而以浮渣的形式從液體中被去除。
權(quán)利要求
1.一種液體的曝氣方法，其步驟包括使向下噴射的液體通過向下延伸的管的上部，而該管的下端浸沒在液體中，在管內(nèi)形成氣泡的泡沫，使該泡沫向下流動(dòng)，從管的下端流出而進(jìn)入液體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從管的上部供給氣體，氣體被夾帶進(jìn)噴射液中形成氣泡團(tuán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于管的上部是密封的，在大氣壓下通過流速控制縮頸供給氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于管的上部是密封的，在一定壓力下通過鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)供給氣體。
5.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于進(jìn)入管上部的液體與液體中的過飽和溶液里的氣體相混合。
6.一種液體曝氣的設(shè)備，它包括垂直延伸的管，該管的下端是開口的，液體供給裝置，該裝置用來在壓力下使液體通過向下噴射的噴嘴，該噴嘴安裝在管的上部，這樣在管內(nèi)形成向下噴射的液體，管下端浸入液體中的管的支承裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于在管的外部安裝有向外延伸的擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器也同樣浸入在液體中，液體中的氣泡上升時(shí)擴(kuò)散器使管下端流出的氣泡向管外邊擴(kuò)散。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于擴(kuò)散器是環(huán)繞著管的擋板，它從管外部的預(yù)定位置向外并向上延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于擋板上開有一些孔，孔的大小要使一定流速的氣泡能夠通過每個(gè)孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其特征在于擋板的內(nèi)圓周和管的外壁之間留有狹縫。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于在狹縫的下面的管外壁上安有分流環(huán)，該分流環(huán)使向上流動(dòng)的氣泡向遠(yuǎn)離管的方向和遠(yuǎn)離管與擋板之間狹縫的方向流動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6～11中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于在管內(nèi)裝有引流管，該引流管的軸線平行于管的軸線，它將流動(dòng)的氣體完全限制在管的內(nèi)部和/或?qū)娚湟合拗圃诠軆?nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于在引流管壁上開有一個(gè)或多個(gè)小孔，用來使管內(nèi)的氣體上升，管和引流管之間的氣體通過這些孔進(jìn)入引流管中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，其特征在于引流管在噴嘴附近的位置上相對(duì)較窄，之后向下并向外擴(kuò)大至其中部相對(duì)較寬的截面位置，然后再向下并向里收縮至引流管的下端，該下端開口處比引流管的上端寬，但比中部截面窄。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，其特征在于引流管在噴嘴附近的位置上相對(duì)較寬，之后向下并向里收縮至其中部相對(duì)較窄的截面位置，然后再向下并向外擴(kuò)大至開口的下端。
16.根據(jù)權(quán)利要求7～15中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于管的截面最好大體上是圓形的，或?yàn)槠渌孛?，該其它截面的最小和最大水平軸處于相同的數(shù)量級(jí)，并具有等于相同面積的圓的直徑的有效直徑，而管的直徑是噴嘴直徑的2～20倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于管的直徑為噴嘴直徑的3～12倍。
全文摘要
液體的曝氣方法及其設(shè)備，它一般用于廢水的處理或污染的控制。液體從垂直管(3)的頂部進(jìn)入，垂直管(3)的下端浸沒在液體(4)中，液體通過噴嘴(2)形成向下噴射的噴射液體(8)，噴射液夾帶進(jìn)氣體(如通過進(jìn)氣口(6))，形成微小氣泡的混合物，該混合物從管的下端(5)流入液體中。利用擴(kuò)散板(10)分散液體中的氣泡，在管內(nèi)安裝有引流管以對(duì)噴射和氣泡的形成進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)B01F3/04GK1060453SQ91109279
公開日1992年4月22日 申請(qǐng)日期1991年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月27日
發(fā)明者格雷姆·約翰·詹姆森 申請(qǐng)人:紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)研究公司