具有多级混合分散功能的水中充气装置.pdf

本发明提供鱼类养殖和废水处理等使用的充气装置。由具有水流流入口、空气吸入口及气液混合水流流出口的喷射器，以及具有驱动电机、旋转叶片及充气水流流出口的搅拌机组合构成。随着旋转叶片的旋转，所述喷射的水流流入口流入的反应液和输送的空气在喷射器中被第一次混合分散。从喷射器流出的气液混合水流被吸入机壳内部，与所述旋转叶片碰撞而进行第二次混合分散。第二次混合分散后的充气水流通过机壳下部的充气水流排出口排出至反应槽的下部深水处。因此，利用喷射器及旋转叶片通过两次混合分散而延长气液接触时间，并使气液接触界面再生，从而提高了氧迁移率。

1.  具有多级混合分散功能的水中充气装置，包括：
机壳(3)，设置在反应槽底部附近，内部形成有气液接触室(32)，并具有至少一个充气水流排出口(31)，用于将所述气液接触室(32)中形成的充气水流排出至外部；
喷射器(1)，其一端具有用于使反应液流入所述反应槽的水流流入口(11)，另一端具有与所述机壳(3)连通的流出口(13)，以将所述反应槽的反应液提供给所述机壳(3)的气液接触室(32)；
空气供给管(17)，通过输气管(5)导入外部气体，并使该外部气体与利用所述喷射器(1)流入所述机壳(3)内部的反应液混合，形成气液混合水流；
旋转叶片(2)，配置在所述机壳(3)内部，由驱动电机(4)驱动旋转，所述气液混合水流通过所述喷射器(1)的流出口(13)被强行吸入所述机壳(3)的气液接触室(32)中，与所述旋转叶片(2)碰撞并被粉碎为微小的气泡，通过所述流充气水流排出口(31)强行排出至所述反应槽内。

2.  根据权利要求1所述的具有多级混合分散功能的水中充气装置，其特征在于，所述喷射器(1)的水流流入口(11)由末端扩张开的斜槽管构成，所述流出口(13)与所述机壳(3)的中央上部连接，所述驱动电机(4)设置在所述机壳(3)的中央下部，所述机壳(3)的充气水流排出口(31)从侧壁的外侧向下倾斜延伸。

3.  根据权利要求1所述的具有多级混合分散功能的水中充气装置，其特征在于，所述喷射器(1)由在所述机壳(3)的上部沿着所述旋转叶片(2)的周围以一定的间隔配置的多个喷射器(1)构成，各喷射器(1)的水流流入口(11)由斜槽管构成，并与所述反应槽连通，所述流出口(13)与所述机壳(3)互相连通，所述各喷射器(1)互相连通，并与所述输气管(5)连接。

4.  根据权利要求1所述的具有多级混合分散功能的水中充气装置，其特征在于，所述机壳(3)构成为将上端开放而形成开放部的圆筒形，所述驱动电机(4)通过所述开放部在机壳(3)内的同轴方向上配置，在机壳(3)的内壁和所述驱动电机(4)的外周面之间形成环状水流流入口(11)，所述喷射器(1)由在所述水流流入口(11)中插设的多个小口径的空气供给管(17a)构成。

5.  根据权利要求1所述的具有多级混合分散功能的水中充气装置，其特征在于，所述机壳(3)的上端开放而形成开放部，所述驱动电机(4)通过所述开放部在机壳(3)内部的同轴方向上配置，在所述机壳(3)的内壁和所述驱动电机(4)的外周面之间形成环状水流流入口(11)，所述空气供给管(17)沿着所述机壳(3)的侧壁缘设置，所述机壳(3)的内侧壁之间具有开口的环状空气入口(12)。

6.  根据权利要求1所述的具有多级混合分散功能的水中充气装置，其特征在于，所述输气管(5)的末端暴露于大气中，并利用所述喷射器(1)自动吸入空气。

7.  根据权利要求1所述的具有多级混合分散功能的水中充气装置，其特征在于，在所述机壳(3)的气液接触室(32)的内壁上，突出有搅拌装置，与所述旋转叶片(2)一起将水流的空气粉碎为微小气泡。

8.  根据权利要求1所述的具有多级混合分散功能的水中充气装置，其特征在于，进一步包括与所述输气管(5)连接的自动阀(55)，以及控制器，该控制器根据设定条件使所述自动阀(55)执行开关动作，以使所述反应槽运行于充气搅拌和非充气搅拌的其中一种运行方式下。

9.  根据权利要求1所述的具有多级混合分散功能的水中充气装置，其特征在于，所述驱动电机(4)的驱动轴在所述驱动电机(4)的两侧延伸，所述两侧的驱动轴分别与旋转叶片(2)连接。

具有多级混合分散功能的水中充气装置
技术领域
本发明涉及在鱼类养殖和下废水处理等中使用的充气装置，尤其涉及利用喷射器和水中搅拌机而具有多级混合分散功能的改善充气动力效率的水中充气装置。
背景技术
充气装置的经济性一般是以在单位所需动力下在水中溶解的氧迁移量、即充气动力效率(kgO₂/kwh)来评价的。氧迁移量在空气与液体接触的交界面宽、和利用不停滞的搅拌力使界面上作用压力大的气液接触界面反复再生的情况下增加。
作为使氧迁移量增大的具体方法，例如，增大在界面上发生作用的水压以便增加充气空气量，使小粒径的微小气泡分散，从而增大气泡的数量和比表面积，由此来增大气液接触界面；为延长气液接触时间而使深水处的气泡散气；通过施加使气泡与液体混合的搅拌力以使气液体接触界面能够反复再生，从而增大氧迁移量。
但是，在图1所示的现有的下部吸入、上部排出型的水中充气装置中，为了使从鼓风机通过输气管100加压输送的空气从设置于反应槽床部的深水处的输气口200排出，要增加鼓风机的送风压力。另一方面，由于充气水流排出口400位于比送气水深位置更低处，所以在充气水流中包含的气泡的界面上作用的水压反而减小，氧迁移量减小，由于送气压力高而送气量又减少，因而鼓风机的动力产生了浪费。此外，输送的空气与旋转叶片发生碰撞而气泡分散的过程也是一次结束，因此气泡不能非常地分散以达到微小粒径，比表面积和整体界面的宽度减小，使界面能够再生的搅拌机会也减少，因而氧迁移率也不会那么高。
此外，现有的上部吸入、下部排出型的水中充气装置(未图示)也是要将从鼓风机提供的空气从设置于反应槽床部的深水处的输气口排出，输送的空气也在旋转叶片的下部圆锥形的空间中滞留，并通过在侧面向下流过的水流而分散排出。因此，作用于气泡界面的水压可以保持与送气水深处的水压相近。但是，由于气泡不能分散成细微的状态，气液接触界面的整体宽度减小，使界面能够再生的搅拌机会也不超过一次，因而氧迁移率也不高。
发明内容
本发明就是为了解决上述现有技术的问题而提出的。其目的是要提供一种具有高的氧迁移率和优良的充气动力效率的水中充气装置。
为了实现上述目的，本发明的水中充气装置在机壳(casing)内具有旋转叶片，在上述机壳上部的浅水位处或机壳周围具有喷射器，上述喷射器的空气吸入口与用于输送来自鼓风机的空气的输气管连接，上述喷射器的流出口与上述机壳内部以连通的方式连接，以使从上述喷射器流出的空气与反应液混合的气液混合水流可以流入上述机壳内部，在上述机壳中形成有可排出充气水流的一个以上的充气水流排出口，在上述旋转叶片中设置有驱动电机。
下面说明本发明的水中充气装置的动作过程。利用上述驱动电机将旋转叶片旋转而形成的吸入扬井，使反应液从机壳所具有的上述喷射器的水流流入口被吸入，在喷射器中将吸入的反应液与鼓风机输送的空气混合，并且将鼓风机供给的空气与吸入地水流混合搅拌，分散为微小的气泡，由此构成第一级混合分散。将利用上述喷射器进行了第一级混合分散的充气水流通过喷射器的流出口再次吸入上述机壳内部，与上述旋转叶片碰撞而进一步分散为更微小的气泡，由此构成第二级混合分散。经第二级混合分散的充气水流通过机壳下部的上述充气水流排出口排出至反应槽。
具有这样的动作过程的水中充气装置从低水位的充气装置的上部提供空气，因而鼓风机的压送水位变浅，利用喷射器的吸力减轻了送风器的压力负荷，因而送气量加大。此外，利用喷射器和旋转叶片进行的第二次混合分散，延长了气液接触时间，使得气体和液体的接触界面反复再生，从而提高了充气的动力效率。
特别是，减轻鼓风机的排放压力所增加的空气利用上述喷射器及旋转叶片被强行送至反应槽床部的深水处，在深水处微细气泡被分散和排出，因而气泡上所作用的水压增加，水中气泡上浮至外界大气的距离延长，从而气液接触时间也延长，因而进一步提高了氧迁移率。
此外，在上述机壳内部的上述旋转叶片的上部，形成有气液接触室，可使输送的空气与反应液混合，使空气分散为小粒径的微小气泡。在上述旋转叶片中，通过突出的棒状或螺旋状的搅拌装置，使空气和反应液混合分散，从而使氧迁移率进一步提高。此处，上述搅拌装置也可以构成为突出至上述气液接触室内部的机壳中。
上述水中充气装置的两侧具有便于修缮时提升和设置的导向柱和导向架，上述导向柱中的任意的一个以上的导向柱可并行地执行输气管5的功能，即移送来自鼓风机的空气。上述水中充气装置的空气供给管与上述导向柱连通，以便在设置时将由鼓风机供给的空气提供给水中充气装置，并具有在修缮时抽吸容易的拆装装置。上述拆装装置可以利用在水中的泵的排出管上使用的公知技术来容易地实现。其中，通过将上述输气管与导向柱都用另外的伸缩管构成，即使省略拆装装置，也可以自由地设置上述水中充气装置。此外，在用于输送来自鼓风机的空气的上述输气管中设置自动阀，上述自动阀进行打开和关闭的动作，使反应槽在充气或搅拌的任一种运行模式下操作。还可与定时器、ORP、DO控制器连动，根据设定的条件使上述自动阀的开关动作反复进行，从而可以实现以充气和非充气搅拌交互反复的间歇式充气方式运行，在除去氮、磷的工艺中可以自由地应用于厌气、亲气条件的任一种条件下的工艺或间歇充气工艺中。
此外，喷射器的水流流入口用可减小流阻的斜槽(flume)管构成，上述管中具有一个以上的旋回流防止板，由此可减轻水流流入时产生的旋回流造成的水头损失。
本发明的水中充气装置不限于利用鼓风机的强制送风式，也可以利用喷射器的自吸功能而形成自吸式水中充气装置。
本发明的具有多级混合分散功能的水中充气装置具有如下效果：第一、氧迁移率高，充气动力效率优良；第二、用于修缮的装置的引扬和安装容易；第三、可实现用于除于氮、磷的充气、非充气搅拌、和间歇充气；第四、可以实现大容量的充气装置。
附图说明
图1是现有技术的水中充气装置的示意图；
图2是本发明的水中充气装置的第一实施例的示意图；
图3是本发明的水中充气装置的第二实施例的示意图；
图4是本发明的水中充气装置的第三实施例的示意图；
图5是本发明的水中充气装置的第四实施例的示意图；
图6是本发明的水中充气装置的第五实施例的示意图；
图7是本发明的水中充气装置的第六实施例的示意图；
图8是本发明的水中充气装置的第七实施例的示意图。
具体实施方式
下部结合附图详细说明本发明的实施例。
图2是本发明的水中充气装置的第一实施例的示意图。
根据本实施例的水中充气装置具有如下结构：在机壳3内具有旋转叶片2。在上述机壳中央的上部设置有标准型喷射器1，该喷射器1内部具有喷嘴。上述喷射器的水流流入口由斜槽管构成。上述喷射器的空气吸入口与用于输送来自鼓风机的空气的输气管5连接。上述喷射器的流出口13与上述机壳内部以连通的方式连接，以使从上述喷射器流出的空气与反应液混合所形成的气液混合流体可以流入上述机壳内部。在上述机壳的下部侧面具有一个以上的充气水流排出口31，以使充气水流在水平方向或斜向下的方向排出。在上述机壳下部的中央设置有用于驱动旋转叶片的驱动电机4。
此外，在上述机壳内部的旋转叶片的上部形成有气液接触室32，可使输送的空气与反应液混合，使空气分散为小粒径的微小气泡。在上述旋转叶片中，棒状或螺旋状的搅拌装置21突出，形成使空气和反应液混合分散从而提高氧迁移率的结构。此处，上述搅拌装置也可以构成为突出至上述气液接触室内部的机壳中。
在上述水中充气装置的两侧具有导向柱51和导向架52，以易于修缮时的提升和设置。上述导向柱中的任意的一个以上的导向柱可并行地执行输气管5的功能，即移送来自鼓风机的空气。上述水中充气装置的空气供给管17和上述导向柱在设置时按照将从鼓风机供给的空气提供给水中充气装置的方式连通，并具有在修缮时使提升容易的拆装装置。
上述拆装装置可以利用在水中的泵的排出管所使用的公知技术来容易地实现。其中，通过将上述输气管与导向柱都用另外的伸缩管构成(图中未示出)，即使省略拆装装置，也可以自由地提升设置上述水中充气装置。
此外，在用于输送来自鼓风机的空气的上述输气管中设置自动阀55，通过该自动阀的打开和关闭动作，使反应槽在充气或搅拌的任一种运行模式下操作，或可与定时器、ORP、DO控制器连动，根据设定的条件使上述自动阀的开关动作反复进行，从而可以实现以充气和非充气搅拌交互反复的间歇式充气方式运行。在除去氮、磷的工艺中可以自由地应用于厌气、亲气条件的任一种条件下的工艺或间歇充气工艺中。
图3是本发明的水中充气装置的第二实施例的示意图。
上述第一实施例的水中充气装置使用的是标准型喷射器(StandardEjector)。而在本实施例中，则是利用在斜槽管构成的水流流入口管的内部中央插入空气供给管而形成的环形(Annular)喷射器1a构成的。其它的构成和作用与第一实施例相同。
图4是本发明的水中充气装置的第三实施例的示意图。
根据本实施例的水中充气装置具有如下结构：在机壳3内部具有旋转叶片2。在上述机壳中央的上部设置有用于驱动旋转叶片的驱动电机4。上述机壳的上部，在设有上述驱动电机的周围具有多个环形喷射器1a，该环形喷射器1a是利用斜槽管连接的水流供给管的中央插入空气供给管而构成的。在上述机壳的下部侧面形成有一个以上的充气水流排出口31，以使充气水流在水平方向或斜向下的方向排出。多个喷射器中具有的空气供给管连接成汇集于供气室54的方式，上述供气室与输气管5连接。
图5是本发明的水中充气装置的第四实施例的示意图。
本实施例将第三实施例中的环形喷射器变更为标准喷射器。在斜槽管所连接的水流供给管的内部中心具有喷嘴。上述喷嘴的下部的水流供给管的侧面是与空气供给管以连通方式连接的标准型喷射器1。其它的构成和作用与第三实施例的相同。
图6是本发明的水中充气装置的第五实施例的示意图。
本实施例中的水中充气装置具有如下结构：在机壳3内部具有旋转叶片2。上述机壳的上部构成为具有大口径的圆筒形开口部。在上述旋转叶片的中央上部设置有用于使该旋转叶片旋转的驱动电机4。利用上述驱动电机和上述机壳的圆筒形开口部构成水流流入口11。上述水流流入口中插有多个小口径的空气供给管17a。通过使水流流入上述水流流入口，来实现喷射器的功能，使空气吸入口12的吸力发挥作用。在上述机壳的下部侧面形成有一个以上的充气水流排出口31，以使充气水流在水平方向或斜向下的方向排出。
插在上述环状水流流入口中的多个上述小口径的空气供给管也与环状水流流入口的形状相应，排列为圆柱形。上述多个小口径空气供给管与供气室54连接。上述供气室与输气管5以连通方式连接。由此，构成了水中充气装置。
图7是本发明的水中充气装置的第六实施例的示意图。
本实施例中的水中充气装置具有如下结构：在机壳3内部具有旋转叶片2。上述机壳的上部形成有大口径的圆筒形开口部。在上述旋转叶片的中央上部设置有用于使该旋转叶片旋转的驱动电机4。利用上述驱动电机和上述机壳上部的圆筒形开口部之间形成的一个环状开口部构成水流流入口11。上述水流流入口中具有斜槽管。空气供给管兼供气室54与上述机壳下部的上述机壳侧面连接，并与机壳内部连通。在机壳内部中沿上述机壳的周边形成细长的圆柱形空气吸入口12。圆筒形的上述机壳自身构成为大口径的标准型喷射器。
图8是本发明的水中充气装置的第七实施例的示意图。
在本实施例中，将上述第六实施例中驱动电机的上部的驱动轴延伸到外部，从而进一步设置上部旋转叶片22。机壳3向上部延伸而固定上部旋转叶片，由此用两个旋转叶片使水流流入和搅拌，因此适合于搅拌及充气容量大的水中充气装置。
上述第二至第七实施例与第一实施例相同，导向柱、拆装装置、在输气管上构成自动阀门而实现的充气、搅拌或间歇充气式运转的方法等也可以如第一实施例那样适用。此外，在上述第二至第四实施例中，象第一实施例那样构成气液接触室和搅拌装置21，从而增大混合分散效率。特别是，第七实施例在驱动电机旋转轴的两侧设置旋转叶片，因而易于实现大容量的充气装置。
此外，本发明的水中充气装置不限于通过鼓风机强制送风的方式。也可以使用自吸式水中充气装置，仅通过喷射器的自吸功能吸入充气用的空气。
本发明作为利用喷射器和水中搅拌机构成的具有多级混合分散功能的水中充气装置，在鱼类养殖场和下废水处理工艺等中实现用于除去氮、磷的充气、非充气搅拌和间歇充气。可以作为充气动力效率优良的大容量充气装置。