CN114573126B - 一种固定式河流曝气装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种固定式河流曝气装置，属于河流水道污水治理的领域，其包括气流泵和输气管道，所述输气管道的一端与气流泵连通，另一端位于河流水底还包括通气柱和紊流机构，所述紊流机构包括分流管，所述通气柱与输气管道远离气流泵的一端固定连接且连通，所述通气柱上开设有气流孔，所述分流管与通气柱相对转动。本申请通过紊流机构起到减小气泡大小、增加气泡数量、提高液体的紊流程度以及延长气泡与液体的接触时间的方式，为氧气克服液膜阻碍以进入水体提供便利。

Description

一种固定式河流曝气装置

技术领域

本申请涉及河流水道污水治理的领域，尤其是涉及一种固定式河流曝气装置。

背景技术

曝音是指将空气中的氧强制向液体中转移的过程，其目的是获得足够的溶解氧。此外，曝气还有防止池内悬浮体下沉，加强池内有机物与微生物及溶解氧接触的目的。从而保证池内微生物在有充足溶解氧的条件下，对污水中有机物的氧化分解作用。

对于受污染的河流，对河流进行曝气处理是进行河道水质改善的常用方法；进行河道污水处理时，根据河道水质改善的要求、河道条件、河道功能要求、污染源特征等因素的不同，采用的曝气方式也不同，河流曝气一般包括固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式。

固定式充氧站是在需要曝气增氧的河段处安装的固定的曝气装置，曝气装置的功能是加速空气中的氧气向液体中转移，从而达到充氧的目的。用于河流的固定式充氧站通常为设置于河底的曝气器，曝气器连接有负压鼓风机，负压鼓风机将气流输送至曝气器，离开曝气器后进入水中。

双膜理论认为，在“气-水”界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态，不存在对流，在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障碍。

发明内容

为了改善上述问题，本申请提供一种固定式河流曝气装置。

本申请提供的一种固定式河流曝气装置采用如下的技术方案：

一种固定式河流曝气装置，包括气流泵和输气管道，所述输气管道的一端与气流泵连通，另一端位于河流水底还包括通气柱和紊流机构，所述紊流机构包括分流管，所述通气柱与输气管道远离气流泵的一端固定连接且连通，所述通气柱上开设有气流孔，所述分流管与通气柱相对转动。

通过采用上述技术方案，气流泵依次通过输气管道、通气柱和分流管向水中喷出气体，分流管转动的过程中，对河中的水体起到了搅拌作用，提高了水体的紊流程度，从而使双膜理论中气体中的氧气更易突破液膜的阻碍而进入水中，提高曝气效率。

优选的，所述分流管位于通气柱轴线的一侧，所述分流管相对通气柱的转动轴线为通气柱的轴线，所述分流管的内腔与气流孔连通，所述分流管的管壁上开设有喷气孔，所述喷气孔与分流管内腔连通，所述喷气孔喷出的气流为分流管的转动提供推进力。

通过采用上述技术方案，根据动量守恒原理，气体充喷气孔中喷出时，分流管便产生了朝向背离气体喷射方向上的移动趋势，即分流管的转动动力由其喷出气流提供。

优选的，所述紊流机构还包括连接环壳，所述连接环壳同轴套设在通气柱上，所述气流孔位于连接环壳的内环一侧，所述分流管的一端与连接环壳的外环一侧固定连接且二者连通，所述连接环壳沿通气柱的轴线设置有多个，所述分流管以连接环壳的轴线为中心环形阵列设置有多个。

优选的，所述紊流机构还包括振动组件，所述振动组件包括振动环、振动弹簧和过渡环，所述振动环与通气柱同轴固定连接，所述过渡环与振动环同轴，所述过渡环位于振动环朝向连接环壳的一侧，所述振动弹簧的一端与振动环固定连接，另一端与过渡环固定连接，所述过渡环朝向连接环壳的一侧嵌设有过渡滚珠，所述过渡滚珠与连接环壳的端面接触。

通过采用上述技术方案，在连接环壳和分流管转动的过程中，由于通气柱周围水流因素的不确定性，水流将对分流管产生竖直方向上的阻力或推力，使得分流管和连接环壳具有沿通气柱轴向不确定移动的趋势，振动弹簧的存在为连接环壳的轴向移动提供了空间，也起到缓冲作用，使得分流管具有于竖直方向上的移动量，进一步提高了其对水体的搅拌、振动效果。

优选的，所述分流管的喷气孔处设有缩气瓣膜。

通过采用上述技术方案，在气流泵不提供气流的状态下，缩气瓣膜可将喷气孔封堵，河水不会轻易进入分流管内；另一方面，缩气瓣膜减小了喷气孔处供气流通过的通道半径，从喷气孔所喷出的气泡大小也处于较低的水平。

优选的，所述紊流机构还包括安装架和扰流组件，所述安装架与通气柱固定连接，所述扰流组件包括分流轮，所述分流轮与安装架转动连接，所述分流轮的转动轴线与通气柱的轴线平行，所述分流轮上固定连接有分流叶片。

通过采用上述技术方案，当分流轮转动时，分流叶片对分流轮周围的水体可起到一定的横向搅拌、拨动效果，使含有大量气体的水体尽快与扰流组件外侧的水体完成空间交换，提高河内水体与气体的接触率。

优选的，所述扰流组件还包括传动套筒，所述传动套筒与分流轮同轴固定连接，所述传动套筒的侧壁上固定连接有传动叶片，所述分流管远离通气柱的一端固定连接有传动锤，所述传动锤与传动叶片发生撞击，所述传动锤的材质为橡胶。

通过采用上述技术方案，连接环壳与分流管转动的过程中，传动锤被甩动，且传动锤可对传动叶片产生撞击，撞击时产生的作用力便作为驱使传动套筒旋转的推力，此推力为传动套筒和分流轮转动提供动力，同时撞击产生的振动进一步可对水体产生一定的扰动作用，提高水中气泡中的氧气分子突破液膜进入水中的概率。

优选的，所述传动叶片于传动套筒的筒壁上螺旋环绕，所述传动套筒转动的过程中，所述传动叶片对水产生朝向反重力方向的推进力。

通过采用上述技术方案，由此可延长带有大量气泡的水体的上浮时间，气泡于水中的停留时间加长，有利于氧气突破液膜的障碍。

优选的，所述分流管的材质为记忆合金。

通过采用上述技术方案，记忆合金使得分流管具有一定的弹性形变能力，在传动锤与传动叶片相互撞击时，分流管产生弹性的弯曲形变，分流管和传动叶片所收到的冲击损伤降低；同时根据分流管的弯曲趋势可知，各喷气孔的孔径具有缩小趋势，使得其所喷出的气泡体积更小、数量更多、喷出速度更大。

优选的，所述分流管的外壁上固定连接有若干扰流棱刺，所述扰流棱刺位于分流管背离喷气孔的一侧，多个扰流棱刺沿分流管的长度方向排布，相邻两个所述扰流棱刺的棱边长度方向相互交错。

通过采用上述技术方案，在分流管转动的过程中，扰流棱刺可进一步提高对水体的扰乱作用的同时，也可将形成的体积较大的气泡刺破为多个体积较小的气泡。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过紊流机构的设置，在气体持续进入水中时，气流为分流管带来绕通气柱转动的推进力，分流管随之持续转动，对水体起到搅拌作用同时，此处的水流的紊流状态提高，快速甩动的分流管所喷出的气体形成的气泡体积也相对较小，“气-液”界面款速变换，气体中的氧更易透过液膜进入水中，提高了曝气效率；

2.通过传动套筒、传动叶片和传动锤的设置，分流管转动时通过传动锤对传动叶片的撞击向传动套筒施加转动推力，传动套筒转动时，传动叶片对水体产生反重力方向的拨动效果，水中的气泡上浮速度减慢，即气泡与水体的接触时间延长，有利于提高曝气效率。

附图说明

图1是本申请实施例中用于体现固定式河流曝气装置的整体结构示意图。

图2是本申请实施例中用于体现紊流机构各部件哦工作远离的结构示意图。

图3是图2中A部的局部放大图。

图4是本申请实施例中用于体现连接环壳和分流管连接结构与振动组件的结构示意图。

附图标记说明：1、供气组件；11、气流泵；12、输气管道；13、通气柱；131、气流孔；2、紊流机构；21、分流管；211、喷气孔；212、缩气瓣膜；22、扰流棱刺；23、传动锤；24、连接环壳；25、安装架；3、振动组件；31、振动环；32、振动弹簧；33、过渡环；34、过渡滚珠；4、扰流组件；41、分流轮；411、分流叶片；42、传动套筒；421、传动叶片。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种固定式河流曝气装置，如图1所示，包括供气组件1和紊流机构2，供气组件1用于向河水内输送空气，紊流机构2用于提高河水内的水流和气流的紊乱程度。

如图1和2所示，供气组件1包括气流泵11、输气管道12和通气柱13，气流泵11固定设置在河岸上，输气管道12的一端与气流泵11连接，另一端延伸至河底。输气管道12延伸至河底的一端分成四个支管，通气柱13为空心柱且有四个，单根通气柱13与一个支管的端部固定并连通，通气柱13的长度方向为竖直方向。气流泵11通过产生负压从而向通气柱13输送气流。

如图1、2和3所示，紊流机构2包括分流管21、连接环壳24、振动组件3和扰流组件4，连接环壳24为空心的环形壳体，其回转体截面为匚形，开口朝向内环一侧；连接环壳24同轴套设在通气柱13上，单根通气柱13上所套设的连接环壳24数量为五（为便于技术特征的展示，图1中每个通气柱13均为套设相对较高处的三个连接环壳24）。分流管21同样设置有多个，单个连接环壳24对应的分流管21数量为四，各个分流管21以连接环壳24的轴线为中心环形阵列排布，分流管21的一端与连接环壳24的外环一侧固定连接且二者内腔相互连通，且分流管21的长度方向与连接环壳24的轴线垂直。通气柱13的侧壁上开设有若干气流孔131，多个气流孔131分为五排，每排气流孔131的排列方向为通气柱13的周向，单排气流孔131对应处于一个连接环壳24内侧。分流管21的管壁上沿自身长度方向开设有多个喷气孔211，则气流的行进方向为：气流泵11→输气管道12→通气柱13→连接环壳24→分流管21→河水。

如图2和3所示，在俯视视角中，喷气孔211均开设于分流管21沿通气柱13轴线逆时针方向的一侧，故在喷气孔211喷出气流之时，气流会对分流管21产生使之顺时针转动的反作用力，使得分流管21和连接环壳24绕通气柱13顺时针转动；在分流管21转动之时，分流管21本身便成为了扰动水体的搅拌体，提高了通气柱13附近水体的紊流程度。分流管21上且位于每个喷气孔211的孔壁上均固定粘接有四个缩气瓣膜212，在供气组件1不提供气流的状态下，四个缩气瓣膜212相互紧靠以将喷气孔211封堵，河水不会轻易进入分流管21内；另一方面，缩气瓣膜212减小了喷气孔211处供气流通过的通道半径，从喷气孔211所喷出的气泡大小也处于较低的水平。分流管21背离喷气孔211的一侧沿自身长度方向焊接固定有若干扰流棱刺22，扰流棱刺22为片状，其远离分流管21的一端为较尖锐的棱边，每相邻的两个扰流棱刺22的棱边长度方向相互交错，在分流管21转动的过程中，扰流棱刺22可进一步提高对水体的扰乱作用的同时，也可将形成的体积较大的气泡刺破为多个体积较小的气泡。

如图3和4所示，振动组件3用于使连接环壳24和分流管21，包括振动环31、振动弹簧32和过渡环33，振动环31和过渡环33均同轴套设于通气柱13外，每两个振动环31对应一个连接环壳24，两个振动环31分别位于连接环壳24轴向的两端，过渡环33位于振动环31朝向连接环壳24的一侧，振动弹簧32设置有多个且位于振动环31和过渡环33之间，其一端与振动环31固定连接，另一端与过渡环33固定连接。过渡环33朝向连接环壳24的一端嵌设有多个过渡滚珠34，多个过渡滚珠34和多个振动弹簧32均沿通气柱13的轴线环形阵列排布。连接环壳24的两端面均与过渡滚珠34接触，在连接环壳24和分流管21转动的过程中，由于通气柱13周围水流因素的不确定性，水流将对分流管21产生竖直方向上的阻力或推力，使得分流管21和连接环壳24具有沿通气柱13轴向不确定移动的趋势，振动弹簧32的存在为连接环壳24的轴向移动提供了空间，也起到缓冲作用，使得分流管21具有于竖直方向上的移动量，进一步提高了其对水体的搅拌、振动效果。可供连接环壳24上下移动的空间并不大，此过程中气流孔131始终位于连接环壳24的轴向长度范围内。

如图2所示，紊流机构2还包括安装架25，安装架25用于安装扰流组件4的各个部件，安装架25与通气柱13焊接固定。扰流组件4包括多个传动套筒42和多个分流轮41，每两个分流轮41同轴一体成型于一个传动套筒42的相对两端，单个通气柱13周围环形阵列设置有四个传动套筒42，传动套筒42的轴线与通气柱13的轴线平；分流轮41与安装架25转动连接，分流轮41上焊接固定有分流叶片411，单个分流轮41上的分流叶片411有四个且以分流轮41的轴线为中心环形阵列排布，当分流轮41转动时，分流叶片411对分流轮41周围的水体可起到一定的横向搅拌、拨动效果，使含有大量气体的水体尽快与扰流组件4外侧的水体完成空间交换。

如图2所示，传动套筒42的侧壁上焊接固定有传动叶片421，传动叶片421于传动套筒42的外壁上螺旋环绕，即传动套筒42和传动叶片421整体呈绞龙状。每个分流管21远离通气柱13的一端均固定安装有传动锤23，传动锤23由硬橡胶所制成，连接环壳24与分流管21转动的过程中，传动锤23被甩动，且传动锤23可对传动叶片421产生撞击，撞击时产生的作用力便作为驱使传动套筒42旋转的推力，以此使得传动套筒42和分流轮41转动。传动叶片421的绕设形态需保证其在转动时可对周围水体产生竖直向下的推力作用，由此可延长带有大量气泡的水体的上浮时间，气泡于水中的停留时间加长，有利于氧气突破液膜的障碍。分流管21的材质为镍钛合金，作为记忆金属的镍钛合金使得分流管21具有一定的弹性形变能力，在传动锤23与传动叶片421相互撞击时，分流管21产生弹性的弯曲形变，分流管21和传动叶片421所收到的冲击损伤降低；同时根据分流管21的弯曲趋势可知，各喷气孔211的孔径具有缩小趋势，使得其所喷出的气泡体积更小、数量更多、喷出速度更大，且撞击产生的拨动带动附近水体振动，此处的气体中的氧气更易克服液膜而进入水中。

本申请实施例一种固定式河流曝气装置的实施原理为：

曝气时，气流泵11启动，含有氧气空气通过输气管道12、通气柱13并由分流管21喷出以进入水底，气体从分流管21喷出时，根据动量守恒的原理，其产生的反推作用为紊流机构2的运行提供了动力。紊流机构2通过减小气泡大小、增加气泡数量、提高液体的紊流程度以及延长气泡与液体的接触时间的方式为氧气克服液膜阻碍以进入水体提供便利。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种固定式河流曝气装置，包括气流泵(11)和输气管道(12)，所述输气管道(12)的一端与气流泵(11)连通，另一端位于河流水底，其特征在于：还包括通气柱(13)和紊流机构(2)，所述紊流机构(2)包括分流管(21)，所述通气柱(13)与输气管道(12)远离气流泵(11)的一端固定连接且连通，所述通气柱(13)上开设有气流孔(131)，所述分流管(21)与通气柱(13)相对转动；

所述分流管(21)位于通气柱(13)轴线的一侧，所述分流管(21)相对通气柱(13)的转动轴线为通气柱(13)的轴线，所述分流管(21)的内腔与气流孔(131)连通，所述分流管(21)的管壁上开设有喷气孔(211)，所述喷气孔(211)与分流管(21)内腔连通，所述喷气孔(211)喷出的气流为分流管(21)的转动提供推进力；

所述紊流机构(2)还包括连接环壳(24)，所述连接环壳(24)同轴套设在通气柱(13)上，所述气流孔(131)位于连接环壳(24)的内环一侧，所述分流管(21)的一端与连接环壳(24)的外环一侧固定连接且二者连通，所述连接环壳(24)沿通气柱(13)的轴线设置有多个，所述分流管(21)以连接环壳(24)的轴线为中心环形阵列设置有多个；

所述紊流机构(2)还包括振动组件(3)，所述振动组件(3)包括振动环(31)、振动弹簧(32)和过渡环(33)，所述振动环(31)与通气柱(13)同轴固定连接，所述过渡环(33)与振动环(31)同轴，所述过渡环(33)位于振动环(31)朝向连接环壳(24)的一侧，所述振动弹簧(32)的一端与振动环(31)固定连接，另一端与过渡环(33)固定连接，所述过渡环(33)朝向连接环壳(24)的一侧嵌设有过渡滚珠(34)，所述过渡滚珠(34)与连接环壳(24)的端面接触；

所述紊流机构(2)还包括安装架(25)和扰流组件(4)，所述安装架(25)与通气柱(13)固定连接，所述扰流组件(4)包括分流轮(41)，所述分流轮(41)与安装架(25)转动连接，所述分流轮(41)的转动轴线与通气柱(13)的轴线平行，所述分流轮(41)上固定连接有分流叶片(411)；

所述扰流组件(4)还包括传动套筒(42)，所述传动套筒(42)与分流轮(41)同轴固定连接，所述传动套筒(42)的侧壁上固定连接有传动叶片(421)，所述分流管(21)远离通气柱(13)的一端固定连接有传动锤(23)，所述传动锤(23)与传动叶片(421)发生撞击，所述传动锤(23)的材质为橡胶；

所述传动叶片(421)于传动套筒(42)的筒壁上螺旋环绕，所述传动套筒(42)转动的过程中，所述传动叶片(421)对水产生朝向反重力方向的推进力。

2.根据权利要求1所述的一种固定式河流曝气装置，其特征在于：所述分流管(21)的喷气孔(211)处设有缩气瓣膜(212)。

3.根据权利要求1所述的一种固定式河流曝气装置，其特征在于：所述分流管(21)的材质为记忆合金。

4.根据权利要求1所述的一种固定式河流曝气装置，其特征在于：所述分流管(21)的外壁上固定连接有若干扰流棱刺(22)，所述扰流棱刺(22)位于分流管(21)背离喷气孔(211)的一侧，多个扰流棱刺(22)沿分流管(21)的长度方向排布，相邻两个所述扰流棱刺(22)的棱边长度方向相互交错。