用于將氣體注入廢水池的設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種懸浮設備，所述懸浮設備用于將氣體注入廢液或廢水，且更特別是將富含氧的氣體從表面注入池中，所述懸浮設備包括以下元件：驅動裝置，所述驅動裝置計劃布置在液體上方，設置有豎直的輸出軸（8），在其末端處裝備有浸入在液體中的螺旋槳（6）；預混合裝置（5），所述預混合裝置包括注射裝置（7），所述注射裝置定位于具有斜葉片的可移動曝氣機（9）之上或之下，螺旋槳位于軸的末端、預混合反應器之下。
【專利說明】用于將氣體注入廢水池的設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及能將氣體注入廢液或廢水的設備的領域。本發明特別涉及使生物池曝氣的方法，在該生物池中通過注射富氧氣體或包括CO2的混合物而使污泥活化。
【背景技術】
[0002]本發明的目標之一是提出創新的浮動設備，該設備使裝置的能量消耗優化，同時消除現有設備的局限。
[0003]已知，污水的需氧生物處理方法一般包括使污水與生物質(微生物)接觸，所述生物質通過轉化有機分子而降解包含在其中的污染物。因而已知將氣體(通常是含氧氣體/充氧氣體)注入到水池中容納的污水中，以這種方式來供養生物質。為此,用于將氣體注入污水的多種設備可商購。大多數系統是浸入式的或懸浮的。
[0004]它們一般也攪動污水，注入含氧氣體與攪動相結合使含氧氣體在污水中更好地溶解。此溶解通過裝置的輸送能力來衡量的。對大多數用于攪拌液體和將氣體注入液體的這些裝置來說，部分的氣體至液體中的輸送是由氣體/液體混合裝置(例如文丘里管或渦輪機)實現的，所述混合裝置在液體中形成了氣體的乳劑，而其余的輸送是在乳劑在液體中擴散的時候實現的。
[0005]已觀察到，這些攪動和注射裝置大多數已具有有限的注射能力:超過某一氣體注射流率時，裝置被阻塞，因為在將氣體注入液體的裝置的水平下，氣體的體積相對于液體的體積變得過大。盡管可將更多氣體輸送和溶解在容納于處理池內的液體中，但是裝置不能提供所需氣體的全部量。
[0006]通過注入富含氧的氣體而實現曝氣的懸浮系統采用了相對復雜的技術，導致在制造和使用上昂貴的約束并因而限制了它們的應用。
[0007]已有作為示例性范例而引用的文獻EP-995485A1，所述文獻描述了懸浮設備，所述懸浮設備使得富含氧的氣體能夠以非常高的輸送效率輸送至池內。但是，它為此采用了復雜的技術，所述技術需要使得能夠形成氣體/液體乳劑的渦輪機，并由使得該乳劑能夠被導向螺旋槳的系統補充，所述螺旋槳設計用于使該乳劑在池內擴散。
[0008]這些元件(渦輪機、使得能夠引導氣體/液體乳劑的系統、以及擴散螺旋槳)的組合具有以下主要的后果:
[0009]-高能耗，渦輪機消耗了由設備消耗的總能量的約40%；
[0010]-高設備重量，這意味著高的材料成本和在懸浮物的選擇上的約束；
[0011]-制造和裝配的約束，這具有的后果是高的設備制造和維護成本；
[0012]-可由設備注射的氣體的流率的極限(見上文)，這特別是因采用了渦輪機以及使得能夠引導由渦輪機形成的氣體/液體乳劑的系統而導致的。
【發明內容】
[0013]因此本發明的目的之一是提出懸浮設備，所述懸浮設備使得能夠注射富含氧的氣體，并且具有相當于現有技術的裝置的氣體輸送效率，而同時限制或消除了那些現有技術的裝置的技術缺陷。
[0014]為了實現該目標，在此提出除去渦輪機，以達到實現以下目標的目的:
[0015]-能量消耗減少約30% ；
[0016]-除去用于引導由渦輪機形成的流動的主要元件；
[0017]-設備的阻塞極限增加50%以上；
[0018]-設備的重量減少約25%；
[0019]-其制造、組裝和維護顯著簡化；
[0020]-制造和維護成本降低；
[0021]-同等電力消耗下設備的作用區域增加。
[0022]然而，在本領域技術人員看來，去除渦輪機會有負面影響，因為它具有的后果是去除了希望的功能，例如細泡的形成(通常尺寸在0.8至2.5mm的范圍內)或部分氣體的輸送速率。
[0023]如在下文中更詳細地說明的，所提出的本發明的新型設備已被設計成替代或補償這些基本功能并為此組合了以下元件:
[0024]-驅動裝置，所述驅動裝置計劃布置在液體上方，設置有豎直的輸出軸，在其末端處裝備有浸入液體中的螺旋槳，優選地，螺旋槳的特征在于具有高的覆蓋率(見下文);
[0025]-可被稱為預混合型反應器的裝置，所述裝置包括注射裝置(例如注射圓環)，并且定位于具有斜葉片的可移動曝氣機之上或之下；
[0026]-螺旋槳位于軸的末端、預混合反應器之下。
[0027]應用于螺旋槳的術語“覆蓋率”意為被葉片覆蓋的面積和螺旋槳內接在其中的圓的面積的比率。
[0028]如前文所述，設備包括注射裝置，所述注射裝置優選為設置有多個孔口的圓環，所述孔口設計用于氣體的有規律擴散，所述注射裝置定位在內接于螺旋槳直徑的圓內。由 申請人:進行的研究已證明注射圓環在以下方面的有利性能:獲得氣體的均勻擴散，并且減少可能的堵塞現象，有利于輕松安裝和減少維護。圓環的孔口優選向下定向以防止可能的堵塞。
[0029]盡管根據本發明，優選為圓環，但同樣可設想，在不偏離本發明的范圍的情況下，采用其它注射裝置，例如不同形狀的多孔元件(平板、燭形過濾器或微孔平板，等等)。
[0030]反應器的基本功能是通過將擴散器和具有斜葉片的可移動曝氣機組合而實現的，所述組合相對于設備的其它元件尤其是擴散螺旋槳謹慎定位。通過該組合和定位形成的液力流動帶來在反應器中優化的流動。“擴散器和具有斜葉片的可移動曝氣機”副提供了預混合反應器的功能，所述功能對于實現所需的性能是必不可少的，這種選擇，即構成整個設備的各個元件的組合和定位一方面確保了預混合的形成，而另一方面確保了其在池中的擴散，使得能夠實現至池中的最優輸送。
[0031]由本發明提出的配置使得來自預混合器的預混合能夠在某個區域內擴散，在所述區域內液體速度場從其強度和其方向的角度來說是最優的，從而盡可能遠地推動氣泡并防止聚結的現象。
[0032]本領域技術人員可能同樣感到驚訝的是在本發明的設備中存在具有斜葉片的可移動曝氣機。
[0033]具有斜葉片的可移動曝氣機并不普遍用于氣體在液體中的擴散。
[0034]盡管如此，在本發明的情況中，由于具有高覆蓋率的螺旋槳的使用以及由于該可移動曝氣機在各個部件之內的定位，這種用法是可能的并且有利的。
[0035]因此，可以證明，具有斜葉片的可移動曝氣機形成了:
[0036]-有利于反應性混合物的均勻性的軸向和徑向流動；
[0037]-小的氣泡(由于可移動曝氣機的高剪切系數)；
[0038]-對設備的液力流動較小的擾動，所述擾動主要由螺旋槳產生。
[0039]具有斜葉片的可移動曝氣機的特征還在于具有與常規用于這種功能的可移動曝氣機相比減少的能耗。
[0040]總的來說，在本【技術領域】內所找到的僅有具有直葉片的可移動曝氣機，所述曝氣機僅產生純徑向的流動，由此形成了較高阻力，因此能耗較高。
[0041]因此本發明涉及懸浮設備，所述懸浮設備用于將氣體注入廢液或廢水，且更特別是將富含氧的氣體從表面注入到池中，所述懸浮設備包括以下元件:
[0042]-驅動裝置，所述驅動裝置計劃布置在液體上方，設置有豎直的輸出軸，在其末端處裝備有浸入在液體中的螺旋槳；
[0043]-預混合裝置，所述預混合裝置包括注射裝置(例如注射圓環)，并且定位于具有斜葉片的可移動曝氣機之上或之下，螺旋槳位于軸的末端、預混合反應器之下。
[0044]本發明可進一步采用以下特征的一個或多個:
[0045]-螺旋槳具有在0.3至I的范圍內的泵送流率數Nqp，其中:
[0046]Qp=NqpXNXD3 ;其中Qp為螺旋槳的泵送流率，N為螺旋槳的旋轉速度，和D是螺旋槳的直徑；
[0047]-注射裝置是設置有注射孔口的圓環，并定位在內接于螺旋槳直徑的圓內，圓環定位在螺旋槳上方、螺旋槳直徑的0.01至1.5倍范圍內的距離處，優選為螺旋槳上方、螺旋槳直徑的0.03至0.3倍范圍內的距離處；
[0048]-注射裝置是設置有注射孔口的圓環，圓環具有的直徑在螺旋槳直徑的20%至200%的范圍內，優選在螺旋槳直徑的30%至120%的范圍內；
[0049]-注射裝置是具有注射孔口的圓環，圓環的內部空間被劃分成能容納不同的氣體的至少兩個分開的區域。
[0050]例如，可以為圓環的區域之一供給氧氣，為另一區域或其他區域之一供給02/03的混合物。具有不同的氣體(02/02+03，O2/空氣，O2或空氣/CO2等)或通過不同品質的氣體供給的可能性在某些應用中是特別有利的。因此，例如，可以考慮空氣和氧氣同時注射或交替注射的方式，借助于通過使用完全獨立的網絡消除任何安全風險(氧氣線路沒有被品質差的空氣污染的危險，氧氣沒有向空氣壓縮機返回的危險等)。
[0051]還可以考慮使用相同的設備在調節pH值的情況下注射CO2，并在同一時間或用另一替代方式注射用于執行曝氣的含氧氣體。
[0052]在具有不同的流率/壓力的氣體的情況下，關于相對彼此控制壓力和流率的問題被消除:
[0053]-在一變型中，注射裝置是由兩個半圓環形成，每個半圓環能被供給如上面已經描述的不同的氣體，
[0054]-注射裝置由多孔元件的組件構成，所述多孔元件為多孔燭形過濾器或多孔平板類型或穿孔平板類型，數量優選為3個并且位于某一容積內，所述容積由以螺旋槳的豎直軸為中心的豎直柱面限定并具有優選至少等于螺旋槳直徑的3倍的外徑和優選等于螺旋槳直徑的至少3倍的高度；
[0055]-懸浮物的下部面和螺旋槳的上部前緣之間的距離在螺旋槳直徑的0.5至1.5倍的范圍內，優選在螺旋槳直徑的0.8至1.0倍的范圍內；
[0056]-注射圓環和具有斜葉片的可移動曝氣機之間的距離在可移動曝氣機直徑的I至20%的范圍內，優選接近可移動曝氣機直徑的2.5% ；
[0057]-具有斜葉片的可移動曝氣機包括2至12個葉片，優選為4至8個葉片，并優選為位于軸末端處的螺旋槳的葉片數量的偶數倍；
[0058]-具有斜葉片的可移動曝氣機定位于注射裝置下方5mm至IOOmm的范圍內的距離處；
[0059]-所注射的氣體是氧含量在25%至100%的范圍內的氣體，或含臭氧的氣體，或含二氧化碳且CO2含量在5%至100%范圍內的氣體，或包括80%至100%的氮的氣體。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0060]本發明的其它特征和優勢將從下文對于作為非限制性范例而給出的實施例的說明以及參考附圖而顯現，圖中:
[0061]-圖1是局部示意性剖視圖，示出本發明的設備的一個實施例，所述設備采用圓環型注射裝置；
[0062]-圖2示出本發明的具有斜葉片的可移動曝氣機的實施例，所述曝氣機包括6個葉片;
[0063]-圖3是本發明的包含抗振動板的一個實施例的詳細視圖。
【具體實施方式】
[0064]在圖1中可見到，在本發明的用于將氣體注入廢液或廢水池I的懸浮設備中存在:
[0065]-驅動裝置，所述驅動裝置計劃布置在液體I上方，設置有豎直的輸出軸8，在其末端處裝備有浸入在液體中的螺旋槳6 ;
[0066]-得益于一個或多個懸浮物3的存在，該裝置是懸浮的；
[0067]-包括圓環形的注射裝置7(由氣體入口 2供給)的預混合裝置5，該裝置定位于具有傾斜葉片的可移動曝氣機9的上方，螺旋槳位于軸的端部、在預混合反應器的下方。此處所示的實施例示出了圓環7的情況下，其內部空間是連續的、非分隔式的并通過單一的入口 2供給氣體，但本領域技術人員將理解的是，在具有劃分成至少兩個分離區的內部空間并能被供給不同的氣體的被分隔的圓環的情況下，兩個或更多進氣口 2將被設置在圓環上。
[0068]-在所示的實施例中，螺旋槳的葉片的數量是3，并且移動曝氣裝置的葉片的數量是6 ；[0069]-具有反向葉片的系統4，此處為實施例示出包括3個反向葉片的裝置，所述系統一方面使得能夠界定預混合區域，并且還使得能夠防止形成漩渦并驅動設備旋轉(設備將像陀螺一樣轉動)。此外，該具有反向葉片的系統使得能夠實現軸向流的取向。
[0070]圖1僅為設備的局部示意圖，不顯示任何次要的或可選的細節以便更清晰地顯示屬于本發明的基本要素，此處特別地不顯示組件的金屬體部，其通常聯結至這種注射設備的結構元件，以及例如本文中的浮子、圓環或甚至反葉片。因此，圖1示出了連接兩個反葉片4的兩個加強條10，所述加強條形成這種體部的一部分。
[0071]圖3在詳細視圖中示出實施本發明的有利模式之一，其具有非常有趣的配置，特別是能限制設備的振動。在該有利模式中，該裝置包括具有平行六面體或梯形的形式的板11，此處數量為3 (每個反葉片對應一個板)，所述板在其一端固定至體部10，例如固定至反葉片4 (它們甚至形成體部的一部分)之一，板定位成朝向螺旋槳的驅動軸線，并另一方面位于水線以下。
[0072]本發明不以任何方式受 申請人:提出的以下技術解釋限制:這種構造部分地為通過所述螺旋槳吸入的液體的流動提供通道并能幫助降低系統中潛在的振動。
[0073]像在圖1和圖2中描述的設備已被用于將氧注入生物氧化池，所述生物氧化池處理來自印刷廠的廢水。
[0074]對于估計為53.3kg/h的需氧量，45m3/h的氧流率被注入池中。計算出的輸送效率估計為接近91.3%的值，這代表了非常好的性能。
[0075]由此已證明，設備的簡化相反并未削弱所實現的性能。
【權利要求】
1.一種懸浮設備，所述懸浮設備用于將氣體注入廢液或廢水，且更特別是將富含氧的氣體從表面注入池中，所述懸浮設備包括以下元件: -驅動裝置，所述驅動裝置計劃布置在液體上方，設置有豎直的輸出軸(8)，在其末端處裝備有浸入在液體中的螺旋槳(6)； -預混合裝置(5)，所述預混合裝置包括注射裝置(7)，所述注射裝置定位于具有斜葉片的可移動曝氣機(9)之上或之下，所述螺旋槳位于軸的末端、預混合反應裝置之下。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，螺旋槳具有在0.3至I的范圍內的泵送流率數Nqp，其中， Qp=NqpXNXD3 ;其中Qp是螺旋槳的泵送流率，N是螺旋槳的轉速，D是螺旋槳的直徑。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的設備，其特征在于，所述注射裝置是圓環形的。
4.根據權利要求3所述的設備，其特征在于，所述注射裝置是設置有注射孔口的圓環，并定位在內接于螺旋槳直徑的圓內，所述圓環定位于螺旋槳上方、螺旋槳直徑的0.0l倍至1.5倍范圍內的距離處，優選為螺旋槳上方、螺旋槳直徑的0.03倍至0.3倍范圍內的距離處。
5.根據權利要求3所述的設備，其特征在于，所述注射裝置是設置有注射孔口的圓環，所述圓環具有的直徑在螺旋槳直徑的20%至200%的范圍內，優選在螺旋槳直徑的30%至120%的范圍內。
6.根據權利要求3所述的設備，其特征在于，所述注射裝置是具有注射孔口的圓環，所述圓環的內部空間被劃分成能被供給不同的氣體的至少兩個分開的區域。
7.根據權利要求3至6中的任一項所述的設備，其特征在于，所述注射圓環和具有斜葉片的可移動曝氣機之間的距離在可移動曝氣機直徑的1%至20%的范圍內，優選接近可移動曝氣機直徑的2.5%。
8.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述注射裝置由多孔元件的組件構成，所述多孔元件為多孔燭形過濾器類型或多孔平板類型或穿孔平板類型，所述多孔元件的數量優選為3個并且位于某一容積內，所述容積由以螺旋槳的豎直軸為中心的豎直柱面限定，所述豎直柱面具有優選等于螺旋槳直徑的至少3倍的外徑和優選等于螺旋槳直徑的至少3倍的高度。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，得益于一個或多個懸浮物(3)的存在，所述設備是懸浮的，并且懸浮物的下部面和螺旋槳的上部前緣之間的距離在螺旋槳直徑的0.5至1.5倍的范圍內，優選在螺旋槳直徑的0.8至1.0倍的范圍內。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，具有斜葉片的可移動曝氣機包括2至12個葉片，優選為4至8個葉片，并優選為位于軸的末端處的螺旋槳的葉片數量的偶數倍。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，具有斜葉片的可移動曝氣機定位于注射裝置下方距該注射裝置5mm至IOOmm的范圍內的距離。
12.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，所述設備具有基本上成平行六面體或梯形形式的至少兩個板(11)的組件，定位于水線以下，所述板在其一端固定至體部并完全地或部分地接合至所述注射設備的結構元件，特別是注射裝置(7)以及使所述裝置浮動的浮動元件，所述板被定向成朝向所述螺旋槳的驅動軸線。
【文檔編號】B01F13/00GK103945927SQ201280036554
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年5月16日 優先權日:2011年5月25日
【發明者】G·博杜安, R·布里安, U·巴茨, P·坎波, F·薩夫勒, D·馬雷, P·科尼亞爾 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司, 米頓羅攪拌機公司