專利名稱：單元組合式曝氣單元及具備該單元的曝氣裝置和曝氣方法
技術領域：
本發(fā)明是主要應用在將湖泊、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、污水處理廠等水中的布氣管中放出的
氧氣及空氣等氣體的氣泡及處理水轉換為液泡，并形成液泡集群(肥皂泡狀的氣泡集群) 從而快速調整水體中的氣體含量達到適合水生生物生存的狀態(tài)的曝氣單元及具備該單元 的曝氣裝置及曝氣方法，及可以應用在化工廠的氣液接觸反應、下水處理廠內的污水處理 中的曝氣單元及具備該曝氣單元的曝氣裝置及曝氣方法。
背景技術：
目前，應用在湖泊、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、污水處理廠等處的曝氣裝置及曝氣方法包括使用 電動機的水面轉輪攪拌式曝氣裝置；通過設置在底部的布氣管在水中生成氣泡，利用水與 氣泡進行接觸的布氣裝置等曝氣裝置及曝氣方法。
例如，專利文獻1是通過減小氣泡直徑來增大氣液接觸面積，從而提高氧氣的溶 解效率的布氣面改善的布氣裝置的發(fā)明。專利文獻2是通過在曝氣槽中產(chǎn)生超微細氣泡 (100微米以下)并對污水進行攪拌的曝氣方法及曝氣裝置的發(fā)明。
專利文獻1 :日本專利文件特開2006-326524號公報；
專利文獻2 :日本專利文件特開2004-141730號公報。

發(fā)明內容
但是，對于上述的專利文獻1及專利文獻2中記載的目前為止的布氣裝置、曝氣裝 置及曝氣方法，無論是采用通過將氣泡直徑減小來增大氣液接觸面積的方法，還是采用通 過延長氣液接觸時間的這些基本的方法都存在氧氣的供給效率非常低的結果。另外，目前 為止的曝氣方法都是利用壓縮空氣，水槽中生存的水生生物在這樣的環(huán)境下會將水中的氧 氣消耗掉，并會向水中排出一些代謝產(chǎn)物及其他氣體，反復這樣的過程會將水體中的氮氣 以及不利于生物生存的其他氣體在水中的飽和溶解，形成不適合生物生存的水體環(huán)境，即 現(xiàn)今的曝氣方法及設備實際上還存在長期運行后造成水體中溶解的氣體失衡，反而形成了 不利于生物生存的水環(huán)境。 本發(fā)明的目的在于解決上述的問題，本發(fā)明通過設置在水中的布氣管來產(chǎn)生大量 氣泡，并將該氣泡轉變成為液泡及液泡群的形式，在液泡群及液泡相互間接觸至破裂的過 程中，被處理水中的氣體與液泡中的氣體間進行最有效率的氣液間的物質移動；復數(shù)個本 曝氣單元之間可以進行組合，并且每一個單元都可以將進入的含有大量氣泡的水體轉變成 上述液泡及液泡群的方法，提供了一種可以將供給的氣體進行充分利用，可以廣泛利用在 河流、湖泊等的水質改善及化工廠內的氣液接觸反應、水產(chǎn)品養(yǎng)殖的供氧等領域的高效節(jié) 能的曝氣單元及具有該單元的曝氣裝置及曝氣方法。 本發(fā)明的權利要求1中記載的曝氣單元具有，在曝氣單元內設置的在水中產(chǎn)生氣 泡的布氣裝置；在布氣裝置上方設置的筒狀及其他形狀的氣泡上升并形成液泡的通路(以 下稱為液泡生成通路)；連接在液泡生成通路上部的倒扣碗狀的氣體貯存室；設置在氣體貯存室上方并將氣體貯存室包含的倒扣碗狀的氣泡收集部；液泡生成通路的上端設置于氣 體貯存室內部，液泡生成通路內由氣泡生成的液泡群(肥皂泡狀的液泡集合體)在氣體貯
存室內破裂后氣液分離，并在水中重新形成氣泡，重新生成的氣泡進入氣泡收集部的開口
部并向上方送出的特征。
上述結構具有以下作用 1.從水中設置的布氣裝置(管狀，板狀，膜狀，空氣石等)產(chǎn)生的氣泡在浮力的作 用下上浮，并帶動氣泡周圍的水體一起上升。 2.液泡生成通路可以在氣泡上升的同時將其轉變成為液泡群的形式。 3.液泡生成通路中連續(xù)生成的液泡群在氣體貯存室中進行曝氣并破裂后，氣體貯
存室中的氣體重新形成新的氣泡并放出到水中。 4.上述的專利文獻1及專利文獻2中記載的基于目前為止的技術的布氣裝置、曝 氣裝置及曝氣方法，無論是將氣泡做得更小，或者增大氣體及液體的接觸面積，還是是延長 氣體與液體的接觸時間的這些氣體溶解方法都存在氧氣的供給效率非常差的問題。并且， 在那些存在水生生物的水槽中，由于水生生物會消耗水中的氧氣，而其余的那些氣體，比如 氮氣等這些沒有被生物利用的氣體仍然溶存在水中，通過利用壓縮空氣進行反復曝氣的時 候，最終會造成水中的溶存氣體不適合于生物的生存，并且阻礙壓縮空氣中氧氣向水中的 溶解。 本發(fā)明的權利要求2中記載的曝氣單元具有權利要求1中的曝氣單元，并在氣體
貯存室的下方設置類虹吸部，該虹吸部的上端位于氣體貯存室的內部高于液泡生成通路的
上端的位置的特征。
上述構造具有以下作用 (1)液泡群破裂后生成的分離水在虹吸部下降時氣體貯存室中的壓力會產(chǎn)生若干
變化，可以增大液泡生成通路中伴隨氣泡上升的水量，可以增大液泡群的發(fā)生量。
(2)與虹吸部連接的氣體貯存室內部充滿大量的液泡群時，從液泡群分離出來的
氣體從氣體貯存室溢出并進入到其上側的氣泡收集部，這樣可持續(xù)的在曝氣單元內發(fā)生類
虹吸現(xiàn)象。
(3)利用水頭差壓力及重力的影響，可將處理水從下側連續(xù)的輸出到其它位置。
本發(fā)明的權利要求3中記載的曝氣裝置是具有復數(shù)個權利要求1及2中記載的曝 氣單元，前一個曝氣單元的氣泡收集部的開口與下一個曝氣單元的液泡生成通路的下端相 連的特征。
上述構造具有以下作用 (1)連接的曝氣單元的個數(shù)決定氣泡轉變成液泡群的次數(shù)。 (2)在水中相互連接的每個曝氣單元所處水深不同造成其內部的氣體貯存室的壓 力不同，這樣可以使每個曝氣單元內部產(chǎn)生的液泡群表面的水膜對應其所處位置的水深壓 力進行氣液交換。并且，由于氣泡在上升過程中氣體膨脹，體積增大會產(chǎn)生更多的氣泡。
本發(fā)明的權利要求4記載的曝氣方法具有在水中產(chǎn)生氣泡的布氣工藝；將氣泡在 上升過程中轉變成液泡并形成液泡群的液泡群生成工藝；能夠使液泡群在水中破裂并將分 離出來的氣體貯存并重新生成氣泡的液泡群破裂工藝；將重新生成的氣泡收集起來并可以 定向送出的氣泡收集工藝的特征。
這樣的曝氣方法具有以下的作用 1.將布氣部在水中產(chǎn)生的氣泡轉變成液泡從而連續(xù)的形成液泡群。 2.連續(xù)的將對應于所處水深的水壓的壓力氣體形成的液泡群在水下的氣體空間
中破碎并同時進行氣液分離。 本發(fā)明的權利要求5中記載的曝氣方法為，權利要求4中記載的曝氣方法中，只需 要在第一個單元中進行一次氣泡收集即可在其余的單元進行復數(shù)次液泡群生成、破裂、氣 泡收集并重新形成氣泡這樣的過程的特征的方法。 這樣的曝氣方法的優(yōu)點在于，只需要在第一段設置布氣裝置，而從第二段開始其
余的單元即使沒有布氣裝置也可以反復的發(fā)揮權利要求4中記載的作用。 本發(fā)明的權利要求1中記載的曝氣單元具有以下的效果。 (a)由布氣裝置產(chǎn)生的氣泡形成液泡并生成液泡群的過程中，可以將氣泡周圍的 水體轉變成為液泡群表面的液膜。并且，對應于貯存的氣體的壓力，可以將氣體大量的溶解 到液膜中，因此，有顯著的節(jié)能效果。
(b)氣體貯存室內進行氣體溶解后剩余的氣體可以再次放出到水中并重新生成氣
泡，所以進入系統(tǒng)的氣體可以充分利用，具有顯著的經(jīng)濟效果。 本發(fā)明的權利要求2中記載的曝氣單元具有以下的效果。 (a)曝氣單元內的氣泡上升時會產(chǎn)生并維持一定的負壓，從而能帶動周圍更多被 處理水體進入液泡生成通路。因此經(jīng)濟效果及節(jié)能效果顯著。
(b)曝氣單元內的通過生成液泡的進行曝氣處理后的處理水可以利用曝氣單元內
的水頭差及重力輸送到所要求的水面以下位置。 本發(fā)明的權利要求3中記載的曝氣裝置具有以下的效果。 (a)設置于水中時，可以將被處理水轉變成為對應于其所處位置的水深壓力的液 泡群的水膜，在水深壓力作用下加速氣體溶解。 (b)在該曝氣裝置中決定將氣泡轉變成為液泡群的次數(shù)由組成該曝氣裝置的曝氣 單元個數(shù)，所以可以最大限度的無浪費的利用供給到該裝置的氣體，具有優(yōu)異的節(jié)能及節(jié) 省費用的效果。 (c)該曝氣裝置的構造相對簡單，可以利用不銹鋼及塑料等進行一次成型的大規(guī) 模廉價制作。 本發(fā)明的權利要求4中記載的曝氣方法中通過利用液泡群生成工藝將氣泡轉變 成液泡群，使被處理水處于最有效率的氣體交換的狀態(tài)，具有非常高的能源利用效率。
本發(fā)明的權利要求5中記載的曝氣方法可以將由布氣工藝供給的氣體進行復數(shù) 次的利用，具有優(yōu)異的節(jié)能及降低消耗的經(jīng)濟效果。


圖1的(a)至(c)分別是本發(fā)明的第1種實施形態(tài)的曝氣單元的外觀圖、縱斷面 圖記俯視圖； 圖2的(a)至(d)是圖1的(a)至(c)的曝氣單元的變形，圖2的(a)和(c)是
外觀圖，圖2的(b)和(d)分別是圖2的(a)和(c)所示的曝氣單元的縱斷面圖； 圖3的(a)是圖2的(b)的曝氣單元內的氣泡的運動狀態(tài)的模式圖，圖3的(b)至(d)是氣體貯存室內生成的液泡群的模式圖的擴大圖； 圖4的(a)和(b)是布氣裝置的周圍的水體(被處理水)向由圖1的(a)至(c) 的曝氣單元進行多段式連接所構成的曝氣裝置內部移動狀態(tài)的說明圖，圖4的(a)及(b) 分別是曝氣裝置的外觀圖及縱斷面圖； 圖5的(a)是通過在圖4的(a)和(b)中的曝氣裝置的的最下端安裝導流部來捕 獲布氣裝置產(chǎn)生的氣泡的模式圖，圖5的(b)是氣體貯存室內部生成的液泡群的模式圖的 擴大圖； 圖6是示出在污水處理場內的布氣裝置的上側利用固定裝置將圖5的(a)和(b) 中所示的曝氣裝置固定后的狀態(tài)的模式圖； 圖7的(a)和(b)是將多段式連接的復數(shù)個曝氣單元的氣體貯存室分別連接到送
水管的狀態(tài)說明圖，圖7的(a)和(b)分別是曝氣裝置的外觀圖及縱斷面圖； 圖8的(a)是圖1的(a)至(c)的曝氣單元的縱斷面圖，圖8的(b)至(g)是圖
8的(a)所示的液泡生成通路的其它變形例子的曝氣單元的俯視圖； 圖9是本發(fā)明的第2種實施形態(tài)的曝氣單元內部的氣泡運動狀態(tài)的模式圖； 圖10的(a)是在第1種實施形態(tài)的曝氣單元上側設置第2種實施形態(tài)的曝氣單
元而構成的曝氣裝置的模式圖，圖10的(b)是曝氣裝置設置在污水處理廠的處理槽中的狀
態(tài)的模式圖； 圖11是圖9的曝氣單元的變形例的模式圖； 圖12是第1種實施形態(tài)的曝氣單元和圖11所示的第2種實施形態(tài)的曝氣單元進 行間隔式多段連接的狀態(tài)的模式圖； 圖13是將圖ll所示的曝氣單元進行多段式連接并設置在湖泊等水域的底部的曝
氣裝置的模式圖。
符號說明la曝氣單元lb曝氣單元lc曝氣單元iw周圍的水體2布氣裝置2W處理水2WA分離水2Wa分離氣體2WB向下移動的處理水2Wb向下移動的氣泡3液泡生成通路3a生成通路3b下端3c類虹吸部3d上端3e上端
3p管 3W伴隨的水體 4氣體貯存室 4a孑L 4b輸水管 4G類虹吸現(xiàn)象在氣體貯存室內的范圍 5氣泡收集部 5a開口部 5b孑L 6a曝氣裝置 6b曝氣裝置 6c曝氣裝置 6d曝氣裝置 a. X氣泡 b. X液泡群 B固定裝置 C連接裝置 C. F鼓風機 D液泡生成通路的徑 G導流部 H曝氣單元的長度 Hd水頭差 L分離水2WA和分離氣體2Wa的分離高度 P配管 Pl氣泡上升通路 P2管 Q基點 S stay U. B湖底 X氣體 WT處理槽 Wc對流 Wr上升流 g氣體 f水膜 m水霧
具體實施例方式(第l種實施形態(tài))
以下，對于本發(fā)明的第1種實施形態(tài)的具有曝氣單元的曝氣裝置，參照圖1至圖8 進行詳細說明。 圖1的(a)至(c)分別是本發(fā)明的第1種實施形態(tài)的曝氣單元的外觀圖、縱斷面 圖及橫斷面圖。 圖l的(a)至(c)中，la是曝氣單元，2是在水中產(chǎn)生氣泡的布氣裝置，3是筒狀的 內部可以讓氣泡上升并通過的液泡生成通路。3a是將在水中上升的氣泡轉變成液泡群的 生成部。3b是液泡生成通路部3的下端，可以與其他的曝氣單元進行連接的連接部。4是 可以在水中將氣體貯存起來的碗狀氣體貯存室，5是用來捕獲氣體貯存室4的下側重新生 成的氣泡并通過連接在其上側的開口部5a向其他曝氣單元的液泡生成通路3中或向上輸 送的氣泡收集部，S是將液泡生成通路3、氣體貯存室4及氣泡收集部5連接到一起的連接 部，X是輸送到布氣裝置2的氣體。并且液泡生成通路3的上端3e位于氣體貯存室4的內 部。氣體收集部5的開口部5a的內壁面可以與其他的曝氣單元1的液泡生成通路3的下 端的連接部進行嵌入式連接。 圖2的(a)至(d)是圖1的(a)至(c)的曝氣單元la的變形，圖2的(a)及(c) 是外觀圖，圖2的(b)及(d)分別是圖2的(a)和(c)所示的曝氣單元的縱斷面圖。圖2 的(a)及(b)是在氣體貯存室4的下部設置復數(shù)個孔4a，來調整向水中放出的氣泡時的氣 泡徑使其均一。圖2的(c)及(d)是氣泡收集部5內設置的孔5b?？?a是設置在碗型的 氣體貯存室4的水平方向大致相同高度的周邊上，其水平高度處于液泡生成通路3的上端 3e的水平高度稍稍向下的位置，如果孔4a的水平高度處于氣泡收集部5的下端的水平高度 稍稍下方的位置時，從孔4a放出的氣泡會從碗型的氣泡收集部5的下端溢出，當流入碗型 氣泡收集部5的流量減小時，可以延長氣泡收集部5的下端，并降低孔4a的水平高度等方 法來調整進入到氣泡收集部5內部的氣泡量。另外，本發(fā)明及其實施形態(tài)中的筒狀不是特
指完全筒狀而是大致筒狀，碗型也不是特指完全碗型而是大致為碗型。
圖1的(a)至(c)及圖2(a)至(d)所示構造的曝氣單元la中，水中設置的液泡 生成通路3的內部的氣泡上升并轉化成液泡并形成液泡群。該液泡群在氣體貯存室4內的 氣體空間中破裂，氣液分離后溶解剩余的氣體放出到水中形成新的氣泡。重新生成的氣泡 由氣泡收集部5收集后從開口部5a向上方送出，氣泡的運動狀態(tài)如圖3的(a)至(d)及圖 4的(a)及(b)的(a)及(b)所示。另外，設置了布氣裝置2的裝置如圖5的(a)和(b)及 圖6所示，并且，圖中的曝氣單元全部使用圖2的(a)的類型。圖1的(a)至(c)及圖2的 (a)至(d)所示的各部分的符號與其它圖中所示的符號意義相同，這里不作特別說明。
圖3的(a)是圖2的(b)中曝氣單元la的內部的氣泡a.X的運動狀態(tài)的模式圖。 圖3的(b)至(d)是氣泡貯存室4內部生成的液泡群b. X的模式圖的擴大圖。圖4的(a) 及(b)是將布氣裝置2周圍的水體(被處理水)1W從水平方向導入由圖1的(a)至(c)的 曝氣單元la進行多段式(復數(shù)個)連接構成的曝氣裝置6a中的狀態(tài)的模式圖。圖4的 (a)及(b)分別是曝氣裝置6a的外觀圖及縱斷面圖。圖5的(a)是在圖4的(a)和(b)中 所示的曝氣裝置6a的最下段曝氣單元la上設置導流部G來捕獲由布氣裝置2產(chǎn)生的氣泡 a. X的模式圖。圖5的(b)是氣體貯存室4內部生成的液泡群b. X的模式圖的擴大圖。
如圖3的(a)所示，由布氣裝置2產(chǎn)生的氣泡a. X在周圍水體(被處理水)1W的 伴隨下在液泡生成通路3內部上升，并在生成通路3a處形成液泡。這些液泡在液泡生成通路3的上側的氣體貯存室4內部形成液泡群b.X。如圖3(b)所示，對應于其所處水深的水 壓作用下氣體X與液泡群b. X的水膜f相互接觸，氣體X中的氣體成分對應其分壓向水膜 f中移動，同時水膜f中溶解的多余的氣體g會對應氣體X的分壓放出到氣體X的空間中。 比如，當水膜f中所溶解的氧氣不足時，氧氣會進入到水膜f中，而水膜f中所溶解的氮氣 或者硫化氫氣體會從水膜f放出。 通過利用高速攝像機來觀察氣體貯存室4中的液泡群b. X破裂時，如圖3的(c)及 (d)所示的液泡是從端部開始進行水霧m崩裂，這樣可以促進氣體貯存室4內的氣體X向 水霧m中的溶解，同時也促進溶解在水霧m中的多余氣體g的放出到氣體貯存室4種。并 且氣泡貯存室4內的液泡群b. X破裂后氣體X通過孔4a向水中放出并重新生成氣泡a. X， 重新生成的氣泡a. X上升并進入氣泡收集部5。并且構成液泡群b. X的液泡表面的水膜f 成為被處理水2W從氣體貯存室4下部排出。由孔4a放出的重新生成的氣泡a. X帶動周圍 的水體3W進入到氣泡收集部5，并在連接其上部的液泡生成通路3內再次形成液泡群b. X。 并且這樣的過程在每一個相互連接的曝氣單元中反復進行。 如圖4的(a)及(b)所示，復數(shù)個曝氣單元la進行多段式連接，布氣裝置2的下 部的水平方向上連接管P2時，被處理水(1W)通過管P2連續(xù)的供給到曝氣裝置6a中。例 如，通過在湖泊底部水體中設置管P2，可以從各個方向的周邊水1W導入曝氣裝置并進行曝 氣處理，并引起湖泊內的水體的水平流動及對流運動。 通過這樣的方式進行多段式連接的曝氣單元la利用連接部C與布氣裝置2相連 時，如圖5的(a)及(b)所示，導流部G捕獲由布氣裝置2產(chǎn)生的氣泡a.X后輸送到液泡生 成通路3的內部，生成液泡群b. X，液泡群b. X在水中的氣體空間內破裂后重新生成氣泡并 向上送出。這樣的過程反復進行的次數(shù)決定于構成曝氣裝置的曝氣單元的個數(shù)，可以簡單 方便的大量生成富含氧氣的氣體溶解水。 圖6是在污水處理池內的布氣裝置2的上側利用固定裝置B將圖5的(a)及(b) 中的曝氣裝置6a固定后的狀態(tài)的模式圖。C.F是向布氣裝置2供給氣體的鼓風機。圖7的 (a)和(b)是進行多段式連接的復數(shù)個曝氣單元la的氣體貯存室4分別與送水管4b相連 的狀態(tài)的示意圖，圖7的(a)和(b)分別是曝氣裝置6的外觀圖及縱斷面圖。
如圖7(a)及(b)所示，各曝氣單元la的氣體貯存室4分別與送水管4b相連時， 氣體貯存室4的下側排出的處理水2W通過送水管4b流入配管P，并利用水頭差將處理水 2W向配管P的下側送出。 圖8的(a)是圖1的(a)至(c)中的曝氣單元的縱斷面圖，圖8的(b)至(g)是 a所示的液泡的生成通路的變形后的曝氣單元的俯視圖。 由于圖中液泡生成通路3內伴隨氣泡a. X —起上升的被處理水的狀態(tài)按照其粘 性不同而改變，并且容易受到水中的異物的影響，因此本實施形態(tài)的曝氣單元并不限于圖1 的(a)至(c)所示的形態(tài)，比如，生成部3a的構造和形狀可以根據(jù)被處理水的實際條件改 造成圖8的(a)至(d)所示的形態(tài)。對于粘性較大及混有異物的下水處理池等處的處理水， 可以將生成部3a做成圖8的(c)所示的構造。 但是，液泡生成通路部及生成部3a多數(shù)可以采取筒狀，也可以采取圖8的(b)至 (g)所示的水平斷面為圓形或者扇形、多邊形等等各種形狀。 這里對將如圖5的(a)及(b)所示的形狀及構造的曝氣裝置設置在污水處理廠中時的水中溶解氧含量的實測結果進行說明。 該曝氣裝置為直徑D為50mm，5段具有圓筒狀的液泡生成通路3，且每單元長度為 170mm的曝氣單元la相互連接，在最下面的第一段曝氣單元la上安裝導流部G。該實測裝 置設在宇部市東部下水處理廠，在處理水2W的排出口位置測定水的含氧量。
利用含氧量測量儀對曝氣槽中的原水(水溫18. 4攝氏度)的含氧量進行測定時， 水中含氧量為0. 7ppm，而通過上述曝氣裝置排出的處理水2W的含氧量為3. 7ppm。 S卩，利用 該裝置可以將原水含氧量增加5倍以上。在實測中目視可以觀察到的范圍內，上升氣泡量 很少，并且該實測過程中沒有對氣泡供應量進行調節(jié)。 另外，在防府市的水產(chǎn)加工公司里利用圖4的(a)及(b)所示的曝氣裝置直接抽 取地下海水并對其進行增氧實驗。 未經(jīng)曝氣裝置處理而直接對從地下抽取上來的地下海水(水溫17. 6攝氏度)利 用含氧量測定儀進行測定，含氧量大致為O卯m。屬于不含氧氣的水體。利用一個20W的空 氣泵來提供氣體X，并在曝氣裝置中設置平常市場販賣的曝氣石(布氣裝置2)對此地下海 水進行處理后，連續(xù)流出的處理水2W中的含氧量達到6. 7卯m。
(第2種實施形態(tài)) 以下對本發(fā)明的第2種實施形態(tài)的曝氣單元及曝氣裝置，參照圖9至圖13進行詳 細說明。 圖9是本發(fā)明第2種實施形態(tài)的曝氣單元lb的內部氣泡運動狀態(tài)的示意圖。
1W是在液泡生成通路3內部伴隨氣泡a.X—同上升的周圍水體(被處理水)，3a 是將在水中上升的氣泡轉變成液泡群b. X的生成部，4是可以在水中將氣體貯存起來并形 成氣體空間的碗狀的氣體貯存室，4G是虹吸部氣體貯存室包含的范圍，3c設置在氣體貯存 室4下方可以通過液泡群b. X破裂后生成的分離水2WA的虹吸部，2W是將水轉變成液泡在 氣體空間破裂后形成的處理水，3W是隨氣泡2Wb下降并朝向氣泡收集部5上升時聯(lián)動的周 圍的水體。3b是液泡生成通路3的下端，當與其他的曝氣單元相連接的時候為嵌入式連接 部。5a是當與另外的曝氣單元的液泡生成通路3相連接時候用來將氣泡a. X向上側曝氣 單元送出的開口部，在與其他的曝氣單元的液泡生成通路3相連時，開口部5a的內壁面為 可以與液泡生成通路3下端3b相連的嵌入式連接部，并且液泡生成通路3的上端3e設置 在氣體貯存室4的內部。虹吸部3c的上端3d是設置在液泡生成通路3的比上端3e高出 L的位置。S卩，L是具有虹吸作用的氣體貯存室所包含的范圍4G中可以利用重力將分離水 2WA及分離氣體2Wa分離的高度。 具有這樣構造的曝氣單元lb中，從布氣裝置產(chǎn)生的氣泡a. X在液泡生成通路3中 上升帶動周圍的水體1W—起運動，在通過生成部3a時氣泡a. X與其周圍的水體1W轉變成 液泡并在氣體貯存室4內生成液泡群b. X。液泡群b. X連續(xù)的進入到氣體貯存室4并在其 中破裂、氣液分離，分離水2WA利用水頭差Hd的重力作用下在虹吸部3c內成為下降的處理 水2WB，并作為處理水2W從虹吸部3c的下側排出。并且較輕的氣泡與分離氣體2Wa —同從 氣體貯存室4的上部下降，圖中作為下降氣泡2Wb從氣體貯存室4下方放出。
氣泡收集部5具有收集從氣體貯存室4溢出的下降氣泡2Wb的作用。
圖9中的碗狀的氣泡收集部5的下端設置在比氣體貯存室4下端水平位置稍高的 位置，進入到氣泡收集部5的下降氣泡2Wb的量少時，可以將氣泡收集部5的下端高度調整到氣體貯存室4的下端水平位置低的位置，來調整下降氣泡2Wb的流入量。 圖10的(a)是在第1種實施形態(tài)的曝氣單元la的上側連接第2種實施形態(tài)的曝
氣單元lb而形成的曝氣裝置6b的模式圖。圖10的(b)是曝氣裝置6b設置在污水處理廠
的處理槽中的狀態(tài)示意圖。圖中WT是貯存被處理水的處理槽，Wr是上升流，Wc是上升流
Wr到達水面后反轉形成的下降對流，1W是處理槽WT的底部周圍的水體。 將污水處理廠中的有機物分解的過程中，向處理槽中的微生物進行充分的供氧來
保持并提高其活性，同時增大被處理水的對流使微生物與有機物進行充分接觸決定了其處
理效率。如圖10的(a)所示的曝氣裝置6b可以充分達到上述目的，大大提高處理槽的處
理效率。并且如圖10的(b)所示，在污水處理廠的具有布氣裝置2的處理槽中設置的曝氣
裝置6b時，可以直接利用導流部G來捕獲布氣裝置2產(chǎn)生的氣泡進行工作，而不需要追加
其他布氣設備。 圖11和圖9是曝氣單元的變形的示意圖。圖中的重要的相同點在于分離水2WA及 分離氣體2Wa的分離高度L，由水頭差Hd引起的下降處理水所受2WB重力作用Q的大小。
如圖11所示，曝氣單元lc是具有與圖9所示的同樣的虹吸現(xiàn)象，將筒狀的液泡生 成通路3、虹吸部3c、開口部5a分別并列相連的特征。 這樣利用圓筒管材制作的具有液泡生成通路3、虹吸部3c、開口部5a、及液泡生成 通路3的下端嵌入式連接部3b、開口部5a的上端是可以與液泡生成通路3的下端3b相連 的嵌入式連接部的曝氣單元lc可以相互間進行多段式連接或者與曝氣單元lc進行混合式 多段連接。同時虹吸部3c的端部也可以與管3p相連。這樣具有虹吸作用的氣體貯存室所 包含的范圍4G內可以利用水頭差Hd的作用將生成的下降處理水2WB在圖中表示為處理水 2W通過管3p輸送到所需要的地方。此曝氣單元lc可以利用樹脂射出成型機進行一次成型 制作，可以廉價大規(guī)模生產(chǎn)。 圖12是第1種實施形態(tài)的曝氣單元la和圖11所示的第2種實施形態(tài)的曝氣單 元lc進行間隔式的多段式連接而成的曝氣裝置6c的示意圖。 如圖12所示，曝氣裝置6c具有將圖11所記載的曝氣單元lc中的虹吸部3c的下 端連接管3p，從而可以將處理水2W輸送到所需要的地方的構造。 圖13是設置在湖泊等水域的底部U. B設置圖11所記載的曝氣單元lc的多段式 連接的曝氣裝置6c的示意圖。 如圖13所示，在水中湖底U.B進行曝氣處理，并將其處理水2W通過管3p回送到湖 底U. B時，由于水溫的變化非常小，所以處理水2W可以穩(wěn)定的附著在湖底U. B。并且可以在 適當高度的多段式曝氣裝置的最上端的開口部嵌入式連接氣泡上升管P1，這樣可以避免湖 泊內的底層水、中層水、上層水之間的相互混合，只對底層水進行有針對性地曝氣處理。并 且這樣可以將底層水體中溶存的不需要的氣體(如硫化氫、甲烷等)通過與水面以上大氣 相連的氣泡上升管P1放出到大氣中。
產(chǎn)業(yè)化的實用性 本發(fā)明作為曝氣裝置使用時具有以下的利用可能
1.為水生生物供氧的曝氣裝置。 2.調整水生生物所在的水體的溶解氣體平衡，生成適合水生生物生存的水體的曝
氣裝置。
3.化學工廠里的氣液接觸反應工藝及污水處理中使用的曝氣裝置。
4.為下水處理廠的被處理水進行高效溶解氧的曝氣裝置。
5.為生物濾槽供氧的高效曝氣裝置。
權利要求
一種曝氣單元(1a)，是在水中設置的曝氣單元(1a)，其特征在于，具有能夠產(chǎn)生氣泡(a.X)的布氣裝置(a)；連接在布氣裝置(2)的上方，能夠讓氣泡(a.X)通過的筒狀的液泡生成通路(3)；連接在液泡生成通路(3)上部的碗狀氣體貯存室(4)；以及設置在氣體貯存室(4)上方并在其上側有開口部(5a)的碗狀的氣泡收集部(5)；前記液泡生成通路(3)的上端部(3e)設置在前記氣體貯存室(4)內部，在前記液泡生成通路(3)內部前記氣泡(a.X)轉變?yōu)橐号萑?肥皂泡狀的液泡集合體)(b.X)在前記氣體貯存室(4)內的氣體空間中破裂后放出到水中并重新生成氣泡(a.X)，氣泡(a.X)進入前記氣泡收集部(5)的開口部(5a)并向上方送出。
2. 如權利要求1所述的曝氣單元(lb，lc)，其特征在于，具有設置在前記氣體貯存室(4)下方的用來輸送前記液泡群(b.X)的破裂后生成的分 離水(2WA)的具有類似虹吸作用的部分(3c)(下稱虹吸部)，該虹吸部(3c)的上端(3d)設 置在比前記氣體貯存室(4)內部的前記液泡生成通路(3)的上端(3e)稍稍高的位置。
3. —種曝氣裝置(6a-6d)，其特征在于，具有復數(shù)個權利要求1及2權利要求2中記載的前記曝氣單元(la-lc)，前記曝氣單 元(la-lc)的前記氣泡收集部(5)的前記開口部(5a)與其他的前記曝氣單元(la-lc)的 前記液泡生成通路(3)的下端(3b)連接。
4. 一種曝氣方法，其特征在于，具有 在水中生成氣泡(a.X)的布氣構造；將氣泡(a. X)在上浮過程中轉變成液泡群(b. X)的液泡生成構造； 液泡群(b.X)在水中的氣體空間中破裂后，能夠將氣體重新生成氣泡(a.X)的液泡群 破碎構造；以及能夠將重新生成的氣泡(a.X)收集起來并向其上方送出的氣泡收集構造。
5. 如權利要求4所述的曝氣方法，其特征在于，具有通過前記氣泡收集過程在第一單元中進行一次氣體收集之后，其余的單元中按照 前記液泡群生成過程和前記液泡破裂過程及前記氣泡收集過程的順序進行復數(shù)次工作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種快速恢復水體中的溶解氣體平衡使其適合水中生物的生存；以及在下水處理廠中的污水處理；化學工廠中的氣液接觸反應等領域的曝氣單元、曝氣裝置及曝氣方法。具有在水中產(chǎn)生氣泡的布氣裝置(2)；在水中將氣泡轉變成為液泡群(肥皂泡裝的氣泡集合體)的液泡生成通路(3)；能夠在水中貯存氣體并形成氣體空間的氣體貯存室(4)；可以收集由氣體貯存室(4)的下部放出的重新生成的氣泡并向連接在其上方的液泡生成通路(3)送出的氣泡收集部(5)構成的多段式曝氣裝置(6a)。
文檔編號B01F3/04GK101754799SQ200880013349
公開日2010年6月23日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權日2007年3月30日
發(fā)明者藤野哲彥, 馬駿 申請人:池田好明;藤里哲彥;馬駿;張振家