CN1137059C - 污水治理组合式风能曝气装置 - Google Patents

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Abstract

污水治理组合式风能曝气装置包括：风力发电机、表层曝层装置、深层曝气装置，在水浅表层设置表层曝气装置，在水深层设置深层曝气装置，以风力发电机的铁塔和深层曝气装置的混流器为中心，铁塔设置在混流器上，在混流器的周围设有若干台表层曝气装置的风能曝气机，表层曝气装置是花瓣状布置，风能曝气机通过连接梁与混流器外侧连接，深层曝气装置下部设有锚。

Description

污水治理组合式风能曝气装置
本发明涉及的是一种风能曝气装置，特别是一种污水治理组合式风能曝气装置，属于污水处理领域。
城市每天大量的生活污水、工业废水，由于没有及时治理，这些污废水污染着城市的河道及环境，严重影响着城市居民的生活，严重污染地区甚至危害动植物的生命和人类的生活条件，破坏了生态平衡。在我国靠近城市的较大湖泊，污染中，约有50％来自城市污水，50％来自流域非点源地表径流和湖区降水，在离城市较远或者受城市工业废水、生活污水排放影响较小的湖泊、水库，约70％来自湖泊流域的面源污染，因此污水治理中治理湖泊河道富营养化是一个重要环节。利用风能直接为人类服务已有很长的历史，大多是利用风力发电，也有利用风力驱动机械，如磨坊、储水等，还有利用风力在小池溏、养鱼塘作为换气晒水的设备，如加拿大Trillium Windmill Inc.公司生产的一种用鱼塘充氧装置，其动力是采用位于地面以上的风车发电，通过风车转动发电后带动位于池塘底部的泵运转而搅动整个水体，使表面水体与底层水体进行交换，把与表层含氧量高的水翻下去与底层含氧量较底的水混合，消除水体内部溶解氧的浓度差，从而达到给池塘充氧的目的，其根本作用只是达到维护水质的目的，它只是利用泵搅动水体使整个池塘的氧气分布均匀，而不能用于对污水的处理，更不能把深层曝气与表层曝气装置结合起来把大量空气充入水中，还不具有在使水体形成对流交换的同时对大面积水域进行深层的充氧曝气，消除水体黑臭、破坏藻类的生存环境能力。部分常用于污水处理中的充氧曝气装置和池塘增氧装置经历了小孔径曝气、大气泡曝气设备和现在多见的微孔曝气器几个发展阶段，但都存在一些尚未解决的缺陷，大孔径曝气最大缺点是能耗过大，而微孔曝气器存在容易堵塞的严重问题。经过文献查新检索，至今尚无有关利用风能组合表层和深层的曝气装置来治理河道、湖泊污水的文献报道。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种污水治理组合式风能曝气装置。
本发明的技术方案如下：针对我国大型水体治理的实际情况，把风能发电机与曝气装置结合，利用风能带动机械运转进行曝气，没有任何能源消耗，且省去架线的工作，根据自然界的风力吹动而运行启动的，不需人为操作。本发明主要包括：风力发电机、表层曝层装置、深层曝气装置，在水浅表层设置表层曝气装置，在水深层设置深层曝气装置，以风力发电机的铁塔和深层曝气装置的混流器为中心，铁塔设置在混流器上，在混流器的周围设有若干台表层曝气装置的风能曝气机，表层曝气装置是花瓣状布置，风能曝气机通过连接梁与混流器外侧连接，深层曝气装置下部设有锚。
表层曝气装置主要包括：固定平台、浮筒、转动轴、风轮、叶轮、外罩和连接梁，其外形是是一个筒体结构，底部安装在固定平台上，固定平台的角上安装有若干浮筒；风能曝气机的中心垂直转动轴上安装有两片弧形弯曲的风轮绕轴转动，垂直轴水下安装有螺旋叶轮，筒体外部是不锈钢外罩，固定平台通过连接梁与混流器外侧连接。
深层曝气装置设置于水面以下，主要包括潜水泵、进气机构、进水管、混流器、旋转装置、出水机构和大浮筒，混流器上顶设置风力发电机和铁塔，下底设置大浮筒，混流器的下面还设置旋转装置，旋转装置与出水机构连接，两者可以连动旋转，混流器的一侧设有进水管，进水管的另一端与潜水泵连接，混流器一侧与进气机构连接。
当风速达到启动风速1.6m/s，启动风速后，风能曝气机的风轮转动，推动中心轴的转动，带动水面下叶轮转动，搅动水体，进行表面曝气。曝气时，叶轮搅动表层水体，使水体表层产生水跃，把大量混合液水滴和膜状水甩向空气中，然后携带空气形成的水气混合物回到水中，水气接触面积越大，空气中的氧就更容易溶入水中。随着连续风吹动风轮，带动转动轴和叶轮不断转动，表层水不断更新，氧气不断溶入，同时下层水中含氧量小的混合液在叶轮搅拌作用下，向上环流；表层充氧区含氧量多的混合液向下环流，上下溶解氧浓度不同的水层发生交换，从而提高了水体的溶解氧含量，使表层下各层水体的溶解氧水平有不同程度的提高。风能曝气机实际运行时，直接安装在水体水面上，通过浮筒和固定平台的作用，在水面上保持平衡。
当风速大于6m/s时，风力发电机工作带动潜水泵给水加压通过进水管沿混流器筒壁以切线方向进入筒内沿筒壁高速旋流，在筒内形成一定的真空条件，外部又通过空压机或氧气储气罐把空气或纯氧通过进气机构输入筒体底部，气体在外压、内吸的作用下进入筒体。切线方向的高速水流又进行水力剪切作用，把输入筒内的气体切割成微小的气泡群，加大了水氧接触面积。高压水由于高速离心作用形成高强旋流沿多层套筒后由出水机构流出，多层套筒嵌入结构延长了水氧的接触时间，加大了氧的溶解率。进气机构的气源通过空压机或氧气罐把气压入筒内，由微小的气孔释放出微气泡，被切线方向进入的水流切割成微气泡，且与高速紊流水充分混合后形成高富氧气的水；在混流搅拌溶解氧时，水与气泡在这多层内充分搅动混合，气体在高速水流的切割下形成微小气泡，同时压力使得气相界面与液相界面的滞留层形成的张力迅速破坏，而高强紊流乘气相与液相界面消失的瞬间，完成气相向液相质的传递；充分混合的水气由混流出水部分流出，在出水机构的内部套有进水支管，在汽水混合物排出时与从支管进入的水再次混合后排出，增加了套筒内部的压力使出水易于排出，也有利于水气的混合，实现了对水体的高效充氧。
本发明具有实质性特点和显著进步，在技术上的新颖性和创造性，并具有广泛的实用价值，在进行充氧曝气过程中无需任何动力，可进行表层和深层曝气，在外界一般风浪的下可以保持平稳工作。在最小工作风速为1.6m/s条件下，接受风能为动力而工作，混合上下层水体，从而提高水体的溶解氧。在风速大于6m/s时，通过气水高速混流，使气相向液相质的传递，并在深层水体中实现了高效充氧。适合于河流、湖泊、水库等大型水体的水质净化，以及各类点源污染的治理。
以下结合附图对本发明进一步描述：
图1本发明结构示意图(一)
图2本发明结构示意图(二)
如图1和图2所示，本发明主要包括：风力发电机1、表层曝层装置2、深层曝气装置3，在水浅表层设置表层曝气装置2，在水深层设置深层曝气装置3，以风力发电机1的铁塔4和深层曝气装置3的混流器5为中心，铁塔4设置在混流器5上，在混流器5的周围设有若干台表层曝气装置2的风能曝气机6，表层曝气装置2是花瓣状布置，风能曝气机6通过连接梁7与混流器5外侧连接，深层曝气装置3下部设有锚9。
表层曝气装置2主要包括：固定平台8、浮筒10、风轮11、叶轮12、外罩13和连接梁7，其外形是是一个筒体结构，底部安装在固定平台8上，固定平台8的角上安装有若干浮筒10；风能曝气机6的中心垂直转动轴上安装有两片弧形弯曲的风轮绕轴转动，垂直轴水下安装有螺旋叶轮12，筒体外部是不锈钢外罩13，固定平台8通过连接梁7与混流器5外侧连接。
深层曝气装置3设置于水面以下，主要包括潜水泵14、进气机构15、进水管16、混流器5、旋转装置17、出水机构18和大浮筒19，混流器5上顶设置风力发电机1及其铁塔4，下底设置大浮筒19，混流器5的下面还设置旋转装置17，旋转装置17与出水机构18连接，两者可以连动旋转，混流器5的一侧设有进水管16，进水管16的另一端与潜水泵14连接，混流器5一侧与进气机构15连接。

Claims (3)

1、一种污水治理组合式风能曝气装置，包括风力发电机(1)，其特征在于还包括：表层曝层装置(2)和深层曝气装置(3)，在水浅表层设置表层曝气装置(2)，在水深层设置深层曝气装置(3)，以风力发电机(1)的铁塔(4)和深层曝气装置3的混流器(5)为中心，铁塔(4)设置在混流器(5)上，在混流器(5)的周围设有若干台表层曝气装置(2)的风能曝气机(6)，表层曝气装置(2)是花瓣状布置，风能曝气机(6)通过连接梁(7)与混流器(5)外侧连接，深层曝气装置(3)下部设有锚(9)。
2、根据权利要求1所述的这种污水治理组合式风能曝气装置，其特征还在于表层曝气装置(2)包括：固定平台(8)、浮筒(10)、风轮(11)、叶轮(12)、外罩(13)和连接梁(7)，其外形是是一个筒体结构，底部安装在固定平台(8)上，固定平台(8)的角上安装有若干浮筒(10)；风能曝气机(6)的中心垂直转动轴上安装有两片弧形弯曲的风轮绕轴转动，垂直轴水下安装有螺旋叶轮(12)，筒体外部是不锈钢外罩(13)，固定平台(8)通过连接梁(7)与混流器(5)外侧连接。
3、根据权利要求1所述的这种污水治理组合式风能曝气装置，其特征还在深层曝气装置(3)设置于水面以下，包括潜水泵(14)、进气机构(15)、进水管(16)、混流器(5)、旋转装置(17)、出水机构(18)和大浮筒(19)，混流器(5)上顶设置风力发电机(1)及其铁塔(4)，下底设置大浮筒(19)，混流器(5)的下面还设置旋转装置(17)，旋转装置(17)与出水机构(18)连接，两者可以连动旋转，混流器(5)的一侧设有进水管(16)，进水管(16)的另一端与潜水泵(14)连接，混流器(5)一侧与进气机构(15)连接。
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