CN112744934A - 一种大容量高效一体化空气充氧平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量高效一体化空气充氧平台，属于曝气设备领域。包括风机、与风机连接的曝气管道系统、平台基础和平台支架。曝气头、曝气管道系统、平台基础和平台支架为一体化结构，且一体化结构整体位于水下使气体与水体直接接触实现曝气充氧。本发明采用风机‑微孔曝气方式联合作用充氧，能够大大提高充氧效率，利用单个风机与多个曝气头组合，避免了多个风机作用而造成的空气集中的现象，使空气分散在很宽的区域，提高曝气面积；能够实现深水曝气，曝气深度可达2‑6米，氧溶解率提高2‑3倍，并能解决江河、湖泊深水缺氧的问题。

Description

一种大容量高效一体化空气充氧平台

技术领域

本发明涉及曝气设备领域，具体涉及一种大容量高效一体化空气充氧平台。

背景技术

我国是一个环境污染很严重的国家。污染水域面积大、富营养物质含量很高、污染形式多样化。有大量的江河、湖泊、塘堰、黑臭水沟、鱼塘，以及近年出现的大型养殖场的废水池等，而这些水域大部分处于富营养状态。要解决江河、湖泊的富营养问题，提高水质的重要措施之一就向水中充氧。

我国现有的充氧设备和技术包括叶轮式增氧机、鼓风机-微孔布气管曝气系统，纯氧-微孔布气管曝气系统，叶轮吸气推流式曝气器和水下射流曝气器等。这些充氧技术和设备难于实现河流、湖泊、塘堰、水沟等自然水体的大功率、高效、低成本充氧问题。

叶轮式增氧机是一种机械增氧方式，通过搅动溅起水花，增大接触面积增氧。但是由于增氧机不是直接将空气充入水中，而是将大部分电能转化为机械能，间接充氧，使得充氧效率不高。

鼓风机-微孔布气管曝气系统是由鼓风机和布气管组成的鼓风曝气系统。这是一种广泛用于污水处理厂的高效充氧系统。但该系统中曝气管的安装需要分工序操作，同时还需要另外建设曝气池，单独安装管路系统，而不能作为一个整体一次性安装在池子里，尤其是自然形成的水域，由于地面不平、地形复杂，系统造价成本很高，使用范围受到局限，很难将这种曝气系统安装在天然水域里。

叶轮吸气推流式曝气器是通过叶轮机械转动吸入空气充氧。这种负压吸入空气本质上还是机械充氧，吸入空气量和曝气量有限，并且该设备只能在水体表面吸氧，曝气深度很浅，因此氧溶解率很低。

水下射流曝气器是用潜水泵将水吸入增压从泵体高速推出后，利用设置在出水导管上的水射器将空气吸入，气-水混合液经水力混合切割后进入水体。但是水泵容易被堵。水泵一旦被堵塞或出现其他故障时,须将设备吊出水面进行维修，维修较麻烦。同样，由于射流吸气量非常有限，也无法实现大容量水体充氧。

综上所述，现有的污水处理水下空气充氧管路系统，这些系统各个部分是分开的，并且需要专门建设曝气池，并在池子内专门施工安装管路系统，不能够直接把一个曝气系统作为一个整体一次性安装在水下，成本高，安装和维修难度大，使用条件受到水域环境限制。另外，现有的充氧机是通过机械搅动，溅起水花，增加水体与空气接触面达到充氧目的，这是间接充氧，并且是表面充氧，无法实现深度充氧，充氧效率很低。无法进行深度充氧。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种可以应用在江河、湖泊，充氧效率高，曝气量大，服务面积广，管道布局简单，安装和维修方便的一体化结构的大容量高效一体化空气充氧平台。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种大容量高效一体化空气充氧平台，包括：用于引入外部气体的风机、与风机连接的曝气管道系统、至少一个与曝气管道系统连接且将空气充入水体中的曝气头、用于支撑曝气管道系统的平台支架以及用于固定曝气管道系统的平台基础；

其中，所述曝气头、曝气管道系统、平台基础和平台支架为一体化结构，且一体化结构整体位于水下使空气与水体直接接触，实现高效曝气充氧。

进一步的，所述曝气头为筛网曝气头，且所述筛网曝气头位于水下，气体从曝气头出并与水体直接接触实现曝气充氧。

进一步的，所述平台基础为重型基础，所述平台基础通过所述平台支架向上支撑所述曝气管道系统。

进一步的，所述曝气管道系统包括曝气母管和与曝气母管连通的至少一个曝气支管，所述曝气头连接在所述曝气母管和/或曝气支管上。

进一步的，所述平台支架包括设置在所述曝气管道系统下方的水平支架、斜撑支架和竖直支架；所述竖直支架的两端分别连接在水平支架和平台基础上；所述水平支架、斜撑支架和竖直支架三者连接形成一体化的料斗型。

进一步的，所述水平支架与曝气母管相互平行，且所述水平支架垂直设置在多个所述曝气支管的端部下方，并支撑固定所述曝气支管。

进一步的，所述竖直支架包括主竖直支架和副竖直支架；所述主竖直支架连接水平支架和平台基础，并将曝气管道系统固定在平台基础上；所述副竖直支架连接水平支架和斜撑支架进行附加稳固；

所述斜撑支架的其中一端连接在所述主竖直支架的下端；斜撑支架的另一端连接在水平支架的端部。

进一步的，所述曝气母管与风机之间设有空气分配集箱，所述空气分配集箱分别与风机和曝气母管相通并进行气体输送和分配。

进一步的，所述曝气头通过所述空气导管连接在所述曝气支管和/或曝气母管上，且所述空气导管内设有空气自平衡器阻尼阀。

进一步的，所述空气导管内设有上小下大的楔形气体通道和与楔形气体通相互配合的楔形柱体，实现自平衡充氧。

本发明大容量高效一体化空气充氧平台，其有益效果在于：

(1)本发明采用将曝气头、曝气管道系统、平台基础和平台支架为一体化结构，能够作为一个整体直接安装在污水池、河道或湖泊等任何地点，安装快速，适用范围更广。

(2)本装置通过风机-微孔曝气方式联合作用充氧，且曝气管道系统和曝气头整个置于水下，气体从曝气头出并在水体深处直接曝气充氧。本发明曝气管道系统通过特定的分布方式，利用单个风机与多个曝气头组合，避免了多个风机作用而造成的空气集中的现象，使空气分散在很宽的区域，提高曝气面积。并且避免了传统的风机-微孔曝气方式铺设管道的弊病，实现了天然水域深度直接充氧的模式。

(3)采用筛网曝气头，曝气通量达到24.4m³/㎡.s，比传统曝气头充氧功率大50倍以上，实现大功率水体充氧。由于筛网曝气头可根据需要设置1-7层筛网，筛网目数可达100-4000目，上网孔径小至1μm，若采用多层筛网，孔径会更小，加上气流与水体多次切割，使氧溶解率大大增加。筛网曝气头的氧溶解率可达18-22％。

(4)本发明通过分散布置曝气头，使曝气面积大幅度增加，单个平台的曝气面积可以达到4-20㎡，服务面积可达40-60㎡以上。空气充氧平台比单一增氧机曝气面积和服务面积大10-50倍，大大提高了曝气量、曝气面积和服务面积。

(5)本发明的重型平台基础，能够通过重力作用直接将整个装置一体化固定在河床上，使曝气管道系统和曝气头均位于水下，能够实现深水曝气，曝气深度可达2-6米，氧溶解率提高2-3倍，能够解决江河、湖泊深水缺氧的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的一种结构示意图；

图3是本发明的俯视图；

图4是曝气头与空气导管的结构示意图；

图5是本发明单个曝气头曝气的效果图；

1风机，2风机固定螺栓，3风机座板，4水体表面，5风机支架，6出风管，7空气分配集箱，8曝气母管，9曝气头，10空气自平衡阻尼阀，11空气导管，12曝气头连接座，13曝气支管，14水平支架，15副竖直支架，16主竖直支架，17曝气支架支撑板，18斜撑支架，19曝气支架横支管，20空气充氧平台固定螺栓，21平台基础，22河床。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。

实施例1

一种大容量高效一体化空气充氧平台，如图1、图3和图5所示，包括风机1、与风机1连接的曝气管道系统、平台基础21和平台支架。

其中，风机作用主要用于引入外部气体，风机通过管道与曝气管道系统连接。

曝气管道系统，与风机连接，并向水体提供气体。

曝气头，与曝气管道系统连接，位于水下，气体从曝气头出并与水体直接接触实现曝气充氧；

平台基础，用于曝气管道系统的固定。

平台支架，用于曝气管道系统的支撑和与平台基础之间的连接。

曝气头、曝气管道系统、平台基础和平台支架为一体化结构，且一体化结构整体位于水下使气体与水体直接接触实现曝气充氧。

以下为风机、曝气管道系统、曝气头、平台基础和平台支架的具体结构。

曝气管道系统

曝气管道系统包括曝气母管和与曝气母管连通的多个曝气支管，曝气头连接在曝气支管上；曝气头位于水下，气体从曝气头出并与深度水体直接接触实现曝气充氧。

曝气支管13在曝气母管8上的间距可以根据空气充氧平台的曝气流量、曝气头数量，以及每个曝气头9的曝气量进行计算设计。

计算公式为：Q＝mq。

其中，Q为空气充氧平台的曝气量(m³/h),

m为曝气头数量，

q为单个曝气头的曝气量m³/h。在一般情况下，q的取值为5-50m³/h。

曝气头的数量与曝气支管的数量和每根曝气支管13上的曝气头数量有关，在具体设计上有严格的设计计算公式。

一般情况下，相邻两个曝气头之间的间距为0.3-1.2m。

曝气头

曝气头9是充氧平台的关键部件。它将空气均匀、高效分散在水体中。要求曝气头具有良好的氧溶解率、曝气量大、寿命长、抗污染等性能。

目前普遍采用的橡胶薄膜微孔曝气头，主要有曝气导管、曝气头基体和橡胶微孔膜片组成。其中，橡胶微孔的孔径20微米左右。由于橡胶微孔需要通过风机1风压将微孔撑开，所以曝气头阻力较大，约300Pa。曝气量通量约为0.0176m³/㎡.s。一个直径300mm的橡胶薄膜微孔曝气头的曝气量约为，3-5m³/h。它的优点是氧溶解率较高，所以在污水处理厂普遍使用。本空气充氧平台可以选用微孔薄膜曝气头，如果空气充氧平台设计20-40个曝气头，平台的曝气量大约为100m³/h。

如果选择筛网曝气头9，筛网目数100-600目的，筛网孔径基本与薄膜曝气头的孔径相当。如果采用多层筛网，或超细筛网可达到10000目，孔径大约1微米，比橡胶薄膜的孔径小20倍左右。空气阻力30-60Pa，比橡胶薄膜曝气头阻力降低2/3以上，单个曝气头的曝气量通量最大可达24.4m³/㎡.s，曝气量的设计值和运行值为30-50m³/h.个。整个空气充氧平台曝气量可达到600-1200m³/h。氧溶解率基本上与薄膜曝气头9相当，大约为15-20％。

平台基础

平台基础21为重型建筑基础，平台基础通过平台支架向上支撑曝气管道系统。一般情况下平台基础21由钢筋混凝土浇筑，置于河床22硬质地基之上。平台基础21上有预埋件，通过固定件将整个平台支架和曝气管道系统牢牢固定在平台基础21上，曝气管道系统、平台支架和平台基础21之间可通过焊接，也可通过螺接固定形成一体化结构。在使用过程中，将整个装置直接放入至河流、湖泊等需要曝气充氧的地方即可，方便快捷，且任何地方均可，适用性强。

平台支架

平台支架是支撑整个平台的装置，将整个曝气管道系统置于河道，或曝气水域的底部之上。

平台支架包括设置在曝气管道系统下方的水平支架14、斜撑支架18和竖直支架；竖直支架的两端分别连接在水平支架14和平台基础21上；所述水平支架14、斜撑支架18和竖直支架三者连接形成料斗型。

水平支架14与曝气母管8相互平行，且水平支架14垂直设置在多个曝气支管13的端部下方，并支撑固定所述曝气支管13。

竖直支架包括主竖直支架16和副竖直支架15；主竖直支架16连接水平支架14和平台基础21，并将曝气管道系统固定在平台基础21上；副竖直支架15连接水平支架14和斜撑支架18进行附加稳固。主竖直支架16与平台基础21之间设有曝气支架支撑板17和曝气支架横支管19，曝气支架支撑板17和曝气支架横支管19能够使整个平台更加稳固。

斜撑支架18的其中一端连接在所述主竖直支架16的下端；斜撑支架18的另一端连接在水平支架14的端部。

通过水平支架14、竖直支架和斜撑支架18三者形成料斗型结构，能够提高整个一体化结构平台在水中的稳定性。

风机的选择

风机1可以根据平台大小、曝气头9的性能、曝气深度和曝气量进行选型。

如果选用筛网曝气头，曝气头阻力大约60-80Pa.当曝气深度在4米水深以下时，可以选用旋涡风机，效率高、造价低、节能。

如果选用薄膜橡胶微孔曝气头，阻力在300Pa左右，通常需要选用螺杆风机。

风机可以如图1所示置于空气充氧平台上，也可以将风机安装在岸上的风机房内，通过管道送入至曝气管道系统中。

如图5所示，按照本发明方法设定一个筛网曝气头9，其曝气通量达到24.4m³/h.㎡，单个曝气头9曝气量达到50m³/h，比橡胶薄膜曝气头9曝气量大10-15倍。

因此，通过本发明的管道布局与曝气头分散布局相互结合，能够大大提高充氧量，提高曝气效率，单个平台的曝气面积可以达到4-20㎡，服务面积可达40-60㎡以上。比单一增氧机曝气面积和服务面积大10-50倍，且还可进行深水曝气，曝气深度可达2-6米，深部曝气的氧溶解率提高2-3倍，具有显著的进步。

实施例2

一种大容量高效一体化空气充氧平台，如图2和图3所示，包括风机1、与风机1连接的曝气管道系统、平台基础21和平台支架。

其中，风机作用主要用于引入外部气体，风机通过管道与曝气管道系统连接。

曝气管道系统，与风机连接，并向水体提供气体。

曝气头，与曝气管道系统连接，位于水下，气体从曝气头出并与水体直接接触实现曝气充氧；

平台基础，用于曝气管道系统的固定。

平台支架，用于曝气管道系统的支撑和与平台基础之间的连接。

其中，所述曝气头、曝气管道系统、平台基础和平台支架为一体化结构，且一体化结构整体位于水下使气体与水体直接接触实现曝气充氧。

曝气头位于水下，气体从曝气头出并与水体直接接触实现曝气充氧。

平台基础为重型基础，所述平台基础通过所述平台支架向上支撑所述曝气管道系统。

曝气管道系统包括曝气母管和与曝气母管连通的多个曝气支管，曝气头连接在曝气支管上。

本实施例中，在曝气母管与风机中间增设有空气分配集箱7，空气分配集箱7分别与风机和曝气母管相通并进行气体输送和分配。

具体的，空气分配集箱7包括进风口和出风口，所述进风口与出风管6连接；所述曝气母管8与空气分配集箱7的出风口连接。

空气分配集箱主要是使风机中的气体在空气分配集箱内聚集，形成一个充满空气或氧气，且较大压强的空间，并通过空气的聚集和挤压将空气通过曝气母管输送至曝气支管中，有效保障曝气头具有足够的气流强度对深度的水体进行充氧。

实施例3

一种大容量高效一体化空气充氧平台，如图1-图4所示，包括风机1、与风机1连接的曝气管道系统、平台基础21和平台支架。

其中，风机作用主要用于引入外部气体，风机通过管道与曝气管道系统连接。

曝气管道系统，与风机连接，并向水体提供气体。

曝气头，与曝气管道系统连接，位于水下，气体从曝气头出并与水体直接接触实现曝气充氧；

平台基础，用于曝气管道系统的固定。

平台支架，用于曝气管道系统的支撑和与平台基础之间的连接。

其中，所述曝气头、曝气管道系统、平台基础和平台支架为一体化结构，且一体化结构整体位于水下使气体与水体直接接触实现曝气充氧。

曝气头位于水下，气体从曝气头出并与水体直接接触实现曝气充氧。

平台基础为重型基础，所述平台基础通过所述平台支架向上支撑所述曝气管道系统。

曝气管道系统包括曝气母管和与曝气母管连通的多个曝气支管，曝气头连接在曝气支管上。曝气头连接座12与曝气支管13连接。曝气头9采用丝扣与曝气头连接座12连接。

考虑到河道、塘堰、水沟、湖泊等水体环境，由于地面不平，容易造成空气充氧平台倾斜，导致曝气不均。因此，用于空气充氧平台的曝气头9进行了改进，在曝气头9空气导管11内设计有空气自平衡器阻尼阀，通过该优化设计，筛网曝气头的氧溶解率可达18-22％。

空气导管11内设有楔形气体通道，楔形气体通道包括下方的进气口和上方的出气口，进气口大于出气口。空气自平衡器阻尼阀为与楔形气体通道相互配合的金属材质的楔形柱体，楔形柱体包括上端部和下端部，上端部靠近出气口；下端部靠近所述进气口。楔形柱体的上端部的直径小于楔形气体通道的进气口的内径。当气流通过空气导管11时将空气自平衡阻尼阀10向上吹起，并改变空气导管11内流通气道截面积。根据流体力学原理，气流对空气自平衡阻尼阀10的向上推力为：

F＝1/2Aρζv²。

其中，F为流体断面的阻力(牛顿)，A为阻尼阀最大横断面积(㎡)，ρ为水体密度(kg/m³)，ζ为阻尼系数，v为空气流速(m/s)。

气流向上的推力与流速平方成正比，因此阻尼阀对流速很敏感。当由于河道不平，水流冲击造成某些曝气头曝气深度减小，曝气头的流速增加，空气自平衡阻尼阀10向上托起，气道面积大幅度减小，导致流速减小。反之，如果某个曝气头9的流速减小，其空气自平衡阻尼阀10的阻力也减小，使得流速增加。通过这种设计，就可以使整个空气充氧平台的每个曝气头9的空气流量基本一致。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：包括：用于引入外部气体的风机、与风机连接的曝气管道系统、至少一个与曝气管道系统连接且将空气充入水体中的曝气头、用于支撑曝气管道系统的平台支架以及用于固定曝气管道系统的平台基础；

其中，所述曝气头、曝气管道系统、平台基础和平台支架为一体化结构，且一体化结构整体位于水下使空气与水体直接接触，实现高效曝气充氧。

2.根据权利要求1所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述曝气头为筛网曝气头，且所述筛网曝气头位于水下，气体从曝气头出并与水体直接接触实现曝气充氧。

3.根据权利要求1所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述平台基础为重型基础，所述平台基础通过所述平台支架向上支撑所述曝气管道系统。

4.根据权利要求3所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述曝气管道系统包括曝气母管和与曝气母管连通的至少一个曝气支管，所述曝气头连接在所述曝气母管和/或曝气支管上。

5.根据权利要求3所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述平台支架包括设置在所述曝气管道系统下方的水平支架、斜撑支架和竖直支架；所述竖直支架的两端分别连接在水平支架和平台基础上；所述水平支架、斜撑支架和竖直支架三者连接形成一体化的料斗型。

6.根据权利要求4或5所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述水平支架与曝气母管相互平行，且所述水平支架垂直设置在多个所述曝气支管的端部下方，并支撑固定所述曝气支管。

7.根据权利要求6所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述竖直支架包括主竖直支架和副竖直支架；所述主竖直支架连接水平支架和平台基础，并将曝气管道系统固定在平台基础上；所述副竖直支架连接水平支架和斜撑支架进行附加稳固；

所述斜撑支架的其中一端连接在所述主竖直支架的下端；斜撑支架的另一端连接在水平支架的端部。

8.根据权利要求1所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述曝气母管与风机之间设有空气分配集箱，所述空气分配集箱分别与风机和曝气母管相通并进行气体输送和分配。

9.根据权利要求4所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述曝气头通过所述空气导管连接在所述曝气支管和/或曝气母管上，且所述空气导管内设有空气自平衡器阻尼阀。

10.根据权利要求9所述大容量高效一体化空气充氧平台，其特征在于：所述空气导管内设有上小下大的楔形气体通道和与楔形气体通相互配合的楔形柱体，实现自平衡充氧。

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