一种自走式微纳米曝气装置的制作方法

本实用新型涉及一种水体处理设备，具体涉及一种自走式微纳米曝气装置。

背景技术：

曝气技术在增加水体溶解氧，改善水生生态环境方面有着极其重要的应用。传统曝气技术如射流曝气、鼓风曝气等，存在增氧效率低、能耗高等缺点。微纳米曝气对比传统曝气技术具有效率高、充氧能力强的优势，作为一种新型的水体曝气充氧技术，微纳米曝气技术在黑臭水体治理工程中有明显优势。

微纳米曝气技术有效解决了气泡在水体中的接触面积问题，其原因是微纳米气泡有效增大了气泡的表面积，如0.1cm的大气泡分散成100nm微气泡，其表面积可增大10000倍，因此可以大大提高溶氧效率。因其特殊的内部结构和产气机理，可以在水中产生直径数十纳米到几个微米的气泡，而传统的微孔曝气气泡直径在0.5~5mm之间。巨大的比表面积以及微纳米气泡在水中“弥散”运动方式大大提高了空气中氧的利用率。根据试验测算，纳米曝气的氧利用率可以达到50%以上，是常规微孔曝气氧利用率的3~4倍。在河道原位修复中利用纳米曝气技术，可以节省大量的能耗。

此外，微纳米气泡破裂会生成羟基自由基，羟基自由基的强氧化性可促进降解水中难降解污染物，对黑臭河道水体中多种污染物有良好的去除效果。

目前黑臭河道治理采用的微纳米曝气装置多为固定式，有以下缺点：

一、固定设置在河道内，减小了单个曝气装置的曝气范围；

二、采用布阵的方式大量投入曝气装置，虽然曝气范围覆盖较广，但是大大增加了投入成本；

三、船式曝气装置或者加装动力系统的移动曝气装置则存在能耗高，设备复杂，安装不易等缺点，且曝气深度固定，只能实现二维移动曝气。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺点，本实用新型的目的在于提供一种自走式微纳米曝气装置，用于解决现有技术中曝气范围小、设备复杂、能耗高的问题，实现三维空间全覆盖无死角曝气。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种自走式微纳米曝气装置，包括漂浮于水面之上的浮力支架以及固定在浮力支架正下方的曝气支架；

所述曝气支架通过伸缩装置与所述浮力支架相连，所述伸缩装置固定在浮力支架上，通过伸缩装置调节曝气支架的高度，所述曝气支架的前端固定有至少两个第一微纳米气泡发生器，后端固定有至少两个第二微纳米气泡发生器，所述第一微纳米气泡发生器和第二微纳米气泡发生器的前后端均设有喷出孔，每一喷出孔均通过开闭控制器实现开启和关闭；

所述浮力支架上还固定有自吸式气液混合泵、电控柜和电源，所述自吸式气液混合泵上设置进水管道、进气管道和混合流管道，所述进水管道和进气管道通过所述混合流管道与每一所述第一微纳米气泡发生器和第二微纳米气泡发生器连通，通过进水管道进水，进气管道进气，再通过混合流管道将水和气泵送至第一微纳米气泡发生器和第二微纳米气泡发生器，混合流经由第一微纳米气泡发生器和第二微纳米气泡发生器的喷出孔喷出，产生大量微纳米气泡对水体进行曝气；

所述伸缩装置、开闭控制器和自吸式气液混合泵均与电控柜电性连接，所述电源用于提供曝气装置所需电能。

优选的，所述浮力支架上还安装有探测深度的探测器，所述探测器与电控柜电性连接。

优选的，所述浮力支架包括支撑平板和固定在支撑平板下表面的浮筒，所述浮筒数量为一个或两个以上，优选为4个，并在支撑平板下表面呈中心对称分布。

更优选的，所述支撑平板与浮筒可拆卸连接。

更优选的，所述支撑平板材质为铝合金或纤维增强复合材料。

优选的，所述浮力支架上还安装有摄像头和/或照明灯。

优选的，所述混合流管道上设置有电磁阀、流量计和压力表，所述电磁阀、流量计和压力表均与电控柜电性连接。

优选的，所述伸缩装置包括升降杆和用于控制升降杆高度的驱动电机，所述驱动电机与电控柜电性连接，所述驱动电机优选为四轴联动电机。

优选的，所述第一微纳米气泡发生器和第二微纳米气泡发生器的数量均为3个，对称设置在所述曝气支架的前后端。

优选的，所述伸缩装置数量为两个以上的偶数个，对称分布于浮力支架的前后端。

本实用新型的有益效果：

（1）本装置可快速高效产生大量微纳米气泡。在微纳米气泡发生器喷出孔的出口外部的液体和内部喷出的液体剧烈碰撞，气体在两者之间通过，此时，由于两种液体碰撞，气体变成薄膜，高速喷出的液体受剪切力被粉碎产生大量直径在数百纳米到几十微米的微气泡，可快速溶解于水中，迅速提高河道水体溶解氧水平。

（2）不用额外的动力系统，仅依靠微纳米气泡发生器喷出气液混合流的反作用力自行前进，通过电控柜控制开闭控制器的运行，调节第一和第二微纳米气泡前后端喷出孔的开闭，可使整个装置完成全速前进、后退、转弯、原地旋转等多种运动形式，极大地扩展了装置曝气的工作范围，结合伸缩装置调节曝气高度，可实现河道水体的无死角三维全范围曝气，快速复氧，同时装置简单，能耗低。

附图说明

图1是本实用新型一种实施方式的结构示意图；

图2是图1的前视示意图；

图3是微纳米气泡发生器的曝气原理图。

具体实施方式

以下由结合附图说明本实用新型的实施方式。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“第一”、“第二”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1-2所示，为本实用新型的自走式微纳米曝气装置，包括漂浮于水面之上的浮力支架以及固定在浮力支架正下方的曝气支架2。

所述浮力支架用于提供浮力，使曝气装置漂浮于水面上，本实用新型对所述浮力支架的结构没有特别限定，只要能实现上述目的即可。本实施例中，所述浮力支架为支撑平板11和固定在支撑平板11下表面的浮筒12，所述浮筒12数量为一个或两个以上，本实施例设置4个浮筒12，并在支撑平板11下表面呈中心对称分布，以平衡浮力，提高曝气装置的稳定性。所述支撑平板11材质优选为铝合金或纤维增强复合材料。所述支撑平板11与浮筒12可拆卸连接，便于更换维修。

所述曝气支架2通过伸缩装置4与所述浮力支架相连，3个第一微纳米气泡发生器31均匀固定在曝气支架2前端，曝气支架2后端对应设置3个第二微纳米气泡发生器32，所述第一微纳米气泡发生器31和第二微纳米气泡发生器32的前后端均设有喷出孔，每一喷出孔均通过开闭控制器33实现开启和关闭。所述开闭控制器33与电控柜6电性连接，可以在电控柜6的控制下，实现喷出孔的开闭。所述开闭控制器33可以采用本领域常见的结构，比如，可以采用活动支架以及橡皮塞密封结构，通过控制活动支架的运动方向使橡皮塞堵塞或远离微纳米气泡的喷出孔，从而实现喷出孔的开启或闭合。

所述伸缩装置4与电控柜6电性连接，用于调节曝气支架2的高度。所述伸缩装置4数量优选为两个以上的偶数个（本实施例为4个），分别对称分布于支撑平板11的四个角落处，提高装置的平衡性。所述伸缩装置4包括升降杆和驱动电机，利用驱动电机控制升降杆伸缩而实现高度调节，所述驱动电机优选为四轴联动电机。

所述浮力支架上固定有自吸式气液混合泵5、电控柜6和电源（图中未示出）。本实施例中，自吸式气液混合泵5固定在支撑平板11中部，电控柜6数量为两个，对称设置在自吸式气液混合泵5前后方，以更好地保持装置的平衡性。所述自吸式气液混合泵5上设置进水管道51、进气管道52和混合流管道53，所述进水管道51和进气管道52通过所述混合流管道53与每一所述第一微纳米气泡发生器31和第二微纳米气泡发生器32连通。本实施例中，所述混合流管道53对称分布在所述自吸式气液混合泵5的前后方，位于所述自吸式气液混合泵5前方的混合流管道53的一端与进水管道51和进气管道52连通，另一端与所述第一微纳米气泡发生器31连通，位于所述自吸式气液混合泵5后方的混合流管道53的一端与进水管道51和进气管道52连通，另一端与所述第二微纳米气泡发生器32连通，通过进水管道51进水，进气管道52进气，再通过混合流管道53将水和气泵送至第一微纳米气泡发生器31和第二微纳米气泡发生器32，混合流经由第一微纳米气泡发生器31和第二微纳米气泡发生器32的喷出孔喷出，产生大量微纳米气泡对水体进行曝气。其原理如图3所示，在微纳米气泡发生器喷出孔的出口外部的液体和内部喷出的液体剧烈碰撞，气体在两者之间通过，由于两种液体碰撞，气体变成薄膜，高速喷出的液体受剪切力被粉碎产生大量直径在数百纳米到几十微米的微气泡，可快速溶解于水中，迅速提高河道水体溶解氧水平。

所述自吸式气液混合泵5与电控柜6电性连接，还包括用于提供曝气装置所需电能的电源。本实施例中，所述混合流管道53上设置有电磁阀54、流量计55和压力表56，所述电磁阀54、流量计55和压力表56均与电控柜6电性连接，实现进水、进气流量和压力控制。

本实施例中，所述浮力支架上还安装有与电控柜6电性连接的探测器7，用于测定曝气装置距离河底的高度，以控制曝气深度。装置启动时，首先探测器7测试装置与河底的距离，测试结果传输至控制柜，由控制柜控制伸缩装置4的伸缩距离，从而调节曝气支架2与水面的距离（即曝气深度），之后启动自吸式气液混合泵5进行曝气，并实现装置的移动。

当3个第一微纳米气泡发生器31和3个第二微纳米气泡发生器32的前部喷出孔均被堵塞，而后侧喷出孔开启时，装置推动力达到最大，向前移动；当前部喷出孔开启，后侧喷出孔堵塞时，装置向后移动；当处于中间的第一微纳米气泡发生器31和第二微纳米气泡发生器32只开启后侧喷出孔，其余的微纳米气泡发生器两个喷出孔均开启时，装置前进速率较小，曝气效率较高。

当左前方的第一微纳米气泡发生器31的前部喷出孔开启，而右后方的第二微纳米气泡发生器32的后部喷出孔开启时，装置逆时针转动，若同时其余微纳米气泡发生器使装置向前移动时，整个装置向左前方前进。同理，通过调整不同位置的微纳米气泡发生器喷出孔开闭情况可使装置完成原地顺时针旋转、原地逆时针旋转、转弯前进等动作，并可调节旋转及前进速度。

根据使用需要，所述控制柜还可以与远程控制系统连接，通过操作人员的指令远程遥控整个装置的运行，包括控制各个微纳米气泡发生器的开闭，调节进水进气流量、压力，控制各个微纳米气泡发生器喷出孔开闭等，并将装置的运行参数如进水进气压力、流量、前进速度、水深、微纳米气泡发生器离河底深度传回操作人员处。还可以根据需要在浮力支架上安装摄像头、照明灯等附加设备。

以上实施例是对本实用新型的解释，但是，本实用新型并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本实用新型的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本实用新型的保护范围。