申请日2002.12.28
公开(公告)日2003.09.03
IPC分类号C02F7/00
摘要
本发明涉及一种污水处理的节能增氧系统，包括污水池，在污水池中的水面上方设置底面上设有多个淋水孔的淋水池;淋水池下方的水面上设置定向泻水槽，定向泻水槽的上开口高于水面，定向泻水槽呈漏斗状或在定向泻水槽的底面上设置泻水管，定向泻水漏斗将来自淋水池的水导入水下;淋水池与定向泻水漏斗之间设置有向自淋水池下泻的水中鼓风增氧的风扇。该增氧系统增氧效率高，能耗低，实现完全从下向上、由远及近增氧，同时又具有最大水量流动的全新概念的污水处理的节能增氧系统。
権利要求書
1、一种污水处理的节能增氧系统，包括污水池，其特征是：在污水 池中的水面上方设置底面上设有多个淋水孔的淋水池;淋水池下方的水面 上设置定向泻水槽，定向泻水槽的上开口高于水面，定向泻水槽呈漏斗状 或在定向泻水槽的底面上设置泻水管，定向泻水漏斗将来自淋水池的水导 入水下;淋水池与定向泻水漏斗之间设置有向自淋水池下泻的水中鼓风增 氧的风扇。
2、根据权利要求1所述的污水处理的节能增氧系统，其特征是：所 述淋水孔呈U形排列，污水自U形排列的淋水孔的开口处导入。
3、根据权利要求1所述的污水 处理的节能增氧系统，其特征是：所 述污水处理的节能增氧系统还包括管道泵，所述管道泵与所述漏斗状定向 泻水漏斗的下部开口端或与底面上设置有泻水管的泻水槽的泻水管的下部 开口端相连。
4、根据权利要求1所述的污水处理的节能增氧系统，其特征是：所述 污水处理的节能增氧系统还包括向淋水池中提水的水泵。
5、根据权利要求4所述的污水处理的节能增氧系统，其特征是：所 述水泵为低扬程、大流量潜水泵。
6、根据权利要求3所述的污水处理的节能增氧系统，其特征是：所 述管道泵为潜水管道泵。
7、根据权利要求1所述的污水处理的节能增氧系统，其特征是：所 述风扇为轴流风扇。
8、根据权利要求1所述的污水处理的节能增氧系统，其特征是：所 述增氧系统还包括氧气罩、送氧装置和压力调节装置，所述增氧系统设置 在氧气罩中，所述氧气罩与所述送氧装置相连，所述压力调节装置设置在 氧气罩中。
9、根据权利要求2所述的污水处理的节能增氧系统，其特征是：所 述风扇设置所述U形排列的淋水孔的开口处。
说明书
污水处理的节能增氧系统
所属技术领域
本发明涉及一种水中的增氧系统，具体涉及一种污水处理的节能增氧 系统。
背景技术
随着人类社会不断进步和发展，工业污染和人居环境污染不断加剧， 为此，各国政府都作了极大的努力以保护人类赖以生存的地球环境。近年 来，我国加大了污水治理力度，国家环保总局会同有关部门陆续组织制定 了一系列水污染防治技术，这些技术对提高治污效率，有效地控制环境污 染起到了显著作用。但是，不能否认，随着科技的发展和人们对污水处理 技术认识的深入，以前有很多人们习以为常的污水处理技术将被淘汰。节 能作为污水处理厂设计的主要因素之一，是污水处理厂是否先进的一个重 要指标。其中，几乎被所有污水处理厂都采用的好氧生化曝气设备的耗电 量约占整个污水处理厂耗电的60%左右。纵观国际、国内污水处理厂生化 好氧曝气池的设计，都采用了用高出口风压的鼓风机，以压缩空气为载体 向深水(负6-7米)输送空气，由于空气的压力从常压压缩到68kPa-78kPa 的压力，因此，此时的空气的运作动能上升了几百倍。由于普通空气中只 有21%的氧，所以压缩后的空气动能利用率已经最多只有21%。再加上这 21%的氧，从物理和化学的基本原理上讲不可能用压缩的办法全部取出， 就算有30%的氧气与水交融，那它的压缩空气的动能利用率只有21%× 30%=6.3%。大量的高能空气溢出水面，本身就是能量的极大浪费。由此可 见，在整个污水处理过程中60%的电能耗在增氧曝气上，也就不奇怪了。能 否大幅度地减少污水治理的能耗，主要在于能否大幅度地提高水中增氧技 术的增氧效率。现有的向污水池中增氧的机械装置有多种，其中机械污水 处理的节能增氧系统的设计要点主要有如下几项：1、污水处理的节能增氧 系统应尽可能扩大水和空气的接触面，以实现水和空气的氧交换;2、尽可 能减少单位水和单位空气的运作动能，以减少能量损耗;3、防止刚参与氧 交换的水被二次交换甚至三次交换，因为刚参与氧交换的饱和水不与空气 进行氧交换，因此水重复交换浪费能量;4、由于自然风和水存在氧交换， 为不减弱自然交换的效能，应当实现水底层增氧;5、在同等增氧效能下， 实现低造价。根据上述机械污水处理的节能增氧系统的设计要点，国内外以 往的研究大都集中在如何将压入水中的空气细化、打散，以增加污水和空 气的接触面，改进设备提高效率，大量铺设管道，增加曝气头等。但是， 由于水的直线上升性和聚合性，因此这些装置不可能将气泡在水中均匀分 散，换句话讲就是有效气-水比表面低，所以，不可能从根本上提高设备的 增氧效率。
根据我国环保总局的资料显示，处理1吨污水的耗电费用大约在0.15 -0.45元左右(随污水的种类和处理技术的先进程度而定)。如果能用一 种增氧技术将一般处理污水的电费降低30%以上，那么不但能解决污水处 理环节中的高能耗的瓶颈问题，而且，同时还产生了巨大的经济效益，推 动整个污水处理技术的发展。
发明内容
本发明克服了现有的污水处理过程中生化曝气系统的高能耗、低效能 现象，具体地说就是不采用直接向水中压气的通过曝气增氧，而是以直接 以污水作载体在水中传送氧气分子。提供一种既不会使经过氧交换的水重 复增氧，又大幅度地降低了向水中压气的所特有的高耗能现象。增氧效率 高，能耗低，实现完全从下向上，由远及近，同时又具有最大水量流动的 全新概念的污水处理的节能增氧系统。
通过上述背景技术中对污水处理的节能增氧系统设计要点的分析，我 们知道，增氧机械同时具有使水与空气有大接触面;减少单位水和单位空 气的运作动能;防止刚参与氧交换的水被二次交换甚至三次交换;在水底 层充氧;保持自然风和水存在氧交换;在同等增氧效能下，实现低造价就 能达到好的增氧效果。为达到好的增氧效果，本发明采用了下述技术方案。
本发明公开了一种污水处理的节能增氧系统，包括污水池，其特征是： 在污水池中的水面上方设置底面上设有多个淋水孔的淋水池;淋水池下方 的水面上设置定向泻水槽，定向泻水槽的上开口高于水面，定向泻水槽呈 漏斗状或在定向泻水槽的底面上设置泻水管，定向泻水漏斗将来自淋水池 的水导入水下;淋水池与定向泻水漏斗之间设置有向自淋水池下泻的水中 鼓风增氧的风扇。上述各装置可通过各种常规的方式设置在水面以上或水 面上。该系统工作时，进入淋水池的水通过淋水孔由重力作用下落到定向 泻水漏斗中(比表面大)，水流在通过淋水孔的下落过程中，风扇将空气吹 到下落的水流上，形成第一氧交换区，经过淋水孔下落的水，瞬间减少了 单位水的相对密度，吹到淋水流上的空气由于外压力而密度增大，单位水 和空气的密度瞬间发生的相向变化会使进行氧交换的水过充氧，该氧交换 过程的效能高于在普通压力及其他条件下的氧交换效能。经过过充氧的水 流落入定向泻水漏斗中，通过定向泻水漏斗的下部管体将过充氧的水送入 生化曝气池水下深远处。
所述淋水孔呈U形排列，污水自U形排列的淋水孔的开口处导入。污 水自U形排列的淋水孔的开口端导入可使水流进入淋水池后通过U形的中 间区域向前流动，之后均匀地进入淋水孔中。
通常所述风扇设置所述U形排列的淋水孔的开口处。
将淋水孔设置为U形，可在水流下落过程中在U形区域中形成一个无 水区，风扇吹出的风可自无水区的开口端进入下落的水流中，之后向周围 分布，避免由于下落的水流为整体的封闭区域阻挡吹出空气的流动，降低 增氧效果。
为使过增氧的水及时送入水底深处并搅动池底的污泥水流动，所述污 水处理的节能增氧系统还包括管道泵，所述管道泵与所述漏斗状定向泻水 漏斗的开口端或与底面上设置有泻水管的泻水槽的泻水管的开口端相连。
在较深水中漏斗状定向泻水漏斗的开口端或与底面上设置有泻水管 的泻水槽的泻水管的开口端安装管道泵，可将过充氧的水更好地排除，即 保证被增过氧的水不会再次被重复增氧，又通过水的缓流形成了比第一氧 交换区大几十倍的第二氧缓释区缓慢释放过多的氧气，同时由于定向泻水 漏洞管体的长度可根据需要设计，污水池中增氧的范围可根据需要任意控 制，经过充氧的水可被送入水下深远处，增氧范围扩大。
在污水处理中，考虑到要处理的水量很大，大约在3500-4500m3/h 左右，定向泻水漏斗内的水如果高于水面的部分太小(压差小)，会造成下 泻水流不畅，设置管道泵是为了加速污水的下泻并推动污水沿圆形的曝气 池搅动，形成池底的涡流。在定向泻水漏斗的尾部开口处设置一个管道泵， 是考虑在污水处理中，经过强制气-水交换的过氧污水要送到池低6米处， 常理来说，由于水量较大(通常3500-4500m3/h)，加上下泻污水时间过 长，污水的过氧程度会大大降低，最起码污水中夹杂的微量细小气泡会少 得多，这样该设备的效率会降低，加一个管道泵就会从根本上解决该问题。 由于从理论上讲，管道泵的增加只是为了补充污水的落差势能不足的部分， 直观上讲，是指在正常工作下，定向泻水漏斗管体中的瞬间污水不高于池 中污水的水面，所以它的耗能不会很大。在污水生化曝气的处理过程中， 它将比老式曝气设备在同等功效下节能40%以上。
本发明中可通过自流装置直接使存在落差的污水流入淋水池中，由于 污水池的结构不同以及为更好的保证污水进入淋水池，所述污水处理的节 能增氧系统还包括向淋水池中提水的水泵。
所述水泵为低扬程、大流量潜水泵。由于本发明中淋水池相对于水面 高度要求低，一般在0.6米以下，所以对泵的扬程要求低，潜水泵通常采 用扬程0.75米以下、大流量的潜水泵，使本发明更为经济、节约能源。
所述管道泵为低扬程大流量的潜水管道泵。由于定向泻水槽的尾部开 口端的出口为开放口，淋水本来就有很大的下降动能，所以对管道泵的扬 程要求也很低，同样采用低扬程大流量的管道泵节省能源。
为实现向水中快速大量可控增氧并防止氧气泄露浪费，所述增氧系统 还包括氧气罩、送氧装置和压力调节装置，所述增氧系统设置在氧气罩中， 所述氧气罩与所述送氧装置相连，所述压力调节装置设置在氧气罩中。该 罩的下沿延伸到水下4米左右，作气-水分离之用;并同时经减压系统向罩 内通入氧气。在上述的组合中整个系统外加一个氧气罩及向罩内稳定所需 气压的充氧系统，并适当调控罩内的压力，可适当调控经过淋水平台污水 的过氧度在120%-300%之间变化(依据双膜定理)，既污水的含氧量在 2.5mg/L-7.5mg/L之间根据需要变化，氧气罩的下沿延长到水下3.5-4.2 米处，这样，通过污水液面的气-水分离，只有小于100μm直径的微小气 泡才有可能从泄水管排出，这些过氧污水在流动中又向池中的其它污水泄 放氧分子，形成更大区域的第二氧释放区。这样，如果适当设计淋水系统 的过充氧装置可使氧的利用率在85%以上，就可以最大限度地节能。有氧 气罩时可以不用风扇。
本发明由于采用了淋水池，淋水池可根据需要底面设置为大面积，水 流通过淋水孔下落时保持了水与空气有最大接触面(比表面大而均匀)，并 且不耗能，同时通过风扇送风，使空气与水的接触进一步充分，并由于风 扇送风使淋水区空气的压力瞬时增大，在较高气流下，氧在水中的溶解度 增大，使水过充氧。水通过泵抽提到淋水池后经重力作用自由下落，减少 单位水和单位空气的运作动能。进行过氧交换的水通过定向泻水漏斗定向 送入水下深、远处，过溶解的氧由于扩散作用自下而上缓释过多的氧气， 因此实现自下而上新概念的水中增氧方式。将增过氧的水通过定向泻水漏 斗定向送至水下深处及远处，也可防止刚参与氧交换的水被二次交换甚至 三次交换。由于经过过充氧的水在水底深处通过稀释作用将其吸收的过多 的氧扩散给含氧量少的水，实现水底增氧。由于定向泻水漏斗的管体的长 度可根据需要设计，因此扩大了污水池增氧范围，较现有的污水处理的节 能增氧系统只能给增氧机周围的水源增氧来讲，实现了相对较远而近的增 氧效果。由于水泵自水下提水，可保持自然风和水存在氧交换。在同等增 氧效能下，由于可采用低扬程、大流量的潜水泵，该泵自水下直接提水， 实现最大动能水流动，节省电能，实现了低造价。本发明不会使经过氧交 换的水重复增氧，增氧效率高，能耗低，实现完全水下增氧，增氧范围大。
污水处理的节能增氧系统就是以它特殊的设计结构产生与以往传统 污水处理的节能增氧系统完全不同的增氧效果：1、实现标准的由水底向水 面增氧;2、实现标准的由远处向近处增氧;3、实现最大限度大范围内水 流动的污水处理的节能增氧系统;4、实现了以污水作载体并可以根据需要 随时调控污水的过氧度的充氧模式。
本发明提出的新概念增氧系统，从理论和实践上突破了传统的思维模 式，其基本思路是在水面上利用强制气-水交换的办法对污水进行过充氧， 将瞬间过充氧的污水通过管道压入水底，在涡流中稀释过多的氧。这样就 克服了以往向水下压气造成大量动能损失的本质问题。
