CN105923799A - 水体微纳米增氧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水体微纳米增氧系统，包括水泵、增氧泵和文丘里管，水泵的出口与文丘里管的进水口相连，增氧泵的出口与文丘里管的进气口相连，文丘里管的出水口连接有多级叶片泵，多级叶片泵的各叶片设有若干沿叶片边缘间隔布置的凹入缺口。该水体微纳米增氧系统具有体积小巧、造价低、增氧效率高、利于降低能耗等优点。

Description

水体微纳米增氧系统

技术领域

本发明涉及水体增氧设备技术领域，具体涉及一种水体微纳米增氧系统。

背景技术

近年来，随着现代经济快速发展和人口的急剧膨胀，环境污染问题也日益严重。 其中，水污染问题尤为突出，而在水污染中，最严重的问题是水体的富营养化。水体的富营养化导致了藻类的异常增殖，形成了人们常说的“水华”与“赤潮”，使水体变得恶臭难闻，透明度下降，且缺氧还会导致大量水生生物死亡，造成环境生态的恶性循环，导致生态系统崩塌。目前，在污染水体治理中主要采用工程措施，不仅投入大，且收效不显著。并且，现有的水体掺气增氧设备不仅增氧效果差，导致增氧效率和设备运行成本高，且均存在结构复杂、体积庞大、造价高等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种体积小巧、造价低、增氧效率高、利于降低能耗的水体微纳米增氧系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种水体微纳米增氧系统，包括水泵、增氧泵和文丘里管，所述水泵的出口与文丘里管的进水口相连，所述增氧泵的出口与文丘里管的进气口相连，所述文丘里管的出水口连接有多级叶片泵，所述多级叶片泵的各叶片设有若干沿叶片边缘间隔布置的凹入缺口。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，所述多级叶片泵的出口连接有造涡掺气管，所述造涡掺气管包括外管，所述外管的两端分别为进液口和出液口，所述外管的内壁上设有若干呈顺时针螺旋布置的顺时针导叶和若干呈逆时针螺旋布置的逆时针导叶，若干顺时针导叶和若干逆时针导叶沿外管的轴线方向间隔交错布置。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，所述顺时针导叶和逆时针导叶所对应的圆心角均为150~180°，且所述顺时针导叶和逆时针导叶在与外管轴线垂直的平面上的投影对称布置。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，沿进液口到出液口的方向，顺时针导叶和逆时针导叶在外管轴线方向上的厚度及在外管径向方向上的宽度均逐渐增大；所述顺时针导叶和逆时针导叶的螺旋升角为15~25°。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，所述外管内还装设有两层间隔布置的微孔网格，两层微孔网格位于外管的出液口与最靠近出液口的顺时针导叶或者逆时针导叶之间。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，所述进液口为沿液体流入方向横截面积逐渐增大的锥形口，所述出液口为沿液体流出方向横截面逐渐减小的锥形口。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，所述造涡掺气管的出液口通过管道连接有排放花管。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，所述多级叶片泵的泵轴竖直布置，多级叶片泵的进口设于多级叶片泵泵体的下端，多级叶片泵的出口设于多级叶片泵泵体的上端。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，所述增氧泵和水泵的流量比为1：3~1：5。

上述的水体微纳米增氧系统，优选的，所述水体微纳米增氧系统还包括监测控制装置，所述监测控制装置包括控制器和氧气监测探头，所述氧气监测探头与控制器相连将检测的氧气浓度信号发送至控制器，所述控制器与水泵、增氧泵和多级叶片泵相连，并将氧气浓度信号值与设定的下限阈值和上限阈值比较，当氧气浓度信号值低于下限阈值时控制开启水泵、增氧泵和多级叶片泵，当氧气浓度信号值大于上限阈值时控制关闭水泵、增氧泵和多级叶片泵。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的水体微纳米增氧系统，采用水泵、增氧泵和文丘里管的结构组合形成和输出掺气水流，使掺气水流进入多级叶片泵，多级叶片泵利用机械原理使得掺气水流中的小气泡形成微米级和纳米级的气泡，并且在多级叶片泵的各叶片上设有若干沿叶片边缘间隔布置的凹入缺口，能够大大提高气泡微纳米化的效果，从而可提高增氧效率，减少系统工作时间，降低能耗。

本发明的水体微纳米增氧系统体积小巧、造价低，对提高污染水体含氧量，增强水体中微生物活性，提高降解能力，提高水体的自身净化能力和防止因为缺氧致使需氧生物死亡而导致生态系统溃崩具有十分重要的意义。其不仅可用于对污染水体的高效增氧，特别是河流断面增氧站的高效增氧，而且也可用于渔业养殖的高效增氧，以及农业增氧灌溉高效增氧。

附图说明

图1为水体微纳米增氧系统的结构示意图。

图2为多级叶片泵的剖视结构示意简图。

图3为多级叶片泵中叶片的结构示意简图。

图4为多级叶片泵中相邻叶轮采用叶轮挡套隔开的结构示意简图。

图5为造涡掺气管局部剖切后的的立体结构示意简图。

图6为造涡掺气管的主剖视结构示意简图。

图7为造涡掺气管的侧剖视结构示意简图。

图8为顺时针导叶沿外管内壁布置的结构示意简图。

图9为微孔网格的结构示意简图。

图例说明：

1、水泵；2、增氧泵；3、文丘里管；4、多级叶片泵；41、叶片；42、凹入缺口；43、叶轮挡套；5、造涡掺气管；51、外管；511、进液口；512、出液口；52、顺时针导叶；53、逆时针导叶；54、微孔网格；6、排放花管；7、控制器；8、氧气监测探头。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图4所示，本实施例的水体微纳米增氧系统，包括水泵1、增氧泵2和文丘里管3，水泵1的出口通过管道与文丘里管3的进水口相连，增氧泵2的出口通过管道与文丘里管3的进气口相连，该水泵1、增氧泵2、文丘里管3及其结构组合为现有技术，其能够形成和输出掺气水流。文丘里管3的出水口连接有多级叶片泵4，多级叶片泵4的各叶片41设有若干沿叶片41边缘间隔布置的凹入缺口42，多级叶片泵4的其他结构参考现有技术。从文丘里管3的出水口输出的掺气水流进入多级叶片泵4，多级叶片泵4利用机械原理使得掺气水流中的小气泡形成微米级和纳米级的气泡，并且在多级叶片泵4的各叶片41上设有干沿叶片41边缘间隔布置的凹入缺口42，能够大大提高气泡微纳米化的效果，从而可提高增氧效率，减少系统工作时间，降低能耗。

根据Stokes定律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比，微纳米气泡水从水体底部缓缓排放，由于微纳米气泡在水体中与水的接触面大，上浮流速慢，接触时间长，因而氧的传质效率高，可迅速而高效地提高污染水体的含氧量，促进微生物活性，加速对污染物的降解速度，提高污染水体的自身进化能力。相比其他污水处理方式，采用本实施例的水体微纳米增氧系统进行增氧的效果明显，且无二次污染。

本实施例中，多级叶片泵4的出口连接有造涡掺气管5，如图5至图9所示，造涡掺气管5包括外管51，外管51的两端分别为进液口511和出液口512，外管51的内壁上设有若干绕外管51轴线呈顺时针螺旋布置的顺时针导叶52和若干绕外管51轴线呈逆时针螺旋布置的逆时针导叶53，若干顺时针导叶52和若干逆时针导叶53沿外管51的轴线方向间隔交错布置。多级叶片泵4输出的掺气水流通过造涡掺气管5的过程中，在顺时针导叶52和逆时针导叶53的作用下反复交替形成顺时针和逆时针涡流，在外管51内会产生剧烈碰撞和旋滚等水利掺气现象，能够进一步碎化气泡，形成大量微纳米级气泡。采用造涡掺气管5对多级叶片泵4输出的掺气水流进一步增氧，可使得水体中微纳米级气泡的含量显著提高，相比于传统多级式增氧系统，其增氧效果的提高更为显著，且造涡掺气管5的结构更为简单、造价更低。

上述顺时针导叶52和逆时针导叶53所对应的圆心角α均为150°~180°，也即顺时针导叶52和逆时针导叶53各自螺旋旋绕的长度所对应的圆心角α为150°~180°。顺时针导叶52和逆时针导叶53在与外管51轴线垂直的平面上的投影对称布置。

进一步的，外管51内还装设有两层间隔布置的微孔网格54，两层微孔网格54位于外管51的出液口512与最靠近出液口512的顺时针导叶52或者逆时针导叶53之间，也即所有顺时针导叶52和逆时针导叶53均位于两层微孔网格54的一侧，微孔网格54为具有若干微孔的片状网。掺气水流经过微孔网格54时形成负压，能够更进一步碎化气泡，形成微纳米级气泡大量存在的水气两相混合体，即微纳米气泡水。在其他实施例中，微孔网格54还可设置三层以上，能使气泡碎化效果更好。

本实施例中，进液口511为沿液体流入方向横截面积逐渐增大的锥形口，利用过流面积增大，水流脱离壁面，形成负压，有利于掺气，同时增加过流断面面积有利于形成涡流。出液口512为沿液体流出方向横截面逐渐减小的锥形口，有利于与排放管道的连接。

本实施例中，优选的，顺时针导叶52和逆时针导叶53在外管51轴线方向上的厚度沿进液口511到出液口512的方向逐渐增大，顺时针导叶52和逆时针导叶53在外管51径向方向上的宽度沿进液口511到出液口512的方向也逐渐增大。顺时针导叶52和逆时针导叶53的螺旋升角β为15~25°。该种形式的顺时针导叶52和逆时针导叶53能够保证具有较好的掺气效果。

本实施例中，造涡掺气管5的出液口512通过管道连接有排放花管6，通过排放花管6将含微纳米气泡的水流排放到水体中，利于微纳米气泡溶解到水体中。

本实施例中，如图2所示，多级叶片泵4的泵轴竖直布置，多级叶片泵4的进口设于多级叶片泵4泵体的下端，多级叶片泵4的出口设于多级叶片泵4泵体的上端。如图4所示，多级叶片泵4中各级叶轮具有三片叶片41，每一级叶轮之间用叶轮挡套43隔开。

本实施例中，增氧泵2和水泵1的流量比为1：3~1：5，该种流量比的掺气效果最佳，使得经过系统的微纳米气泡水含氧量高达8~9.5mg/L。如果比例过小，气泡微纳米化效果虽好，但是经过系统的微纳米气泡水的含氧量效果欠佳，如果比例过大，虽然含氧量较高，但是气泡微纳米化效果欠佳。

本实施例中，水体微纳米增氧系统还包括监测控制装置，监测控制装置包括控制器7和氧气监测探头8，氧气监测探头8与控制器7相连将检测的氧气浓度信号发送至控制器7，控制器7与水泵1、增氧泵2和多级叶片泵4相连，并将氧气浓度信号值与设定的下限阈值和上限阈值比较，当氧气浓度信号值低于下限阈值时控制开启水泵1、增氧泵2和多级叶片泵4，当氧气浓度信号值大于上限阈值时控制关闭水泵1、增氧泵2和多级叶片泵4。上述控制器7可参考现有技术进行配置。上述下限阈值和上限阈值根据不同污染水体对含氧量的要求设置。

本实施例水泵1、增氧泵2和文丘里管3组合的结构组合在进行掺气时，通过水泵1（采用潜水泵）抽水，使得进入文丘里管3的水流具有一定的流速，增氧泵2通过掺气管道将空气通入文丘里管3，文丘里管3通过减少过流断面面积、提高流速、增压加气的掺气原理使气体以宏观小气泡存在，形成掺气水流。

本实施例的水体微纳米增氧系统在用于污水等水体时，在水泵1的进水口设置双层拦污栅。

经实验对水体微纳米增氧系统的增氧效果进行分析，用烧杯测定水样澄清时间来评价增氧效果，试验结果为：取多级叶片泵4出口输出的掺气水体作为水样，该水样从乳白色微细气泡混合液到完全澄清所用时间是1.5~2.5分钟；取造涡掺气管5输出的掺气水体作为水样，该水样的澄清时间增加到3.0~4.5分钟。根据Stokes定律，气泡在水体中的上升速度与气泡直径的平方成正比，普通宏观气泡在水体中产生后，会迅速上升，由于压强减小，体积膨胀气泡上升到水面并破裂消失，气泡存在的时间非常短。但是微小气泡，在水中上升的速度较慢，在上升过程中，由于气泡与水的接触比表面积大，气泡中的气体不断溶入水中，体积会不断收缩并于水中最终溶解消失，从产生到破裂的历程通常达到儿十秒甚至几分钟。根据文献资料，现有日本HONDA PUMPS的BUSP大型微纳米气泡泵，产生的微细气泡直径分布在1um到50um，其微细气泡混合液的气泡悬浮时间为1分钟。以上表明本发明水体微纳米增氧系统产生的掺气水流中含有大量直径小于50um微小气泡，其掺气水流中微纳米级气泡的含量要远远高于现有微纳米气泡泵产生的掺气水流。尤其是通过造涡掺气管5对掺气水流中的气泡进一步碎化，增氧效果的提高也更为显著。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水体微纳米增氧系统，包括水泵（1）、增氧泵（2）和文丘里管（3），所述水泵（1）的出口与文丘里管（3）的进水口相连，所述增氧泵（2）的出口与文丘里管（3）的进气口相连，其特征在于：所述文丘里管（3）的出水口连接有多级叶片泵（4），所述多级叶片泵（4）的各叶片（41）设有若干沿叶片（41）边缘间隔布置的凹入缺口（42）。

2.根据权利要求1所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：所述多级叶片泵（4）的出口连接有造涡掺气管（5），所述造涡掺气管（5）包括外管（51），所述外管（51）的两端分别为进液口（511）和出液口（512），所述外管（51）的内壁上设有若干呈顺时针螺旋布置的顺时针导叶（52）和若干呈逆时针螺旋布置的逆时针导叶（53），若干顺时针导叶（52）和若干逆时针导叶（53）沿外管（51）的轴线方向间隔交错布置。

3.根据权利要求2所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：所述顺时针导叶（52）和逆时针导叶（53）所对应的圆心角均为150°~180°，且所述顺时针导叶（52）和逆时针导叶（53）在与外管（51）轴线垂直的平面上的投影对称布置。

4.根据权利要求2所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：沿进液口（511）到出液口（512）的方向，顺时针导叶（52）和逆时针导叶（53）在外管（51）轴线方向上的厚度及在外管（51）径向方向上的宽度均逐渐增大；所述顺时针导叶（52）和逆时针导叶（53）的螺旋升角为15°~25°。

5.根据权利要求2所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：所述外管（51）内还装设有两层间隔布置的微孔网格（54），两层微孔网格（54）位于外管（51）的出液口（512）与最靠近出液口（512）的顺时针导叶（52）或者逆时针导叶（53）之间。

6.根据权利要求2所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：所述进液口（511）为沿液体流入方向横截面积逐渐增大的锥形口，所述出液口（512）为沿液体流出方向横截面逐渐减小的锥形口。

7.根据权利要求2所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：所述造涡掺气管（5）的出液口（512）通过管道连接有排放花管（6）。

8.根据权利要求1所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：所述多级叶片泵（4）的泵轴竖直布置，多级叶片泵（4）的进口设于多级叶片泵（4）泵体的下端，多级叶片泵（4）的出口设于多级叶片泵（4）泵体的上端。

9.根据权利要求1所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：所述增氧泵（2）和水泵（1）的流量比为1：3~1：5。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的水体微纳米增氧系统，其特征在于：所述水体微纳米增氧系统还包括监测控制装置，所述监测控制装置包括控制器（7）和氧气监测探头（8），所述氧气监测探头（8）与控制器（7）相连将检测的氧气浓度信号发送至控制器（7），所述控制器（7）与水泵（1）、增氧泵（2）和多级叶片泵（4）相连，并将氧气浓度信号值与设定的下限阈值和上限阈值比较，当氧气浓度信号值低于下限阈值时控制开启水泵（1）、增氧泵（2）和多级叶片泵（4），当氧气浓度信号值大于上限阈值时控制关闭水泵（1）、增氧泵（2）和多级叶片泵（4）。