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1、(10)申请公布号 CN 103803699 A (43)申请公布日 2014.05.21 CN 103803699 A (21)申请号 201210448722.4 (22)申请日 2012.11.09 C02F 3/02(2006.01) C02F 3/12(2006.01) (71)申请人 海南立昇净水科技实业有限公司 地址 571126 海南省海口市美兰区顺达路 13 号 (72)发明人 陈清 陈良刚 陈漫 孙凯 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人 项丹 (54) 发明名称 间歇式曝气装置 (57) 摘要 本发明涉及间歇式曝气装置， 提供了一种间 歇。
2、式曝气装置， 它包括 ： 底部开放的空气箱 （1） ， 置于空气箱 （1）中的浮球 （2） 、 重力球 （3） 、 杠杆 （4） 、 排气阀门 （5） 和 U 型排气管 （6） ， 以及与空气 箱 （1） 连接的气源管道 （7） ， 其中， 通过气源管道 （7） 连续向空气箱 （1） 中加入气体 ； 当空气箱 （1） 中的气体积累到一定体积后， 浮球 （2） 和重力球 （3） 通过杠杆 （4） 控制排气阀门 （5） 打开， 空气箱 （1） 中的气体一次性放出 ； 当空气箱 （1） 中的气体 放出后， 浮球 （2） 和重力球 （3） 通过杠杆 （4） 控制 排气阀门 （5） 关闭， 当气体重新在。
3、空气箱 （1） 中积 累至一定体积后， 浮球 （2） 和重力球 （3） 通过杠杆 （4） 控制排气阀门 （5） 打开再放出气体。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103803699 A CN 103803699 A 1/1 页 2 1. 一种间歇式曝气装置， 它包括 ： 底部开放的空气箱 （1） ， 置于空气箱 （1） 中的浮球 （2） 、 重力球 （3） 、 杠杆 （4） 、 排气阀门 （5） 和 U 型排气管 （6） ， 以及。
4、与空气箱 （1） 连接的气源管 道 （7） ， 其中， 通过气源管道 （7） 连续向空气箱 （1） 中加入气体 ； 当空气箱 （1） 中的气体积累 到一定体积后， 浮球 （2） 和重力球 （3） 通过杠杆 （4） 控制排气阀门 （5） 打开， 空气箱 （1） 中 的气体一次性放出 ； 当空气箱 （1） 中的气体放出后， 浮球 （2） 和重力球 （3） 通过杠杆 （4） 控 制排气阀门 （5） 关闭， 当气体重新在空气箱 （1） 中积累至一定体积后， 浮球 （2） 和重力球 （3） 通过杠杆 （4） 控制排气阀门 （5） 打开再放出气体。 2.如权利要求1所述的间歇式曝气装置， 其特征在于， 所。
5、述浮球 （2） 、 重力球 （3） 和杠杆 （4） 组成一个杠杆体系， 该杠杆体系根据空气箱 （1） 中的空气量的多少， 即液位的高低而上 下移动。 3. 如权利要求 1 所述的间歇式曝气装置， 其特征在于， 由浮球 （2） 、 重力球 （3） 和杠杆 （4） 组成的杠杆体系中浮球 （2） 、 重力球 （3） 、 杠杆 （4） 与排气阀门 （5） 的重量比为 0.1-10， 体积比为 1-100。 4. 如权利要求 3 所述的间歇式曝气装置， 其特征在于， 所述重力球 （3） 的密度小于空气 箱 （1） 中放置的溶液的密度。 5. 如权利要求 1 所述的间歇式曝气装置， 其特征在于， 所述 U。
6、 型排气管 （6） 的下端是封 闭式的。 6. 如权利要求 1 所述的间歇式曝气装置， 其特征在于， 所述 U 型排气管 （6） 的下端是开 口式的。 7. 如权利要求 1 所述的间歇式曝气装置， 其特征在于， 所述浮球 （2） 、 重力球 （3） 、 杠杆 （4） 和排气阀门 （5） 在所述空气箱 （1） 倾斜的状况下控制空气箱 （1） 中的气体间歇排出。 8. 如权利要求 1-7 任一项所述的间歇式曝气装置， 其特征在于， 在没有向空气箱 （1） 中加入气体时， 空气箱 （1） 中处于满液位， 浮球 （2） 受浮力影响而顶住杠杆 （4） ， 使排气阀门 （5） 处于闭合状态 ； 当通过气源。
7、管道 （7） 向空气箱 （1） 中通入连续空气时， 空气积累排出空 气箱 （1） 中的液体， 导致液位下降， 当液位下降到一定水平时， 重力球 （3） 受重力影响而下 降， 通过杠杆作用拉开排气阀门 （5） ， 空气箱 （1） 中的气体通过 U 形排气管 （6） 一次性放出。 9. 如权利要求 1-7 任一项所述的间歇式曝气装置， 其特征在于， 当空气箱 （1） 中的气体 排出后， 其液位上升同时也带动浮球 （2） 一起上升， 浮球 （2） 带动杠杆 （4） ， 使排气阀门 （5） 重新关闭 ； 空气箱 （1） 中气体重新开始积累至液位到达重力球 （3） ， 通过杠杆 （4） 拉开排气 阀门 。
8、（5） 后重新放出空气箱 （1） 中的气体。 权 利 要 求 书 CN 103803699 A 2 1/5 页 3 间歇式曝气装置 技术领域 0001 本发明涉及一种新型间歇式曝气装置， 更具体地说， 涉及一种采用浮力与重力原 理控制排气阀门开闭以实现间歇曝气， 从而实现曝气均匀且不受设备小角度倾斜影响的新 型间歇式曝气装置。 背景技术 0002 随着社会经济发展， 环境保护要求越来越严格， 水处理技术发展迅速， 20 世纪 90 年代以来， 膜生物反应器 （MBR） 技术越来越多应用于污水处理领域。MBR 技术中浸入式中空 纤维膜或者平板膜组件的膜单元都需要在过滤操作时向膜组件下侧浓水中通入。
9、空气， 产生 的气泡自下而上运行， 在膜外侧形成强烈的剪切流， 从而控制膜表面形成的滤饼和浓差极 化层的厚度和形成速率以达到延缓膜污染的目的。曝气过程中需要消耗大量的能量， 在实 际运行过程中其实并不需要连续曝气搅拌， 适当的间歇曝气也可以达到和连续曝气一样达 到控制膜污染的目的。 0003 现有的间歇曝气方式主要有两种， 一种是通过阀门不同快速切换达到间歇曝气， 另一种是通过 U 形管和虹吸作用来实现间歇曝气 （CN 201850172U） 。第一种方案存在阀门 过多且要求阀门不停快速切换操作不易实现的问题 ； 第二种方案存在设备稍微倾斜时曝气 受影响很大同时一个曝气罐中不同曝气口曝气不均匀。
10、的问题。 0004 现有技术文献中公开了一种通过曝气管上的阀门的交替开闭来实现间歇曝气的 方法 (CN 201220925Y)， 但是该方法需要较多的阀门， 同时在较短时间来控制阀门的不断开 闭对阀门的可靠性要求很严格， 增加了设备的投资。还公开了一种是通过 U 形管和虹吸作 用来实现间歇曝气 （CN 201850172U） ， 但该方案存在设备倾斜时无法正常实现间歇曝气， 且 在同一个空气罐中多个曝气点时无法控制均匀曝气的问题。 0005 迄今为止， 本领域尚未解决传统的浸入式膜生物反应器的运行方式中连续曝气能 耗过高， 且现有的间歇曝气设备出现倾斜时曝气不正常的问题。 发明内容 0006 。
11、本发明提供了一种新型间歇式曝气装置， 从而解决了现有技术中存在的问题。 0007 本发明提供了一种间歇式曝气装置， 它包括 ： 底部开放的空气箱， 置于空气箱中的 浮球、 重力球、 杠杆、 排气阀门和 U 型排气管， 以及与空气箱连接的气源管道， 其中， 通过气 源管道连续向空气箱中加入气体 ； 当空气箱中的气体积累到一定体积后， 浮球和重力球通 过杠杆控制排气阀门打开， 空气箱中的气体一次性放出 ； 当空气箱中的气体放出后， 浮球和 重力球通过杠杆控制排气阀门关闭， 当气体重新在空气箱中积累至一定体积后， 浮球和重 力球通过杠杆控制排气阀门打开再放出气体。 0008 在一个优选的实施方式中，。
12、 所述浮球、 重力球和杠杆组成一个杠杆体系， 该杠杆体 系根据空气箱中的空气量的多少， 即液位的高低而上下移动。 0009 在另一个优选的实施方式中， 由浮球、 重力球和杠杆组成的杠杆体系中浮球、 重力 说 明 书 CN 103803699 A 3 2/5 页 4 球、 杠杆与排气阀门的重量比为 0.1-10， 体积比为 1-100。 0010 在另一个优选的实施方式中， 所述重力球的密度小于空气箱中放置的溶液的密 度。 0011 在另一个优选的实施方式中， 所述 U 型排气管的下端是封闭式的。 0012 在另一个优选的实施方式中， 所述 U 型排气管的下端是开口式的。 0013 在另一个优选。
13、的实施方式中， 所述浮球、 重力球、 杠杆和排气阀门在所述空气箱倾 斜的状况下控制空气箱中的气体间歇排出。 0014 在另一个优选的实施方式中， 在没有向空气箱中加入气体时， 空气箱中处于满液 位， 浮球受浮力影响而顶住杠杆， 使排气阀门处于闭合状态 ； 当通过气源管道向空气箱中通 入连续空气时， 空气积累排出空气箱中的液体， 导致液位下降， 当液位下降到一定水平时， 重力球受重力影响而下降， 通过杠杆作用拉开排气阀门， 空气箱中的气体通过 U 形排气管 一次性放出。 0015 在另一个优选的实施方式中， 当空气箱中的气体排出后， 其液位上升同时也带动 浮球一起上升， 浮球带动杠杆， 使排气阀。
14、门重新关闭 ； 空气箱中气体重新开始积累至液位到 达重力球， 通过杠杆拉开排气阀门后重新放出空气箱中的气体。 附图说明 0016 图 1 是根据本申请实施例 1 的间歇式曝气装置的总体结构示意图， 其中， U 型排气 管的下端封闭。 0017 图 2 是根据本申请实施例 2 的间歇式曝气装置的总体结构示意图， 其中， U 型排气 管的下端留有开口， 以防止污泥积累在 U 型管下端。 0018 图 3 是根据本发明的排气阀门的部分结构示意图。 0019 图 4 是根据本发明的空气箱的进气示意图， 其中， 由于水压作用， 空气箱中水位高 于浮球中心线， 通过气源管道连续向空气箱中打入空气。 002。
15、0 图 5 是根据本发明的空气箱的间歇排气的示意图， 其中， 空气箱中积累气体越来 越多， 排开空气箱中的水位至重力球位置， 重力球失去浮力由于重力而下降并通过杠杆打 开排气阀， 空气箱中的气体通过排气阀门排出。 0021 图 6 是根据本发明的空气箱的排气进水示意图， 其中， 气体排开， 空气箱中的水位 重新上升至浮球中心线水平， 排气阀门由于浮球的浮力作用通过杠杆关闭， 空气箱中重新 积累空气。 0022 图 7 是根据本发明的间歇式曝气装置的 3D 示意图。 0023 图 8 示出了对本发明的间歇式曝气装置的测试结果， 示出了气源流量与曝气间歇 时间关系。 具体实施方式 0024 本发明。
16、的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现， 利用物体的浮力、 重力和 杠杆原理来开启和关闭设备中的排气阀门从而达到可以在空气箱中实现进气 - 排气步骤， 即间歇曝气的目的 ； 从而可以达到可以节省能耗的目的， 同时解决了现有的间歇曝气设备 出现倾斜时曝气不正常问题。基于上述发现， 本发明得以完成。 说 明 书 CN 103803699 A 4 3/5 页 5 0025 本发明提供了一种新型间歇式曝气装置， 其是一种通过空气箱中液位高低来控制 排气阀门的开启与关闭以达到间歇曝气的设备。该技术的基本原理是通过浮力、 重力及杠 杆原理使排气阀门随空气箱中的液位的变化来控制阀门的开启与关闭。 0026。
17、 本发明的间歇式曝气装置的技术方案主要通过浮力-重力-杠杆原理控制排气阀 门的开启与关闭来实现， 该装置设有浮球 （2） 、 重力球 （3） 、 杠杆 （4） 、 排气阀门 （5） 和空气箱 （1） ， 以及 U 型排气管 （6） 和气源管道 （7） ， 该装置可以利用水的浮力、 物体的重力和杠杆原 理， 使排气阀门 （5） 可以随液位的升降而关闭开启。 0027 本发明的间歇式曝气装置的技术原理步骤如下所示 ： 0028 （i） 在没有向空气箱 （1） 中加入气体时， 空气箱 （1） 中处于满液位， 浮球 （2） 受浮 力影响而顶住杠杆 （4） ， 使排气阀门 （5） 处于闭合状态。通过气源。
18、管道向空气箱 （1） 中通入 连续空气时， 空气积累排出空气箱 （1） 中的液体， 导致液位下降， 当液位下降到一定程度时， 重力球 （3） 受重力影响而下降， 通过杠杆作用拉开排气阀门 （5） ， 空气箱 （1） 中的气体通过 U 形排气管 （6） 一次性排出。 0029 （ii） 空气箱 （1） 中的气体排出后， 其液位上升同时也带动浮球 （2） 一起上升， 浮球 （2） 带动杠杆 （4） ， 使排气阀门 （5） 重新关闭， 空气箱 （1） 中气体重新开始积累至液位到达重 力球 （3） ； 在通过杠杆 （4） 拉开排气阀门 （5） 时重新进行上述 （i） 的步骤。如此重复进行， 达到将连续。
19、进气转化为间歇曝气的目的。 0030 在本发明中， 浮球 （2） 、 重力球 （3） 和杠杆 （4） 组成一个杠杆体系， 受空气箱中的空 气量的多少， 即液位的高低影响而上下移动。 0031 在本发明中， 排气阀门 （5） 的开启与关闭是由浮球 （2） 和重力球 （3） 通过杠杆 （4） 控制的。 0032 在本发明中， 浮球 （2） 、 重力球 （3）和杠杆 （4）组成的杠杆体系中浮球 （2） 、 重力 球 （3） 、 杠杆 （4） 和排气阀门 （5） 的重量和体积呈合适比例 （即， 重量比为 0.1-10， 体积比为 1-100） ， 从而实现根据空气箱 （1） 中的空气量的变化而上下移动。
20、， 最终控制排气阀门 （5） 的 开启和关闭。 0033 在本发明中， 重力球 （3） 的密度需要略小于装置内放置的溶液的密度。 0034 在本发明中， 浮球 （2） 、 重力球 （3） 、 杠杆 （4） 和排气阀门 （5） 可以在曝气装置的空 气箱 （1） 倾斜的状况下有效控制空气箱 （1） 中的气体间歇排出。 0035 在本发明中， 受排气阀门的压力作用空气箱中的气体积累时有一定压力， 不仅缩 小了空气箱的体积， 同时间歇曝出的气体有一定的气压使得可以达到更好的曝气效果。 0036 以下参看附图。 0037 图 1 是根据本申请实施例 1 的间歇式曝气装置的总体结构示意图。如图 1 所示，。
21、 该装置主要通过浮力 - 重力 - 杠杆原理控制排气阀门的开启与关闭来实现， 其中设有浮球 2、 重力球 3、 杠杆 4、 排气阀门 5 和空气箱 1， 以及 U 型排气管 6 和气源管道 7， 其中， U 型排 气管 6 的下端封闭 ； 该装置可以利用水的浮力、 物体的重力和杠杆原理， 使排气阀门 5 可以 随液位的升降而关闭开启。 0038 图 2 是根据本申请实施例 2 的间歇式曝气装置的总体结构示意图。如图 2 所示， 该装置中设有浮球 2、 重力球 3、 杠杆 4、 排气阀门 5 和空气箱 1， 以及下端有开口的 U 型排气 管 6 和气源管道 7 ； 该装置可以利用水的浮力、 物体。
22、的重力和杠杆原理， 使排气阀门 5 可以 说 明 书 CN 103803699 A 5 4/5 页 6 随液位的升降而关闭开启 ； 由于在 U 型排气管 6 下端有开口， 可以避免 U 型排气管 6 底部出 现积泥堵塞的现象。 0039 图 3 是根据本发明的排气阀门的部分结构示意图。如图 3 所示， 浮球、 重力球和杠 杆组成的杠杆体系， 根据空气箱中的空气量的变化而上下移动， 最终控制 U 型排气管上排 气阀门的开启和关闭， 其中， 杠杆与 U 型排气管上排气阀门接触处通过密封圈 30 保证阀门 的密封性。 0040 图 4 是根据本发明的空气箱的进气示意图。如图 4 所示， 该装置中设有。
23、浮球 2、 重 力球 3、 杠杆 4、 排气阀门 5 和空气箱 1， 以及下端有开口的 U 型排气管 6 和气源管道 7 ； 在未 向空气箱 1 中加入气体时， 空气箱 1 中的液位处于浮球 2 之上， 浮球 2 受浮力影响通过杠杆 4 顶住排气阀门 5， 使排气阀门 5 处于关闭状态。 0041 图 5 是根据本发明的空气箱的间歇排气的示意图。如图 5 所示， 该装置中设有浮 球 2、 重力球、 杠杆、 排气阀门和空气箱 1， 以及 U 型排气管 6 和气源管道 7 ； 通过气源管道 7 不断向空气箱 1 中加入空气， 空气箱 1 中的空气积累排出空气箱中的液体， 导致液位下降 ； 当液位下。
24、降到一定程度时， 重力球失去浮力同时受重力影响而下降， 通过杠杆作用拉开排 气阀门， 空气箱 1 中的气体通过 U 形排气管 6 一次性排出。 0042 图 6 是根据本发明的空气箱的排气进水示意图。如图 6 所示， 该装置中设有浮球 2、 重力球、 杠杆、 排气阀门和空气箱 1， 以及 U 型排气管 6 和气源管道 7 ； 当空气箱 1 中的气 体排出后， 里面液位上升至浮球2之上位置， 浮球2带动杠杆， 使排气阀门重新关闭， 空气箱 1 中的气体重新开始积累， 至一定液位后重复进行上述排气步骤。 0043 图 7 是根据本发明的间歇式曝气装置的 3D 示意图。如图 7 所示， 该装置中设有。
25、浮 球、 重力球、 杠杆、 排气阀门和空气箱， 以及 U 型排气管。 0044 本发明的主要优点在于 ： 0045 本发明的间歇式曝气装置与传统的连续曝气设备相比， 可以降低设备运行的能 耗 ； 并且， 与其他现有的间歇式曝气设备相比， 可以避免设备出现一定角度的倾斜时导致曝 气不匀的状况 ； 此外， 受排气阀门的压力作用空气箱中的气体积累时有一定压力， 不仅缩小 了空气箱的体积， 同时间歇曝出的气体有一定的气压使得可以达到更好的曝气效果。 0046 实施例 0047 下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。 但是， 应该明白， 这些实施例仅用于说 明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例。
26、中未注明具体条件的试验方法， 通常 按照常规条件， 或按照制造厂商所建议的条件。 除非另有说明， 所有的百分比和份数按体积 计。 0048 实施例 1 0049 本实施例中使用的间歇曝气装置如图 1 所示。 0050 具体实施方式如下 ： 0051 （i） 在未向空气箱 1 中加入气体时， 空气箱 1 中的液位处于浮球 2 之上， 浮球 2 受 浮力影响通过杠杆 4 顶住排气阀门 5， 使排气阀门 5 处于关闭状态， 如图 4 所示。 0052 （ii） 通过气源管道 7 不断向空气箱 1 中加入空气， 空气箱 1 中的空气积累排出空 气箱中的液体， 导致液位下降 ； 当液位下降到一定程度时，。
27、 重力球失去浮力同时受重力影响 而下降， 通过杠杆作用拉开排气阀门， 空气箱 1 中的气体通过 U 形排气管 6 一次性排出。如 说 明 书 CN 103803699 A 6 5/5 页 7 图 5 所示。 0053 （iii） 当空气箱 1 中的气体排出后， 里面液位上升至浮球 2 之上位置， 浮球 2 带动 杠杆， 使排气阀门重新关闭， 空气箱 1 中的气体重新开始积累， 至一定液位后重复进行上述 （i） 中的步骤。如图 6 所示。 0054 实施例 2 0055 本实施例中使用的间歇曝气装置如图 2 所示。 0056 具体实施方式如下 ： 0057 （i） 在未向空气箱 1 中加入气体时。
28、， 空气箱 1 中的液位处于浮球 2 之上， 浮球 2 受 浮力影响通过杠杆 4 顶住排气阀门 5， 使排气阀门 5 处于关闭状态， 如图 4 所示。 0058 （ii） 通过气源管道 7 不断向空气箱 1 中加入空气， 空气箱 1 中的空气积累排出空 气箱中的液体， 导致液位下降 ； 当液位下降到一定程度时， 重力球失去浮力同时受重力影响 而下降， 通过杠杆作用拉开排气阀门， 空气箱 1 中的气体通过 U 形排气管 6 一次性排出。如 图 5 所示。 0059 （iii） 当空气箱 1 中的气体排出后， 里面液位上升至浮球 2 之上位置， 浮球 2 带动 杠杆， 使排气阀门重新关闭， 空气箱。
29、 1 中的气体重新开始积累， 至一定液位后重复进行上述 （i） 中的步骤。如图 6 所示。 0060 实施例 3 ： 测试本发明的间歇曝气装置 0061 实施方式 0062 根据该本发明的间歇曝气装置的原理搭建间歇式曝气试验平台测试间歇式曝气 的运行情况。间歇式曝气装置的 3D 图如图 7 所示。 0063 测试结果 0064 测试结果如图 8 所示。图 8 中可以看出， 基于本发明原理制作的测试装置可以实 现间歇曝气效果， 且在空气箱容积一定的情况下， 气源流量越大曝气间隔时间越短。 0065 在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考， 就如同每一篇文献被单独 引用作为参考那样。 此外应理解， 在阅读了本发明的上述讲授内容之后， 本领域技术人员可 以对本发明作各种改动或修改， 这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范 围。 说 明 书 CN 103803699 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103803699 A 8 2/4 页 9 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103803699 A 9 3/4 页 10 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103803699 A 10 4/4 页 11 图 8 说 明 书 附 图 CN 103803699 A 11 。