CN210103576U - 一种低能耗高溶氧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低能耗高溶氧装置，包括溶氧锥、用于向溶氧锥内输送纯氧的供气装置、用于回收再利用气体的气体回收装置、向溶氧锥输送水的进水管和在线检测装置，所述进水管与供气装置和气体回收装置连接，连接处的进水管内设有纳米曝气装置。本溶氧装置设有气体回收装置，可使未溶解的氧气重新回到氧气锥中，再次进行溶解，大幅提高了氧气的利用率，与目前的溶氧设备相比，本装置节省了氧气用量，且能够节省能耗。

Description

一种低能耗高溶氧装置

技术领域

本实用新型涉及溶氧装置技术领域，特别涉及一种低能耗高溶氧装置。

背景技术

在目前的污水处理及水产养殖水处理行业，保持水体中的溶解氧有足够的浓度，是十分重要的。除了水体中含有的有机物需要氧化分解外，水产动物的生存、有益菌的增殖也需要高溶氧环境支持。另外，当水体缺氧时，水体中的某些无机物，如硫化氢、亚硝酸盐等，如不及时被氧化，会导致水生动物中毒。因此，增加水体中的溶氧度，对污水处理及水产养殖行业都是至关重要的。

目前向水体增氧的通用方式有三种。一种是通过气泵或风机等空气增压装置，配合曝气管道、气石等材料，向水体中释放小气泡，通过气泡与水体接触、渗透，达到增加水体中溶解氧的目的。但这种方式一般产生的气泡直径较大，可达到2-3mm，整体增氧效果较差，以空气作为气源时，总体的溶氧效率不超过2％。而且大部分空气中的氧气来不及与水接触就从水面逸出，造成增压装置的能量浪费。同时由于风机在持续运行后，由于摩擦、压缩气体，机体会产生大量的热量。气体通过风机后被加热，然后在与水接触的过程中，会将这些热量转移到水体中，导致水体温度升高，影响水体的水质稳定性，同时水体温度升高后，根据气体的溶解特性，氧气在水中的溶解度会下降。

另一种为射流增氧的方式，通过文氏管射流的方式，使气体与水混合，产生气泡。这种方式产生的气泡直径在0.5-2mm之间。这种增氧方式需要一台动力泵。整体效果比第一种略好，但同样会造成能耗较大。如果采用这种方式使纯氧与水混合，则会造成纯氧的大量浪费。

第三种为气液混合方式。通过一台特殊的气液混合泵，将进水与进气混合后输出。这种方式可以产生直径小于0.1mm的气泡。但这种泵的相对能量消耗较大。以一台2立方米/小时流量输出的气液混合泵为例，功率达到了1.1千瓦。在向大水体增氧的工况下，功耗过大使这种增氧方式难以推广。这种增氧方式的增氧效果好过前两种，但同样面临过剩气体从水而逸出从而造成浪费的情况。

也存在用溶氧锥进行增氧，但在使用过程中，会有大量的气泡未得到充分溶解就被水流带动，随出水水流流出，再而逸出水面，造成了大量的浪费。同时，目前氧气锥都是与射流器配合使用。射流器是一种气液混合配件，为了保证足够的进气量，它需要前面进水的压力较大才有较强的负压，这就需要一台能耗较大的水泵与之匹配，使系统的能耗居高不下；无氧气回收装置，同样会造成纯氧的大量浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低能耗高溶氧装置，该装置操作简单，能提高溶氧效率。

本实用新型的技术方案为：一种低能耗高溶氧装置，包括溶氧锥、用于向溶氧锥内输送纯氧的供气装置、用于回收再利用气体的气体回收装置、向溶氧锥输送水的进水管和在线检测装置，所述进水管与供气装置和气体回收装置连接，连接处的进水管内设有纳米曝气装置。其中，本装置的气体回收装置，可以使未溶解的氧气重新进入溶氧锥进行溶解，大大提高了氧气的利用率；在线检测装置可以远程控制系统部件的启闭，可大幅节省系统电耗和操作人工成本。

所述纳米曝气装置采用纳米曝气管，所述纳米曝气管呈管状，纳米曝气管的外径小于进水管的内径，纳米曝气管通过粘胶固定在进水管内，纳米曝气管设有进气口，所述进气口与与供气装置和气体回收装置连接。其中，纳米曝气管所产生的气泡直径较小，气泡的平均初始直径小于0.5mm。

所述溶氧锥为上部小、下部大的圆锥形容器，溶氧锥的上部连接进水管，下部通过第一出水管与气体回收装置连接。其中，采用溶氧锥能够增加气泡在水流中的滞留时间，有利于氧气溶解。

所述供气装置包括氧气瓶和进气管，进气管连通氧气瓶和进水管，沿进气方向，进气管上依次设有减压阀、电磁阀、流量计和单向阀。

所述气体回收装置包括气体回收桶和排气管，排气管连接气体回收桶的顶部和进水管，沿排气方向，排气管上依次设有高压气泵和单向阀，气体回收桶的内壁安装有上水位控制器、中水位控制器和下水位控制器，气体回收桶下方设有第二出水管。其中，氧气瓶中装有液态氧，液态氧气化后会产生不小于0.35MPa的气压，高压气泵的排气压力也不小于0.15MPa，利用高压气泵的压力或氧气瓶出气口的压力，通过纳米曝气管制造微小气泡。

所述第二出水管从气体回收桶的下部通向上方，出水管上设有出水口，出水口的高度位于中水位控制器的高度与上水位控制器的高度之间。其中，采用此结构可保证气体不会从出水口逸出。

所述在线检测装置连接检测水中氧溶解度的溶氧探头，在线检测装置上设有用于传输信息到用户终端的GMS卡。其中，用户终端采用手机或电脑，在线检测装置与上水位控制器、中水位控制器、下水位控制器、溶氧探头、电磁阀和高压气泵连接。

所述溶氧探头设于出水口处，溶氧探头采用荧光法溶氧探头。荧光法溶氧探头采用光学感应元件，对水中的溶氧进行检测，并与在线检测装置配合显示读数，其特点是精度高，寿命长，无材料消耗。其中，溶氧探头能够检测出水口处的水体溶氧量，并将数据传输至在线检测装置，可将出水口水中的溶氧值即时传输到用户的终端设备上。

所述气体回收桶的容量至少为溶氧锥的容量的二分之一。其中，采用此种结构，使进入气体回收桶内的气泡有足够的时间上浮并集中到气体回收桶的上部，用以保证水位控制器不频繁启动，使气体回收桶内水位的变化较缓和，水位达到中水位控制器和下水位控制器的次数少，不会造成在线检测装置的频繁启动，可有效降低系统的故障率，提高系统运行的安全性，有效延长系统的使用寿命。

所述气体回收桶的顶部设有电磁排气阀和定时器。两者通过电缆线连接。

本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

本溶氧装置设有气体回收装置，可使未溶解的氧气重新回到氧气锥中，再次进行溶解，大幅提高了氧气的利用率，与目前的溶氧设备相比，本装置大幅节省了氧气用量。

本溶氧装置采用的纳米曝气管的曝气效果较好，气泡的初始直径小于0.5mm，而一般的纳米曝气管、气石、射流器等配件所产生的气泡平均直径均为不小于1mm；根据气体溶解的规律，等量的气体体积，在水中的气泡直径越小，气泡的数量就越多，与水体的接触面大，溶解的效率就越高。管状设计的纳米曝气管与进水管为一体，横截面积较大，对水流的阻力较小，可大幅减少动力泵的能耗。

本溶氧装置能够节省能耗。采用高压气泵的压力较高，但由于总气量小，气泵的总功耗很小；利用供气装置如氧气瓶出口的压力与纳米曝气管联合的方式，巧妙地利用液态氧气化时所产生的压力，而不需要额外的动力产生气泡，相对于射流器需要用大功率的水泵匹配，整体能耗大幅降低；主控制器可以使系统自动按实际溶解效率供气，是氧气利用最大化的有力保证，同时，当出水溶氧达到一定范围时，它可以通过设置让系统停止工作，进一步节省了能耗。

本溶氧装置的在线检测装置可将出水溶氧实时上传到客户的手机或电脑终端，使管理者可远程监测溶氧水处理的即时动态，同时可设置报警功能，可对低溶氧状态提前报警，提醒管理者提前采用相应的措施。

本溶氧装置气体回收桶的第二出水管的高度不高，所产生的水压很小，不会对水体中的溶氧产生太大的影响。相比现有的一些压力溶氧设备中，因为采用了加压溶氧的方式，当高溶氧水流出设备后，外部压力变小，水中的溶氧会从水中析出，进而造成纯氧的浪费。而本申请中因气体回收桶的第二出水管的高度很低，所产生的水压很小，不会对水体中的溶氧产生太大的影响，基本不会导致水中的溶氧在出水后纯氧逸出的情况，能够起到很好的缓冲压力的作用。

附图说明

图1为本低能耗高溶氧装置的结构示意图。

其中，图中所示，1为减压阀、2为电磁阀、3为流量计、4为单向阀、5为高压气泵、6为电磁排气阀、7为进水管、8为出水口、9为纳米曝气装置、10为溶氧探头、11为氧气瓶、12为溶氧锥、13为气体回收桶、14为在线检测装置、15为上水位控制器、16为中水位控制器、17为下水位控制器、18为定时器、19为第一出水管、20为第二出水管。

具体实施方式

下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种低能耗高溶氧装置，如图1所示，包括溶氧锥12、用于向溶氧锥内输送纯氧的供气装置、用于回收再利用气体的气体回收装置、向溶氧锥输送水的进水管7和在线检测装置，进水管与供气装置和气体回收装置连接，连接处的进水管内设有纳米曝气装置9。其中，本装置的气体回收装置，可以使未溶解的氧气重新进入溶氧锥进行溶解，大大提高了氧气的利用率；在线检测装置可以远程控制系统部件的启闭，可大幅节省系统电耗和操作人工成本。

纳米曝气装置采用纳米曝气管，纳米曝气管呈管状，纳米曝气管的外径小于进水管的内径，纳米曝气管通过粘胶固定在进水管内，纳米曝气管设有进气口，进气口与与供气装置和气体回收装置连接。其中，纳米曝气管所产生的气泡直径较小，气泡的平均初始直径小于0.5mm。

溶氧锥为上部小、下部大的圆锥形容器，溶氧锥的上部连接进水管，下部通过第一出水管19与气体回收装置连接。其中，采用溶氧锥能够增加气泡在水流中的滞留时间，有利于氧气溶解。

供气装置包括氧气瓶11和进气管，进气管连通氧气瓶和进水管，沿进气方向，进气管上依次设有减压阀1、电磁阀2、流量计3和单向阀4。

气体回收装置包括气体回收桶13和排气管，排气管连接气体回收桶的顶部和进水管，沿排气方向，排气管上依次设有高压气泵5和单向阀4，气体回收桶的内壁安装有上水位控制器、中水位控制器和下水位控制器，气体回收桶下方设有第二出水管20。其中，氧气瓶中装有液态氧，液态氧气化后会产生不小于0.35MPa的气压，高压气泵的排气压力也不小于0.15MPa，利用高压气泵的压力或氧气瓶出气口的压力，通过纳米曝气管制造微小气泡。第二出水管从气体回收桶的下部通向上方，出水管上设有出水口8，出水口的高度位于中水位控制器的高度与上水位控制器的高度之间。其中，采用此结构可保证气体不会从出水口逸出。

在线检测装置连接检测水中氧溶解度的溶氧探头10，在线检测装置上设有用于传输信息到用户终端的GMS卡。其中，用户终端采用手机或电脑，主控制器与上水位控制器15、中水位控制器16、下水位控制器17、溶氧探头、电磁阀和高压气泵连接。

溶氧探头设于出水口处，溶氧探头采用荧光法溶氧探头。荧光法溶氧探头采用光学感应元件，对水中的溶氧进行检测，并与在线检测装置配合显示读数，其特点是精度高，寿命长，无材料消耗。其中，溶氧探头能够检测出水口处的水体溶氧量，并将数据传输至主控制器，可将出水口水中的溶氧值即时传输到用户的终端设备上。

气体回收桶的容量至少为溶氧锥的容量的二分之一。其中，采用此种结构，使进入气体回收桶内的气泡有足够的时间上浮并集中到气体回收桶的上部，用以保证水位控制器不频繁启动，使气体回收桶内水位的变化较缓和，水位达到中水位控制器和下水位控制器的次数少，不会造成在线检测装置的频繁启动，可有效降低系统的故障率，提高系统运行的安全性，有效延长系统的使用寿命。

气体回收桶的顶部设有电磁排气阀6和定时器18。

上述一种低能耗高溶氧装置，可用于增加养殖污水、市政污水、食品加工用水和工业用水等水体中的溶氧度，其使用原理与方法为：水从进水管进入溶氧锥，纳米曝气管固定在进水管内，利用氧气瓶出气口的压力或气体回收装置中的高压气泵的压力来制造微小气泡，气泡的平均直径小于0.5mm；微小气泡在水流的带动下进入溶氧锥上部的进水管。一方面，由于溶氧锥的上部口径较小，下部口径较大，在水流总量不变的情况下，溶氧锥下部的水流速度小于上部的水流速度，微小气泡在随水流流动的过程中，由于分子渗透压的作用，氧气会逐渐溶解到水中，气泡的体积会越来越小；另一方面，由于气泡在液体中的胶连作用，多个气泡会逐渐合并成一个气泡，导致水流中的气泡体积越来越大，数量越来越少，合并后的大气泡由于体积增大，所受到的浮力也随之增加，在气泡到达溶氧锥下部以后，由于水流速度变小，水流对气泡的冲击力也逐渐变小，当水流对气泡的冲击力小于气泡所受到的浮力，气泡会有逆水流向上浮动的趋势。两种作用力在达到平衡后，大量气泡会悬浮于溶氧锥内的水流中。在同样气泡与水接触的情况下，由于滞留时间增加，溶氧的效率更高。

随着时间的推移，越来越多的气泡悬浮于溶氧锥内的水流中，而进水管持续通入水进入溶氧锥，部分悬浮的气泡受力平衡被打破，未溶解的气泡会随水流从溶氧锥进入气体回收桶。水流进入气体回收桶后，由于水中的气泡密度较小，未溶解的氧气会从水面逸出，在气体回收桶的上部形成气体空间，水由于重力作用集中于气体回收桶的下部，再从第二出水管流出，第二出水管上的出水口离气体回收桶的底部有一定的高度，出水口的高度位于中水位控制器的高度与高水位控制器的高度之间，可保证不会有气体从出水口逸出。

随水流进入气体回收桶中的气泡越来越多，气体回收桶内的水位会逐渐下降，当水位下降到下水位控制器时，主控制器会关闭供气装置中的电磁阀，以防止更多的气体进入溶氧锥和气体回收装置；同时，启动气体回收装置中的高压气泵，使气体回收桶内的气体重新进入溶氧锥内进行溶解。如果随水流进入气体回收桶中的气体较少，气体回收桶内的水位会上升，当水位上升到中水位控制器时，主控制器会关闭气体回收装置的高压气泵，同时打开供氧系统的电磁阀，让更多的气体进入溶氧锥。

在水产养殖水体中，有多种不同的气体可以溶解在水中。如动物呼吸或有机物分解产生的二氧化碳气体、硫化氢气体以及自然溶解的氮气等。在经过连续的曝气后，水中溶解的氧气浓度会升高，部分其它气体会因气体分压、过饱和等原因从水中析出，造成气体回收桶内混有部分以上气体。当这些非氧气气体在气体回收桶上部逐渐积累，最后会占满整个气体回收桶内下水位控制器以上的空间。导致水位不会再回到中水位控制器的位置。氧气瓶或制氧机内的纯氧不再进入溶氧系统导致整个系统失效。为避免这种情况，我们在气体回收桶的最上方，连接了一个电磁排气阀，电磁排气阀与一个定时器连接。可以根据系统实际的效果，来调整定时器的设置。如在系统连续工作30个小时以后，气体回收桶内水位就再也无法回到中液位控制器的位置，则可以将定时器定为20个小时，系统在连续工作20个小时以后，定时器通过电路开关，自动打开电磁排气阀，将气体回收桶内的所有气体全部排空。待水位到达上水位控制器时，电磁排气阀被主控制器关闭，然后系统恢复正常运行。

本实施例中，优选的，高压气泵采购自浙江圣帕空压机制造有限公司型号XJB-90L，电磁排气阀采购自浙江徽正电气有限公司型号2W-160-15，纳米曝气装置采购自淄博天淼海洋生物科技有限公司型号ZY63，溶氧探头采购自广州市通盾电子科技有限公司型号KYV-01-02200000，在线检测装置及主控制器均采购自广州市通盾电子科技有限公司型号CK-G，水位控制器采购自宁波铭瑞传感器有限公司RG-10110P，其余电器配件采购自中国德力西控股集团有限公司系列配件。

如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，包括溶氧锥、用于向溶氧锥内输送纯氧的供气装置、用于回收再利用气体的气体回收装置、向溶氧锥输送水的进水管和在线检测装置，所述进水管与供气装置和气体回收装置连接，连接处的进水管内设有纳米曝气装置。

2.根据权利要求1所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述纳米曝气装置采用纳米曝气管，所述纳米曝气管呈管状，纳米曝气管的外径小于进水管的内径，纳米曝气管通过粘胶固定在进水管内，纳米曝气管设有进气口，所述进气口与供气装置和气体回收装置连接。

3.根据权利要求1所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述溶氧锥为上部小、下部大的圆锥形容器，溶氧锥的上部连接进水管，下部通过第一出水管与气体回收装置连接。

4.根据权利要求1所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述供气装置包括氧气瓶和进气管，进气管连通氧气瓶和进水管，沿进气方向，进气管上依次设有减压阀、电磁阀、流量计和单向阀。

5.根据权利要求1所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述气体回收装置包括气体回收桶和排气管，排气管连接气体回收桶的顶部和进水管，沿排气方向，排气管上依次设有高压气泵和单向阀，气体回收桶的内壁安装有上水位控制器、中水位控制器和下水位控制器，气体回收桶下方设有第二出水管。

6.根据权利要求5所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述第二出水管从气体回收桶的下部通向上方，出水管上设有出水口，出水口的高度位于中水位控制器的高度与上水位控制器的高度之间。

7.根据权利要求1所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述在线检测装置连接检测水中氧溶解度的溶氧探头，在线检测装置上设有用于传输信息到用户终端的GMS卡。

8.根据权利要求7所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述溶氧探头设于出水口处，溶氧探头采用荧光法溶氧探头。

9.根据权利要求5所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述气体回收桶的容量至少为溶氧锥的容量的二分之一。

10.根据权利要求5所述一种低能耗高溶氧装置，其特征在于，所述气体回收桶的顶部设有电磁排气阀和定时器。

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