CN113321305A - 一种微动力曝气水体净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微动力曝气水体净化装置，包括有太阳能电池板、蓄电池、逆变器、PLC控制系统、气泵、DO测定仪、横杆、升流筒和锥形隔筒，升流筒上部的四周侧壁上分别设有若干个通孔，升流筒底部设置有通过空气管道与气泵相连接的曝气器，横杆上悬挂有若干支弹性填料，锥形隔筒内部设有多颗悬浮填料，升流筒和锥形隔筒将所在区域的水体分隔成位于筒外的好氧区和位于筒内的缺氧区；PLC控制系统一方面与DO测定仪电连接，另一方面通过触发器与气泵电连接。本发明结构较简单，设备成本低，使用寿命长，运行能耗低，维护工作量少，净化效果好。

Description

一种微动力曝气水体净化装置

技术领域

本发明涉及水环境保护技术领域，具体是一种微动力曝气水体净化装置，可以用于城镇缓流水体或黑臭水体的水质净化。

背景技术

城市黑臭水体不仅给群众带来了极差的感官体验，也是直接影响群众生产生活的突出水环境问题。城市水体出现黑臭主要是过量纳污导致水体供氧和耗氧失衡的结果，水体缺氧乃至厌氧条件下污染物转化并产生氨氮、硫化氢、挥发性有机酸等恶臭物质以及铁、锰硫化物等黑色物质，导致水体的感官非常差。

根据《城市黑臭水体整治工作指南》，城市黑臭水体的整治应按照“控源截污、内源治理；活水循环、清水补给；水质净化、生态修复”的基本技术路线具体实施。黑臭水体现有的处理方法一般是物理法、化学法和生物法，但是物理法投资成本高，见效慢，化学法则存在使用成本高，容易造成水体二次污染的问题，生物方法在河流黑臭治理中的应用十分广泛，主要有人工湿地处理、水生植物恢复、生物修复等，但是生物法目前存在处理速度慢的问题。

由于黑臭水体多是缓流水系，且污染物负荷较大，提高黑臭水体的自我净化能力对维持长效的水质保障具有决定性意义。构建岸带修复生态系统如植草沟、生态护岸、透水砖等对于降低污染负荷具有一定的意义，但是对于黑臭水体的自我净化能力的提高作用微乎其微。而人工增氧对于水体自净能力虽然有所改善，但一般主要适用于整治后城市水体的水质保持，具有水体复氧功能。而对于黑臭水体特别是经过各种措施控制后污染负荷仍维持较大的水体，显然这些方式不足以维持水体的良好水质。

对于水体复氧这种方式，如果在复氧的同时维持复氧区有一定量的活性微生物，通过微生物的代谢去除进入水体的主要污染物，这对于维持水体水质具有根本性的意义。根据传统的生物降解原理，如果维持一定的微生物量，且控制好氧与缺氧、厌氧的交替变化，水体中的有机物、氨氮、总氮等多种污染因子可以被有效去除，总磷亦有一定的去除效果。黑臭水体供氧相对比较简单，但是如何在供氧区附近维持一定量的微生物而不流失，目前没有特别有效的方法。

公布号为CN 107619105 A的中国发明专利涉及一种箱式生物膜反应器，将生物膜的载体限定在箱式反应器内，从而可以维持一定范围内的生物量。但这种反应器容积较小，构造较复杂，净化能力亦相对有限。公布号为CN 107902760 A的中国发明专利涉及一种内循环生物膜反应器，实际上是将黑臭水体的水引入到反应器进行处理(属于旁路处理概念)，设备费用与运行成本较大，也会影响水体的自然景观。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种微动力曝气水体净化装置，通过设置双填料(弹性填料和悬浮填料)的方式将缺氧-好氧生物膜技术引入到黑臭水体治理领域，并且采用太阳能微动力供氧，利用倒置上小下大的锥形隔筒将填料区域控制形成两个相对独立的区域，并且利用利用升流筒内部曝气形成的循环效果将填料区的生物膜层分隔为缺氧和好氧区，以实现黑臭水体高效低能耗的水质净化。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微动力曝气水体净化装置，包括有太阳能电池板、蓄电池、逆变器、PLC控制系统、气泵、DO测定仪以及设置于水面上的横杆，所述的太阳能电池板一方面通过所述逆变器与所述气泵电连接，另一方面与所述蓄电池电连接，其特征在于：所述的横杆上固定有没入水中的升流筒，所述升流筒的顶端与所述横杆之间具有间隙，升流筒上部的四周侧壁上分别设有若干个通孔，升流筒的底端连接有与其相通且上小下大的锥形隔筒，位于所述升流筒底部的水体中设置有曝气器，所述的曝气器通过空气管道与所述气泵相连接；

所述的横杆上分别悬挂有垂入水中且附着有生物膜的若干支弹性填料，所述的若干支弹性填料分布于所述升流筒和锥形隔筒外部的水体中，所述锥形隔筒的内部水体中分别设有附着有生物膜的若干颗悬浮填料，锥形隔筒的内部在所述若干颗悬浮填料的上下方分别对应固定有上格网和下格网；

所述的升流筒和锥形隔筒将所在区域的水体分隔成位于筒外的好氧区和位于筒内的缺氧区；曝气时，所述升流筒内的水所述在曝气器工作时所产生的上升气泡的带动下向上流动，从所述升流筒的顶端和所述的若干个通孔溢出筒外或直接从所述若干个通孔溢出筒外，到达所述升流筒的外部，再经所述锥形隔筒的底端回到锥形隔筒的内部，依次循环形成循环水流；

所述DO测定仪的探头位于所述升流筒和锥形隔筒外部的水体中，所述的PLC控制系统一方面与所述DO测定仪电连接，另一方面通过触发器与所述气泵电连接。

进一步的，所述的太阳能电池板、蓄电池、逆变器、PLC控制系统、气泵和DO测定仪设置于设备平台支架上。

进一步的，所述的横杆架设并固定于支架上。

进一步的，所述的设备平台支架上和支架的下端均固定于水底，设备平台支架上和支架的上端均伸出水面。

进一步的，所述的锥形隔筒由呈倾斜设置的若干块隔板围成，每块隔板与水平面之间的夹角为45～50°；锥形隔筒下端口的直径为2.5～3.5m。

进一步的，所述的曝气器采用盘式微孔曝气器，曝气器位于所述升流筒与锥形隔筒的连接处；曝气器的中心线与所述升流筒和锥形隔筒的中心线处于同一直线上，曝气器的外径略小于所述升流筒的内径。

进一步的，所述若干支弹性填料的底端均连接有承重球。

进一步的，所述缺氧区与好氧区的容积比为1∶2.5～1∶3.5。

进一步的，所述的上格网呈V形；上格网和下格网的网孔直径均小于所述若干颗悬浮填料的平均直径。

进一步的，所述锥形隔筒的底端固定连接有环形挡流板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明结构简单，总重量小，造价较低，不堵塞，运行可靠，水质净化效果好，对于BOD5、COD、总氮和氨氮有较好的去除效率，对水体的臭味和色度亦有去除或降低的功效。

2、本发明设置在水下的两种类型填料以及曝气器均可以在水面进行拿取、更换，运行维护管理工作量极少，且维护方便。

3、本发明采用太阳能系统供电即可满足要求，能量消耗低，处理能力较强，若采用中等较小规格的本发明装置，日处理水体可以达到1000m³左右；若采用较大规格的本发明装置，日处理水体可以达到3000m³以上。

4、本发明运行无噪声污染，对水面景观环境影响较小。

5、本发明投入运行后，基本上无需在较短时间内进行污泥的清理，根据水体污染程度，若污染程度轻，则3～4年清理一次即可；若污染严重，则1～1.5年清理一次即可；若进入水体的磷污染负荷低，进行污泥清理的周期可更长。

附图说明

图1为本发明结构示意图，图中不包括太阳能电池板、蓄电池、逆变器、PLC控制系统、气泵和DO测定仪，图中箭头方向表示水流方向。

图2为图1中A部分的结构放大示意图。

图3为图1中B部分的结构放大示意图。

图4为本发明电气控制原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-4，一种微动力曝气水体净化装置，包括有太阳能电池板1、蓄电池2、逆变器3、PLC控制系统4、气泵5、DO测定仪6以及设置于水面，或水面以上或以下上的横杆7，太阳能电池板1一方面通过逆变器3与气泵5电连接，为气泵5供电，另一方面与蓄电池2电连接，进行蓄电；横杆7上固定有，即通过缆索8挂装有没入水中的升流筒9，升流筒9的顶端与横杆7之间具有间隙，升流筒9上部的四周侧壁上分别设有若干个通孔10，升流筒9的底端连接有与其相通且上小下大的锥形隔筒11，位于升流筒9底部的水体中设置有曝气器12，曝气器12通过空气管道13与气泵5相连接；

横杆7上分别悬挂有垂入水中且附着有生物膜的若干支弹性填料14，若干支弹性填料14分布于升流筒9和锥形隔筒11外部的水体中，锥形隔筒11的内部水体中分别设有附着有生物膜的若干颗悬浮填料15，锥形隔筒11的内部在若干颗悬浮填料15的上下方分别对应固定有上格网16和下格网17；

升流筒9和锥形隔筒11将所在区域的水体分隔成位于筒外的好氧区18和位于筒内的缺氧区19；曝气时，升流筒9内的水在曝气器12工作时所产生的上升气泡的带动下向上流动，从升流筒9的顶端和若干个通孔10溢出筒外或直接从若干个通孔10溢出筒外，到达升流筒9的外部，再经锥形隔筒11的底端回到锥形隔筒11的内部，依次循环形成循环水流；

DO测定仪6的探头位于升流筒9和锥形隔筒11外部的水体中，PLC控制系统4一方面与DO测定仪6电连接，另一方面通过触发器20与气泵5电连接；PLC控制系统4根据DO测定仪6测定并发送来的DO浓度值来通过触发器20控制气泵5工作，从而控制气泵5的供气量，达到控制曝气器12工作的目的。

本发明中，太阳能电池板1、蓄电池2、逆变器3、PLC控制系统4、气泵5和DO测定仪6设置于设备平台支架(图中未示出，下同)上。由此，实现上述各部件的安装。

横杆7架设并固定于支架(图中未示出，下同)上。由此，实现对横杆7的安装，保持其位于水面，或水面以上或以下。

相应的，设备平台支架上和支架的下端均固定于水底，设备平台支架上和支架的上端均伸出水面。由此，实现对设备平台支架上和支架的固定，保证设备平台支架上的各部件不与水发生接触。

本发明中，锥形隔筒11由呈倾斜设置的若干块隔板围成，每块隔板与水平面之间的夹角为45～50°；锥形隔筒下端口的直径为2.5～3.5m。

本发明中，曝气器12采用盘式微孔曝气器，曝气器12位于升流筒9与锥形隔筒11的连接处；曝气器12的中心线与升流筒9和锥形隔筒的中心线处于同一直线上，曝气器12的外径略小于升流筒9的内径。

本发明中，若干支弹性填料14的底端均连接有承重球21。由此，能够保证若干支弹性填料14在水体中的稳定性，减少水流对其造成的影响，并能够防止相互缠绕。

本发明中，缺氧区18与好氧区19的容积比为1∶2.5～1∶3.5。

本发明中，上格网16呈V形。由此，在能够阻挡若干颗悬浮填料15，防止其进入升流筒9内部的前提下，能够减少对上升的水流所造成的阻力，有利于水在筒内外循环。

相应的，上格网16和下格网17的网孔直径均小于若干颗悬浮填料15的平均直径。由此，能够最大程度的保证若干颗悬浮填料15不会发生流失。

本发明中，锥形隔筒11的底端固定连接有环形挡流板22。

以下结合附图对本发明作进一步的说明：

本发明通过升流筒9和锥形隔筒11将填料区域，即将升流筒9和锥形隔筒11所在区域的水体分为两个部分，筒外是好氧区18，而筒内则是缺氧区19，升流筒9和锥形隔筒11将水域也自然分隔为筒外区域和筒内区域，曝气时，升流筒9内的水在上升气泡的带动下向上流动，从升流筒9的顶端和若干个通孔10溢出筒外(水位高于升流筒9的顶端时)或直接从若干个通孔10溢出筒外(水位低于升流筒9的顶端时)，到达升流筒9的外部，再经锥形隔筒11的底端回到锥形隔筒11的内部，依次循环形成循环水流，即缺氧区19的水流流走，可以通过升流筒9从而无动力进入好氧区18，实现水流的循环。

为了确保气泡带动的循环水流能够在筒内外形成缺氧区19和好氧区18，气泵5的供气量及由供气量决定的升流筒9的上升流速、填料区域的容积大小是关键因素。若曝气过于强烈，推动水流很短时间即循环一次，生物膜的缺氧区与好氧区界限不明显，影响脱氮功能的发挥；若曝气强度过弱，供氧不足因而好氧区难以维持有氧环境，导致硝化难以完成，而且曝气过弱，对水流的推动作用减弱，缺氧好氧的循环也将难以实现。根据生物化学反应对于溶解氧浓度的要求，一般缺氧区19的DO浓度适宜于在0.2～0.5mg/L范围，而好氧区18可以在2mg/L以上。

需要说明的是，好氧区18理论上需要的DO浓度是>2mg/L，但是在生物膜体系中，微生物的浓度不是特别高，DO浓度可以在较大的范围内变化而不影响生物净化作用。

在升流筒9内，大量小微气泡推动水流向上运动，其运动规律类似于异重流(气泡密度比水小，形成的气水混合液密度低于水的密度)且兼顾剪切流(大量气泡向上运动，由于边缘的剪切导致水流也向上运动，但水流流速低于气泡流速)。气泡直径的大小对水流影响较大，气泡直径小，异重流效果强而剪切流效果弱；反之亦然。实际上由于曝气过程气泡会一定程度存在气泡合并现象，故实际水流的推动力由主要来自异重流和剪切流的混合，且在上升过程中异重流有减弱而剪切流有逐渐增强趋势(气泡的上升速度会逐渐加快)。此外，由于曝气器12难以准确控制曝气气泡的大小，气泡大小通常是一定范围的分布，且水深和温度还直接影响气泡大小(水深大则压力大气泡体积小，温度高则气泡体积大)，故此种情况极为复杂，难以直接进行准确的理论分析。

为此，通过曝气模拟实验，当采用盘式微孔曝气器(设备参数显示曝气气泡直径0.9～1.0mm)时，若控制气泵5的供气量为50L/min，同时，升流筒直径为300mm，曝气器12的直径为260mm，而曝气器12布置在水深，即水面以下2～3m左右，上升通道(升流筒9的内部)的气泡和水的流速可以超过0.15～0.20m/s，相当于产生一个升流流量不低于10.6L/s的效果。当锥形隔筒11(内部为填料区域和非填料区域)的高度为3.5m，锥形隔筒11的下端口直径为3.0m时，再考虑到回流的区域实际上还包括筒外的一定范围，按照非填料区域容积占填料区容积的50％考虑，则水流循环一次的平均时间为58.3min，十分理想。当氧利用率按照15～18％考虑(优质曝气器在理想状况下可以达到40％，考虑到曝气器布置深度较小，实际状态与理想状态还有差异故取低值)，则平均供氧强度为3.2～3.84mg/L，即相当于回流流入好氧区18的水体的DO浓度获得3.2～3.84mg/L的增量效果，也十分理想。

据此，当设备参数合适，本发明可以在获得合适供氧量的基础上同时满足反应装置理想的水力的停留时间要求。由于供应空气量较为容易调节，故上述参数还可以根据实际运行效果而灵活进行调节。

基于上述分析可知，为了避免曝气时形成短流以及保持合适的氧利用率，升流筒9的高度不宜太低；此外，为了改善水流且控制缺氧区19与好氧区18容积的比例在合适范围，即缺氧区与好氧区的容积比为1∶2.5～1∶3.5，在水深允许的条件下，在锥形隔筒11的底端可以设置环形挡流板22。

若干支弹性填料14布置在筒外，呈垂直放置，每支弹性填料的上端均需要固定，即固定在横杆7上，下端通过设置承重球21实现填料的垂直。在锥形隔筒11平面投影的全部范围内均匀布置填料。缺氧区19的填料为悬浮填料，可以采用直径30～50mm的塑料轻质材料，当生物膜形成后填料的视密度与水的密度应该略微高于水的密度。悬浮填料的密度过大会导致填料集中在下格网17所在的区域，密度过小填料会集中在上格网16所在的区域，这些均会影响质量传递从而影响水质净化效果。设置上格网16和下格网17的目的是拦截填料，避免流失，从而避免填料流出缺氧区19或流失到周边水域。

上格网16设置在升流筒9与锥形隔筒11的连接处，且位于曝气器12的下方，目的是拦截悬浮填料，避免悬浮填料随水流失。上格网16可与曝气器12整体连接在一起，当需要检修或更换悬浮填料时，将曝气器12连同上格网16整体移出水面，然后从升流筒9处抽吸缺氧区的水(或者在装置底部临时进行强烈曝气也可)，处于锥形隔筒11内的悬浮填料可以全部随水流出。

太阳能电池板1通过逆变器3与气泵5电连接，太阳能电池板1产生的直流电经过逆变器3转化为交流电，驱动气泵5工作，气泵5通过空气管道13与曝气器12连接。

运行时，当有太阳照射，太阳能电池板1将太阳能转化为直流电，逆变器3将直流电转化为交流电为气泵5供电，气泵5将空气压缩，然后通过空气管道13输送到曝气器12进行曝气。曝气器12产生的微气泡对水进行供氧，气泡会逐渐上升，由于曝气器12位于升流筒9的底部，故气泡与水的混合流会通过升流筒9上升直至到达好氧区18。在此过程中部分微气泡逐渐聚合为小气泡，到达水面后气泡会与水分离，水在上升的过程中获得了供氧。到达水面后气泡破裂消失，水流则因为推流作用而进入好氧区18。在升流筒9的水流作用下，缺氧区19的水流补充到曝气器12处，从而形成好氧-缺氧的不断循环。由于在填料上已经形成了大量的生物膜，在生物膜作用下，在好氧区18有机物和氨氮被分解，有机物彻底矿化转化为CO₂和H₂O等，氨氮或含氮有机物的氮被转化为硝酸盐和亚硝酸盐。水流进入缺氧区19后，硝酸盐和亚硝酸盐中的氮被转化为氮气从而去除。生物膜增加到一定程度会脱落沉淀到水底，积累到一定程度水体底部的沉积物需要进行污泥的清理。

当水体水位处于低水位状态时，水全部通过设置在升流筒9上部的若干个通孔10(孔顶低于最低水位0.2～0.3m)进行循环；当水体水位处于常水位或高水位，由于若干支弹性填料14和升流筒9均处于淹没状态，故曝气时会有一部分气泡和水从升流筒9的顶端溢出，顶端溢出的水流(气泡溢出后会破裂)没有填料的阻力会向四周扩散。若水体有定向的流动，则会在定向流动的下方向一定范围内实现供氧的效果；若水体没有定向流动，则会以装置中心为圆心向一定直径范围内的水体表层供氧。此种情况下需要加大曝气强度，提高供气量。如此设置的目的是确保在装置近距离的水体获得生物净化效果的同时，可以在装置以外一定范围获得供氧而维持水质，特别是在湖流不明显的条件下为了避免只能对装置很近距离的周围水体起到净化效果，这样通过溢流与扩散可以促进水体的大循环，从而保证装置的有效作用范围较大。

本发明装置运行时，由于不断的曝气，在太阳光强烈的情况下如果无控制措施容易导致曝气过度，故需要采取控制措施。光照强烈时供电超过曝气需要，则蓄积一部分电能到蓄电池2中，供光照不足或夜间曝气需要。当遇到连续阴雨天且水体污染程度严重，曝气可能会出现不足，系统出现整体为缺氧状态，甚至出现厌氧状态，会影响脱氮效率。但生物膜具有良好的抵御负荷变化的能力，当供电一旦满足要求，系统能够很快恢复。

供氧量与循环流量必须能够满足微生物对溶解氧状态的要求(即好氧与缺氧状态)。溶解氧状态分析，好氧状态是理论DO浓度在2mg/L以上(实际运行可以稍低于该值)，缺氧状态为DO浓度在0.20～0.50mg/L左右。曝气器12的供气量以及由供气量决定的升流流量与单一装置模块的大小必须协调，否则会导致系统运行不良甚至失败。当曝气器12的供气量在50L/min，曝气器12在水中的深度为2～3m时，升流筒9的内径可以为250～350mm，满足供氧与回流流量的要求。若污染水体深度大，升流筒9的直径取更大值，则可以采用更大曝气供气量，曝气的淹水深度亦可采用更大的数据。具体取值可以根据水体深度、湖流等情况综合考虑布置。

本发明装置适用于水深大于4.0～4.5m的黑臭水体，水深在4～7m范围均较为适宜。本发明装置的运行控制参数为DO值，在缺氧区与好氧区的连接处布置DO测定仪6探头，即在好氧区18的底部，即环形挡流板22的外侧面布置DO测定仪6探头，当监测DO值低于0.3±0.1mgL时，则应该增加曝气空气量；当监测DO值大于0.80±0.2mgL时，则应该减少曝气空气量。

DO测定仪6的探头还可位于升流筒9和锥形隔筒11外部的水体中，即好氧区18内，以DO测定仪6的探头位于锥形隔筒11底端环形挡流板22的外侧为最佳方案，当监测DO值低于0.3±0.1mgL时，则应该增加曝气空气量；当监测DO值大于0.80±0.2mgL时则应该，则应该减少曝气空气量。

两种填料中，悬浮填料的形状、密度和尺寸都非常重要。悬浮填料形状为球形，若采用其他形状容易导致在上格网处积聚而影响效果。悬浮填料的直径以30～50mm为佳，过大容易导致填料内部传质受到影响，过小则上格网的网孔直径很小，容易发生堵塞。因为悬浮填料上负载(附着)生物膜后，其生物膜部分的视密度一般在1.01～1.02左右，即略微大于水的密度，本发明要求负载生物膜后的悬浮填料整体密度(仅仅为固体部分，不包括空隙中的水部分)略微大于水的密度，故悬浮填料的密度以≈1.00为佳。这样负载生物膜后的悬浮填料其整体密度会在1.005～1.010左右，在静止或几乎静止的水中能够下沉，而当水流有一定的扰动或流动，悬浮填料能够有足够的移动性。当生物膜负载量过大，可以采用在装置底部临时性猛烈曝气促使悬浮填料随水流迅速流动而碰撞，过量负载的生物膜即可脱落。

弹性填料参数与布置要求不高，只需要维持内疏外密且按照同心圆形状布置即可。为了保持水流畅通，避免弹性填料负载生物膜后发生靠近粘接结团现象，弹性填料之间需要留有一定的间隙。运行初期未挂膜的弹性填料重量非常小，为了避免初期发生缠绕，除保持每支弹性填料之间有一定距离外，还采用底端悬挂承重球的方式，这样弹性填料就只需要上端固定，悬挂在横杆7上即可，当需要检修时可以直接将一支弹性填料取下，操作较为方便。若干支弹性填料14的高程布置需要满足其上端高于升流筒9上部若干个通孔10的高程0.2～0.3m，弹性填料的顶部标高与最低水位一致，即使处于最低水位时弹性填料刚好处于淹没状态。

升流筒9的上部在最低水位处的下方设有若干个通孔10，若干个通孔10的高度以小于或等于升流筒9的直径为佳，若干个通孔10上部标高低于最低水位0.2～0.3m。若干个通孔10的过水断面面积之和以大于或等于升流筒9断面面积的1.5倍为佳。升流筒9的最高高程以高于若干支弹性填料14的顶部标高0.2～0.3m为佳，大体上比常水位略低。

锥形隔筒11由呈倾斜设置的多块隔板围成，理论上可以有多种形状，其横截面为圆形、矩形或多边形，优选情况，每块隔板与水平面之间的夹角为45°，每块隔板形状为三角形，四块隔板围成截去顶端的四角锥形，每块隔板的三边长度为2.500、2.165和2.165m。围拢后的锥形隔筒11在平面的投影形状为正方形，正方形的边长是2.50m。锥形隔筒11的顶端截去后，留直径300mm的圆孔，上面垂直安装升流筒9，升流筒9的高度为3.0m，在高度2.00～2.20m范围内四面分别设有若干个通孔10，若干个通孔的总面积为0.164m²，而升流筒9的横截面面积为0.071m²。

本发明装置的总高度为4.80m，其中升流筒9的高度为3.0m，锥形隔筒11的高度为1.10m，环形挡流板22的高度为0.70m。环形挡流板22的底端与水底保留0.40m的间隙，故水体的深度在高水位时为5.20m，低水位时为4.60m。当水位在其他范围变化，可以调节环形挡流板22的底端与水底的间隙高度或调节升流筒9的高度，以满足水位变化的需求。

缺氧区19和好氧区18的容积：缺氧区19的总容积为锥形隔筒11和环形挡流板22的容积之和，锥形隔筒11的容积为：2.50m×2.50m×1.25m×1/3＝2.60m3；环形挡流板22的容积为：2.50m×2.50m×0.70m＝4.38m3；合计约为7.0m³。好氧区18的容积为锥形隔筒11以上直至最低水位对应的部分，为：6.25m²×(1.25m×2/3+2.20+0.20)＝20.20m³；因此，好氧区18与缺氧区19的容积比为：20.20m³÷7.0m³＝2.89。

当采用的升流筒9的直径为300mm，可以采用曝气器12的直径为260mm，这样易于安装，其供气量为50L/min，曝气器12布置在水深2.40m处(以最低水位计)，升流筒9内的气泡和水的流速按照0.20m/s考虑，则平均水力停留时间约48min，在好氧区18的平均停留时间35.6min，在缺氧区19的平均停留时间12.4min，相当于处理循环流量1230m³/d，即日处理循环流量为1230m³。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种微动力曝气水体净化装置，包括有太阳能电池板、蓄电池、逆变器、PLC控制系统、气泵、DO测定仪以及设置于水面上的横杆，所述的太阳能电池板一方面通过所述逆变器与所述气泵电连接，另一方面与所述蓄电池电连接，其特征在于：所述的横杆上固定有没入水中的升流筒，所述升流筒的顶端与所述横杆之间具有间隙，升流筒上部的四周侧壁上分别设有若干个通孔，升流筒的底端连接有与其相通且上小下大的锥形隔筒，位于所述升流筒底部的水体中设置有曝气器，所述的曝气器通过空气管道与所述气泵相连接；

所述的横杆上分别悬挂有垂入水中且附着有生物膜的若干支弹性填料，所述的若干支弹性填料分布于所述升流筒和锥形隔筒外部的水体中，所述锥形隔筒的内部水体中分别设有附着有生物膜的若干颗悬浮填料，锥形隔筒的内部在所述若干颗悬浮填料的上下方分别对应固定有上格网和下格网；

所述的升流筒和锥形隔筒将所在区域的水体分隔成位于筒外的好氧区和位于筒内的缺氧区；曝气时，所述升流筒内的水所述在曝气器工作时所产生的上升气泡的带动下向上流动，从所述升流筒的顶端和所述的若干个通孔溢出筒外或直接从所述若干个通孔溢出筒外，到达所述升流筒的外部，再经所述锥形隔筒的底端回到锥形隔筒的内部，依次循环形成循环水流；

所述DO测定仪的探头位于所述升流筒和锥形隔筒外部的水体中，所述的PLC控制系统一方面与所述DO测定仪电连接，另一方面通过触发器与所述气泵电连接。

2.根据权利要求1所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述的太阳能电池板、蓄电池、逆变器、PLC控制系统、气泵和DO测定仪设置于设备平台支架上。

3.根据权利要求1所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述的横杆架设并固定于支架上。

4.根据权利要求2或3所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述的设备平台支架上和支架的下端均固定于水底，设备平台支架上和支架的上端均伸出水面。

5.根据权利要求1所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述的锥形隔筒由呈倾斜设置的若干块隔板围成，每块隔板与水平面之间的夹角为45～50°；锥形隔筒下端口的直径为2.5～3.5m。

6.根据权利要求1所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述的曝气器采用盘式微孔曝气器，曝气器位于所述升流筒与锥形隔筒的连接处；曝气器的中心线与所述升流筒和锥形隔筒的中心线处于同一直线上，曝气器的外径略小于所述升流筒的内径。

7.根据权利要求1所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述若干支弹性填料的底端均连接有承重球。

8.根据权利要求1所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述缺氧区与好氧区的容积比为1∶2.5～1∶3.5。

9.根据权利要求1所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述的上格网呈V形；上格网和下格网的网孔直径均小于所述若干颗悬浮填料的平均直径。

10.根据权利要求1所述的一种微动力曝气水体净化装置，其特征在于：所述锥形隔筒的底端固定连接有环形挡流板。

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