CN105236597A - 一种地表水底层曝气增氧的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地表水底层曝气增氧的方法和装置，属于环保水处理技术领域。主要应用于河流、湖泊、水库、池塘等地表水体的曝气增氧和水质改善。装置由微孔曝气器、连接曝气器的通气管架、支撑曝气器和通气管架的底盘、输气管以及风机组成。曝气器的曝气头数目可以自由选择，风机的功率可因需要调整，系统也可通过连接管件组合成长链方式，或通过增大支撑底盘后增加曝气头的数目。系统整体保持充氧效率高，能耗低，灵活适用于不同水体,同一水体的不同方位的增氧需求，以及技术实施方便，管理维护简单等特点，在河湖充氧曝气，生态恢复等领域有较大的发展空间。

Description

一种地表水底层曝气增氧的方法和装置

技术领域

本发明属于环保水处理技术领域，主要应用于河流、湖泊、水库、池塘、景观水体等地表水的水体增氧，同时涉及工业污水和生活污水水处理领域的深层曝气。

背景技术

我国的河流、湖泊、水库、池塘等地表水大都存在着严重的污染。大量的未经处理的工业污水、生活污水、农业灌溉后水直接排入江、河、湖、海，造成水体污染和富营养化的频繁发生。污染物由于比重比水大，大多沉降于水底，大量的污染物降解超过了水体的自净能力，消耗底层水体的氧气，使底层水体长期处于缺氧状态。溶解氧不足，厌氧分解产生臭气和黑液，造成水体发黑发臭。同时由于底层水体缺氧，促进了底泥内磷的释放，进一步提高了水华发生的可能性。

新一代增氧设备------微孔曝气增氧装置是国家农业部重点推广项目，其利用微孔曝气增氧盘（管）增氧。工作时压缩空气从风机进入曝气盘（管）内，内压的增加使弹性软盘（管）膨胀，当内源压力大于外面水施加的压力时，曝气微孔才会打开，由于曝气微孔很小，气体从曝气孔中曝出时在水中形成微气泡，气泡体积小，上升速度慢，同时微气泡的比表面积大，与水的接触面积也大，气体与水的接触面积和接触时间增加，增加和氧气的溶解率，增加的水体底层的含氧量。微孔曝气大大减少了能量转化的损耗，机械能耗减少。

水底曝气增氧有助于打破湖泊的温度分层和化学分层；有助于提升缺氧水体和替换缺氧水体；有助于绑定和沉降水体中的磷，减少底泥磷的释放；有助于减少水体溶解性铁、锰、硫的含量；也有助于改善鱼类和底栖动物生境。水底曝气的增氧效率在其他条件相同的情况下，大大优于其他的表面曝气装置，如水车式曝气。

中国发明专利CN201238534公开一种水底曝气增氧专置，其利用罗茨风机供气，输气管连接多个带有微孔的支管实现池塘底部的供气，但微孔支管平铺于池塘底部易附生藻类和低等无脊椎动物，滋生细菌，堵塞微孔。

大多数封闭水体的形状并不规则，水体内在不同方位、不同空间上所需增氧的量也不尽相同，比如供水区的需氧量就可能比鱼类聚集区的需氧量要少，近岸区的需氧量比深水区的需氧量相对较少。现有的技术方案无法对安装面积进行有效调整，往往是形状固定，处理面积也固定。使用单一的增氧设计，不仅不能充分覆盖水体，满足局部水体增氧的需要，同时可能增加能量损耗，而且过度的局部增氧产生的氮的过饱和会对鱼类和其他水生生物造成氮胁迫和伤害。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种灵活的、可组合的、与底泥适度分开、适应不同水体，同一水体的不同部位的地表水底部增氧曝气的装置。其包括：电源、风机、空气输送管、微孔曝气器（盘或管）、通气管架和支撑底盘。空气输送管一端与风机的出风口相连，另一端与单向阀相连，单向阀连接在通气管架上，曝气器的一个或多个曝气头（管或盘）与通气管架连接，然后通气管架固定在支撑底盘上。接通电源后风机产生的压缩气体通过空气输送管，然后单向阀，然后进入微孔曝气器，有压气体通过微孔曝气器上的细孔产生微气泡流。

上述装置中，曝气器的微孔曝气头可以选择管式、盘式或球冠式等形状。平时该装置置于水底，非通气状态下，由于水压大于该装置的内气压，曝气器的微孔是闭合的，从而避免了水和污染物进入曝气器内部。工作时压缩空气从风机进入曝气器内腔，曝气器开始膨胀，内压力大于水压后，曝气微孔才会打开，保证了曝气微孔曝气均匀，同时由于微孔很小，气体从曝气孔中出来后，形成极小气泡，上升速度慢，使含氧气体与缺氧水体的接触面积和接触时间大大增加，增加了氧气的溶解效率和交换效率，增加了水体含氧量，提高了充气效率。

上述装置中，曝气头的常见材料有EPDM（三元乙丙）橡胶，白刚玉，陶瓷刚玉，曝气石等。其中以EPDM（三元乙丙）橡胶为最佳。其他如刚玉和曝气石曝气头由于气孔可能堵塞，降低通气效率，可能需要每隔一段时间清洗维护。

上述装置中，通气管架及连接用的直角弯管，3通管，4通管等，可以采用PVC管，PPR管等强度大，耐腐蚀的管件。

上述装置中，支撑底盘材料可以采用PVC/PPR等工程塑料做成的中空，中空的底盘内腔可以装入沙石等重物，使装置易于沉入水下。底盘与水体底泥接触的底表面积应较大，使装置能平稳架设在底泥层上面，不至于倾覆和陷入泥中。支撑物也可以是一块大的平板，使曝气装置与底泥等沉积物分开。

上述装置中，空气输送管可以是PU气管，PVC软管，自沉式橡胶管，钢丝橡胶管等。以自沉式橡胶管为佳，其他气管需要系上重物使其沉入水中。空气输送管长度可跟据需要调整，使曝气器能够达到水体的不同部位。

上述装置中，供气的风机可以是叶片式风机，也可以是容积式风机。风机应为气体工作压力较大的通风机，鼓风机，压缩机等，以利于将压缩空气泵入装置中。

上述装置中，曝气器的曝气头的数量可以根据需要调节。对于小型水体，一个置于水体最深处的，有4个曝气头的曝气器可能就能满足要求，对于大型水体和深水湖泊，可能需要大量的曝气头才能完成对大面积水域的覆盖。例如，对一个大型水库底层需氧进行设计，可能需要30个（长）×20个（宽）的总共600个曝气头的矩形曝气器才能满足需要。

上述装置中，曝气器可以通过连接管道互相串连，或呈线性排列，后各自与风机相连，有利于对狭长水体比如河道的充分曝气。

上述装置中，空压机出气口可安装多通道阀门为多个曝气器供气，对于不规则水体，可采用分散式多个曝气器同时工作的方式为水体供氧。例如对于一个近似哑铃状不规则水体，可在哑铃的两个近似半球的水体各设置一个曝气器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.高效增氧：本发明采用底部增氧，延长了逸出气泡与水的接触时间，有利于氧气更好地融入水中，改善水体底部缺氧的状态，加快底部有机质分解，减少水体有毒、有害物质的产生。

2.全方位定制供氧：本发明的曝气头数量、曝气器数量、输气管道的数量、风机数量均可根据需要自行组合，可以为水体的深水区、浅水区、低氧区、缺氧区实行分别的定制供氧，解决了传统只能局部供氧，同时由于过量增氧对鱼类产生伤害的问题。

3.减少系统失效：本发明微孔曝气器用支架和底盘与水体分隔开，有效避免附生藻类、无脊椎动物和细菌，堵塞通气微孔。

4.成本低廉：本发明曝气管道、支撑部件均采用普通的PVC、PPR等工程塑料；曝气器，输气管道均采用市场上常见的橡胶材料，易于批量生产，造价成本低，同时输气性能良好，整个系统密闭性好，不易腐蚀，便于清洗。

5.能耗低：本发明使用微孔曝气，且可用单个风机为多个曝气器供气，减少能耗消耗。

6.使用安全：本发明风机及供电装置均位于岸上，水体无动力设备及需电装置，水体内可以正常进行生产、生活、娱乐。

7.管理维护简单：本发明的曝气组件均为可拆解和易拆卸部件，如有损坏易于替换和维修。

附图说明

本发明的上述优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是一个曝气器（盘）的结构说明。图中标记1.支撑底盘2.用于系绳索的穿孔3.底盘上的大开孔4.单一的盘状曝气器5.直角弯管出口6.气嘴7.单向阀

图2是两个曝气器（盘）的结构说明。图中标记10.直角弯管11.三通管

图3是多个曝气器（盘/管/石）的结构说明。图中标记7.单向阀8.支撑架9.支撑板

图4水体分布式曝气的示意图图中标记12.两个位于不同位置水体的曝气器13.连接两个曝气器的自沉式曝气管14.封闭在容器内的空压机。

具体实施方式

下面描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为发明的限制。

在本发明的描述中，术语“上”，“下”，“底”，“顶”，“前”，“后”，“内”，“外”，“横”，“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有的特定方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

1.在本实施例中（见图1），采用一个300毫米直径的EPDM（三元乙丙）橡胶膜片式微孔曝气器4做为曝气头，微孔孔径大小为80~100微米。1个这样的曝气器通过内螺纹（G3/4螺纹）接口与直管相连，直管另一端装有单向阀7，单向阀7另一端与圆形底盘1上的直角弯管5相连，直角弯管5的另一端伸出底盘外，接上气嘴6，气嘴6与空气输送管相连。注意到底盘1上有一个大开孔3，用于填塞沙石等重物，塞上盖子后，便于装置沉入水中。底盘上还有两个小孔2，用于系上绳索，从水面将装置沉入水底，并沉降在底泥上面。

2.在本实施例中（见图2），采用的曝气头与例1相同，只是数量从一个增加为两个。曝气头通过内螺纹直角弯管（G3/4螺纹）10与水平直管相连，水平直管然后通过3通头11与单向阀相连，单向阀另一端与圆形底盘上的直角弯管相连，直角弯管的另一端伸出底盘外，接上气嘴，气嘴与空气输送管相连。底盘形状与实施例1相同，只是大小比例1略大。

3.在本实施例中（见图3），采用的曝气头与例1相同，只是数量从一个增加为四个。4个这样的曝气器通过直角弯头（G3/4螺纹）管与曝气支架相连。曝气支架由直管和3通、4通管组成，材质为PVC或PPR等足够坚固的材料，包括盐水和溶解其他化学物质的水存在下不会发生腐蚀和降解的材料。支架前端装有单向阀7，单向阀7上气嘴与空气输送管相连。单向阀7可以防止供气装置停止后，残余水分倒流进供气装置，引起供气装置损坏。支撑底盘可以由注塑模具生成，底盘与曝气支架的连接可以通过螺钉、铆钉、螺栓等固定装置，固定装置可由商业级的不锈钢制成。底盘为中空，底盘右侧正中开有一个大孔，上有孔塞，将沙石等重物加入后，将塞子盖上，有助于装置沉入水底。底盘边缘两侧各开一个小孔，便于系上绳索，从船上或其他位置将装置浸没入水中。在另一个本实施例中，采用6个曝气石曝气头。曝气头与内螺纹4通管相连，直管将2个4通管，一个3通管串联，直管前加装单向阀，单向阀用气嘴与空气输送管相连。通气管架用5个支撑管8与底板9隔开。底板9上装有小孔，便于用绳子等系上，将装置浸入水中。

4.在本实施例中（见图4），两组曝气器3放置于水体的不同需氧部位，每组曝气器的曝气头的数量可以依该部分水体的需氧量合理组合，可以是几个，也可以是几十个。曝气器12通过自沉式空气输送管13与空气压机14相连。这两组曝气器12可以与空气压缩机14分别相连，也可以串联后再与空气压缩机14相连。

本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围内。具体的，在前述公开，附图以及权利要求的范围内，可以在零部件和（或）从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.一种适用于河流、湖泊等地表水底层增氧的装置，其特征在于使用微孔曝气器，包括风机、空气输送管、微孔曝气器（曝气头为盘或管）、通气管架和支撑底盘（板），空气输送管一端与风机的出风口相连，另一端与单向阀相连，单向阀连接在通气管架上，曝气器与通气管架连接，然后通气管架固定在支撑底盘上。

2.根据权利要求1所述的装置，曝气器的曝气头可以是微孔管式，也可以是微孔盘式，还可以是微孔球冠式及其他微孔曝气头。

3.根据权利要求1所述的装置，曝气器的曝气头的材料可以是橡胶，也可以是硅胶，也可以是陶瓷刚玉，也可以是白刚玉，也可以是曝气石，也可以是金刚石及其他常见的材料。

4.根据权利要求1所述的装置，通气管架及连接配件可以是PVC管或PPR管等耐腐蚀，强度大的管件。

5.根据权利要求1所述的装置，支撑底盘是中空的PVC或PPR塑料或其他耐腐蚀，强度大的材料,底盘上面可开孔，用孔塞将底盘封闭,底盘也可以是其它形状支撑材料。

6.根据权利要求1所述的装置，空气输送管可以是PU气管，PVC软管，自沉式橡胶管，钢丝橡胶管等送气管，且长度可调。

7.根据权利要求1所述的装置，风机可以是通风机，鼓风机，压缩机等压缩空气装置。

8.根据权利要求1所述的装置，曝气器中曝气头的数量可以自由选择，可以是一个，也可以是多个。

9.根据权利要求1所述的装置，该装置可以通过连接管道进行多个串联。

10.根据权利要求1所述的装置，风机出气口可安装多通道阀门为多个曝气器供气。