CN107162236B - 曝气单元、曝气装置、曝气浮体以及曝气方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了曝气单元、曝气装置、曝气浮体以及曝气方法。所述曝气单元包括位于下部的曝气部、位于上部的排液部、与所述曝气部和所述排液部相连通并位于所述曝气部和所述排液部之间的缩颈部、经由横管与所述缩颈部连通的集水管以及浮体；还包括进气口，所述进气口设置于所述曝气部的下方，用于供给气体。本发明的曝气单元、曝气装置、曝气浮体以及曝气方法能够以微小动力形成大区域的水体造流、增氧、定点输入、定点输出，由此实现水体定点修复，并且能够调节水体中的溶解气体的平衡并提高供氧效率。

Description

曝气单元、曝气装置、曝气浮体以及曝气方法

【技术领域】

本发明涉及一种曝气单元、曝气装置、曝气浮体以及曝气方法，特别地涉及一种应用于湖泊、水产养殖场、污水处理厂等处的曝气单元、曝气装置、曝气浮体以及曝气方法。

【背景技术】

目前，应用于湖泊、水产养殖场、污水处理厂等处的曝气装置包括使用电动机的水面转轮搅拌式曝气装置，就节能效果而言，该曝气装置节能性较差，并且存在氧气的供给效率低的效果。此外，传统的曝气装置在长期运行会形成不适合生物生存的水体环境，即水体中溶解的气体失衡而不利于生物生存。另外，传统的水面浮体在用于绿植或其它的水体修复工程时，需要额外设置曝气装置和推流设备，也就是曝气装置和浮体是分开的，浮体自身没有曝气功能。另外，在用于水体修复工程等的曝气装置中没有浮体，需要额外设置浮体为曝气装置提供浮力。因此，传统的曝气装置存在改进的空间。

【发明内容】

为了解决上述问题，本发明提供一种曝气单元，所述曝气单元包括位于下部的曝气部、位于上部的排液部、与所述曝气部和所述排液部相连通并位于所述曝气部和所述排液部之间的缩颈部、经由横管与所述缩颈部连通的集水管以及浮体；还包括进气口，所述进气口设置于所述曝气部的下方，用于供给气体。

作为一种改进，还包括进水口，所述进水口设置于所述曝气单元的下方，用于进入液体并与进水延长管相连通。

作为一种改进，还包括排气口，所述排气口设置于所述曝气单元的上方，用于排出气体。

作为一种改进，还包括出水口，所述出水口设置于所述排气口的下方、但位于所述曝气部的上方，所述出水口用于排出液体，并与出水延长管相连通。

作为一种改进，还包括集水管，所述集水管设置于所述出水口与所述排气口之间、并与排气口和出水口连通。

作为一种改进，所述排液部设有排液插件，所述排液插件的内部具有多个独立空间，从所述排液插件的横截面来看，所述多个独立空间由经过横截面中心的多条线分隔而成、或者由两组平行线相互交叉而分隔形成。

作为一种改进，所述缩颈部的横截面面积自下而上逐渐变小。

作为一种改进，所述进水延长管的入口和所述出水延长管的出口均自由设置在水体中的需要处理的位置。

本发明提供一种曝气装置，所述曝气装置包括本发明的曝气单元。

作为一种改进，多个所述曝气单元通过所述进气口、所述进水口、所述出水口在立体空间的多个方向上进行组合形成气体通路和水路通路。

本发明提供一种曝气浮体，所述曝气浮体包括本发明的曝气单元。

本发明提供一曝气方法，所述曝气方法使用本发明的曝气单元或本发明的曝气装置进行曝气处理。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的曝气单元，内部具有水气通路，集浮体和曝气功能为一体，尤其适用于水产养殖、河道治理的水体净化及水污染防治方面；

(2)本发明的曝气单元属于浅水曝气，对动力功率的要求低，即，装置化时作为动力所需的太阳能板面积更小，有利于装置的小型化。同等功率下处理水量大，具有节能效果；

(3)曝气单元内部形成的高含气率状态，有利于水中的硫化氢、氨气等有毒有害气体排出，能够调节水体中的溶解气体平衡，并提高气体溶解效率和供氧效率

(4)本发明的曝气单元为组合式安装，方便快捷，并且组合形式多样，组合后直接在内部形成水气通路，能够以微小动力实现区域水域的增氧及造流；

(5)本发明可作为具有曝气功能的浮体使用，可用于浮动式码头、水面电站的浮体平台，使水面工程建筑具有水体修复的功能；

(6)本发明结构简单，便于大批量生产，节约成本。

【附图说明】

图1为实施例1的曝气单元的内部结构示意图。

图2为实施例1的曝气单元的立体示意图。

图3为包括实施例1的曝气单元的曝气装置的剖面结构示意图。

图4为包括图3的曝气装置的生态浮岛的立体示意图。

图5为实施例2的曝气单元的内部结构示意图。

图6为实施例2的曝气单元的立体示意图。

图7为包括实施例2的曝气单元的曝气装置的剖面结构示意图。

图8为实施例3的曝气单元的内部结构示意图。

图9为实施例3的曝气单元的立体示意图。

图10为本发明的曝气单元的排液插件的截面示意图，其中，图10的(a)为排液插件的第一种形式的圆形截面，图10的(b)为排液插件的第二种形式的圆形截面，图10的(c)为排液插件的第一种形式的多边形截面，图10的(d)为排液插件的第二种形式的多边形截面。

图11为包括实施例3的曝气单元的曝气装置的立体示意图。

图中，1.曝气单元；2.进水口；3.进气口；4.曝气部；5.缩颈部；6.排液部；7.横管；8.排气口；9.集水管；10.出水口；11.浮体；111a.上部阳面嵌套；111b.上部阴面嵌套孔；112a、113a、114a、211a、212a、213a、214a、215a、216a、217a、218a阳面嵌套；112b、113b、114b、211b、212b、213b、214b、215b、216b、217b、218b阴面嵌套孔；221a.上侧横向阳面嵌套；222a.下侧横向阳面嵌套；221b.上侧横向阴面嵌套孔；222b.下侧横向阴面嵌套孔。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

第一实施方式

为了更清楚地说明实施例1，在图1和图2中，以设有进气口3和出水口10的外表面的一侧称为第一外表面侧，而与第一外表面侧相反的一侧的外表面侧称为第二外表面侧。并且设有进气口3和出水口10的外表面的左右两侧为第三外表面侧和第四外表面侧。应注意，这些限定仅用于说明。

本实施方式的曝气单元1是设置于水中的曝气单元，具体地，该曝气单元1可以设置于水深例如为10-50cm的水域中。该曝气单元1内部具有水气通路，集浮体和曝气功能为一体，尤其适用于水产养殖、河道治理的水体净化及水污染防治方面。

从图1和图2中可知，与传统的圆形横截面不同，曝气单元1的横截面可以为矩形等的四边形。曝气单元1包括：进水口2，其位于曝气单元下部的一侧面，比如为第四外表面；进气口3，其位于进水口2的上方，并且该进气口3通过气体分配器与风机相连；曝气部4，其位于进气口3的上方并与进气口3连接，并且该曝气部4设置有曝气器；缩颈部5，位于曝气部4的上侧，并且该缩颈部5的横截面面积自下而上逐渐变小；排液部6，其位于缩颈部5的上方，并且该排液部6设置有设置有排液插件，排液插件的内部具有多个独立空间，从排液插件的横截面来看，该多个独立空间例如由经过横截面中心的多条线分隔而成、或者由两组平行线相互交叉分隔形成，该横截面例如为圆形、多边形等，具体参见图10，这些形式的截面仅用于说明，而不能理解为对排液插件的截面的限制；排液插件能够增强气泡与气泡之间相互挤压，并减小气泡与气泡之间的间隔以便于排液；具有该这结构的排液插件使气泡在固定路径中上升，提高气泡上升速度，使大气泡细碎化，并且有利于有效提高水中的溶解氧含量；进入曝气部由气泡带动一起上升的水体，在缩颈部及排液插件的作用下，气泡中的成分气体与水中的存在的其它代谢后产生的氨及硫化氢等其它气体快速交换，达到水中和气泡中溶解平衡，即将水中有害气体排到气泡中，气泡中有益气体，如氧气进入到水中，由此曝气单元内部形成的高含气率状态有利于水中的硫化氢、氨气等有毒有害气体排出，能够调节水体中的溶解气体平衡，并提高气体溶解效率；横管7，其与排气口8连通，并且该横管7用于将气泡输送至集水管9；排气口8，其位于该曝气单元1的上端面，并且该排气口8用于排出气体；集水管9，其位于排气口8的下方，在集水管9中汇集了气泡以及连同随气泡运动的液体，在重力作用下形成气液分离，大量气泡在聚集在集水管9的上端破碎，气泡液膜破碎产生大量伴随微小气泡，水体及微小气泡沿集水管下降至出水口10。气泡破裂后的气体从排气口8排出；出水口10，其将集水管9中分离出的液体排出；以及浮体(在本实施方式中为浮筒部)11，其用于提供该曝气单元1的水面浮力，该浮筒部11为圆形、方形或者其它形状，并且由实心或空心的轻质材料构成。

第二实施方式

本实施方式的曝气单元可以单独使用，也可以使两个或多个曝气单元组合式连接在一起作为曝气单元而使用。本发明的曝气单元属于浅水曝气，对动力功率的要求低，即，装置化时作为动力所需的太阳能板面积更小，有利于装置的小型化。另外，同等功率下处理水量大，具有节能效果。如图3、图7和图11所示，多个曝气单元或者多个组合式曝气单元通过连接形成曝气装置。曝气装置可以应用在湖泊、水产养殖场、污水处理厂等处，例如应用在如图4所示的生态浮岛中，通过曝气单元在例如10-50cm的水深处曝气，能够使出水口10和进水口2之间形成对流。具体地，曝气单元1的进水口2和出水口10分别与横向、纵向或其它方向的延长管连通，由此扩大上述曝气所影响的水体面积，从而改善大面积的水体。应注意，延长管包括进水延长管和出水延长管。此外，进水延长管的入口和出水延长管的出口均设置在水体中的需要修复水体的位置，例如远离或靠近曝气单元1的进水口2和出水口10的位置。当曝气单元1曝气时，带动水体从集水管9排出，由此在集水管9和外界水体之间形成水位差，利用重力和大气压力将深处或远处的水体自动地吸入曝气单元1，实现了例如深处或远处的水体曝气过程，使进水延长管的入口和出口之间形成约束的对流，即利用微小动力就可以完成对大面积水域甚至整个水域的造流。因此，节能化实现了整个水体的造流。应注意，多个曝气单元1的连接方式例如将各曝气单元的进水口2通过进水管连接以形成进水管路。另外，多个曝气单元1例如沿进气口3的中心轴线方向连接，由进气口3连接成完整进气管路，其中，进气管路中设置有曝气管。在上述连接方式中，多个曝气单元1同样地沿出水口10的中心轴线方向形成排气管路。综上，多个曝气单元1通过进气口3、进水口2、出水口10在立体空间的多个方向上进行组合，形成气体通路、水路通路，由此形成具有水路通路和气体通路的模块化浮体曝气装置。另外，本发明的曝气单元1包括用于提供浮体的浮体11，在使用中无需额外提供浮体，由此提高了节能性。

另外，为了使多个曝气单元1连接，曝气单元1还在第三外表面侧和第四外表面侧中一侧设有上部阳面嵌套111a，而在另一侧设有上部阴面嵌套孔111b(在本实施方式中，在第三外表面侧设有上部阳面嵌套111a，而在第四外表面侧设有上部阴面嵌套孔111b)。然而，也可以在第三外表面侧设有上部阴面嵌套孔111b，而在第四外表面侧设有上部阳面嵌套111a。在出水口10的第一外表面侧设有阳面嵌套112a或阴面嵌套孔112b，而在出水口的第二外表面侧设有阴面嵌套孔112b或阳面嵌套112a。同样地，在进水口2的第一外表面侧设有阳面嵌套113a或阴面嵌套孔113b，而在进水口2的第二外表面侧设有阴面嵌套孔113b或阳面嵌套113a。同样地，在进气口3的第一外表面侧设有阳面嵌套114a或阴面嵌套孔114b，而在进气口3的第二外表面侧设有阴面嵌套孔114b或阳面嵌套114a。通过上述阳面嵌套和上述阴面嵌套孔例如以嵌套的方式进行连接以实现无缝连接。

在本实施方式中，在进水管路、出水管路、进水延长管、出水延长管以及气体通路中，各管之间以嵌套的方式连接。应注意，多个曝气单元1还可以根据需要而使用其它的连接方式，不同连接方式形成的进水管路和出水管路、进水延长管及出水延长管形成水路管网，因此可以实现水体定点修复。

另外，在发明中，曝气单元1设置有如图1和图2所示缩颈部，该缩颈部5与设置有排液插件的排液部6连通，并且该缩颈部5提高了排液效果。当混合气液经过缩颈部5时，气泡和水之间处于高含气率状态，气泡之间相互挤压，可以迅速减小气泡之间液膜厚度，提高气液之间的传质速度，同时通过调节曝气单元1与外界水体之间的水位差来调整出水量。具体地，当曝气管中气泡上升时，气泡连同随其上升的液体上升至缩颈部上端，经由横管进入集水管，气体经由排气口排出，曝气后的液体因重力作用而下降至出水口10，并通过出水管路排出。由于缩颈部5，使混合气液的通过面积变小，在气泡和水处于排液状态时，减少了气泡周围尚未进行充分气液传质的液体的量，增大了气液比及单位体积水体中的气泡含量，提高气液传质效率及速度，并提高了曝气之后液体内的气体的溶解浓度。

应注意，在本实施方式中，进气口3和出水口10以中心轴线相互平行的方式设置，而进气口3与进水口10以中心轴线相互垂直的方式设置。另外，在曝气单元1内气体和水的输送都是单向的。然而，这些仅用于说明本发明，并不限制本发明的实施方式。

实施例2

为了更清楚地说明实施例2，在图5和图6中，以设有进气口3和进水口2的外表面的一侧称为第一外表面侧，而与第一外表面侧相反的一侧的外表面侧称为第二外表面侧。另外，在本实施方式中，与实施例1和实施例2相同或部件以相同的附图标记表示。

与实施例1的区别在于，在本实施方式的曝气单元1中，如图3和图4所示，曝气单元1的结构相对于纸面左右方向对称，进水口2和进气口3以中心轴线平行的方式设置在曝气单元1的下部的外表面上，由此气体和水的输出方向是双向的，即，输出路径为两种。与实施例1中的缩颈部5不同，本实施方式的缩颈部5可以根据使用条件而进行对应调整，例如缩颈部可以为矩形、圆形或其它形状。一方面，曝气单元1的四个角部在第一侧外表面设有四个阳面嵌套211a、212a、213a、214a，两个出水口10在第一侧外表面侧均设有阳面嵌套215a、216a，并且进气口3和进水口2在第一侧外表面侧同样地设有阳面嵌套217a、218a。另一方面，曝气单元1的四个角部在与第二侧外表面设有四个分别与阳面嵌套211a、212a、213a、214a相对应的阴面嵌套孔211b、212b、213b、214b，两个出水口10在第二侧外表面均设有阴面嵌套孔215b、216b，并且进气口3和进水口2在第二侧外表面同样地设有阴面嵌套孔217b、218b。此外，在曝气单元1的上端面和下端面均以与纸面上下方向对称的方式设置有两个螺栓定位孔(图中未示出)，并且在曝气单元1的左右两侧中一侧设有上侧横向阳面嵌套221a和下侧横向阳面嵌套222a，而在另一侧设有上侧横向阴面嵌套孔221b和下侧横向阴面嵌套孔222b。阳面嵌套和阴面嵌套孔以及螺栓定位孔用于多个曝气单元之间的连接。应注意，当单独使用曝气单元而不组合多个曝气单元的情况下，可以不设置阳面嵌套和阴面嵌套孔以及螺栓定位孔等。其它方面均与实施例相同，因此省略了这些方面的说明。

实施例3

在本实施方式中，与实施例1和实施例2相同或部件以相同的附图标记表示。应注意，本发明并非旨在以任何形式限于这些示例。

如图8和图9所示，曝气单元1包括多个不同直径的圆筒部，与实施例1和实施例2不同地，本实施方式的曝气单元1没有浮体，在应用中，需要配合另外的浮体进行使用。另外，在多个曝气单元相互连接时，根据曝气单元的进管口、出水管及进气口的中心轴线的方向来确定多个曝气单元的连接方式。例如，多个曝气单元连接之后，进水管和出水管相互平行或者相互垂直，具体参见图11。其它方面均与实施例1相同，因此省略了这些方面的说明。应注意，本发明并非旨在以任何形式限于这些示例。

由于本发明的曝气单元的曝气部处于较浅的水深处，气体进入曝气单元时克服水深压力较小，所需功率小，并且还连接有进水延长管和出水延长管，所以利用具有实施例1和实施例2的曝气单元的曝气装置与供能设备，在大面积水域甚至整个水域实现了节能化曝气过程，并能够调节水体中的溶解气体的平衡以提供有利于生物生存的水体环境。另外，包括本发明的曝气单元的曝气装置还可以为水生生物供氧等。另外，利用具有实施例3的曝气单元的曝气装置、浮体以及供能设备能够实现节能化曝气过程，由此调节水体中的溶解气体的平衡，并为水生生物供氧。另外，包括本发明的曝气单元的曝气装置还可以与供能设备及水培设备配合使用，通过本发明的曝气装置，不仅调节水体的溶解气体，还通过水培设备实现了水体原位修复的功能。另外，多个本发明的曝气单元相互之间在立体空间的多个方向上进行组合，构成内部具有水、气的通路的浮体模块，还能够应用于湖泊、水产养殖场、污水处理厂等以及水上光伏电站及其它水面工程的浮体。需要说明的是，供能设备为例如太阳能浮岛、风光互补式浮岛、电动机等。

此外，本发明的曝气单元制造简单，可以廉价大规模生产，因此，能够降低成本。

实施例4

本发明提供了一种曝气浮体，该曝气浮体具有曝气的功能，并且包括实施例1和实施例2的曝气单元1。由于实施例1和实施例2的曝气单元1包括用于提供浮体的浮体11，多个曝气单元1通过进气口3、进水口2、出水口10在立体空间的多个方向上进行组合，形成气体通路、水路通路，由此形成具有水路通路和气体通路的曝气浮体，而无需额外提供浮体，由此提高了节能性。另外，本发明可作为具有曝气功能的浮体使用，可用于浮动式码头、水面电站的浮体平台，使水面工程建筑具有水体修复的功能

实施例5

本发明提供了一种曝气方法，该曝气方法使用实施例1至实施例3的曝气单元或使用包括实施例1至实施例3的曝气单元的曝气装置，该曝气方法包括：曝气增氧步骤，使用本发明的曝气单元或使用包括本发明的曝气单元的曝气装置进行曝气增氧处理；

造流步骤，利用该曝气单元中的横管内的水位与外界水体的水位之差，将需要修复的水体提升进入该曝气单元，使进水管的管口与出水管的管口或者进水延长管的管口与出水延长管的管口之间形成约束的对流，以实现造流，并且定点修复水体。

通过本实施方式的曝气方法，以微小动力形成大区域的水体造流、增氧、定点输入、定点输出的曝气方法，由此实现水体定点修复。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种曝气单元，其特征在于，所述曝气单元包括位于下部的曝气部、所述曝气部设置有曝气器，位于上部的排液部、与所述曝气部和所述排液部相连通并位于所述曝气部和所述排液部之间的缩颈部、经由横管与所述缩颈部连通的集水管；所述排液部设有排液插件，所述排液插件的内部具有多个独立空间，所述多个独立空间由经过横截面中心的多条线分隔而成、或者由两组平行线相互交叉而分隔形成；

进入曝气部由气泡带动一起上升的水体，在缩颈部及排液部的作用下，气泡中的成分气体与水中的存在的其它代谢后产生的气体快速交换，达到水中和气泡中溶解平衡，将水中有害气体排到气泡中，气泡中有益气体进入到水中；

还包括进气口、排气口、进水口和出水口，所述进气口设置于所述曝气部的下方，用于供给气体；所述排气口设置于所述曝气单元的上方，用于排出气体；所述进水口设置于所述曝气单元的下方，用于进入液体并与进水延长管相连通；所述出水口设置于所述排气口的下方、但位于所述曝气部的上方，所述出水口用于排出液体；所述横管与所述排气口连通，用于将气泡输送至所述集水管；所述集水管设置于所述出水口与所述排气口之间、并与排气口和出水口连通，在集水管的上端破碎的气泡，产生大量伴随的微小气泡，水体及微小气泡沿集水管下降至出水口。

2.根据权利要求1所述的曝气单元，其特征在于，所述缩颈部的横截面面积自下而上逐渐变小。

3.根据权利要求1所述的曝气单元，其特征在于，所述进水延长管的入口和所述出水延长管的出口均自由设置在水体中的需要处理的位置。

4.一种曝气装置，其特征在于，所述曝气装置包括权利要求1至3任一项所述的曝气单元。

5.根据权利要求4所述的曝气装置，其特征在于，多个所述曝气单元通过所述进气口、所述进水口、所述出水口在立体空间的多个方向上进行组合形成气体通路和水路通路。

6.一种曝气浮体，其特征在于，所述曝气浮体包括权利要求1至5中任一项所述的曝气单元。

7.一种曝气方法，其特征在于，所述曝气方法使用权利要求1至3中任一项所述的曝气单元或权利要求4所述的曝气装置进行曝气处理。

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