CN102249431B - 垂直流跌水曝气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种厌氧出水垂直流跌水曝气装置，主要由布水器、多级跌水复氧槽、集水槽和支架组成，前三部分由上至下呈垂直立体固定在支架内，多级跌水复氧槽间距可以上下自由调整。多级跌水复氧槽为圆形或方形，槽内底部安装跌水盘，跌水盘开缝，跌水盘下表面设置止水环。该装置适合应用于生活污水厌氧--人工湿地处理工艺中，增加厌氧出水溶解氧浓度，提高人工湿地氨氮和总氮去除率。本装置针对溶解氧浓度低的水体，利用自然高程或者提升水泵富余扬程，增加后续处理工艺供氧量，降低强化曝气能耗。

Description

垂直流跌水曝气装置
技术领域
本发明涉及一种垂直流跌水曝气装置，属于水污染控制和水处理领域。
背景技术
人工湿地技术起源于20世纪初期欧洲和美国，由于构造简单、施工方便、维护管理简便等优势逐步得到了广泛应用。发展到目前，先后出现了表面流湿地、水平潜流湿地、垂直潜流湿地和复合流垂直流湿地等形式，在我国应用最多的是潜流人工湿地。由于潜流人工湿地存在易壅堵、氨氮去除率低等缺点而不断加以改进。在潜流人工湿地处理技术中，由于湿地植物不能提供充分的氧气量，潜流人工湿地内部溶解氧浓度较低，通常小于1mg/L，限制湿地去除有机物的能力，而且在经过厌氧预处理后，湿地进水溶解氧浓度更低，氨氮硝化过程受限，反硝化过程缺少硝酸盐，脱氮能力较低。因此通过增加预处理以减轻进水有机物浓度，缓解堵塞，延长使用寿命。通过预曝气提高氨氮硝化过程，实现反硝化脱氮，提高氨氮去除率。通常的预曝气是通过曝气机向水体注入空气，提高水体溶解氧浓度，但存在能耗较大，运行费用较高等问题。
水体大气复氧理论之一是双膜扩散理论，该理论认为在气相和液相之间的界面上、下，存在气体和液体两层薄膜，无论水体紊动多么强烈，气膜、液膜总是存在，由于液膜分子扩散的阻力远大于气膜的阻力，故气体向液膜转移的速度受控于液膜内的分子扩散。可通过不断改变液体流态，更新液膜表面，实现液体快速充氧。中国专利200420112055.3中公开一种阶梯型跌水曝气装置。中国专利200510123147.0中公开一种多层跌水挡板构成的跌水曝气装置，跌水挡板上开圆孔。上述装置的缺陷在于液体流态变化不显著，水体跌落形成的水柱与空气的接触面积有限，仍需改进。
发明内容
本发明提供一种垂直流跌水曝气装置，采用自然跌水方式，利用势能完成预曝气，增加厌氧出水溶解氧浓度。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种垂直流跌水曝气装置，其包括进水管1、布水器2、多个跌水复氧槽3、集水槽5、出水管6和支架7；
该进水管1一端连接溶解氧浓度低或者未饱和的厌氧水源，另一端连接布水器2；布水器2位于垂直流跌水曝气装置顶部，固定在支架7上；
各跌水复氧槽3置于布水器2下方，在竖直方向上交叠放置，并固定在支架7上；各跌水复氧槽3底部水平方向设置跌水盘4，该跌水盘4上设有数个相互平行的开缝10；任意两个相邻跌水盘4开缝方向间的夹角为45～90°；
该集水槽5位于垂直流跌水曝气装置底部、各跌水复氧槽3下方，其底部连接出水管6。
如上所述的垂直流跌水曝气装置，其中，任意两个相邻跌水盘4开缝方向间的夹角优选为90°。
如上所述的垂直流跌水曝气装置，其中，两个相邻跌水盘4间的距离优选为10-20cm。
如上所述的垂直流跌水曝气装置，其高度优选为1.0m～1.5m。
如上所述的垂直流跌水曝气装置，其中，该跌水盘开缝10的缝隙宽度优选为2-5mm，相邻两个开缝间距优选为20-30mm。
如上所述的垂直流跌水曝气装置，其中，可以沿跌水盘4下表面外延设置止水环8。
如上所述的垂直流跌水曝气装置，其中，布水器2可采用开孔花管或花洒。
本发明的有益效果在于，本发明装置中多个跌水复氧槽竖直方向交叠排列，节省空间。通过跌水盘的开缝设计及相邻两级跌水盘开缝错位设置，使水体跌落形成的水柱与空气的接触面积增加。厌氧水体由顶部布水器均匀分布，经过多级跌水复氧槽逐级跌落溅洒在复氧槽内跌水盘内，经过每一级跌水复氧槽后不断改变跌落水帘、水滴或者水柱形状，破坏液膜表面张力，实现水体快速充氧复氧。水中溶解氧DO浓度可以由0.1mg/L升高到7mg/L。该装置结构简单，能耗低，可以作为低DO水体好氧处理前的预曝气，非常适合应用于农村生活污水厌氧--人工湿地处理工艺中，增加厌氧出水溶解氧浓度，提高人工湿地氨氮和总氮去除率。
附图说明
图1为实施例1的垂直流跌水曝气装置示意图。
图2复氧槽结构示意图。
图3为复氧槽结构俯视图。
具体实施方式
实施例1
图1所示为本发明一种优选实施方式的结构示意图，该装置包括进水管1、布水器2、多个跌水复氧槽3、集水槽5、出水管6和支架7。
进水管1一端连接溶解氧浓度低或者未饱和的厌氧水源，另一端连接布水器2。布水器2采用开孔花管，其位于垂直流跌水曝气装置顶部，并固定在支架7上。
各跌水复氧槽3置于布水器2下方，在竖直方向上交叠放置，并固定在支架7上。为了增加跌水曝气级数，复氧槽3高度为5-10cm。如图2和图3所示，各跌水复氧槽3底部水平方向设置跌水盘4，跌水盘与复氧槽3壁粘合无缝隙。两个相邻跌水盘4间的距离为10-20cm。为了形成均匀水帘效果，跌水盘4上设有数个相互平行的开缝10，缝隙宽度为2-5mm，相邻两个开缝间距为20-30mm。任意两个相邻跌水盘4开缝方向间的夹角为45-90°。沿跌水盘4下表面外延设置止水环8，以阻止水沿跌水盘下表面流出复氧槽。复氧槽3外壁设有支撑耳9，用于将复氧槽3固定在支架7上。
集水槽5位于垂直流跌水曝气装置底部、各跌水复氧槽3下方，其底部连接出水管6。
支架7为竖向的三根或四根角钢或者钢管制作，沿垂直方向在支架7上开孔，通过螺栓将复氧槽3固定在支架内，由于采用简单的螺栓固定，可以实现复氧槽3沿支架7上下自由移动和调整跌水级数。
垂直流跌水曝气装置整体高度为1.0m～1.5m，超过1.5m自然跌水充氧效果提高不明显。
装置运行时，厌氧出水或其它DO未饱和水体通过进水管1进入垂直流跌水曝气装置顶部，由布水器2将水体均匀分布后自由跌落入多级复氧槽3内，在跌落至跌水盘4过程中形成一层水帘，增大了气水接触面积，有利于自然复氧。当水到达下一级跌水盘时将改变原来水的形状，通过跌水盘4的缝隙后形成新的液膜，原液膜表层的DO阻力被消除，经过不断的跌落过程，实现快速充氧，最后饱和DO水体由集水槽5经出水管6排出，进入人工湿地等后续处理工艺中。
在高程允许的地区，厌氧出水或其它DO未饱和水体通过管道1自流进入垂直流跌水曝气装置，在高程落差不允许的地区，利用提升水泵富余扬程将水体送入跌水曝气装置，无须单独提升。
本跌水曝气装置可以设置于室内，解决冬季冰冻问题。
实施例2
利用实施例1中所述的装置，对厌氧滤池出水开展了跌水曝气试验。共设计10级复氧槽，其中，复氧槽高7cm，相邻两个跌水盘间距10cm，跌水盘开缝宽度为2mm，相邻两个开缝间距为25mm。表1为10次试验结果，随着级数的增加，溶解氧浓度逐渐增大，水中溶解氧DO浓度可以由0.1mg/L升高到7mg/L。
表1
  次数\级数   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  1   0.15   0.51   2.12   3.33   3.19   4.67   4.19   5.79   6.48   6.61   6.86
  2   0.11   0.49   0.85   2.78   4.13   4.52   5.13   5.75   6.05   6.59   6.89
  3   0.08   0.23   1.25   1.62   2.74   2.2   3.5   4.6   5.24   6.07   5.77
  4   0.11   0.28   0.62   1.48   2.51   3.55   4.5   5.41   5.87   6.48   6.76
  5   0.1   0.35   0.95   1.48   2.96   4.12   5.18   5.81   6.26   6.74   7.2
  6   0.07   0.36   1.02   1.95   3.14   4.08   5.04   5.7   6.15   6.4   6.75
  7   0.07   0.14   0.68   0.86   2.58   3.97   4.67   5.12   5.99   6.39   6.77
  8   0.09   0.35   0.42   0.89   1.82   2.86   3.84   5.12   5.82   6.5   7.09
  9   0.08   0.15   0.26   0.42   1.38   3.02   4.68   5.7   6.7   7.49   7.76
  10   0.12   0.25   1.39   2.58   5.27   5.97   6.51   7.4   7.79   8.44   9.04
  平均(mg/L)   0.10   0.31   0.96   1.74   2.97   3.90   4.72   5.64   6.24   6.77   7.09

Claims (6)

1.一种垂直流跌水曝气装置，其特征在于：其包括进水管(1)、布水器(2)、多个跌水复氧槽(3)、集水槽(5)、出水管(6)和支架(7)；
该进水管(1)一端连接溶解氧浓度低或者未饱和的厌氧水源，另一端连接布水器(2)；布水器(2)位于垂直流跌水曝气装置顶部，固定在支架(7)上；
各跌水复氧槽(3)置于布水器(2)下方，在竖直方向上交叠放置，并固定在支架(7)上；各跌水复氧槽(3)底部水平方向设置跌水盘(4)，该跌水盘(4)上设有数个相互平行的开缝(10)；任意两个相邻跌水盘(4)开缝方向间的夹角为45～90°；
该集水槽(5)位于垂直流跌水曝气装置底部、各跌水复氧槽(3)下方，其底部连接出水管(6)。
2.如权利要求1所述的垂直流跌水曝气装置，其特征在于：所述任意两个相邻跌水盘(4)开缝方向间的夹角为90°。
3.如权利要求1所述的垂直流跌水曝气装置，其特征在于：所述两个相邻跌水盘(4)间的距离为10-20cm。
4.如权利要求1所述的垂直流跌水曝气装置，其特征在于：所述装置高度为1.0m～1.5m。
5.如权利要求1所述的垂直流跌水曝气装置，其特征在于：所述跌水盘开缝(10)的缝隙宽度为2-5mm，相邻两个开缝间距为20-30mm。
6.如权利要求1所述的垂直流跌水曝气装置，其特征在于：沿所述跌水盘(4)下表面外延设置止水环(8)。
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