多級(jí)曝氣裝置制造方法
【專利摘要】提供了一種包括至少兩個(gè)豎直定向的曝氣模塊的多級(jí)曝氣裝置。每個(gè)曝氣模塊限定具有頂部入口和底部出口的豎直延展的曝氣腔室。每個(gè)曝氣模塊的底部出口將包括液體和氣體的流體流饋送到所述曝氣模塊的下面一個(gè)曝氣模塊的頂部入口中。每個(gè)曝氣模塊具有連接到所述頂部入口的曝氣頭，使得穿過(guò)所述頂部入口進(jìn)入曝氣腔室的所述流體流必定穿過(guò)所述曝氣頭，所述曝氣頭利用所述流體流中的氣體給所述液體充氣。
【專利說(shuō)明】多級(jí)曝氣裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及其中具有一系列氣體注入和反應(yīng)區(qū)的曝氣裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]曝氣系統(tǒng)被用在許多不同的應(yīng)用中，包括廢水處理。串聯(lián)的曝氣塔的使用是低效的并且占用空間，而且難以平衡系統(tǒng)內(nèi)的背壓。如果單一塔被使用并且流體通過(guò)罐被再循環(huán)，穿過(guò)注入器和泵的具有微氣泡的已處理流體分解并且形成更大的氣泡。這降低了系統(tǒng)的效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]提供了一種多級(jí)曝氣裝置，包括至少兩個(gè)豎直定向的曝氣模塊，每個(gè)曝氣模塊限定具有頂部入口和底部出口的豎直延展的曝氣腔室，每個(gè)曝氣模塊的底部出口將液體和氣體的流體流饋送到所述曝氣模塊的下面一個(gè)曝氣模塊的頂部入口中。每個(gè)曝氣模塊具有連接到所述頂部入口的曝氣頭，使得穿過(guò)所述頂部入口進(jìn)入曝氣腔室的所述流體流必定穿過(guò)所述曝氣頭，所述曝氣頭利用所述流體流中的氣體給所述液體充氣。
[0004]根據(jù)一個(gè)方面，所述曝氣頭可以懸垂到所述曝氣腔室中。所述曝氣頭可以是具有封閉下端和徑向開口的豎直懸垂管，所述流體流通過(guò)所述徑向開口離開所述曝氣頭。
[0005]根據(jù)一個(gè)方面，氣體可以通過(guò)文丘里注入器被供給到第一曝氣模塊以形成所述流體流。
[0006]根據(jù)一個(gè)方面，所述流體流中的氣體可以被液體至少部分地溶解或夾帶。
[0007]根據(jù)一個(gè)方面，所述多級(jí)曝氣裝置還可以包括位于一個(gè)或多個(gè)曝氣模塊中的補(bǔ)充氣體入口。
[0008]根據(jù)一個(gè)方面，所述多級(jí)曝氣裝置還可以包括用于控制所述曝氣模塊中的背壓的出口閥。
[0009]根據(jù)另一方面，提供了一種使液體曝氣的方法，包括步驟:提供一種包括至少兩個(gè)豎直定向的曝氣模塊的裝置，每個(gè)曝氣模塊限定具有頂部入口和底部出口的豎直延展的曝氣腔室，相鄰曝氣模塊的底部出口和頂部入口被直接連接，其中每個(gè)曝氣模塊具有連接到所述頂部入口的曝氣頭；以及將包括要充氣的液體以及氣體的流體流注入到所述裝置中，所述流體流穿過(guò)所述至少兩個(gè)曝氣模塊的曝氣頭使得所述液體被充入所述氣體。
[0010]根據(jù)一個(gè)方面，所述方法還可以包括將補(bǔ)充氣體注入至少一個(gè)曝氣模塊以在所述流體流中補(bǔ)充氣體的步驟。所述補(bǔ)充氣體可以不同于所述流體流中的氣體。
[0011 ] 根據(jù)一個(gè)方面，所述曝氣頭可以懸垂到所述曝氣腔室中。所述曝氣頭可以是具有封閉下端和徑向開口的豎直懸垂管，所述流體流通過(guò)所述徑向開口離開所述曝氣頭。
[0012]根據(jù)一個(gè)方面，注入流體流可以包括使用文丘里注入器。
[0013]根據(jù)一個(gè)方面，所述流體流中的氣體可以被所述液體至少部分地溶解或夾帶。
[0014]根據(jù)一個(gè)方面，所述方法還包括通過(guò)控制與最后的曝氣模塊的底部出口相連的出口閥來(lái)調(diào)節(jié)所述裝置中的背壓的步驟。
[0015]利用如上所述的多級(jí)曝氣裝置，液體向下穿過(guò)曝氣模塊直到實(shí)現(xiàn)期望的氣體飽和度。與為了實(shí)現(xiàn)所需的氣體飽和度可能需要的曝氣模塊一樣多的曝氣模塊被使用。如果存在多余氣體，則它被液體從一個(gè)模塊攜帶到下一個(gè)模塊。
[0016]存在可以被使用的多種曝氣頭構(gòu)造。下文將描述呈豎直懸垂管形式的曝氣頭，該豎直懸垂管具有位于下部遠(yuǎn)端的端蓋和使液體離開該曝氣頭的徑向開口。
[0017]存在將充氣氣體饋送到曝氣頭中的多種方式。下文將描述氣體經(jīng)由文丘里注入器供給到曝氣頭，該文丘里注入器將氣體抽吸到穿過(guò)曝氣頭的液體中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]在參考附圖的下列描述中，這些和其它特征將變得更加明顯。附圖僅用于說(shuō)明的目的，并且不旨在以任何方式進(jìn)行限制，其中:
[0019]圖1是由多個(gè)曝氣模塊制成的曝氣塔的側(cè)視圖。
[0020]圖2是來(lái)自圖1的曝氣塔的其中一個(gè)曝氣模塊的側(cè)視圖。
[0021]圖3是來(lái)自圖2的曝氣模塊的曝氣頭的仰視圖。
[0022]圖4是圖1的曝氣塔的側(cè)視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在將參考圖1到4描述總體上以附圖標(biāo)記10標(biāo)識(shí)的多級(jí)曝氣裝置。
[0024]部件的結(jié)構(gòu)和關(guān)系:
[0025]參考圖1和2，多級(jí)曝氣裝置10包括至少兩個(gè)豎直定向的曝氣模塊12。每個(gè)曝氣模塊12限定豎直延展的曝氣腔室14，其具有頂部入口 16和底部出口 18。每個(gè)曝氣模塊12的底部出口 18將液體饋送到該曝氣模塊的下面一個(gè)曝氣模塊的頂部入口 16中。第一曝氣模塊12從氣體和液體源接收氣體/液體混合物。氣體可通過(guò)使用例如氣體的加壓源或文丘里管被注入。如圖所示，存在利用文丘里管38混合的液體源34和氣體源36。液體利用泵42被驅(qū)動(dòng)通過(guò)文丘里管38和流體管線40。液體和氣體流可以稱為流體流。當(dāng)流體流穿過(guò)裝置10時(shí)，一部分或全部氣體以及下面將要討論的任何補(bǔ)充氣體被夾帶或溶解到液體中。當(dāng)術(shù)語(yǔ)“流體流”在本文中使用時(shí)，其意圖在于指要充氣的液體和已經(jīng)用來(lái)或意圖在于使液體充氣的氣體。每個(gè)曝氣模塊12具有連接到頂部入口 16的曝氣頭20，使得穿過(guò)頂部入口 16進(jìn)入曝氣腔室14的所有流體必定穿過(guò)曝氣頭20。當(dāng)流體流穿過(guò)曝氣頭20時(shí)，一些氣體形成由液體夾帶的微氣泡，并且一些氣體溶解在液體中。曝氣頭20的實(shí)例示于圖3和4中，其中存在豎直懸垂的管22，管22具有延伸到曝氣腔室14中的封閉的下端24。管22具有如圖所示的徑向開口 26或槽，液體通過(guò)其離開曝氣頭20。徑向開口 26優(yōu)選地朝向從管22向外一定距離的共同點(diǎn)傾斜，使得各個(gè)流體流撞擊到彼此上，以增大導(dǎo)致微氣泡形成的剪力。例如，利用所示的三個(gè)槽26的實(shí)例，頂部槽可以是向下傾斜約30度，中間槽可以是水平的，并且底部槽可以向上傾斜約30度，使得各個(gè)流體流撞擊到彼此上。也可以使用曝氣頭20的其它設(shè)計(jì)。
[0026]再次參考圖1和2，可以存在如圖所示的進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)腔室14中的補(bǔ)充氣體入口 28。這些補(bǔ)充氣體入口可用來(lái)引入補(bǔ)充氣體或不同類型的氣體。優(yōu)選地，在這些點(diǎn)處注入的氣體僅僅比系統(tǒng)中的壓力略高，以避免在系統(tǒng)中產(chǎn)生不平衡。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)處理來(lái)自油井的生產(chǎn)用水時(shí)，可以存在20至30個(gè)模塊12?？諝饣蜓鯕獗灰氲降谝唤M模塊12中，以處理相對(duì)容易氧化的污染物，例如鐵、BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)等。臭氧然后可以被引入隨后的模塊12中，以處理更難以氧化的殘留污染物，如重金屬、殘留烴等。二氧化碳可以被引入來(lái)調(diào)節(jié)流體流的PH值，并且氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w可在端部被注入來(lái)沖洗掉或替換可能夾帶在液體中的任何剩余的氣體，使得該液體可以被安全地處理。模塊的數(shù)量、氣體的類型以及氣體被注入的順序和體積取決于要處理的液體的類型和最終所需的組合物。
[0027]如圖1和2所示，模塊12通過(guò)凸緣44被附接到彼此上。將認(rèn)識(shí)到，還可以使用其它附接類型。模塊12可以以它們被保持豎直對(duì)齊并密封在一起的方式被附接，使得流體流從一個(gè)模塊12全部地流到下一個(gè)模塊。參考圖3和4，曝氣頭20還可以具有附接在凸緣44之間的凸緣46。也可以使用將曝氣頭20安裝在模塊12中的其它設(shè)計(jì)。模塊12也可具有測(cè)試口 46，用于從模塊移走試樣進(jìn)行測(cè)試的目的。
[0028]在現(xiàn)有技術(shù)中，曝氣塔被串聯(lián)放置，文丘里注入器不能被串聯(lián)地包括并且僅僅可以使用由曝氣頭提供的充氣。這使得一系列塔效率低并且背壓難以平衡。為了糾正這一點(diǎn)，裝置10具有利用曝氣模塊12的單一流道設(shè)計(jì)，曝氣模塊12可以在只有很少的額外空間要求的情況下被順序地加入。參考圖1，流體流動(dòng)以自上而下的方式發(fā)生。曝氣頭20被定位在曝氣模塊12的入口，并使得氣體和液體有效傳遞到每個(gè)曝氣腔室14。附加氣體可以通過(guò)補(bǔ)充氣體入口 28例如在每個(gè)曝氣模塊12的第一端添加到曝氣腔室14中。
[0029]參考圖1，曝氣模塊12的曝氣腔室14位于裝置10的連續(xù)部分中。背壓使用連接在最后的曝氣模塊12的出口 18上的閥32進(jìn)行平衡，以確保最有效的氣體轉(zhuǎn)移到待充氣的液體中。背壓的量在形成更穩(wěn)定的充氣液體和降低系統(tǒng)的充氣可能量之間平衡。優(yōu)選地，曝氣腔室14包括氣體，并且足夠的氣體和液體的混合物穿過(guò)下一曝氣模塊12。換句話說(shuō)，曝氣腔室14優(yōu)選地主要填充有氣體，使得氣體和液體都通過(guò)附接的曝氣頭20流出并進(jìn)入下一模塊。這通過(guò)將其它氣體注入曝氣頭20上方的腔室14并允許氣體和液體都穿過(guò)曝氣頭20而允許其他氣體被引入到流體流中。穿過(guò)每個(gè)曝氣頭20的氣體和液體的量可以通過(guò)控制系統(tǒng)中的背壓和經(jīng)由補(bǔ)充氣體入口 28注入的補(bǔ)充氣體的壓力進(jìn)行控制。然而，為了控制背壓，最后的模塊12被允許至少部分地充滿液體，并且使得原始液體從系統(tǒng)中去除。
[0030]不是被用于將更多的氣體注入流體流中，附加模塊12可用于簡(jiǎn)單地穩(wěn)定液體混合物的微氣泡，并實(shí)現(xiàn)過(guò)飽和狀態(tài)。
[0031]整個(gè)系統(tǒng)中的壓降優(yōu)選地保持在最小程度，以使氣體傳遞更有效。當(dāng)單一泵被使用時(shí)，系統(tǒng)中的壓降必定是最小的，因此必須使用最小的彎管和方向變化。雖然連續(xù)曝氣塔在每個(gè)曝氣塔上具有大約3psi的壓降，但是本文描述的單線裝置10優(yōu)選地在每個(gè)曝氣腔室上具有大約Ipsi的壓降。在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，文丘里注入器的使用導(dǎo)致吸入效率降低。本裝置可被設(shè)計(jì)成在增加每個(gè)附加曝氣腔室的情況下具有最小的吸入損失。
[0032]曝氣系統(tǒng)中的背壓必須被平衡，以適應(yīng)在每個(gè)部分中的條件。在特定的流量下存在對(duì)于單一曝氣塔的有效背壓。雖然同樣的原理適用于多級(jí)曝氣系統(tǒng)，但是與單一單元不是同樣的，并且不能以相同的方式想到。多級(jí)曝氣系統(tǒng)允許高濃度和強(qiáng)反應(yīng)區(qū)，并且允許在滯留時(shí)間消除罐。
[0033]單一曝氣塔對(duì)于溶解文丘里注入器可以注入的所有氣體是足夠有效的。為了增加系統(tǒng)中的總氣體，可以增加其它氣體注入點(diǎn)。連續(xù)的曝氣腔室中開始的文丘里注入繼之以氣體注入的組合允許非常高的氣體濃度、更強(qiáng)的反應(yīng)區(qū)和改變氣體以引起復(fù)雜反應(yīng)的能力。這去除了對(duì)用于附加的氣體注入或二次氣體注入的罐的需要，從而基本上減少了占地面積和資金成本。
[0034]操作:
[0035]利用多級(jí)曝氣裝置，如上所述，液體向下流過(guò)曝氣模塊以實(shí)現(xiàn)期望的氣體飽和度。與為了實(shí)現(xiàn)所需的氣體飽和度可能需要的曝氣模塊一樣多的曝氣模塊被使用。一個(gè)模塊中的多余氣體被液體從一個(gè)模塊攜帶到下一個(gè)模塊。
[0036]當(dāng)液體和氣體穿過(guò)多級(jí)曝氣系統(tǒng)的每一級(jí)時(shí)，曝氣模塊導(dǎo)致水/氣體混合物被剪切，從而將氣泡切割成更小的尺寸。增加的能量有助于反應(yīng)發(fā)生。每次水/氣體混合物離開曝氣腔室的曝氣頭都產(chǎn)生更小的氣泡。這允許更高的氣體濃度被實(shí)現(xiàn)，并可以繼續(xù)，直到?jīng)]有游離氣體剩余。當(dāng)水/氣體混合物離開會(huì)提高化學(xué)反應(yīng)速率的曝氣頭時(shí)，非常強(qiáng)的反應(yīng)區(qū)被產(chǎn)生。
[0037]本裝置的優(yōu)點(diǎn):
[0038]多級(jí)擴(kuò)散系統(tǒng)可以提供優(yōu)于現(xiàn)有擴(kuò)散系統(tǒng)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，如:
[0039]-利用相同的抽吸功率和氣體體積實(shí)現(xiàn)更高的溶解氣體濃度
[0040]-更多的氣體可以以增加的反應(yīng)速率溶解到溶液中
[0041]-通過(guò)在不同的曝氣模塊摻入不同的氣體，不同的氣體可被加入到相同的流動(dòng)流
[0042]-因?yàn)闆](méi)有再循環(huán)，所以可以實(shí)現(xiàn)較小的氣泡尺寸
[0043]-連續(xù)反應(yīng)區(qū)消除了對(duì)罐和通過(guò)系統(tǒng)的多個(gè)循環(huán)的需要
[0044]-通過(guò)去除罐、額外的曝氣系統(tǒng)和泵，處理系統(tǒng)的占地面積減小
[0045]-與建筑處理系統(tǒng)相關(guān)的成本更低
[0046]-紫外線可以被添加到系統(tǒng)中，以便高級(jí)氧化發(fā)生在多個(gè)反應(yīng)區(qū)
[0047]-曝氣模塊可以被疊置以形成具有增加數(shù)量的反應(yīng)區(qū)的曝氣塔，而不需要額外的功率輸入
[0048]在該專利文獻(xiàn)中，詞語(yǔ)“包括”以其非限制性的意義用來(lái)表示該詞語(yǔ)后面的項(xiàng)目都包括在內(nèi)，但沒(méi)有具體提到的項(xiàng)目也不排除在外。沒(méi)有數(shù)量詞修飾的元件不排除一個(gè)以上元件存在的可能性，除非上下文明確要求具有一個(gè)且僅僅一個(gè)元件。
[0049]所附權(quán)利要求被理解為包括具體圖示和上面描述的特征，概念上等同的特征，以及被明顯代替的特征。權(quán)利要求的范圍不應(yīng)該由實(shí)施例中提到的優(yōu)選實(shí)施方式所限制，而是應(yīng)整體上給出與說(shuō)明書一致的最廣泛的解釋。
【權(quán)利要求】
1.一種多級(jí)曝氣裝置，包括: 至少兩個(gè)豎直定向的曝氣模塊，每個(gè)曝氣模塊限定具有頂部入口和底部出口的豎直延展的曝氣腔室，每個(gè)曝氣模塊的底部出口將包括液體和氣體的流體流饋送到所述曝氣模塊的下面一個(gè)曝氣模塊的頂部入口中；以及 每個(gè)曝氣模塊具有連接到所述頂部入口的曝氣頭，使得穿過(guò)所述頂部入口進(jìn)入曝氣腔室的所述流體流必定穿過(guò)所述曝氣頭，所述曝氣頭利用所述流體流中的氣體給所述液體充氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)曝氣裝置，其中，所述曝氣頭懸垂到所述曝氣腔室中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級(jí)曝氣裝置，其中，所述曝氣頭是具有封閉下端和徑向開口的豎直懸垂管，所述流體流通過(guò)所述徑向開口離開所述曝氣頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)曝氣裝置，其中，氣體通過(guò)文丘里注入器被供給到第一曝氣模塊以形成所述流體流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)曝氣裝置，其中，所述流體流中的氣體被液體至少部分地溶解或夾帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)曝氣裝置，還包括位于一個(gè)或多個(gè)曝氣模塊中的補(bǔ)充氣體入口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)曝氣裝置，還包括用于控制所述曝氣模塊中的背壓的出口閥。
8.一種使液體曝氣的方法，包括步驟: 提供一種包括至少兩個(gè)豎直定向的曝氣模塊的裝置，每個(gè)曝氣模塊限定具有頂部入口和底部出口的豎直延展的曝氣腔室，相鄰曝氣模塊的底部出口和頂部入口被直接連接，其中每個(gè)曝氣模塊具有連接到所述頂部入口的曝氣頭；以及 將包括要充氣的液體以及氣體的流體流注入到所述裝置中，所述流體流穿過(guò)所述至少兩個(gè)曝氣模塊的曝氣頭使得所述液體被充入所述氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括將補(bǔ)充氣體注入至少一個(gè)曝氣模塊以在所述流體流中補(bǔ)充氣體的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述補(bǔ)充氣體不同于所述流體流中的氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述曝氣頭懸垂到所述曝氣腔室中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述曝氣頭是具有封閉下端和徑向開口的豎直懸垂管，所述流體流通過(guò)所述徑向開口離開所述曝氣頭。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，注入流體流包括使用文丘里注入器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述流體流中的氣體被所述液體至少部分地溶解或夾帶。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過(guò)控制與最后的曝氣模塊的底部出口相連的出口閥來(lái)調(diào)節(jié)所述裝置中的背壓的步驟。
【文檔編號(hào)】B01F3/04GK104136107SQ201380011664
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月31日
【發(fā)明者】K·格林, T·韋布 申請(qǐng)人:?？沼邢薰?br>