新型溶氧曝气装置研发成果

1.新型溶氧曝气装置结构

图3.85　新型溶氧曝气装置的结构示意图

1—壳体；2—变螺距螺旋叶片；3—设在壳体的中心轴；4—基本叶片；5—支座；6—导体锥；7—进口与气液输入管；8—出口与溶气细化流体输出管。

新型溶氧曝气装置的结构示意图如图3.85所示。该装置包括：壳体、变螺距螺旋叶片组件、设置在壳体中的中心轴、支座和导流锥，壳体带有的一个气液进口和一个出口，进出口沿变螺距螺旋叶片组件，进口与气液混合输入管，出口与溶气细化流体输出管。

变螺距螺旋叶片组件由沿中心轴3依次排列连接的基本叶片单元4组成，从气液进口端至出口端的各基本叶片单元内边缘的连接轨迹满足以下等径变螺距螺旋曲线方程：

式中：

D——中心轴直径；

t——变螺距螺旋叶片组件上任一点的扭转角度（弧度）；

m——变距螺旋系数，0＜m＜1；

b——其值为L/（2π）^m，其中，L为变螺距螺旋叶片组件的长度。

中心轴表面铣有上述等径变螺距螺旋线方程形状的凹槽，随后将基本叶片单元叠加旋转，组装固定成上述变螺距螺旋叶片组件，中心轴的两端车削有外螺纹，通过带有与外螺纹配合的导流锥（自带内螺纹）组合固定，导流锥可用于均匀分布气液混合流体，同时也有利于减小阻力损失。

组成变螺距螺旋叶片组件的基本叶片单元为“一”字形或“十”字形，叶片厚度为0.1～1 mm。叶片厚度越小，对气液混合物的切割细化效果越好，产生的气泡直径较小，溶氧效率也越高，基本叶片单元的数量根据叶片的厚度和变螺距螺旋叶片组件的长度而定。

装置中的壳体与变螺距螺旋叶片组件固定并紧密配合，壳体、中心轴、变螺距螺旋叶片组件通过支撑支座、导流锥、螺栓、螺母相互连接固定。

对于新型溶氧曝气装置，气体输入通过气体分布器实现，气体分布器为圆柱形，垂直插入气液混合流体输入管内，背向水流处开有出气孔，出气孔的中心位于气液混合流体输入管的轴线上。高速水流经过气体分布器时发生绕流运动，在分布器出气孔处产生漩涡，从出气孔释放的气体在漩涡区水力剪切的作用下迅速得到分散。

高溶解氧环境条件下，普通铸铁极易遭受化学腐蚀，所以新型溶氧曝气装置的材质应采用不锈钢材质，以防止高溶解氧对装置的腐蚀作用。

新型溶氧曝气装置的其他细节如图3.86至图3.88所示。

图3.86　变螺距螺旋叶片组件结构示意图(www.xing528.com)

图3.87　基本叶片单元结构示意图

图3.88　支座结构示意图

2.新型溶氧曝气装置优点

（1）新型溶氧曝气装置中产生的气泡直径比传统曝气装置小，气泡的表面积较大，气液两相的接触面积增大，可有效强化氧的传质效率，提高氧（或气体）在常温、常压条件下在水中的浓度。气泡直径越小，在水中停留时间越长，能使氧气保持在水中不易释放出来。

（2）传统曝气装置一般只存在曝气充氧作用，细化切割作用较弱。新型溶氧曝气装置通过构建立体切割数学方程，能将流过该装置的气、水分子团及各种悬浮物和溶解于水中的大分子有机物集团切割细化，从而大大增加物质相互作用的接触面积。在污废水处理中，微生物、污染物、溶解氧可实现充分的混合接触，进而强化好氧微生物的活性，提高对污染物的去除能力。

（3）虽然近年来出现一些新型微纳米曝气装置，但是存在结构复杂难以加工，流道较窄容易堵塞等问题。而新型溶氧曝气装置结构简单、体积小、不易堵塞、操作方便、维护和使用成本较低，具有良好的经济效益。

（4）新型溶氧曝气装置能够直接用于好氧生物处理进行污废水处理和受污染水体净化（修复），还可用于富氧水制备、饮料加气等液体溶气领域，以及化工生产过程中的细化混合等领域。

3.新型溶氧曝气装置应用系统

图3.89　新型溶氧曝气装置的一种应用系统图

图3.89是新型溶氧曝气装置的一种应用系统图。新型溶氧曝气装置工作时，先打开水泵，曝气水池中的水通过水泵的输送作用在系统内进行循环，氧源（氧气瓶或空压机）通过输气管与气体分布器相连接。打开氧源的控制阀，气液两相在气体分布器的作用下完成气液两相的初步混合。经过初步混合的气液两相流进入新型溶氧曝气装置后，在变螺距螺旋叶片组件的作用下发生旋转，形成螺旋流。同时，螺旋叶片能够实现对气泡的机械切割作用，使气泡直径变小。而且装置内可产生径向和轴向的压力梯度，扩大传递界面，产生二次流等复杂流动状态，使得气泡在水力剪切作用下进一步破碎细化，气液两相在装置内混合比较均匀，传质作用充分，水体中的溶解氧能够得到迅速的提升，达到饱和甚至超饱和状态，并能使得水体中溶解氧在相当一段时间内维持在较高水平。同时，污染物在经过新型溶氧曝气装置后也能够实现一定的切割细化。