用于水处理的曝气装置及水处理设备的制作方法

本实用新型涉及水处理技术，具体而言，涉及一种用于水处理的曝气装置及应用其的水处理设备。

背景技术：

水处理的对象主要包括自然水体和人工水体。例如，河湖水体，园林景观水体、养殖水体，喷泉、游泳池、水上乐园等。这些水体，多数存在污染物浓度较低，污染源种类多样化，水量极大的特点，并且大都对水质及卫生状况有较高的要求，同时也会在使用过程中持续产生的人为或非人为污染。由于定期更换这些水体中的存水会产生水资源的巨量浪费，也会产生很高的成本，目前多采用水循环处理设备来实现对这些水体的净化。

河湖水质变差的根本原因在于污染物排入导致水的富营养化，从而使得例如藻类等大量耗氧植物和生物过度繁衍，造成水缺氧，从而破坏水体的原始生态系统。

于是，在河道或湖泊进行水质治理时首先会对河道或湖泊周边的污染源进行截污控污。然而，由于有些老城区的河道两岸情况复杂，不可避免仍然会有零星的暗排口遗漏，特别是箱涵两侧的暗排口可能会有遗漏，而未能进行有效截污，则会对河水或湖泊造成污染。同时，有些污水管网错接入雨水管网而带来的持续的大量污染物被错排入河道或湖泊，造成水体的污染。

因此，就水循环处理的原理而言，通过增加水体水的含氧量，是一种根本性的解决方法。进一步，可以采用溶氧曝气的方法来增加水体水的含氧量。

水体曝气净化技术通过向河道充氧，可增强河道的自净能力，改善水质、恢复河道的生态环境。曝气装置的好坏，不仅影响河水的生化处理效果，而且直接影响到处理场占地，投资及运行费用。现常用的曝气方法有：微孔曝气法、机械曝气法、射流曝气法。

常用的微孔曝气装置易产生堵塞使充氧能力下降、运行中维护费用高、检修不便、安装复杂等问题。机械曝气装置安装费用高，维修不方便。常规射流器从扩散口射流出来的小气泡容易汇集成大气泡，大气泡很难融入液体中并且上升溢出水面，使得空气利用不充分，造成氧转移系数和充氧能力降低；有较长的喉管，虽有利于气液混合，但导致曝气流动阻力增加，降低了射流曝气的动力效率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题的至少之一，提供了一种安装简单，维修方便，曝气效率高的用于水处理的曝气装置。

根据本实用新型的一方面，提供了一种用于水处理的曝气装置，其包括：连接机构，连接曝气装置的各个组件；漂浮机构，使得曝气装置漂浮于水面；以及射流曝气机构，将水和空气混合后排出曝气装置，其中，连接机构包括工作泵和进气总管，射流曝气机构包括射流腔室和旋流管，在工作泵的作用下，能够使得水通过射流腔室进入旋流管，并且空气能够从进气总管进入旋流管，并且在该旋流管中与来自射流腔室的水混合，与空气混合的水经旋流管的出口排出到曝气装置之外的水体中，其中，旋流管包括：喷嘴、进气分管、混气管、出水管，喷嘴与混气管的一端连通，在该混气管与喷嘴连通的一端还与进气分管的一端连通，混气管的另一端与出水管连通。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，喷嘴是从进水端到出水端管口逐渐变小的空心管。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，进气分管通过气流通道与进气总管相连通，且进气分管与混气管垂直连接或成倾斜度连接。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，在出水管内设置有螺旋件，该螺旋件包括多个相同方向的螺旋片间隔均匀地分布在出水管内，或者包括左螺旋片和右螺旋片的组合，并且该左螺旋片和右螺旋片间隔均匀地分布于出水管内，或者螺旋件包括螺旋长条。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，设置在射流腔室周围的多个旋流管具有长短间隔、上下错开的均匀分布方式。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，在射流腔室的两侧对称分布多个旋流管；或者射流腔室为圆形，在圆周均匀分布多个旋流管；或者射流腔室为多边形状，漩流管沿着多边形外周均匀分布。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，旋流管从射流腔室向远端延伸。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，曝气装置包括进水格栅，水流从进水格栅四周均匀流入工作泵。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，进水格栅设置在泵罩壳之下，进水格栅包括从泵罩壳下部延伸的均匀分布的片状零件，这些片状零件具有由上到下截面增大的形状，和/或，进水格栅与射流腔室连接形成一个整体。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，工作泵设置或者放置在射流腔室之上，整个工作泵处于泵罩壳内部，并在工作泵上方设置泵盖板。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，在泵罩壳的上方设置有防护罩。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可选地，漂浮机构包括：浮筒、套管、固定杆，其中，浮筒包括一个或均匀对称分布的多个封闭式空心腔体，其与连接结构固定连接，对连接结构或者一体连接的连接结构和射流曝气结构提供浮力；多个套管和多个固定杆与浮筒配套设置，套管具有长型的空心管形状，在每个套管内设置一个固定杆，该固定杆的一端能够插入水体底部的淤泥中，并且固定杆的主体部分能够在套管中滑动。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种水处理设备，其包括前述的曝气装置。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种水处理方法，其使用前述的曝气装置或水处理设备进行水处理，该方法包括：在工作泵的作用下，水经过进水格栅的过滤进入到射流腔室内，后通过旋流管的喷嘴，水以更高的速度从喷嘴喷出，喷出的水穿过混气管进入出水管的前端，与通过气路管道吸入的空气混合，并且气泡在出水管内螺旋件的作用下被多次旋向切割，之后水从出水管后端排出到水体。

根据本实用新型实施例的曝气装置，可以实现以下一种或多种技术效果：结构紧凑，一体性程度高；安装简单，将设备固定即可；均匀对称的出水方式能使整个装置自平衡且水力有效影响区域广；一个工作泵同时多个出水孔，独特的旋流管设计，能效比高，溶氧效率高；独特的泵安装形式，无其它运转部件，设备维修保养方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1是根据本实用新型实施例的用于水处理的曝气装置的结构示意图；

图2是图1所示曝气装置的俯视示意图；

图3是图1所示曝气装置的左视示意图；

图4是根据本实用新型另一个实施例的用于水处理的曝气装置的结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的曝气装置的漂浮机构的一种结构的示意图；

图6是根据本实用新型实施例的曝气装置的漂浮机构的另一种结构的示意图；

图7是根据本实用新型实施例的曝气装置的射流机构的一种结构的示意图；

图8是根据本实用新型实施例的曝气装置的另一种结构的示意图；

图9是根据本实用新型实施例的曝气装置的旋流管的一种结构的示意图；

图10A和图10B是根据本实用新型实施例的曝气装置的漩流管的另一种结构的示意图，其中图10A是局部横截面图，图10B是纵截面图；

图11是根据本实用新型实施例的曝气装置的气流、水流的示意图，其中①指示气路，②指示水路；

图12示意性地示出了根据本实用新型实施例的曝气装置的进水格栅的结构。

附图文字

1 连接机构

1.1 防护罩

1.2 泵罩壳

1.3 泵盖板

1.4 工作泵

1.5 进气总管

1.6 进水格栅

2 漂浮机构

2.1 浮筒

2.2 套管

2.3 固定杆

2.4，2.41 固定件

2.5，2.51 支架

2.6 固定板

2.7 连接杆

3 射流曝气机构

3.1 射流腔室

3.1.1 气流通道

3.2 旋流管

3.2.1 喷嘴

3.2.2 进气分管

3.2.3 混气管

3.2.4 出水管

3.2.5 螺旋件

3.3 连接件

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

图1是根据本实用新型实施例的用于水处理的曝气装置的结构示意图，图2是图1所示曝气装置的俯视示意图，图3是图1所示曝气装置的左视示意图。如图1、图2和图3所示，根据本实用新型实施例的曝气装置包括：连接机构1，漂浮机构2和射流曝气机构3。其中，连接机构1用于连接曝气装置的多个组件并且还以用来安装工作件；漂浮机构2可以使得曝气装置漂浮于水面并可以适应水位的升降变化，漂浮机构2还可以使得漂浮的曝气装置基本不漂移；射流曝气机构3将水和空气混合后排出。从相对位置角度，如图1所示，连接机构1设置于漂浮机构2的中部，并且连接机构1的下端连接射流曝气机构3。

具体而言，连接机构1包括防护罩1.1、泵罩壳1.2、泵盖板1.3、工作泵1.4、进气总管1.5、进水格栅1.6。

其中，工作泵1.4为曝气装置的动力组件，用于对浅层水抽水。工作泵 1.4的进水方式为水流从进水格栅1.6四周均匀流入且避免空气流入，这样既降低了每个入口处的水流速度，并且可以使水面均匀变化，从而避免了旋流的产生而发生气蚀损坏工作泵1.4。

此外，如图1所示，工作泵1.4可以设置或者放置在射流曝气机构3的射流腔室3.1之上，使得整个工作泵1.4处于泵罩壳1.2内部，这样通过在工作泵1.4上方用泵盖板1.3盖紧固定，既可以用泵罩壳1.2和泵盖板1.3对工作泵1.4进行保护，也可以对工作泵1.4实现便捷的安装维修。例如，对根据本实用新型实施例的曝气装置进行安装时只需把工作泵1.4放入泵罩壳1.2内部，然后盖上泵盖板1.3锁紧；对工作泵1.4的拆卸维修也很方便，打开泵盖板1.3然后对工作泵1.4进行维护或者拆卸即可。由于根据本实用新型实施例的曝气装置除了工作泵1.4之外无其它易损运动部件，因此，一般只需要对工作泵的泵体进行维修，采用这样的结构是非常方便的。

泵罩壳1.2的外形可以是圆形、方形、椭圆形等形状，并具有中空结构，可容纳工作泵1.4。可以在泵罩壳1.2的外部设置进气总管1.5，作为空气进入曝气装置的通道。该进气总管1.5可以是一个管，也可以是多个管。

可选地，在泵罩壳1.2的上方可以设置有防护罩1.1，可以对工作泵1.4 提供进一步的保护，例如减少或防止日晒雨淋对工作泵1.4的损害。

如图1所示，进水格栅1.6设置在泵罩壳1.2之下，进水格栅1.6用于过滤进入本曝气装置的水，防止水中的漂浮物进入装置内，影响使用效果及使用寿命。进水格栅1.6可以包括从泵罩壳1.2下部延伸的均匀分布的片状零件，这些片状零件可以具有由上到下截面增大的形状，如图12所示，这样有利于增大过水面积从而增加过水量。可选地，进水格栅1.6的另一端可以与射流曝气机构3的射流腔室3.1连接形成一个整体，此种结构的设计不仅让进水格栅1.6起到过滤水体的作用，还能让整个装置连接起来，实现一体化结构设计。

结合图1和图2所示，漂浮机构2包括浮筒2.1、套管2.2、固定杆2.3、固定件2.4。

浮筒2.1可以是能产生很大浮力的封闭式空心腔体，该浮力足以使得曝气装置漂浮于水面之上。浮筒2.1的形状可以是圆柱形(如图3所示)，也可以是椭圆形截面的形状(如图5所示)，还可以是其它形状。浮筒2.1可以与连接结构1(例如连接结构1的泵罩壳1.2)固定连接，对连接结构1或者一体连接的连接结构1和射流曝气结构3提供浮力。

可选地，与浮筒2.1配套设置有多个套管2.2和多个固定杆2.3。例如，套管2.2设置在浮筒2.1的旁边、侧面或者穿过浮筒2.1。套管2.2可以是长型的空心管形状，在每个套管2.2内设置有一个固定杆2.3，固定杆2.3的一端可以插入水体底部的淤泥中，并且固定杆2.3的主体部分可以在套管2.2 中滑动，这样，一方面，固定杆2.3可以用于固定本曝气装置而防止在大风等情况下发生移动，另一方面，水位变化时整个装置能沿着固定杆2.3上下浮动。套筒2.2的下部或下端可以连接固定件2.4，从而通过固定件2.4来支撑固定射流曝气机构3的漩流管3.2。可选地，也可以通过在浮筒2.1的两端设置支架2.5(如图4所示)来固定旋流管3.2。在浮筒2.1及固定杆2.3的作用下，根据本实用新型实施例的曝气装置能在水平方向上相对固定地漂浮在水面上。此种漂浮式结构方式无需另外搭建安装平台，工程投资费用少，安装简单，依靠固定杆2.3将设备固定即可，如需移动该曝气装置也非常方便。

图6示出了漂浮机构的另一种结构。图6所示的漂浮机构包括浮筒2.1、套筒2.2、固定杆2.3，以及支架2.51和固定件2.41。与图1所示漂浮机构的不同之处在于：浮筒2.1有多个，呈均匀对称分布，通过连接杆2.7对应连接该多个浮筒2.1，在两连接杆2.7中间的部分可固定连接有固定板2.6，用于加强连接杆2.7的整体连接，连接杆2.7的两端可通过套筒2.2连接固定；套筒2.2的一端与连接杆2.7连接固定，另一端连接支架2.51，支架2.51的下端设置有多个固定件2.41，用于将支架2.51与旋流管3.2固定连接。浮筒 2.1可以采用塑料、泡沫等低密度材料制成。套筒2.2除了与固定杆2.3滑动配合还可以起到转接连接的作用。也可以采用其它连接结构或者连接方式来连接将浮筒2.1、套筒2.2以及漩流管3.2相互固定连接。此种漂浮机构，采用了多个标准化部件，结构成本低，安装方便。

射流曝气机构3包括射流腔室3.1、旋流管3.2、连接件3.3。射流腔室 3.1的周围对称均匀设置有多个旋流管3.2，多个旋流管3.2之间通过连接件 3.3连接稳固。

射流腔室3.1的上部设置有气流通道3.1.1，气流通道3.1.1上端与进气总管1.5相连通，下端与漩流管3.2的进气分管3.2.2相连通，从而形成一条完整的气路管道。

漩流管3.2对称均匀设置在射流腔室3.1周围。这种对称均匀分布的方式有很多种，例如，图2中在射流腔室3.1两侧对称分布多个旋流管3.2；在图7中，射流腔室3.1为圆形，在圆周均匀分布多个旋流管3.2；在图8中，射流腔室3.1为多边形状，漩流管3.2沿着多边形外周均匀分布。旋流管3.2 可以为4、5、6、7、8……n(n为自然数)个。对称均匀分布射流管的结构，射流时气液混合物同时从周围的射流管喷射出来，四周产生同样的喷射动力，能使整个装置自动平衡于水面。

在射流腔室3.1周围分布的多个旋流管3.2可以具有相同长度，也可以是长短间隔、上下错开的均匀分布方式，这样能使从旋流管3.2末端出来的气泡分布范围更广，从而预防水泡在水中发生混合形成大气泡而影响曝气效果。

图9示出了根据本实用新型实施例的曝气装置的旋流管的一种示意性结构。如图9所示，旋流管3.2包括喷嘴3.2.1、进气分管3.2.2、混气管3.2.3、出水管3.2.4。喷嘴3.2.1与混气管3.2.3的一端连通，在混气管3.2.3与喷嘴 3.2.1连通的一端还与进气分管3.2.2的一端连通，混气管3.2.3的另一端与出水管3.2.4连通。空气从进气分管3.2.2进入混气管3.2.3，并在混气管3.2.3 中从喷嘴3.2.1进入混气管3.2.3的水混合，在混气管3.2.3混入空气的水从出水管3.2.4排出到曝气装置外部，并且在水流经出水管3.2.4的过程中水与气继续混合。旋流管3.2的材质可以是不锈钢、碳钢、塑料等各种材质。

更具体地，喷嘴3.2.1可以是从进水端到出水端管口逐渐变小的空心管，此种结构形式能使水流在出水端形成喷射状，加大流速，增强喷嘴出口的水力湍流强度，增加水与空气的接触面积。

进气分管3.2.2通过气流通道3.1.1与连接机构1的进气总管1.5相连通。进气分管3.2.2与混气管3.2.3可以是垂直连接，可以是成一定倾斜度连接(如图9所示)，这种倾斜连接方式能使空气进入更顺畅。

出水管3.2.4内可以安装螺旋件3.2.5，用来使得水与气更好地混合。螺旋件3.2.5可以包括多个相同方向的螺旋片间隔均匀地分布在出水管3.2.4内 (如图9所示)，也可以包括左螺旋片和右螺旋片的组合，并且左螺旋片和右螺旋片间隔均匀地分布于出水管3.2.4内。螺旋件3.2.5还可以是螺旋长条 (如图10A、图10B所示)，为了减小螺旋件的质量，可以设置螺旋件为中空结构。具体螺旋片的分布数量及分布形式、螺旋长条的长度由所使用的工作泵的流量、扬程、功率决定。此种设置了螺旋件的结构使空气与水更充分混合，扩散效果好，充氧能力高。

根据本实用新型实施例的曝气装置的气路如图11中的①所示，气体首先从进气总管1.5进入，通过气流通道3.1.1再分别进入到各个旋流管3.2的进气分管3.2.2，在混气管3.2.3后与水混合。根据本实用新型实施例的曝气装置的水流路径如图11中②所示，在工作泵的作用下，水进入到射流腔室 3.1，再进入旋流管3.2的喷嘴3.2.1，在混气管3.2.3与气混合。这种水流路径结构非常简单，沿途水流阻力非常小，利于提高充氧效率。

根据本实用新型实施例的曝气装置的运行过程为：在工作泵1.4作用下，水经过进水格栅1.6的过滤进入到射流腔室3.1内，后通过旋流管3.2的喷嘴 3.2.1，随着喷嘴3.2.1直径变小，水以更高的速度从喷嘴3.2.1喷出，高速喷射出的水穿过混气管3.2.3进入出水管3.2.4前端，在出水管3.2.4前端形成局部真空，通过气路管道吸入的大量空气通过混气管3.2.3进入出水管3.2.4 前端,空气与水激烈混合，气泡刚刚形成，吸氧率很高，接着气泡在出水管 3.2.4内螺旋件3.2.5的作用下被多次旋向“切割”紊流，产生更剧烈的紊动混合作用，从出水管3.2.4后端的出水口处排出到水体，形成更微小的气泡，由于气泡直径很小，在水体中上升速度慢，从而延长了氧溶于水的时间，促使氧与水充分接触混合。在曝气装置的运行过程中，加长型的出水管3.2.4 使气体和液体高压混合时间加长，两者融合的更彻底，溶氧效率更高。根据本实用新型实施例的曝气装置，可以在一个工作泵的作用下产生多个出水曝气孔，溶氧效率高，能效比非常高，运行费用低。

射流出来的水含有较多的气体，而较多的气体进入工作泵将容易发生气蚀现象。根据本实用新型实施例的曝气装置，旋流管3.2从射流腔室3.1向远端延伸，因而从漩流管3.2喷射出来的水不会进入工作泵1.4而形成循环现象，有利于保护工作泵。工作泵1.4虽为浅层水抽水，但工作泵1.4的进水方式为水流从进水格栅1.6四周均匀流入且避免空气流入，这样既降低了每个入口处的水流速度，且可以使水面均匀变化，从而避免了旋流的产生而发生气蚀损坏工作泵1.4。

根据本实用新型实施例的曝气装置和应用该曝气装置的水处理设备，可据污染源处的污染量的要求，通过选用不同的工作泵及射流曝气机构的组合，匹配水处理量的需求。

本实用新型的应用范围比较广泛，其在水的深度处理、微污染水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化处理和低温微污染水处理中有非常好的效果。本实用新型有效地提高了水处理的效率及净化效果。净化水质，从源头开始处理，使污染不会扩散。

以上所述仅是本实用新型的示范性实施方式，而非用于限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。