总的说来，本发明涉及一废水处理系统，具体说来，涉及一种隔板池槽式中的吸入管废水处理系统。 自从荷兰在五十年代初期最先发展了碱性氧化沟以来，已经对这种系统提出了许多种设计改进方案，其目的是改进性能和更有适应性，这样便可使成本和设计达到理想程度。由帕斯维尔（Pasveer）博士采用一种改进的凯斯纳·布拉什氏（Kessner Brush）的系统，该系统是间歇式工作的。这样，沟本身可作为沉淀池使用。该系统是按低的营养生物量比进行操作的，这样，便可使系统中产生的泥渣由于内源呼吸作用产生的泥渣消化而部分地消除掉。由于采用了水平轴表面曝气装置限制了水池的深度，由此便需使面积增大，从而增加了成本。还有，水平转子轴需要大量的维修工作。
当在六十年代初期，人们在不断地研究硝化/反硝化过程的时候，人们发现了氧化沟在功率消耗方面的其他一些优点。由于存在有低的营养生物量比及其所造成的使泥渣龄很长的原因，从而在氧化沟系统中几乎经常出现了很高程度的硝化作用。由于利用了反硝化反应（有时称为硝化吸收），则可通过进料的BOD（生化需要量）产生的硝化反应，将硝化作用中用去的氧的大部分回收回来。
在六十年代末，杜瓦尔斯墨德里克（DWars Heederick）的荷兰咨询工程公司和维黑（Verhey）对最初的氧化沟设计做了修正，采用了通用的垂直轴表面曝气装置。虽然解决了由水平轴曝气装置带来的支承问题，但由于存在处理深度方面的限制（即限制在8～12英尺范围内），因而为进行适当的处理，就需要大面积的地方，还有，由于继续采用了表面曝气装置（从它们的特性看，属于致冷的装置），因而在冬天进行操作时，仍存在有温度控制的问题，特别是对硝化/反硝化过程将产生不利的效果，并且在表面喷水时造成结冰。
在六十年代末，通用信号公司〔General Signal Corporat ion〕下属的混合设备公司〔Mixing Eguipnent CO，Inc。〕研制出了一种曝气装置，它有一个高效率的空气膜叶轮，可以在一吸入管中沿轴向泵送气体。在叶轮底部导入的气体以高速冲过一固定散泡器并进入到池中，由此产生的流体冲到底部后，即可将气体分散到池中的液体中去。这种分散气体的方法利用的是一般为机械曝气系统所具有的高混合能力并能静压地压缩空气，以便可在完全混合活性污泥系统中，改善送氧效率。
在七十年代末，由约翰·里德〔John Reid〕研制出了一种改进的氧化沟方案，被称作封闭隔离板系统。在此方案中，将一隔板横断地插进氧化沟中，这样便可利用一泵送装置，通过一穿过隔板底部的吸入管来控制液体的流动。在美国专利4，260，486和4，460，421中以工作原理结合方案的方式，对此方案做了详细的说明。由吸入管曝气装置产生的主动控制的液流可保证达到预期的速度，并实现快速和完全的混合以及负荷缓冲。在冬天，由于采用的是淹没式涡轮曝气装置而不是极易冷却的表面曝气装置，因而可藉单纯的热输入以实现高速生物反应所需的较理想的温度控制。由于好氧硝化/厌氧区的设计，从而减少了功率消耗。由于可通过改变电动机的速度和输气量分别控制水池速度和供氧量，因而可控制好氧和厌氧区之间的分界面。由于吸入管的排水口位于水池底及隔板下流位置处，因而就可使水池底的固体更易于悬浮起来。由于池底液体有速度，因而就可将水池设计得更深，从而使占地面积减少。
虽然封闭式水池隔板系统对氧化沟系统先有技术而言是一个改进，但也有它的缺陷。系统采用的是一完整的隔板，其高度是从池顶直达池底，并且沿水池周边和池底是封闭的，其目的是保证新进入缺氧区的废水，百分之百地通过吸水管曝气装置。这种隔板的缺点是，水池中可达到的最高循环流速等于吸入管曝气系统的起始泵送流速。还有，有可能在吸入管周围沉降出固体物质，特别是在吸入管和隔板之间的位置，更有可能堆积起固体物质。这将要求此系统定期地停止工作并进行清理。还有，由于吸入管进水口靠近隔板，因而在吸入管的进水口处易形成旋涡，这样，便影响了吸入管的工作效率。
理德在美国专利4，278，547中提出了一个较先有的理德系统为优的方案，此方案叙述了一种根据动量守恒原理设计的隔板氧化沟。在该方案中用一可调门式隔板代替配合隔板工作的土质截水沟，在图32-35所示。由于隔板的厚度减小了，从而使吸入管的进水口与隔板相距远了。这就在隔板底出现沉积作用。采用了一凹形导流板161，以便将液流导向叶轮。
所以，需要设计出一个系统，它可取隔板水池系统改进方案之长，而避其短。
本发明的目的之一是提出一个经过进一步改进的隔板水池废水处理系统。
本发明的另一目的是提出一封闭式的水池隔板废水处理系统，使其吸入管进水口处的流速是均匀的。
本发明的再一个目的是：在不增大功率消耗的条件下，可使一隔板式废水处理系统较先有技术系统具有更高的效率。
本发明的再一个目的是：解决隔板式水池废水处理系统的吸入管和隔板四周的沉积问题。
本发明的再一个目的是：提高充氧动力效率。
这些目的和本发明的另一些目的，可通过改进池槽废水处理系统来达到：使该系统有一隔板;在一吸入管中有一叶轮，该吸入管靠近隔板的低溶解氧一侧;吸入管在隔板的上流一侧，并与其离开至少有 3-1/2个直径的距离处装有进水口导流板，以产生均匀的吸入管进水流速。由于吸入管与隔板和进水口导流板离开一个距离，所以就可使来自各个方向的水能平稳地流进吸入管中，由此即可提高效率，即充氧动力效率在靠近水池底的隔板部位，开有一些孔洞，其分布的范围约等于水池的宽度，其作用是能使沉积物通过隔板继续循环流动，否则这些沉积物将积堆在那里。导流板最好是低于水池中的水面，以防止在水池的靠近吸入管处形成旋涡。导流板是由多个叶片构成的，它们安装在吸入管进水口的周围并具有合宜的外形，以便在吸入管的进水口处形成径向液流，同时减少切向液流。所设计的叶片形状和构造可防止叶片产生旋涡。这些叶片垂直地向吸入管的进水口上方部分和下方部分伸展，而从水平方向看，其位置是自进水口的里侧向外伸展的。在旋转叶轮的四周有一环形的、径向凹进的构件，其外形设计成基本上不存在有水平面。散泡器环的外形，同样也不存在有水平的下流表面。散泡系统可以由一内环和一外环构成，外环构成了吸入管壁的一部分。散泡器环的形状和直径应能足以产生卡曼〔Karman〕旋涡，这样便可喷出更多的气体，从而提高送氧效率。
本发明的其他目的，优点和新颖性通过下面的详细说明并结合附图将会变得更加清楚。
图1所示为根据本发明提出的原理设计的隔板池槽式废水处理系统的平面示意图。
图2所示为沿图1的2-2线所取的、图1所示系统的部分断面图。
图3A和3B分别示出了先有技术和本发明的单吸入管和隔板部分的平面图。
图4所示为根据本发明提出的原理设计的曲线型带孔叶片的透视图。
图5所示为先有技术的带支承的直形导流板及液流通过该导流板时的情况的平面示意图。
图6所示为流经图4所示带孔板的液流的平面示意图。
图7所示为根据本发明提出的原理设计的带槽空心叶片的透视图。
图8所示为根据本发明提出的原理设计的带有突起部位叶片的透视图。
图9所示为根据本发明提出的原理设计的波浪形叶片的平面图。
图10所示为带有叶轮和散泡系统的吸入管的部分断面图。
图11、12和13为根据本发明提出的原理设计的散泡环断面图。
图1-2所示为根据本发明设计的废水处理系统，其中包括有一环形处理池槽10，其内壁以12表示，外壁以14表示，底部以13表示。叶片15安装在池槽的弯折端部，这有助于使水弯折流动，同时减少了旋涡。该系统分成低溶解氧或厌氧区16和高溶解氧或好氧区18，如图1所示。术语厌氧和好氧一般是指硝化和反硝化系统，本专利借用这些术语，分别表示低的和高的溶解氧区，即使并不进行硝化和反硝化过程。在好氧区18和厌氧区16之间存在一自然过渡区20，而隔板22在厌氧区16和好氧区18之间形成了另一个分界区。图1中所示的废水流动方向是逆时针的。废水从进水口24中流入厌氧区16，此区为隔板22的上流区。
隔板22处的水下流至好氧区18中，然后经过澄清池28到达出水口26。等于系统生产量的那部分液体将通过澄清池，而大部分流体将返回到好氧区18中，并挟带有澄清池底部存留的污泥。洁净的液体流经出溢流堰到达出水口26处。为简化起见附图中未给出澄清池的细节，因为它与本发明提出的改进方案无关。
废水处理系统中包括有一对吸入管曝气装置30和32，它们安置在厌氧区16中，靠近隔板22，并在其上游位置，它们分别通过位于好氧区下流一侧并靠近隔板22的地下管道34和36与出水孔38和40连接起来。每一个吸入管的曝气装置30和32（参见图2所示的吸入管曝气装置30），包括有一吸入管42，一叶轮44，叶轮44位于靠近吸入管42顶端的轴46上。通过电动机48和齿轮驱动机构50使轴46转动，这样，叶轮44即可将液体向下泵送并通过垂直吸入管42。叶片52和53固定在进口锥形体41上，此锥形体可将液体向下导至叶轮44处。位于叶轮下方的散泡环56可供给含有气体的氧气，并通过管子60与一空气泵58相连。如图示，泵58可用驱动叶轮46的同一台电动机40驱动。齿轮减速箱可根据具体的设计选定。吸入管曝气装置可将来自散泡环的氧气与废水进行混合，并产生泵送力以使水沿环形池槽10循环流动，并使水的流速足以使固体物质始终处于悬浮状态。
应说明的是，为清楚起见，在图1中并未绘出叶轮44驱动装置的细节。还有，在这方面所说明的结构，与前述的美国专利4，260，486中提出的封闭隔板池槽系统所说明的，基本上是相同的。
本发明所提出的主要改进之处，是提供了一种均匀的吸入管进水口速度分布。
在一安置有吸入管曝气装置的吸入管池槽中，向废水供给的氧气量是混合器的功率（指数关系）和向散泡系统供气率的函数，即：
SOTR～PaSCFMb
式中：SOTR是温度和压力为标准态时的，以每小时磅数为单位的向待处理水供氧的速率;P为功率;SCFM是温度和压力为标准状态时，以每分钟标准立方英尺为单位的空气速率;指数a和b一般在1/2～1之间。此外，吸入管可接受的，即可保持通过吸入管的空气呈正流动态而又不致逸出的SCFM，取决于吸入管中的流速和吸入管的直径：
SCFM～VcDd;
式中：C的值为2～3，d的值为1～2。
SCFM，即对散泡装置的空气供给量，同样也是吸入管中速度均匀性的一特殊函数。就是说，通过吸入管的平均速度可以很高，但是，如果在吸入管中的某一区域速度较低，则在叶轮下方喷入的气体，在通过此低速区时即可能出现短路流并逸出混合器。所谓的逸出是这样定义的：空气返回吸入管，并不按水池的流动方向进入到水池中。事实上，如果几何形状不好，即便空气流动的平均速度是一样的，而混合装置所能接受的气体量的变化范围可超过100%。这就意味着，可将一附加的量K插入到上式中，该量为速度均匀性的函数。所以，SCFM将与Vc、Dd和K成正比例。可从SCFM的方程式看出，在功率一定的情况下，对一具体的吸入管装置来说，可以通过提高吸入管中的速度或速度均匀性的办法改善供氧状况。
本发明的目的是提高供氧效率，即在相同的功率条件下，增加向废水供氧的磅数。或者说，对一定的SOTR来说，功率可减少。幸运的是，当在散泡吸入管曝气器中的气体量增大时，用于分散气体的功率较其他脱气系统仅增加很小的量。典型的情况是，分散气体所需功率仅较脱气所需功率增大约15%。所以，气体量增加得越多，则可获得更大的SOTR，而所需功率却增加得很少。本发明可提高吸入管中的流速和改善速度分布的均匀性。
从图3A可以看出，在将吸入管30′靠近隔板22′之后，则从吸入管的后方可吸入的液体量将变少。所以，无法保持在吸入管进口处的均匀流动。美国专利4，460，471提出，可在吸入管的下流一侧用一半圆形的导流板。虽然此导流板可保证液流沿吸入管的下流一侧流动，但无法使流动速度均匀。
为了改进吸入管中的速度均匀性，可将吸入管30从隔板22处移开一个距离S，其数值在吸入管直径D的3.5～6.5倍范围内。此距离S可使被吸入的流体体积是均匀的，并形成均匀的吸入管流进速度。当增大隔板和吸入管之间的距离S时，可产生两个好的效果。第一个是可减少混合器所需的功或水头。这就提高了吸入管的速度。第二个是可改进沿吸入管的速度均匀性。二者的综合效果是可提高处理气体的能力，所以，可在功率基本上是相同的条件下，增大供氧量。
在吸入管中需进行缓冲，因为流经吸入管的速度太高，典型的是每秒5～10英尺。如果不进行缓冲的话，则从表面上将产生很大的旋涡，并会将空气引入叶轮中。这将会阻碍叶轮的泵送作用，对叶轮和轴产生很大的作用力，并使吸入管中的速度变得不均匀。这种不均匀性将减小气体的处理能力。
在先有技术中，如图3A所示，4个直形导流板52′支承在杆上，并沿吸入管进口周围分布。然而，这种布置方式却使导流板本身产生了旋涡。这些旋涡较没有导流板时产生的旋涡要小，但它们确实形成了扰乱流动的旋涡。当吸入管进水口处的水流不均匀时，则扰乱流动的情况将更加明显。这就是使吸入管中远离隔板的原因之一。当在一典型的有隔板的系统中，存在有不均匀进水的情况时，则在下流的导流板上将会产生旋涡，而这将扰乱水的流动。
需说明的是，导流板本来是用来改善水流的，而本身不应妨碍流动。
对导流板的第一个要求是不得转动。在满足此要求的同时，不得产生旋涡。图3B所示为本发明的典型构造。由于将隔板移向下流，所以就可从吸入管的上流和下流处进水。在吸入管的外侧安装的导流板53可以是直的，曲线形的或者略去不要。导流板不应有尖角，以免在叶片的边缘处产生旋涡。如果叶片的边缘是圆的，或者叶片做成椭圆形的，如图示的52，那是比较理想的。导流板应比水面低很多，这是一个较好的布置方式，因为不容易从表面产生旋涡。通常，吸入管的有效作用区为叶轮直径的60%。所以，导流板的展宽应约等于此距离的一半，或者等于吸入管上方的叶轮直径的30%。如果需要有较大的缓冲力，最多可设置16个导流板。
从图2可以看到，导流板52，53是垂直装置的，而且位于吸入管42的进水口喇叭口41顶部的上下方。并且是沿进水口喇叭口41从里到外的方向安装的。图2、4和7～9所示为一些导流板的实例，它们可防止产生大的旋涡，或者可以消除大的旋涡，而这是先有技术中的导流板可能产生的。图2、4、6和7所示实例是些带孔的板，这些孔的形状可以是圆的、椭圆形的、垂直的孔或斜孔。导流板或平板可整体上都有孔或仅在产生旋涡的边缘处有孔。
孔可以减少旋涡的作用原理，可以用图5和图6所示的液流情况差别加以说明。图5所示为先有技术的直形叶片，而图6为根据本发明提出的原理设计的曲线形叶片，请对两者进行比较。在图5中所示的先有技术叶片上，流入到叶片前缘的液流将打转并在前缘处产生旋涡或涡流。以另一些箭头所示的打转液流，又折向本身并围绕叶片产生旋涡或阻滞流。这样，从液流的角度看，叶片似乎比它本身要大，所以，将更加阻滞流动，因而造成了进水口处的流速的不均匀性。叶片还产生表面旋涡，从而可将空气从表面处带向下方。
另一种情况则是，根据本发明提出的带孔板（图6），有一曲线形的前缘，从流体动力学的角度看，此前缘有助于液体流向叶片。同样，由于叶片上有许多孔，因而，通过了叶片的横向液流即可阻止液流回折，或可阻止产生具有曲线形液流矢量的旋涡。所以，可以看出，沿图6所示叶片的液体流动情况与图5所示的先有技术比较，基本上是均匀的。图2和图4所示叶片是有圆孔的，而在图7所示的泪滴状或椭圆形叶片上则开有长槽。虽然图示的槽是与垂直轴平行排列的，但它们也可是倾斜的。图8所示为根据本发明提出的原理设计的另一种叶片，其上用以防止旋涡产生的部位是图示的凸起半圆形部位。还应该说明的是，图2、4和7所示的孔可以用与这些孔形状相似的突起来代替。
图9所示为另一种设计，叶片为波浪状，它也可以防止旋涡的形成。
另一种可改进液体流入叶轮环形区状况的措施，是在吸入管进水口的顶端设置一个泪滴形零件或凸缘，它可以减小流入进水口的弯曲角。这样便可以防止液流在叶轮的进水口附近分裂开来。这一点已在图2和10中表示出来。如图所示，进水口锥形体41有一水平凸缘43。
吸入管14，沿其圆周有一缺口62，它位于叶轮44的四周，但隔开一个距离。这就可使叶轮44有一最大的直径，也就是与吸入管42的直径D基本上相同的直径。如上所讨论的，对输送氧的效率来说，重要的是：在靠近叶轮处，不应有可留截气体的水平面。所以，从图2和10中可以注意到，缺口62是呈凹形的，这样，就可使非垂直表面都与垂直线成一定的角度。这样，氧气将不会被上流的水平面留截住。虽然图示的缺口62仍有直边，实际上它可以是半圆形的或曲线形的，这样就可以减少或基本上消除水平表面了。
改善气体处理的其他种方法是，在轴毂下面安装一锥形体或钟形盖64（中间轴的延长），以防止在任一水平面上留截气体。另外，U形管不得有任何水平弯曲部位，以防止气体集中。由于水平部位可能集中气体，从而提高了吸入管混合器的水头。
其他种改善气体处理能力的措施是，改善散泡装置的设计，或者将气体送入吸入管中的方法。先有技术中的喷入空气的方法是，靠叶轮的底部安装一长方形或方形断面的散泡器。如图2所示，本发明选用了圆形断面的散泡器56并放置在叶轮44的下面，而没有采用长方形断面的散泡器。还有，长方形断面的散泡器较圆形断面的更易扰乱液流。其底部平面上易于集中气体。
另外，在均匀液流中，卡曼〔Karman〕旋涡可从各种横断面形体上脱出。这些旋涡脱出的频率取决于斯特洛赫尔〔Slrouhal〕数。
S＝ (nd)/(V) 或 N＝ (SV)/(d)
式中：S＝斯特洛赫尔数; n＝脱出频率;
d＝散泡管直径; V＝液流速度。
在斯特洛赫尔数等于0.2，而速度为每秒7英尺，直径为2英寸时，则脱出的频率为每分钟504次。此频率类似于，或等于在一吸入管曝气装置中叶片通过频率的一次谐波，这是因为NBPF＝（叶片数）（曝气装置的速度）＝NBN。所以，卡曼旋涡有助于吸入管曝气装置中的气体逸出，由此便可提高效率。进一步考虑散泡装置断面的形状将会改善这种现象。图11-13所示为可以采用的其它几种横断面形状。应该指出，每一种散泡装置的形状，基本上都是没有可留截空气泡的水平面的。
还应该指出，如图10所示，可通过吸入管壁将空气喷入到吸入管中。如图示，散泡环安装在吸入管内部。也可以安装一个外散泡环，其内壁与吸入管42的内壁是合一的。这种布置有助于在产生逸出之前，将更多的气体送入到吸入管中，还可在叶轮的输入功率相同的情况下，送入更多的空气和氧气。
至此，本发明所说明的改进之处是，改进了吸入管进水口处的速度分布状况。将吸入管置于离开隔板22更远处，则会在隔板的底部形成一孔区，该处易使固体沉积下来。在此处产生的固体沉积类似于在隔板22的下流位置上所看到的沉积现象，但此位置对流入管的出水口38和40来说，则是其上流位置。为解决此问题，可在隔板22的底部设置一个有一定尺寸的开口70，这样就可使池槽的底部13处通过具有一定流速和流量的液体，而且流速和流量是可控的。这样便可使挟带有固体的水能流过隔板的底部并进入到吸水管排水口的高速区。这就能够使隔板的上流位置，同时也是吸入管的后面位置处，以及隔板的下流位置，同时也是排水管的前方位置处，不会有固体沉积下来。旁通管的尺寸是由计算确定的，以使池槽中的液流具有要求的速度，并在好氧区中保持住溶解的氧气，还可使曝气装置的整个下弯部分保持有一定的泵送速率。实验室的工作证明，当整个池槽的液体流动时，隔板下流位置处的液流不会通过开口70与隔板22的上流位置处的液体产生明显的倒混流现象。
形成开口70的一个方法，是在池槽上放置一隔板22，其宽度等于池槽的宽度，但其向池槽下部伸展的长度小于池槽的深度。另一种方法则是，使隔板22向池槽下部伸展的长度等于池槽的全深，而在靠近池底13处的隔板上开有一个或多个孔洞。虽然附图所示的是一对吸入管曝气装置30和32，但也可以根据系统的尺寸和要求的流速采用一个或多于两个的曝气装置。
通过前述的实施方案，可以清楚地了解到，本发明的目的已经达到。另外，虽然已对本发明做了详细的说明和图示，但很明显，这些只是用于示例而已，而不应认为，本发明局限于这些示例的范围。本发明的实质和范围仅受限于下附的权利要求中的要求项。