專利名稱：曝氣攪拌機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及曝氣攪拌機(jī)，尤其是可以簡(jiǎn)單地切換向水中供給空氣(氧)的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)(曝氣運(yùn)轉(zhuǎn))和不向水中供給空氣(氧)的厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)(攪拌運(yùn)轉(zhuǎn))、特別是可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換效率高的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)的曝氣攪拌機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，作為在下水等的污水處理場(chǎng)使用的曝氣機(jī)，實(shí)際使用圖3所示的螺旋式曝氣機(jī)(參考專利文獻(xiàn)1)。該螺旋式曝氣機(jī)由電動(dòng)機(jī)30、通過(guò)電動(dòng)機(jī)30旋轉(zhuǎn)的空心軸1、安裝在空心軸1的上端的電動(dòng)閥40、將葉片20螺旋狀地安裝在空心軸1的下端部的外周面而構(gòu)成的螺旋槳 2、覆蓋空心軸1的外周的管狀的罩52以及安裝在罩52的下端的防渦流板51組成。該螺旋式曝氣機(jī)若通過(guò)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)30而經(jīng)由空心軸1使螺旋槳2旋轉(zhuǎn)，則利用由此產(chǎn)生的水流而在螺旋槳2的前端水域產(chǎn)生負(fù)壓。由于該負(fù)壓，若打開(kāi)電動(dòng)閥40，則經(jīng)過(guò)電動(dòng)閥40吸入空氣，吸入的空氣經(jīng)過(guò)空心軸1被向水中排出。此時(shí)，向水中排出的空氣在螺旋槳2的葉片20以及水流的作用下被微小化，隨水流向水中深處輸送，在該過(guò)程中空氣中的氧溶解在水中，進(jìn)行曝氣(需氧運(yùn)轉(zhuǎn))。另外，若關(guān)閉電動(dòng)閥40，則不吸入空氣，在通過(guò)螺旋槳2的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水流的作用下攪拌曝氣槽內(nèi)的污水(厭氧運(yùn)轉(zhuǎn))。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)平4-277089號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，目前的螺旋式曝氣機(jī)由于是通過(guò)在螺旋槳2的前端水域產(chǎn)生的負(fù)壓自己供給空氣的方式，因此必須將從水面到螺旋槳2的前端的垂直方向的距離、即浸漬深度保證為0. 3m左右。其理由是(1)如果使浸漬深度過(guò)淺，則由于旋轉(zhuǎn)的螺旋槳2接近水面，從而不能產(chǎn)生良好的水流，相反，(2)如果使浸漬深度過(guò)深，則旋轉(zhuǎn)的螺旋槳2的前端部區(qū)域的水壓(靜壓)上升，從而螺旋槳2的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的負(fù)壓效果小，自己供給的空氣量減少，不僅不能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換效率高的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)，而且不能向水中送入必要的空氣量。如上所述，在目前的螺旋式曝氣機(jī)中，必須將上述浸漬深度保證為0. : 左右，且必須以適合產(chǎn)生水流的一定速度使螺旋槳旋轉(zhuǎn)，因此，雖然可以進(jìn)行半關(guān)閉電動(dòng)閥40這樣的減少空氣量的調(diào)整，但不可能進(jìn)行增加空氣量的調(diào)整。并且，因上述(2)的理由，為了延長(zhǎng)從螺旋槳2的前端部放出的氣泡到達(dá)水面的滯留時(shí)間、提高氧移動(dòng)速度的效率而增加浸漬深度是很困難的。另外，由于是不能增加空氣量的結(jié)構(gòu)，因此能量轉(zhuǎn)換效率的提高有限。本發(fā)明的目的是提供一種曝氣攪拌機(jī)，其克服目前的螺旋式曝氣機(jī)的限制，通過(guò)增加浸漬深度以及增加空氣量，進(jìn)而抑制相應(yīng)的動(dòng)力增加量，從而最終可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換效率高的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的曝氣攪拌機(jī)，在通過(guò)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的空心軸的下端部設(shè)置了螺旋槳，其特征在于，空心軸貫通設(shè)置在空心軸的外周部的罩內(nèi)，除了浸漬在水中的下端部以外，作為密閉結(jié)構(gòu)在內(nèi)部形成空氣室，在空心軸的水上部形成開(kāi)口孔，使空心軸的內(nèi)部與空氣室經(jīng)由該開(kāi)口孔而連通，并且，在需氧運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從空氣供給源經(jīng)由空氣導(dǎo)管向空氣室強(qiáng)制送入空氣。根據(jù)技術(shù)方案1所述的曝氣攪拌機(jī)，在這種情況下，空氣供給源使用了送風(fēng)機(jī)。另外，可以在空心軸的軸方向具有間隔地形成多個(gè)開(kāi)口孔。另外，可以通過(guò)具有實(shí)心軸的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)空心軸。另外，可以在空氣導(dǎo)管上設(shè)置電動(dòng)閥。根據(jù)本發(fā)明的曝氣攪拌機(jī)，空心軸貫通設(shè)置在空心軸的外周部的罩內(nèi)，除了浸漬在水中的下端部以外，作為密閉結(jié)構(gòu)在內(nèi)部形成空氣室，在空心軸的水上部形成開(kāi)口孔，使空心軸的內(nèi)部與空氣室經(jīng)由該開(kāi)口孔而連通，并且在需氧運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從空氣供給源經(jīng)由空氣導(dǎo)管向空氣室強(qiáng)制送入空氣，由此，通過(guò)向空氣室強(qiáng)制送入的空氣壓力輔助螺旋槳的旋轉(zhuǎn)形成的負(fù)壓，可以增加螺旋槳的浸漬深度，增加空氣量，而且，通過(guò)抑制相應(yīng)的動(dòng)力增加量，結(jié)果可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換效率高的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，由于空氣供給源使用了送風(fēng)機(jī)，從而可以用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形成空氣供給源。另外，通過(guò)在空心軸的軸方向具有間隔地形成多個(gè)開(kāi)口孔，因此可以防止在進(jìn)行厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)水在空心軸與罩之間上升而到達(dá)電機(jī)附近，造成因上升的水中含有的污物的干燥而堵塞開(kāi)口孔的問(wèn)題。另外，通過(guò)具有實(shí)心軸的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)空心軸，從而可以使用通用的電機(jī)。另外，通過(guò)在空氣導(dǎo)管上設(shè)置電動(dòng)閥，從而可以簡(jiǎn)單地切換需氧運(yùn)轉(zhuǎn)和關(guān)閉電動(dòng)閥而進(jìn)行的厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)。


圖1是表示本發(fā)明的曝氣攪拌機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的說(shuō)明圖，(a)是俯視圖，(b)是正視圖。圖2是該曝氣攪拌機(jī)的厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的空心軸附近的水流圖像的說(shuō)明圖。圖3是表示目前的曝氣攪拌機(jī)的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)附圖就本發(fā)明的曝氣攪拌機(jī)的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1和圖2表示本發(fā)明的曝氣攪拌機(jī)的一個(gè)實(shí)施例。該曝氣攪拌機(jī)與圖3所示的現(xiàn)有的曝氣攪拌機(jī)一樣，是在通過(guò)電動(dòng)機(jī)3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的空心軸1的下端部設(shè)置了螺旋槳2的曝氣攪拌機(jī)。并且，該曝氣攪拌機(jī)構(gòu)成為空心軸1貫通設(shè)置在空心軸1的外周部的罩5內(nèi)，除了浸漬在水中的下端部如以外，作為密閉結(jié)構(gòu)在內(nèi)部形成空氣室50，在空心軸1的水上部形成開(kāi)口孔la、lb，使空心軸1的內(nèi)部與空氣室50經(jīng)由該開(kāi)口孔la、lb而連通，并且，在需氧運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從空氣供給源6經(jīng)由空氣導(dǎo)管4向空氣室50強(qiáng)制送入空氣。在這種情況下，作為經(jīng)由空氣導(dǎo)管4向空氣室50強(qiáng)制送入空氣的手段的空氣供給源6，可以使用送風(fēng)機(jī)。因此可通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成空氣供給源。另外，電動(dòng)機(jī)3使用具有實(shí)心軸的電機(jī)。因此可使用通用的電動(dòng)機(jī)，容易進(jìn)行維修等。另外，在空氣導(dǎo)管4上設(shè)置電動(dòng)閥如。因此，可以簡(jiǎn)單地切換打開(kāi)電動(dòng)閥4a、從空氣供給源6經(jīng)由空氣導(dǎo)管4向空氣室 50強(qiáng)制送入空氣而進(jìn)行的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)和關(guān)閉電動(dòng)閥如而進(jìn)行的厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，關(guān)閉電動(dòng)閥如而進(jìn)行的厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)存在以下問(wèn)題，即，水在空心軸1和罩5之間上升，到達(dá)電動(dòng)機(jī)3附近，弄臟罩5的內(nèi)部，因包含在上升的水中的污物的干燥而被堵塞。其機(jī)理是，在厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于螺旋槳2的前端的負(fù)壓，罩5內(nèi)成為負(fù)壓，水在空心軸1和罩5之間上升，在極端的情況下，水位上升到電動(dòng)機(jī)3的輸出軸和空心軸1的連接部。此時(shí)，實(shí)際測(cè)量的空心軸1的前端部的負(fù)壓約為2. 5mH20 4. OmH 20。為了防止這種情況，在該曝氣攪拌機(jī)中，在空心軸1的軸方向具有間隔地形成多個(gè)開(kāi)口孔la、lb(這里使開(kāi)口孔Ib形成在稍微高出水面的位置)。因此，在厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在罩5的內(nèi)部上升的水被從開(kāi)口孔Ib吸入空心軸1的內(nèi)部側(cè)，其結(jié)果，即使水在空心軸1和罩5之間上升，水也不會(huì)上升到上側(cè)的開(kāi)口孔Ia或電動(dòng)機(jī) 3的輸出軸和空心軸1的連接部，尤其是可以防止開(kāi)口孔Ia因包含在上升的水中的污物干燥而被堵塞的問(wèn)題。以下就該曝氣攪拌機(jī)的作用進(jìn)行說(shuō)明。首先為了進(jìn)行對(duì)比，使設(shè)置角度為45度、螺旋槳2的前端的浸漬深度為0. 3m，用 3. 7kff的所需功率驅(qū)動(dòng)圖3所述的目前的曝氣攪拌機(jī)，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)乃?，并可以通過(guò)自己供給而向水中放出2. 4m3/min的空氣。如果將此時(shí)的空氣流量Qa除以所需功率P的值作為空氣的投入功率n&，則η air = Qa/P = 2. 4/3. 7 = 0. 65m3/ (min · kff)。為了使氣泡到達(dá)水槽深處，若將螺旋槳2的前端的浸漬深度從0. 3m改為0. 7m，則通過(guò)自己供給而形成的空氣量減少，為1. Im7min。因此，除了自己供給以外，從空氣供給源6即送風(fēng)機(jī)經(jīng)由空氣導(dǎo)管4向空氣室50 強(qiáng)制地送入空氣。此時(shí)，空氣供給源6即送風(fēng)機(jī)形成的空氣壓為0.4mH20。該值按深水深比較來(lái)說(shuō)小，送風(fēng)機(jī)的所需功率為0. 44kW。在此，根據(jù)以下的計(jì)算公式計(jì)算送風(fēng)機(jī)的所需功率0. 44kW。絕熱頭Had={κ/(κ-1)} - Rgas - Tl · {(P2/P1) (κ ―1)"-1} = 330 (mm)κ 比熱比 1.4Rgas 氣體常數(shù)(kgm/kgK) 29. 5Tl 入口溫度(全溫)K 293.2Pl 入口全壓(kg/m2abs) 10330P2 出口全壓(kg/m2abs) 10330+400 (靜壓的增加量)空氣量Q = 2. 4mVmin重量流量G = 1. 2 X Q/60 = 0. 054kg/s
空氣動(dòng)力P = GXHad/102 = 0. 174kW送風(fēng)機(jī)的機(jī)械效率定為nb = 0. 40鼓風(fēng)機(jī)所需功率L = P/ η b = 0. 44kff通過(guò)向3. 7kff的曝氣攪拌機(jī)追加0. 44kff的鼓風(fēng)機(jī)，即使將浸漬深度300mm改變?yōu)?700mm,也可將空氣量維持在2. 4m7min。實(shí)際測(cè)量的空氣量為更大的2. 7m7min。此時(shí)的空氣的投入效率為，n air = Qa/P = 2. 7/ (3. 7+0. 44) = 0. 66m3/ (min · kff)，與浸漬深度為 300mm 自己
供給時(shí)基本相同。在此，上述的空氣的投入效率是曝氣效率的目標(biāo)，而不是曝氣效率。最初，曝氣效率是相當(dāng)于該空氣內(nèi)的氧溶解于水的速度的動(dòng)力的值，即氧溶解動(dòng)力效率Ερ，很難通過(guò)簡(jiǎn)略計(jì)算而求出，是用實(shí)際測(cè)量而求出的。如表1所示，通過(guò)實(shí)際測(cè)量確認(rèn)氧溶解動(dòng)力效率Ep上升幾個(gè)百分點(diǎn)。該結(jié)果認(rèn)為是由通過(guò)加大浸漬深度從而延長(zhǎng)氣泡的滯留時(shí)間、提高了曝氣效率 (氧溶解動(dòng)力效率Ep)的現(xiàn)象而產(chǎn)生的。[表 1]
試驗(yàn)號(hào)123設(shè)置角度]454545浸漬深度[Mn]300700700送風(fēng)機(jī)空氣壓[mH20]--0. 4軸動(dòng)力P[kW]3. 183. 273. 38鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)力[kW]--0. 43透氣量Q[m3/min]2. 3721. 0902. 687氧溶解動(dòng)力效率Ep1. 3910. 8591. 441以下就通過(guò)該曝氣攪拌機(jī)而可以保持?jǐn)嚢璧哪芰哭D(zhuǎn)換效率的效果進(jìn)行說(shuō)明。首先，增加螺旋槳2的前端的浸漬深度，在將氣泡注入深位置的情況下，受到氣體和液體一起垂直向上地流動(dòng)的趨勢(shì)增加的影響，水平流動(dòng)的水的流速降低。因此，其次攪拌效率有可能降低，但也有以下的使攪拌效率上升的效果，通過(guò)將這些相互抵消，從而可以維持?jǐn)嚢璧哪芰哭D(zhuǎn)換效率，這些在實(shí)驗(yàn)中得到了確認(rèn)。關(guān)于產(chǎn)生水流即攪拌，如果首先考慮垂直方向的水的流速，則通過(guò)增加浸漬深度使水流產(chǎn)生位置到底部的距離縮短，從而抑制在底部的水流減少。另一方面，使向水平橫向產(chǎn)生水流的位置向下側(cè)移動(dòng)0. 4m,因此可以得到例如在an以上的水槽的水深和水路寬度形成的水路截面中，水流產(chǎn)生位置更向中心位置滑動(dòng)的效果。利用水深為2. 5m、水路寬度為2. 0m、水路長(zhǎng)度為20m以上的環(huán)形水路，通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)以上內(nèi)容，其結(jié)果，可以確認(rèn)到底部流速幾乎沒(méi)有差別，可以維持?jǐn)嚢璧哪芰哭D(zhuǎn)換效率的效果。具體是，相對(duì)于在浸漬深度為0. 3m的情況下，平均流速為28. 7cm/s,在浸漬深度為0. 7m的情況下，平均流速為26. 3cm/s。并且，根據(jù)該曝氣攪拌機(jī)，如上所述，在曝氣攪拌機(jī)的空心軸1的水上部形成開(kāi)口孔la、lb，其外周部作為被罩5包圍的空氣室50，經(jīng)由空氣導(dǎo)管4可向該空氣室50追加供給由設(shè)置在地上側(cè)的空氣供給源6產(chǎn)生的空氣，根據(jù)必要的氧溶解量控制空氣供給源的轉(zhuǎn)
6速，可進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換效率高的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，空氣供給量的控制也可以通過(guò)調(diào)整設(shè)置在空氣導(dǎo)管4中途的電動(dòng)閥如的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整。另外，通過(guò)同時(shí)使用上述方法，可以抑制空氣供給裝置常有的空氣供給裝置的低轉(zhuǎn)速時(shí)的低效率。如上所述，根據(jù)實(shí)施例就本發(fā)明的曝氣攪拌機(jī)進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)?shù)亟M合各實(shí)施例中所述的結(jié)構(gòu)等，在不超出其宗旨的范圍內(nèi)可適當(dāng)?shù)馗淖兤浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明的曝氣攪拌機(jī)通過(guò)增加浸漬深度以及增加空氣量，并且抑制與其相應(yīng)的動(dòng)力增加量，最終可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換效率高的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)，因此適合用于曝氣攪拌機(jī)的用途。符號(hào)說(shuō)明1空心軸2螺旋槳3電動(dòng)機(jī)4空氣導(dǎo)管4a電動(dòng)閥5 罩50空氣室6空氣供給源。
權(quán)利要求
1.一種曝氣攪拌機(jī)，在通過(guò)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的空心軸的下端部設(shè)置了螺旋槳，其特征在于，空心軸貫通設(shè)置在空心軸的外周部的罩內(nèi)，除了浸漬在水中的下端部以外，作為密閉結(jié)構(gòu)在內(nèi)部形成空氣室，在空心軸的水上部形成開(kāi)口孔，使空心軸的內(nèi)部與空氣室經(jīng)由該開(kāi)口孔而連通，并且，在需氧運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從空氣供給源經(jīng)由空氣導(dǎo)管向空氣室強(qiáng)制送入空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝氣攪拌機(jī)，其特征在于，空氣供給源使用了送風(fēng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的曝氣攪拌機(jī)，其特征在于，在空心軸的軸方向具有間隔地形成多個(gè)開(kāi)口孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的曝氣攪拌機(jī)，其特征在于，通過(guò)具有實(shí)心軸的電動(dòng)機(jī)來(lái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)空心軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的曝氣攪拌機(jī)，其特征在于，在空氣導(dǎo)管上設(shè)置電動(dòng)閥。
全文摘要
本發(fā)明提供一種曝氣攪拌機(jī)，其克服目前的螺旋式曝氣機(jī)的限制，通過(guò)增加浸漬深度以及增加空氣量，進(jìn)而抑制相應(yīng)的動(dòng)力增加量，從而最終可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換效率高的需氧運(yùn)轉(zhuǎn)?？招妮S(1)貫通設(shè)置在空心軸(1)的外周部的罩(5)內(nèi)，除了浸漬在水中的下端部(5a)以外，作為密閉結(jié)構(gòu)在內(nèi)部形成空氣室(50)，在空心軸(1)的水上部形成開(kāi)口孔(1a、1b)，使空心軸(1)的內(nèi)部與空氣室(50)經(jīng)由開(kāi)口孔(1a、1b)而連通，并且，在需氧運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從空氣供給源(6)經(jīng)由空氣導(dǎo)管(4)向空氣室(50)強(qiáng)制送入空氣。
文檔編號(hào)C02F7/00GK102432113SQ20111016021
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者大出浩輔, 水田耕市, 水野昌大, 長(zhǎng)川秀實(shí) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立工業(yè)設(shè)備技術(shù)