CN113877450A - 一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，包括潜水泵、气泡装置、纳米气泡发生罐、纳米曝气头、水质检测仪、远传数据传输控制箱。潜水泵连接气泡装置，气泡装置包括气体引射气泡发生装置和离心泵，气体引射气泡发生装置与离心泵流体联通并形成循环，输出的气液混合流体进入纳米气泡发生罐，纳米曝气头置于需治理的水体内与纳米气泡发生罐出口端连接，水质检测仪实时监控溶解氧及氨氮浓度。本发明装置所形成的微纳米气泡与传统曝气相比在被治水体中停留时间长、气液接触面积大、气液传质速度高，提高了对水体的充氧能力，可有效治理水体因缺氧而产生的黑臭、底泥上浮等问题，且该装置可实现绿色、低碳、高效地运行。

Description

一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置

技术领域

本发明涉及微纳米曝气领域，具体为一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置。

背景技术

当前，中国农村黑臭水体底数不清，分布面广，相对城市黑臭水体集中、连片分布，农村黑臭水体则比较分散；农村黑臭水体治理体制机制不完善，技术支撑力量薄弱。农村黑臭水体治理是乡村生态振兴、美丽宜居乡村建设中的一项重要任务。2019年7月，生态环境部等部委印发《关于推进农村黑臭水体治理工作的指导意见》(环办土壤〔2019〕48号)，要求到2035年，基本消除农村黑臭水体。推进农村黑臭水体治理，解决农村突出水环境问题，改善农村人居环境，进一步增强广大农民的获得感和幸福感。

水体黑臭的主要原因在于水体自净能力降低，有机污染物排入水体，微生物好氧分解使水体中耗氧速率大于复氧速率，溶解氧逐渐被消耗殆尽，造成水体缺氧，从而在缺氧水体中，有机污染物被厌氧分解，产生不同类型的黑臭类物质，呈现水体黑臭，黑臭物质产生强烈黑臭，对环境造成了较大影响。

目前补充水体中的氧气的方式不尽人意，现有的曝气设备通常有两种形式：一种是鼓风式水下鼓泡曝气，即用空压机产生压缩空气，由加压设备、空气扩散装置和管道系统组成，这种设备结构复杂、维修繁琐、噪声严重、供氧不均匀，而且喷嘴容易堵塞；另一种是机械曝气设备离心式、射流式曝气机等，有表面曝气机、转刷曝气机等，通过电机带动位于水面上的叶轮转动溅起水花与空气接触，使氧气溶于水中，这种结构设备只能达到表层曝气，效率低下，动力消耗大，对深层水域的曝气效果不理想。

微纳米曝气机是利用“超溶解释气技术”与“纳米分散技术”相结合产生微纳米气泡，然后释放到水体中，达到快速充氧的效果。

通过人工向水体中充入空气，加速水体复氧的工程，以提高水体的溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物质得以净化，充入的溶解氧可以迅速地氧化有机物厌氧降解时产生的H₂S、甲硫醇及FeS等致黑致臭物质；曝气还可以减缓底泥释放磷的速度，从而消除黑臭，改善河道水质。纳米曝气机释放的微纳米气泡在水中停留时间10～30分钟，并且每立方气体的分解表面积大，增氧效率是普通潜水曝气机的30倍以上。

在现有的微纳米气泡发生技术领域中，超声空化法和电解法产生微气泡的效率低、能耗大，不利于在实际生产中推广使用；化学反应法其成本高且容易对水体造成二次污染，不利于在自然水体中直接使用；而使用大功率高转速电机实现高速剪切搅拌，其对设备的制造要求高，加工难度大，产生气泡效率低，成本高操作不方便。

本发明提供了一种产生微纳米气泡效率高，不会对水体造成二次污染，机组运行功耗较低，节能低碳，噪声小，对设备要求低，可实现智能化运行的微纳米曝气机组。为达到“碳达峰”“碳中和”的目标做出贡献。

发明内容

本发明的目的是开发一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，操作简单、节约能耗、充氧效果好，能远程监控的智能微纳米气泡发生装置。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，包括潜水泵、气泡装置、纳米气泡发生罐、纳米曝气头、流量调节阀、水质检测仪和远传数据传输控制箱；所述潜水泵通过管道和流量调节阀连通气泡装置，气泡装置包括气体引射气泡发生装置和离心泵，气体引射气泡发生装置与离心泵流体连通并形成循环，离心泵出口端流体连接于纳米气泡发生罐入口端，纳米气泡发生罐出口端连接纳米曝气头，纳米曝气头置于需治理的水体内，水质检测仪置于需治理水体中实时监控溶解氧及氨氮溶度。潜水泵、离心泵、流量调节阀、水质检测仪通过远传数据传输控制箱控制。在纳米气泡发生罐内，利用二相流体力学原理，在罐体出口二相流体发生摩擦产生大量微纳米气泡，由纳米气泡发生罐产生的气液混合流体经过纳米曝气头的二次曝气，能更加稳定的产生微纳米气泡。

优选地，潜水泵出口端安装带模拟量输出的流量计，并通过管道与气泡装置连接。

优选地，还包括连接于气体引射气泡发生装置的带模拟量输出的气体流量计，带模拟量输出的气体流量计入口端为气体自吸入；且气体流量可通过远程数据传输控制箱实时传送到监控平台。

优选地，水质检测仪实时监控需治理水体溶解氧及氨氮浓度，根据两项指标浓度值智能控制装置的开启周期和流量调节阀开度；且治理水体溶解氧、氨氮浓度及调节阀开度数据、流量数据可通过远程数据传输控制箱实时传送到监控平台。

优选地，潜水泵入口设置过滤网。

优选地，所述气体引射气泡发生装置的出口端流体连接离心泵入口端和潜水泵出口端，离心泵出口端通过流体连接气体引射气泡发生装置入口端和纳米气泡发生罐入口端。

优选地，所述气体引射气泡发生装置的出口端流体连接离心泵入口端和潜水泵，离心泵出口端通过流体连接气体引射气泡发生装置入口端和纳米气泡发生罐入口端，气体引射器液体入口为离心泵出口，有较高的流速可带入更多的气体，同时混合流体混入离心泵入口可有效提升NPSHa的数值，为纳米气泡发生罐内产生大量稳定的微纳米气泡垫定了良好的基础，同时改善离心泵的抗汽蚀性能；

优选地，还包括气体单向阀，气体引射气泡发生装置气体入口端安装气体单向阀，气体单向阀与带模拟量输出的气体流量计出口端通过管道连接；带模拟量输出的气体流量计入口端为气体自吸入，气体不需要额外动力源进入气体引射器，气体进入气体引射气泡发生装置设有单向阀，泵送的水不会从气体入口流出，带模拟量输出的气体流量计可显示并调节气体流量计，来保证后续工艺的稳定正常工作。

优选地，离心泵出口端和纳米气泡发生罐入口端之间还设置有气泡浓度检测装置和气泡浓度检测装置控制的开关阀。

一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置的工作流程，其特征在于：

被治水经过过滤网过滤后经过潜水泵送到离心泵，潜水泵运行一段时间后停止运行，离心泵启动，离心泵启动后一部分水经过离心泵与纳米气泡发生罐之间的三通进入气体引射气泡发生装置，气体被气体引射气泡发生装置吸入并与水一起进入离心泵，由离心泵增压和切碎气泡后，气液混合流体进入纳米气泡发生罐，气液混合流体在纳米气泡发生罐内通过摩擦产生大量微纳米气泡，带有大量微纳米气泡的流体通过纳米曝气头再次曝气，使气泡稳定达到微纳米级别。

优选地，设备正常运行时只有一台离心泵运行，能耗较传统曝气方法更低。可以减少能源消耗，减少碳排放。

优选地，远传数据传输控制箱控制潜水泵和离心泵的运行，两台泵的运行状态和流量数据可上传到平台，用户和运维人员可实时获取相关信息数据。液体流量数据和气体流量数据实时上传到平台，便于了解设备运行情况，并且平台也可通过获取的数据控制流量调节阀及时调整装置的运行参数。出现故障或异常平台会停止装置的运行，并将信息下发至运维人员。优选地，平台可以根据获取的溶解氧、气体流量、液体流量等数据，智能控制设备运行状态和控制设备运行参数，自动智能化运行，实现无人值守。在出现故障或异常时将信息下发至运维人员，减少人工巡视频次，以达到减少人工成本的目的。通过智能化运行，控制设备运行状态，可减少能源消耗，实现低碳运行。

本发明的优点是：

本发明用于如农村坑塘、黑臭等缺氧水体治理的微纳米曝气机组与传统技术相比，采用高扬程离心泵，管道中压力较高，通过气体引射气泡发生装置时能产生高的真空，使引射的气体流量大幅提高，气体引射气泡发生装置与离心泵流体联通并形成循环，利用离心泵的吸程引入气体，离心泵的叶轮将气体初步切割成小气泡，形成气液混合物后在纳米气泡发生罐中进一步使气体形成微纳米气泡，通过纳米曝气头将微纳米气泡均匀通入被治水体中，气体和水经过纳米气泡发生罐和纳米曝气头两次曝气后有更充分的混合，微纳米气泡含量更高，所形成的微纳米气泡与传统曝气相比在被治水体中停留时间长、气液接触面积大、气液传质速度高，大大提高了对水体的充氧能力。

本发明正常运行时只有一台离心泵运行，相较传统技术噪声低、效率高，能耗降低，低碳运行，通过纳米气泡发生罐和纳米曝气头两次处理，可以稳定均匀的产出微纳米气泡，持续时间长，操作、控制方便。远传数据传输控制箱可将两台泵和流量计的数据传送到平台，用户和运维人员可实时查看相关数据，故障和异常信息及时下发至运维人员，降低运维人员巡视频次，减少人工成本，可智能化运行，控制设备运行状态，进一步减少能源消耗，实现低碳运行。。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的用于农村坑塘水体治理的微纳米曝气机组的结构示意图。

图2为本发明的用于农村坑塘水体治理的微纳米曝气机组的俯视示意图。

主要零部件名称：

1 潜水泵 2 带模拟量输出的流量计

3 流量调节阀 4 气体引射气泡发生装置

5 气体单向阀 6 带模拟量输出的气体流量计

7 离心泵 8 纳米气泡发生罐

9 纳米曝气头 10 远传数据传输控制箱

11 气泡浓度检测装置 12 水质检测仪

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有做成创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

除非特别说明，本实施例中所述设备和零部件均为市场可购的常规零部件。

如图1所示，为本发明的用于农村坑塘水体治理的微纳米曝气机组的结构示意图，如图2所示，为本发明的用于农村坑塘水体治理的微纳米曝气机组的俯视示意图；其中，1为潜水泵，2为带模拟量输出的流量计，3为流量调节阀，4为气体引射气泡发生装置，5为气体单向阀，6为带模拟量输出的气体流量计，7为离心泵，8为纳米气泡发生罐，9为纳米曝气头，10为远传数据传输控制箱。

一种用于黑臭水体治理的微纳米气泡发生装置，包括潜水泵1、气泡装置、纳米气泡发生罐8、纳米曝气头9和远传数据传输控制箱10；潜水泵1流体连通气泡装置，气泡装置包括气体引射气泡发生装置4和离心泵7，气体引射气泡发生装置4与离心泵7流体连通并形成循环，离心泵7出口端流体连接于纳米气泡发生罐8入口端，在纳米气泡发生罐内，利用二相流体力学原理，在罐体出口二相流体发生摩擦产生大量微纳米气泡，纳米气泡发生罐8上设置压力表和自动排气阀。纳米气泡发生罐8出口设置一压力表。纳米气泡发生罐8出口端连接纳米曝气头9，在进入被治水体后设置若干个纳米曝气头9，纳米曝气头9置于需治理的水体内，由纳米气泡发生罐产生的气液混合流体经过纳米曝气头的二次曝气，能更加稳定的产生微纳米气泡。潜水泵1、离心泵7通过远传数据传输控制箱10控制；

在优选实施例中，潜水泵1入口设置过滤网，潜水泵1出口端安装带模拟量输出的流量计2，并通过管道，优选为三通，与气体引射气泡发生装置4和离心泵7连接；

离心泵7出口端和纳米气泡发生罐8入口端之间还设置有气泡浓度检测装置和气泡浓度检测装置控制的开关阀；气液混合流体由离心泵7增压和切碎气泡后，气液混合流体进入离心泵7出口管道，此时，气泡浓度检测装置11对气液混合流体进行检测，如气液混合流体中的气泡浓度未达到标准时，气泡浓度检测装置11控制开关阀继续关闭，气液混合流体经由三通进入再次气体引射气泡发生装置4，气体被气体引射气泡发生装置4吸入并与水一起回到带模拟量输出的流量计2与离心泵7之间的管路后进入离心泵7，气液混合流体由离心泵7再次增压和切碎气泡；如气液混合流体中的气泡浓度达到标准时，气泡浓度检测装置11打开开关阀，气液混合流体得以进入纳米气泡发生罐8，为纳米气泡发生罐8内产生大量稳定的微纳米气泡垫定了良好的基础，经过离心泵7和气液混合流体在纳米气泡发生罐8内通过摩擦产生大量微纳米气泡，带有大量微纳米气泡的流体通过管道进入纳米曝气头9进行二次曝气，使气泡稳定达到微纳米级别。

气体引射气泡发生装置4的出口端流体连接，优选为三通，离心泵7入口端和潜水泵1和带模拟量输出的流量计2的出口端，离心泵7出口端通过流体连接，优选为三通，气体引射气泡发生装置4入口端和纳米气泡发生罐8的入口端，流量调节阀3入口端与离心泵7出口端流体连接，有较高的流速可带入更多的气体，同时混合流体混入离心泵入口可有效提升NPSHa的数值，为纳米气泡发生罐8内产生大量稳定的微纳米气泡垫定了良好的基础，同时也能改善离心泵的抗汽蚀性能；

水质检测仪12置于需治理水体中实时监控溶解氧及氨氮溶度。水质检测仪实时监控需治理水体溶解氧及氨氮浓度，根据两项指标浓度值智能控制装置的开启周期和流量调节阀开度；且治理水体溶解氧、氨氮浓度及调节阀开度数据、流量数据可通过远程数据传输控制箱实时传送到监控平台。

在气体引射气泡发生装置4上还包括气体单向阀5和带模拟量输出的气体流量计6，气体引射气泡发生装置4气体入口端安装气体单向阀5，气体单向阀5与带模拟量输出的气体流量计6出口端通过管道连接；带模拟量输出的气体流量计6入口端为气体自吸入，气体不需要额外动力源进入气体引射气泡发生装置4，气体进入气体引射气泡发生装置4设有气体单向阀5，泵送的水不会从气体入口流出，带模拟量输出的气体流量计6可显示并调节气体流量计，来保证后续工艺的稳定正常工作，同时前述带模拟量输出的气体流量计6，带模拟量输出的流量计2均可通过远传数据传输控制箱将流量值实时传送至平台，操作人员可以根据其他数据，如水体内含氧量，气泡装置内产生的气泡浓度检测值等环境或装置变量对于整套装置进行控制；

其工作流程如下：

被治水经过过滤网过滤后经过潜水泵1送到离心泵7，潜水泵1运行一段时间后水位足够离心泵正常运转时，潜水泵1停止运行，此时，离心泵7启动。离心泵7启动后一部分水经过离心泵7与纳米气泡发生罐之间连接的三通进入气体引射气泡发生装置4，气体被气体引射气泡发生装置4吸入并与水一起回到带模拟量输出的流量计2与离心泵7之间的管路后进入离心泵7，气液混合流体由离心泵7增压和切碎气泡后，气液混合流体进入离心泵7出口管道，此时，气泡浓度检测装置11对气液混合流体进行检测，如气液混合流体中的气泡浓度未达到标准时，气泡浓度检测装置11控制开关阀继续关闭，气液混合流体经由三通进入再次气体引射气泡发生装置4，气体被气体引射气泡发生装置4吸入并与水一起回到带模拟量输出的流量计2与离心泵7之间的管路后进入离心泵7，气液混合流体由离心泵7再次增压和切碎气泡；如气液混合流体中的气泡浓度达到标准时，气泡浓度检测装置11打开开关阀，气液混合流体得以进入纳米气泡发生罐8，气液混合流体在纳米气泡发生罐8内通过摩擦产生大量微纳米气泡，带有大量微纳米气泡的流体通过管道进入纳米曝气头9进行二次曝气，使气泡稳定达到微纳米级别。

设备启动时先启动潜水泵1提升被治水体中的水至离心泵7，待运行几分钟稳定以后潜水泵1停泵，离心泵7运行，设备正常启动。

整套设备正常运行的动力消耗只有一台离心泵7即可完成进水的抽取、气体的抽取、气液混合生成微纳米气泡，运行能耗低，噪声小。

本发明的机组可将所有设备放置在一个控制箱内成为一个一体化装置，上述一体化装置可直接放置在室外使用。

通过以上实施例对本发明进行了说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为是本发明的实施范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应属于本发明专利涵盖范围。

Claims (9)

1.一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，其特征在于：包括潜水泵、气泡装置、纳米气泡发生罐、纳米曝气头、流量调节阀、水质检测仪和远传数据传输控制箱；所述潜水泵通过管道和流量调节阀连通气泡装置，气泡装置包括气体引射气泡发生装置和离心泵，气体引射气泡发生装置与离心泵流体连通并形成循环，离心泵出口端流体连接于纳米气泡发生罐入口端，纳米气泡发生罐出口端连接纳米曝气头，纳米曝气头置于需治理的水体内，水质检测仪置于需治理水体中实时监控溶解氧及氨氮溶度。潜水泵、离心泵、流量调节阀、水质检测仪通过远传数据传输控制箱控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，其特征在于，潜水泵出口端安装带模拟量输出的流量计，并通过管道与气泡装置连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，其特征在于，还包括连接于气体引射气泡发生装置的带模拟量输出的气体流量计，带模拟量输出的气体流量计入口端为气体自吸入；且气体流量可通过远程数据传输控制箱实时传送到监控平台。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，其特征在于，水质检测仪实时监控需治理水体溶解氧及氨氮浓度，根据两项指标浓度值智能控制装置的开启周期和流量调节阀开度；且治理水体溶解氧、氨氮浓度及调节阀开度数据、流量数据可通过远程数据传输控制箱实时传送到监控平台。

5.根据权利要求1所述的一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，其特征在于，潜水泵入口设置过滤网。

6.根据权利要求1所述的一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，其特征在于，所述气体引射气泡发生装置的出口端流体连接离心泵入口端和潜水泵出口端，离心泵出口端通过流体连接气体引射气泡发生装置入口端和纳米气泡发生罐入口端。

7.根据权利要求1或3所述的一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，其特征在于，还包括安装于气体引射气泡发生装置气体入口端安装的气体单向阀，气体单向阀与带模拟量输出的气体流量计出口端通过管道连接。

8.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置，其特征在于，离心泵出口端和纳米气泡发生罐入口端之间还设置有气泡浓度检测装置和气泡浓度检测装置控制的开关阀。

9.根据权利要求1所述的一种用于黑臭水体治理的智能微纳米气泡发生装置的工艺流程，其特征在于：被治水经过过滤网过滤后经过潜水泵送到离心泵，潜水泵运行一段时间后停止运行，离心泵启动，离心泵启动后一部分水经过离心泵与纳米气泡发生罐之间的三通进入气体引射气泡发生装置，气体被气体引射气泡发生装置吸入并与水一起进入离心泵，由离心泵增压和切碎气泡后，气液混合流体进入纳米气泡发生罐，气液混合流体在纳米气泡发生罐内通过摩擦产生大量微纳米气泡，带有大量微纳米气泡的流体通过纳米曝气头再次曝气，使气泡稳定达到微纳米级别。

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