[发明专利]一种自驱动旋转曝气装置

说明书

本发明提供了一种自驱动旋转曝气装置，包括固定空气立管和活动空气立管，固定空气立管和活动空气立管之间通过旋转接头连接，所述活动空气立管上设有倾斜叶片，活动空气立管底端设有旋转横管，所述旋转横管上设有出气孔。本发明旋转曝气相对固定曝气而言，可增加曝气反应器中气泡活动空间占整体空间的比例，促进均匀布气，促进填料均匀流化，防止出现填料堆积或死球等现象，也可防止污泥沉降。旋转叶片的转动也可促进反应器内水、气、微生物的混合接触，加强传质。

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，具体涉及一种自驱动旋转曝气装置。

背景技术

曝气是污废水生物处理的关键环节。在活性污泥法中，曝气可以实现向水中充氧和搅拌的目的；在生物膜工艺中，曝气可以实现向水中充氧的作用。对于移动床生物膜反应器(Moving-Bed Biofilm Reactor，以下简写为MBBR)和活性污泥曝气池投加移动填料的工艺中，曝气可以实现充氧和促使填料流化。旋转曝气可促进均匀布气，促进填料均匀流化，防止出现填料堆积或死球等现象，也可防止污泥沉降。

现有绝大多数的曝气系统中的曝气头或穿孔管是固定安装的。由于这种方式中，曝气头或穿孔管释放出的气泡的上升轨迹相对固定，造成曝气反应器空间中气泡只是分布在相对固定的部分空间，其他部分并没有气泡经过，即曝气均匀性不佳。这样的曝气方式，对于MBBR工艺可能导致填料流化、产生堆积，对于活性污泥工艺可能产生污泥在未安装曝气头的位置沉积，影响处理工艺效果。对于分散式污水处理反应器，由于容积较小，曝气不均匀的影响更为严重。

曝气不均匀的问题有两种解决方式，一是增加曝气器安装密度，二是提升曝气器服务面积。工程实践中已经探索出了较为经济合理的曝气头或穿孔管安装密度。如果在此基础上大幅增加曝气头或穿孔管安装密度将造成不够经济的后果。气泡自曝气器释放后主要是在浮力作用下以大致直线的运动轨迹上升，所以提升曝气器的服务面积又可以有两种方式：一种方式是通过某种方式使曝气器释放出来的气泡的上浮轨迹在水平面上的投影面积大于气泡自由上浮状态下的投影面积，实现服务面积增加，比如在曝气器上方安装一个原本用于表面曝气的倒伞型叶轮，可使曝气器释放出来的气泡随着水流在叶轮高速旋转时甩出，因不同层的叶轮半径不同，所以气泡分布面积可以很大。另一种是让曝气器在水下不再固定，以持续运动的方式实现增加服务面积的目的，比如让穿孔管旋转起来实现旋转曝气。

利用电机通过轴带动水平穿孔曝气管在其水平面转动，可实现旋转曝气。但这种装置需要专门安装电机，结构相对复杂，需要消耗电能。

如专利201911210807.7提出了在曝气盘上部设置旋转单元，曝气盘释放出的气泡上升，驱动旋转单元旋转，形成二次流。该技术方案是在传统的曝气盘之上增加一个旋转单元，以实现二次流为目的。但是存在以下问题：（1）气泡在水中的上升轨迹与其受力有关。气泡从曝气盘释放后自由上浮，如在自由上浮过程中接触到旋转单元的桨叶，则沿桨叶底部上升，至脱离桨叶底部边缘后恢复自由上浮状态。气泡沿桨叶底部上升的轨迹与桨叶底部形状以及桨叶旋转有关。气泡在自由上浮状态时，其受到垂直向上的浮力以及水流流动的夹带作用力。由于旋转单元旋转造成的水的二次流水平方向上流速和影响范围并不大，水流流动对上浮气泡的水平夹带位移有限。所以，曝气盘上旋转单元的旋转，并不会大幅增加气泡在从曝气盘释放后直至上浮至水面过程中其在水平方向上的分布面积。即曝气盘上是否安装旋转单元对其服务面积影响不大。对于分散填料位于中上部水层的移动床生物膜反应器工艺而言，该曝气装置的固定安装并不能解决曝气不均匀的问题。而且，目前大部分移动床生物膜反应器工艺采用的是穿孔管曝气，而非曝气盘。（2）水下轴承存在腐蚀，固体颗粒进入导致的磨损甚至卡死等问题。因曝气盘通常在接近池底的位置固定安装，进气管道处于曝气盘之下。曝气盘或旋转轴承需维修时，需将池水放空后维修更换或潜水员直接下水维修更换。

专利201711037255.5提出利用气体自穿孔曝气管孔口流出产生的反作用力推动穿孔管转动，实现旋转曝气，该种装置不需要安装电机，但推动力是穿孔管口气水压力差值与穿孔管口面积的乘积，推动力较小，实际旋转效果不佳。

发明内容