一种多级跌水曝气装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及水电工程施工技术领域，具体涉及一种用于小型自来水厂的原水处理的多级跌水曝气装置。


背景技术：

[0002]
含铁和含锰地下水分布广范，在溶解氧不足的地下水中，大量的铁、锰元素溶解在水中。尤其当含铁量较高时，铁腥味较大，易滋生铁细菌，锈蚀物品，堵塞管道，影响生产和生活用水。水处理即通过物理、化学的方式将原水中铁、锰等物质加以去除或减少至正常水平(fe≤0.3mg/l，mn≤0.1mg/l)。其中对原水地下水的处理以除铁为主要目的，一般用氧化法最为方便、经济。为保证溶氧效果，提高除铁效率，原水需要进行曝气。
[0003]
现有的曝气方法有：鼓风曝气、机械曝气、射流曝气和跌水曝气。
[0004]
其中，跌水曝气就是水体从高处跌落，搅动水面，产生水跃，使原水液面与空气接触的表面不断更新，把空气中的氧转移到水体里，从而使水体充氧，提高原水ph值，同时亚铁离子与氧气发生氧化还原反应，形成铁离子沉淀，达到初步除铁的目的。跌水曝气方式相对于其他三种曝气方式，具有效率较高、管理方便、节能等优点。并且，原水与空气接触时间越长，接触面积越广，反应就越充分，除铁效果也越好。
[0005]
现有的跌水曝气装置，如中国专利，申请号为201520419234.x的实用新型专利，具体公开了一种净水厂水处理跌水曝气器，包括一个曝气池，曝气池的底端设有一根原水输入管，原水输入管与设于高处的进水口相连，曝气池的底端另一侧设有出水口，原水输入管延伸至曝气池内后再与一个垂直向上延伸至曝气池中上部的曝气内水管相连，曝气内水管的外侧再套设一个跌水曝气管，跌水曝气管的上部设有进气端口，进气端口的高度大于原水输入管进水口高度，跌水曝气管的下部设有曝气出水端口。上述专利提到的跌水曝气装置当中，水与空气接触时间较短以致于水中溶解氧量低，曝气效果较差。
[0006]
此外，比较常见的多级跌水曝气装置采用阶梯式结构，使水流沿阶梯一阶一阶的往下流动，增加水流与空气的接触面积来实现曝气功能。但实际应用中，也存在此类结构的跌水曝气装置曝气效果还不是很理想的问题，并且，也存在由于阶梯式结构导致整个装置占地面积过大的问题。


技术实现要素：

[0007]
本实用新型设计了一种新的多级跌水曝气装置，通过设置多个上下平行叠排的跌水板来缩小占地面积的同时，再通过在跌水板上设置多个通孔在实现上下阶跌水板水流通的同时增加水流暴露在空气中的面积以及暴露的时间，以多级跌落、小孔淋洒的方式使原水中的含有的铁离子充分与空气中的氧进行接触，进行充分化学反应，从而有效去除铁离子等金属物质，使该装置的曝气效果大大增加，有效完成原水的曝气预处理。
[0008]
具体的，本实用新型提供的一种多级跌水曝气装置，用于小型水厂的原水处理，包括进水管和两个及以上的跌水板，所述跌水板一级一级的上下平行叠排；所述进水管穿过
跌水板中心与跌水板固定连接，并且进水管顶部突出于第一级的跌水板；所述跌水板上均匀分布有多个通孔。
[0009]
本实用新型中，在跌水板上设置多个通孔除了保证水流通过通孔流出该跌水板而到达下一跌水板，也增加了水流在流动过程中的行程，从而能够使水流更充分的暴露在空气中，进一步增加水流中增加含氧量，保证充分的氧气与原水中的金属离子进行化学反应而充分去除原水中的金属离子。
[0010]
进一步的，跌水板上的通孔大小为6-10mm，通孔间距为20-30mm。通孔设置为6-10mm，通孔间距为20-30mm，在跌水板上密集的开通孔，并且通孔口径较小，水流经过通孔时，由于水流自身粘滞力会产生一定的滞留性，进一步增加留空时间，使氧化还原反应更加充分。
[0011]
进一步的，跌水板之间的间距为300-600mm。跌水板的这个间距保证水流能够具有一定的冲击力，便于扩散；同时又保证最少量的水流溅出到跌水板以外，避免浪费水资源。
[0012]
进一步的，跌水板边缘处设有挡板。一些优选的实施方式中，挡板高度在 100-200mm之间。更进一步的，挡板与跌水板之间形成的夹角为90度-120度之间。
[0013]
进一步的，跌水板为5-10个。一个优选的实施方式中，跌水板为7个。
[0014]
进一步的，进水管顶部设有挡水帽；挡水帽通过偏流消能的挡片连接在进水管顶部侧壁；挡水帽的尺寸大于进水管开孔尺寸。进一步的，设置在挡水帽和进水管之间的偏流消能的挡片除了支撑挡水帽，还具有偏流消能的作用，当进水管中的水在压力下溢出进水管顶部开口，被挡片进行阻挡和分流，方便更均匀的分布到第一级的跌水板上。更进一步的，挡片为4个，均匀分布在挡水帽内顶部和进水管侧壁。
[0015]
进一步的，挡水帽通过偏流消能的挡片连接在进水管顶部侧壁。
[0016]
挡水帽的设置既保证了进水管顶部流出原水因压力过大而喷溅处太远距离流出到第一级跌水板外，还使原水从进水管顶部流出时冲击到挡水帽后进行扩散式反弹分流，保证进水管出来的原水能够更均匀的扩散到整个第一级挡水板上，增加原水与空气的接触面积。
[0017]
一些优选的实施方式中，挡水帽为圆形，其尺直径是进水管直径的2-3倍。
[0018]
进一步的，两个及以上的跌水板边缘处设有多个均匀布置的支撑柱。
[0019]
进一步的，跌水板为长方形或正方形结构；支撑柱为八个，分别设置在跌水板的四个转角处和四个边的中心处。
[0020]
进一步的，还包括鼓风机，所述鼓风机位于跌水板的一侧。鼓风机的设置能够增加空气的流动，使更多的空气与水流接触。
[0021]
进一步的，还包括增压泵，增压泵连接在进水管底部与原水进水口连接处。
[0022]
进一步的，还包括水池，支撑柱底部固定在水池边缘。
[0023]
另一方面，本实用新型还提供一种小型水厂的原水处理方法，其中，包括多级跌水曝气装置、进水口和水池，该多级跌水曝气装置包括进水管和一个及以上的跌水板，所述跌水板一级一级的上下平行叠排；所述进水管穿过跌水板中心与跌水板固定连接，并且进水管顶部突出于第一级的跌水板；所述跌水板上均匀分布有多个通孔；进水管底部连接在原水进水口处；多级跌水曝气装置位于水池正上方；其具体操作步骤如下：
[0024]
a.打开进水口，使待处理的原水进入进水管底部；
[0025]
b.原水流经进水管后从进水管的顶部开口溢出；
[0026]
c.溢出的原水跌落到最上面的第一级的跌水板上，水流沿第一级的跌水板分散流动，同时水流进入跌水板通孔；
[0027]
d.通过第一阶跌水板通孔进入下一级的跌水板；
[0028]
e.水流在该下一级的跌水板上分散流动，同时水流进入该下一级的跌水板通孔；
[0029]
f.若有两个以上的跌水板，则水流通过上一级的跌水板上通孔流入到下一级的跌水板中，依次循环；
[0030]
g.最后一级的跌水板上的水流扩散并通过其通孔流入到水池中，完成原水处理。
[0031]
本实用新型的原水处理方法中，通过新提供的的多级跌水曝气装置，在跌水板上设置多个通孔既保证水流通过通孔流出该跌水板而到达下一跌水板，又加长了水流在流动过程中的行程，从而能够使水流更充分的暴露在空气中，进一步增加水流中增加含氧量，保证充分的氧气与原水中的金属离子进行化学反应而充分去除原水中的金属离子。
[0032]
进一步的，还包括增压泵，增压泵连接在进水管与进水口连接处，所述步骤a中，打开进水口的同时开启增压泵。
[0033]
进一步的，还包括鼓风机，所述步骤a中，打开进水口后，开启鼓风机。鼓风机的设置能够增加空气的流动，使更多的空气与水流接触。
[0034]
进一步的，所述跌水板边缘处设有挡板；所述步骤a、步骤d和步骤f中，跌落的水流被挡板阻挡在跌水板上。更进一步的，挡板与跌水板形成夹角在90 度-120度之间。
[0035]
进一步的，跌水板上的通孔大小为6-10mm，通孔间距为20-30mm。通孔设置为6-10mm，通孔间距为20-30mm，从而使跌水板上密集的开通孔，并且通孔口径较小，水流经过通孔时，由于水流自身粘滞力会产生一定的滞留性，进一步增加留空时间，使氧化还原反应更加充分。
[0036]
进一步的，跌水板之间的间距为300-600mm。
[0037]
进一步的，进水管顶部设有挡水帽；挡水帽通过偏流消能的挡片连接在进水管顶部侧壁；所述步骤b中，原水流经进水管后从进水管的顶部溢出后，冲击到挡水帽内和偏流消能的挡片上，被挡水帽和偏流消能的挡片阻挡分流到第一级的跌水板上。
[0038]
挡水帽的设置既保证了进水管顶部流出原水因压力过大而喷溅处太远距离流出到第一级跌水板外，还使原水从进水管顶部流出时冲击到挡水帽后进行扩散式反弹分流，保证进水管出来的原水能够更均匀的扩散到整个第一级挡水板上，增加原水与空气的接触面积；而当进水管中的水在压力下溢出进水管顶部开口，被偏流消能的挡片进行阻挡和分流，方便更均匀的分布到第一级的跌水板上。更进一步的，偏流消能的挡片为4个，均匀分布在挡水帽内顶部和进水管侧壁。
[0039]
一些优选的实施方式中，挡水帽为圆形，其尺直径是进水管直径的2-3倍。
[0040]
进一步的，两个及以上的跌水板边缘处设有多个均匀布置的支撑柱；所述支撑柱底部固定在水池边缘。
[0041]
进一步的，跌水板为长方形或正方形结构；支撑柱为八个，分别设置在跌水板的四个转角处和四个边的中心处。
[0042]
有益效果
[0043]
本实用新型中的装置和方法通过在多级层叠的跌水板上密集开孔和跌水板四周
加挡水板的方式，使原水以淋洒的方式逐级经过每层跌水板，大大增加与空气接触时间。此外由于开孔密集，孔口径较小，水流经过空洞时，由于水流自身粘滞力会产生一定的滞留性，进一步增加留空时间，使氧化还原反应更加充分。相比其他跌水曝气装置，此多级开孔曝气装置使原水有更多的留空时间和更大的接触面积，能提高地下水的ph并将二价铁氧化成三价铁后在后续的沉淀池沉淀。相较于其他自由落体式曝气装置，多级跌落、小孔淋洒的设计具备留空时间更长，比表面积更大的优点，因此具备更优的曝气效果。
[0044]
并且，该装置采样一体式焊接使其具有良好的整体性，吊运和安装都非常方便；同时可根据设计要求和实际需要改变形状、尺寸和层数，适用性强。不锈钢材质优良的焊接性和耐腐蚀性也使得后期保养、维护等几乎不存在，兼顾美观和实用。
附图说明
[0045]
图1为本实用新型多级跌水曝气装置的立面示意图。
[0046]
图2为跌水板的平面示意图。
[0047]
图3为本实用新型多级跌水曝气装置的剖面示意图。
[0048]
图4为本实用新型另一多级跌水曝气装置的立面示意图。
[0049]
附图标记说明：
[0050]
多级跌水曝气装置100，进水口1，水池20，进水管7，进水管顶部开口71，跌水板10，最后一级的跌水板2，第一级的跌水板5，通孔11，挡板6，支撑柱3，挡水帽4，挡片8，鼓风机30。
具体实施方式
[0051]
下面对本实用新型涉及的机构或这些所使用的技术术语做进一步的说明。在下面的详细描述中，图例附带的参考文字是这里的一个部分，它以举例说明本实用新型可能实行的特定具体方案的方式来说明。我们并不排除本实用新型还可以实行其它的具体方案和在不违背本实用新型的使用范围的情况下改变本实用新型的结构。
[0052]
如图1-4所示，本实用新型的用于小型水厂的原水处理的多级跌水曝气装置100，包括进水管7和两个及以上的跌水板10，其中，这两个或多个跌水板 10上下叠排，并且跌水板10之间相互平行；进水管7穿过跌水板10中心与跌水板10固定连接，进水管7顶部开口71突出于第一级的跌水板5。该多级跌水曝气装置100与原水进水口连接，将原水通过进水口进入到进水管中再进入到跌水板上进行跌水曝气处理。一个实施例中，进水管底部通过法兰与原水进水口相连，从下部进水到该装置中。一些具体的实施例中，跌水板10和进水管 7均为金属材质，二者之间焊接固定，多级的跌水板10围绕进水管7以平行方式逐层焊接。所有的跌水板10上均匀分布有多个通孔11，如图2所示。通过进水管7连接原水的进水口1将原水运输至进水管顶部开口71处溢出至跌水板上，通过跌水板上的通孔11流入到下层的跌水板10上，实现跌水曝气。如图 2所示，一些实施例中，跌水板10上的通孔11大小为6-10mm，具体的实施例中，通孔大小为8mm，9mm，10mm。另一些实施例中，通孔11之间的间距为20-30mm。具体的，通孔间距为20mm或25mm或30mm。在跌水板上密集的开通孔11，并且通孔口径较小，该通孔11孔径尺寸能够使原水流经通孔时产生表面张力，从而流经通孔11时水流具有粘滞力会产生一定的滞留性，进一步增加留空时间，使氧化还原反应更加充分。
[0053]
本实用新型中，跌水板10为5-10个，跌水板10之间的间距为300-600mm。跌水板10的这个间距保证水流能够具有一定的冲击力，便于扩散，同时有不会是水流溅出到跌水板10以外，浪费水资源。一个具体的实施例中，跌水板之间的间距为400mm。
[0054]
一些实施例中，跌水板10边缘处设有挡板6。一些优选的实施方式中，挡板6高度在100-200mm之间。一个具体的实施例，挡板高度为200mm。挡板6 以焊接的方式分布于每层跌水板10四周。挡板6与跌水板10之间形成的夹角为90度-120度之间，比如：100度，110度和120度。
[0055]
一些实施例中，进水管7顶部设有挡水帽4；挡水帽4通过挡片8焊接在进水管顶部开口71处及进水管7顶部侧壁处。具体的，如图3所示，挡片8一端焊接固定在进水管顶部侧壁上，并且高出与进水管顶部开口71，挡片8顶部连接到挡水帽4的内顶部；该挡片8为多个，均匀分布在进水管7侧壁和挡水帽4的内顶部。一个具体的实施例中，挡片8为4个。一个具体的实施例中，挡片8为不锈钢材质，其厚度为4mm。通过挡片8将挡水帽4固定在进水管7 上方。一些具体的实施方式中，挡水帽4的尺寸大于进水管开口71尺寸。更为具体的，挡水帽4为圆形，其直径是进水管7直径的2-4倍。挡水帽4的挡水和导流作用，将原水均匀的分散至第一级跌水板5上，然后依次流过下层多级跌水板，同时，连接挡水帽4的挡片8还具有偏流消能功能，能够引导从进水管开口71处出来的原水的流向，以及阻挡减缓原水流速，从而使原水更均匀分布到第一级的跌水板5上。
[0056]
挡水帽4和挡片8的设置既保证了进水管7顶部流出原水因压力过大而喷溅处太远距离流出到第一级跌水板5外，还使原水从进水管7顶部开口流出时冲击到挡水帽4和挡片8上后进行扩散式反弹分流，保证进水管7出来的原水能够更均匀的扩散到整个第一级挡水板5上，增加原水与空气的接触面积。一些实施例中，挡水帽4距离进水管顶部开口71的距离为30-50mm。
[0057]
本实用新型中，为了进一步加固多级的跌水板10的稳定性，在两个及以上的跌水板10边缘处设有多个均匀布置的支撑柱3。多级跌水曝气装置100通常被安装在水池20上，水池20用于收集被多级跌水曝气装置100处理好的水。连接和固定跌水板的支撑柱3通过底部固定在水池20边缘。
[0058]
一些具体的实施例中跌水板10为长方形或正方形结构；支撑柱3为八个，分别设置在跌水板10的四个转角处和四个边的中心处。一些实施例中，支撑柱 3与跌水板10焊接。
[0059]
本实用新型的多级跌水曝气装置100，还可以增加鼓风机30，如图4所示，鼓风机30位于跌水板10的一侧。通过鼓风机30鼓风增加空气的流动，使更多的空气与水流接触。一些实施例中，可以根据风向设置鼓风机30位于跌水板的哪一侧，使鼓风机吹出的气流与风向相同即可。
[0060]
或者，考虑到地下原水的压力不够，装置100还进一步还包括增压泵，将增压泵连接在进水管底部与原水的进水口连接处。
[0061]
此外，通过本实用新型的多级跌水曝气装置100来进行原水处理时，其具体操作步骤如下：
[0062]
a.打开进水口，使待处理的原水进入进水管7底部；当装置100具有增压泵时，在水压不足时打开增压泵；并且，当装置100具有鼓风机30时，开启鼓风机30；
[0063]
b.原水流经进水管7后从进水管的顶部开口71溢出，冲击到挡水帽4内，被挡水帽4
和挡片8分流和阻挡，反弹分流到第一级的跌水板5上；跌落的水流被挡板6阻挡在跌水板5上；
[0064]
c.水流沿第一级的跌水板5分散流动，同时水流进入跌水板通孔11；
[0065]
d.通过第一阶跌水板5通孔进入下一级的跌水板10；跌落的水流被挡板阻挡在跌水板上；
[0066]
e.水流在该下一级的跌水板上分散流动，同时水流进入该下一级的跌水板通孔；
[0067]
f.若有两个以上的跌水板10，则水流通过上一级的跌水板上通孔11流入到下一级的跌水板中，跌落的水流被挡板阻挡在跌水板上；依次循环；
[0068]
g.最后一级的跌水板2上的水流扩散并通过其通孔11流入到水池20中，完成原水处理。
[0069]
实施例1
[0070]
跌水曝气装置100材质选用304不锈钢，焊接为一个整体，尺寸：2660
×ꢀ
2660
×
3235mm(长
×
宽
×
高)，跌水板10厚为5mm，跌水板上的通孔直径 10mm，其间距为20mm，共7个跌水板10平行层叠，跌水板10之间间距400mm，挡板呈110度固定在跌水板四周，挡板高度为100mm，曝气装置100整体重约 3.5吨，吊装方便，便于运输，实用性强。
[0071]
实施例2
[0072]
利用实施例1中的跌水曝气装置进行原水处理：水厂的日处理能力为12mld，用2台实施例1中的曝气装置进行24小时运行，每一级曝气盘过水面积为 2.5*2.5＝6.25m
2
，则每一级曝气盘的处理能力为
[0073]
实施例3
[0074]
对实施例2中的原水处理过程中进行数据测量和统计。在通过七级曝气使得地下水的溶解氧浓度从0提高到6.05mg/l。通过七级跌水曝气后水的ph可以从6.0提高的6.6，二价铁全部氧化成三价铁。超过七级自然跌水充氧和ph 效果不明显。具体测量结果如下表所示：
[0075]
表1为溶解氧浓度试验结果，随着级数的增加，溶解氧浓度逐渐增大。
[0076][0077][0078]
表2为ph试验结果，随着级数的增加，ph逐渐增大。
[0079]
次数\级数123456716.016.186.356.436.546.606.6326.036.196.386.426.526.616.6336.016.186.366.446.526.596.6246.026.206.356.416.536.606.6456.056.196.366.426.526.616.6566.036.206.346.446.536.616.6376.046.216.376.426.546.596.6286.036.196.356.416.516.586.6496.016.196.366.436.526.606.60106.036.206.346.436.546.626.62平均值6.036.196.366.436.536.606.63
[0080]
表3为二价铁的氧化试验结果，随着级数的增加，二价铁离子逐渐被氧化成三价铁。
[0081]
次数\级数123456714.013.683.022.131.010.080.0124.023.703.052.110.950.120.0034.013.723.012.080.960.100.0244.023.663.022.060.920.090.0154.023.682.982.040.940.080.0064.033.693.042.100.980.120.01
74.023.713.022.080.960.110.0084.013.673.012.090.930.130.0194.013.682.962.070.920.090.01104.033.723.066.430.940.120.00平均值4.023.693.022.520.950.100.01