专利名称：：沉水型无气泡式高效充氧水体修复系统的制作方法
技术领域：
：本发明属于水处理领域，涉及对被污染水体进行修复行业中的曝气装置。
背景技术：
：随着我国工农业的迅猛发展以及城市化进程的加快，工业废水、生活污水、农业灌溉废水中污染物排放量日益增加，其中的氮、磷营养盐进入相对封闭的水域后，在阳光照射下，极易导致水体富营养化，给水资源的利用造成破坏。蓝藻水华多发生在春末至夏季的5-8月份，有明显的季节性。温度、光照、营养等都是其生长的影响因子。当水温在2(TC以上、水体富营养化、较高的pH值、适宜的光照，蓝藻便会大量繁殖，形成水华。时间一长，藻体大量死亡，分解散发出一股难闻的恶臭味，污染空气，同时消耗水中溶解氧。另外，蓝藻具有细胞内毒素，当蓝藻细胞腐败分解后，蓝藻毒素被释放到水体中，会造成鱼类大量死亡，而且蓝藻毒素是强烈的致癌物质，直接威胁着人类的健康。我国的自来水厂90%以上都是传统制水工艺，只能对物理、微生物污染进行有效的处理，对生物毒素和化学污染无法进行深度处理。蓝藻水华产生的毒素原水中含量可高达28-65Pg/l。人们对饮用水中含有微囊藻毒素最有效的规避办法，目前世界上通用的是颗粒活性炭与膜技术的联用。在水处理系统中运用上述技术，运行成本极其高昂，一套系统达千万以上，普通水厂难以拥有。而在自来水中投入粉末活性炭去除效果则并不理想，一些水厂都曾检测过藻毒素，有的甚至高达O.64^/1，这对婴幼儿童可产生极大的危害，不得不引起人们的重视。目前富营养化水体处理有效的方法之一是采用生化工艺，通过向污水中充进足量的氧气培育大量的微生物，使污染水体中的污染物得到降解和去除。
发明内容本发明的目的在于针对现有各种人工曝气设备曝气复氧功能单一、能耗高、动力损失大、难恢复污染水体自净功能的问题，提供一种沉水型无气泡式高效充氧水体修复系统，其适于小城镇受污染水源水体修复，具有低能耗、高效率等特点，可有效减少水源水体中的氮磷含量，逐步恢复水体生态系统。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是基于亨利定律可知，在一定的温度下，气体在液体中的溶解度和该气体的平衡分压成正比。pB=kxB式中pB是稀薄溶液中溶质的蒸汽分压；xB是溶质的物质的量分数；k为亨利常数。从亨利定律可知，有效提高氧气的蒸汽分压，将有成正比的提高氧气在水中的溶解度。提高氧气的蒸汽分压，可以从两方面去解决，一是提高水上面的压力，二是提高空气中氧气的百分比。本发明采用PSA氧气发生器产生含氧纯度超过90%以上的空气，从而提高氧气的蒸汽分压。进一步，通过空压机将PSA氧气发生器产生的含氧纯度超过90%以上的空气输送到的溶氧罐，提高溶氧罐内的压力，达到提高氧气的蒸汽分压。同时，将溶解氧罐被设置在水下一3定深度，使其能够利用水压与深水层的低温向水中高效的溶解氧气。通过潜水泵将底泥上覆水压入溶氧罐，水进入溶氧罐时通过喷嘴形成较细的水珠，与进入溶氧罐的高压高浓度氧气进行互溶形成高浓度氧气溶解水，实现无气泡溶氧。根据水平扩散原理，高浓度氧气溶解水输送到水体后水平向四周扩散，在不造成水体紊动的情况下实现对周围水体无气泡充氧。还可以由中央控制器通过在线氧化还原电位仪、在线温度仪、在线溶氧仪、电磁流量计、溶解罐压力表、溶解罐水位计、高效能连续记录仪来控制PSA氧气发生器、空压机、潜水泵的运行，实现整套系统对污染的水环境进行修复。一种高效充氧水体修复系统，其包括供氧系统、溶氧系统，该供氧系统对溶氧系统的水液充氧由溶氧系统向水体中释放高浓度氧气溶解水。所述的供氧系统，其包括空压机、氧气发生机，通过管道依次相连并连接至溶氧系统对其充氧。所述的氧气发生机产生的氧气纯度高于90%。所述的溶氧系统包括溶氧罐、潜水泵，潜水泵抽取原水输送至溶氧罐与供氧系统输送入溶氧罐的高纯度氧气互溶形成高浓度氧气溶解水，并在水体中释放。所述的溶氧罐置于水体内，并位于水下一定深度。其还包括控制系统，控制供氧系统自动输送氧气至溶氧系统并向水体释放高浓度氧气溶解水。其还包括监测系统，监测系统实时监测溶氧系统及水体的状态信息反馈至控制系统，控制系统根据监测系统得反馈信息控制供氧系统实时控制是否对溶氧系统充氧。所述的控制系统包括记录仪、中央控制器、总电表，记录仪收集监测系统监测的各项指标，并反馈至中央控制器控制对水体充氧的启闭以及流量，总电表记录系统用电量；所述的监测系统包括压力表、水位计、进口溶氧仪、流量计、出口溶氧仪、温度仪、电位仪，该压力表、水位计置于溶氧罐上监测其内的压力及水位，该进口溶氧仪置于潜水泵的吸水口监测器含氧量，该流量计、出口溶氧仪置于溶氧罐的排水口监测其释放的高浓度氧气溶解水的流量及浓度，该温度仪、电位仪监测底层水体温度。由于采用了上述方案，本发明具有以下特点1、本发明基于亨利定律下采用高压将高浓度氧气溶解到水中得到高浓度溶解氧水，高浓度溶解氧水在水体中实现水平扩散，在不造成水体紊动的情况下有效的实现无气泡高效充氧，有效地防治受污染水体藻类爆发，修复水体并达到其具有自净功能；2、当在线溶解氧仪指示吸水口处水体的溶解氧低于1.0ppm时，中央控制器输出信号启动空压机、PSA氧气发生器与潜水泵，设备开始对水体无气泡充氧，当在线溶解氧仪指示在吸水口处水体的溶解氧高于7.0ppm，或在线温度指示吸水口与其lm高以上的上层水温的温差S2'C时，中央控制器输出信号关闭空压机、PSA氧气发生器与潜水泵，实现完全自动运行，管理成本低，能耗少。3、潜水泵进水口与高浓度溶解氧水在水体释放在同一水平高度，这样确保高浓度溶解氧水实现水平扩散，将氧输送到离设备较远的区域，使充氧水体的面积远远超过设备的面积，实现了高效的充氧。4、本设备主体部分放在在水面下，需占用土地面积很小，结构紧凑，体积小，易于运输与安装。图1为沉水型无气泡式高效充氧水体修复系统控制示意图。图2为沉水型无气泡式高效充氧水体修复系统各组件实施示意图。图3为水体采用本发明充氧运行9日后水体充氧效果图。图4为水体采用本发明充氧前后的污染物变化对比。具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。本发明的充氧水体修复系统设计分为两大部分，如图1和图2，一部分为在水平面上的供氧系统和控制系统，另一部分为在水平面下的溶氧系统和监测系统。水上部分的供氧系统由空气11、空压机12与PSA氧气发生机13以及连接氧气输送管道14组成，放置在堤26上；控制系统由高效能连续记录仪1，中央控制器7,,总电表4以及检测信号输出的信号数据线2，出口流量的信号数据线3、10，用于发送操作信号的信号数据线5、6组成，控制系统放置在堤26上。空压机12采用静音无油空压机，压力开关设定，压力范围为0.5-0.8MPa，电压为220V/50HZ，最大产气量为150L/min，额定功率为1.1Kw。PSA氧气发生机13的型号为0W-50TB，氧气输出量为20-30L/rain，功率为100w，电压为220V/50HZ。连接氧气输送管道14采用不锈钢管，管径为25mm,连接为螺纹连接。高效能连续记录仪1的型号为MemographSRSG12，作为一个一体化的测量值采集系统，Memo-gr邻h显示信号，监视设定点，测量点，存]C内部数据并将当前的过程信息变量存到标准的磁盘上。中央控制器7采用PLC+上位机的控制方式运行，PLC控制主站选用西门子S7-300系统，上位机选择研华工控机。总电表4选用型号为DMB4-H-COS的交流电表。水下部分的溶氧系统由潜水泵15、溶氧罐16、原水进口处22与高浓度氧气溶解水释放处24等组成；监测系统由溶解罐压力表8、溶解罐水位计9、进口处溶氧仪17、电磁流量计18、出口溶氧仪19、温度仪20、氧化还原电位仪21组成。潜水泵15额定流量为30m'Vh，电机额定功率为3.0kw，采用d)75的移动硬管安装，通过弯管接头连接。溶气罐16的高为lm，直径为lm，材质为316不锈钢，同时在罐体上安装一个压力表8与水位计9，压力表型号为Y-IOO，0-1.6MPa，1.5级，径向G1/2A。进口处溶氧仪17与出口溶氧仪19采用型号为LD0+SC100,溶氧测量范围为0.0020.00rag/L(ppm)，防护等级为IP68。电磁流量计18的测量范围为1850mVh，工作压力为1.02.5MPa，公称直径为DN75。温度仪20包含在氧化还原电位仪21中，氧化还原电位仪为型号SC100+数字差分传感器，测量范围为-2000+2000mv/-570°C，防护等级为IP68。空气11在压縮空气机12的作用下压缩到PSA纯氧发生器13,通过PSA纯氧发生器13产生纯度高于90%的氧气，在压縮空气机12的压力继续作用下，将纯度高于90%的氧气通过氧气输送管道14输送到氧气溶解罐16。在原水进口处22的原水通过潜水泵15输送到氧气溶解罐16，进入氧气溶解罐16后通过喷嘴形成较细的水珠，与进入溶氧罐的高压高浓度氧气进行互溶形成高浓度氧气溶解水，实现无气泡溶氧，得到了超高浓度的溶解氧水。通过溶解罐压力表8和溶解罐水位计9监测氧气溶解罐16内的高纯度氧气14的浓度和高纯度氧气溶解水的水位，以实现系统对氧气溶解罐16内充氧效果的监测。当溶解罐压力表8显示的读数超过氧气溶解罐16所能承受的安全压力范围时，中央控制器7通过信号数据线5和6控制信号输出，关闭空压机12、PSA纯氧发生器13、潜水泵15，停止无气泡充氧。当溶解罐水位计9显示氧气溶解罐16内已充满高浓度氧气溶解水时，中央控制器7通过信号数据线5和6控制信号输出，关闭空压机12、PSA纯氧发生器13、潜水泵15，停止无气泡充氧。高浓度氧气溶解水在24处释放到水体中，并通过出口电磁流量计18和出口溶解氧仪19监测从溶氧罐16释放的高浓度溶解氧水的流量和浓度，高浓度溶解氧水的流量通过出口流量信号数据线10反馈到中央控制器7。根据出口溶解氧仪19测量的数据，水中溶解氧的浓度值最高能够达到112mg/L。超高浓度的溶解氧水在高浓度氧气溶解水释放处24处释放到水体中，对含有低浓度溶解氧或不含溶解氧的同层水体进行无气泡充氧，得到只是在底层形成的高浓度溶解氧水层23。底部的在线监测仪器温度仪20、氧化还原电位仪21对底层水体监测，同时将信号输出到高效能连续记录仪l，高效能连续记录仪1在记录数据的同时通过信号数据线2、3将数据输出到中央控制器7。中央控制器7根据底层溶解氧水体的氧化还原电位的高低和温度，通过出口流量信号数据线10控制出口处高浓度氧气溶解水的流量。当进口处溶氧仪17测量的吸水口处溶解氧低于1.0ppm时，中央控制器7通过信号数据线5和6控制信号输出，启动空压机12、PSA纯氧发生器13、潜水泵15,开始进行无气泡充氧。当底层进口处溶氧仪17测量的吸水口处溶解氧高于7.0ppm时，中央控制器7通过信号数据线5和6控制信号输出，关闭空压机12、PSA纯氧发生器13、潜水泵15，停止无气泡充氧。当在线温度仪20指示吸水口与其lm高以上的上层水温的温差^2'C时，高效能连续记录仪1通过信号数据线2将信息反馈到中央控制器7中，中央控制器7通过信号数据线5和6控制信号输出，关闭空压机12、PSA纯氧发生器13、潜水泵15，停止无气泡充氧。进口处溶氧仪17、电磁流量计18、出口溶解氧仪19将监测的数据输送到高效能连续记录仪1，高效能连续记录仪1通过信号数据线2、3将信息反馈到中央控制器7中，用来分析整套系统的充氧效果。总电表4记录下整套系统的耗电量，用以分析系统的能耗情况，从而指导整套系统的运行管理。从图3、4可以看到，在水体采用沉水型无气泡式高效充氧水体修复系统运行时，水体底层的溶解氧变化很大，最高能够达到20mg/L。从图4可以看到，运行9天后，水体的污染物都发生了明显的变化，达到了修复水体富营养化的目标。表1不同深度沉水型无气泡溶解氧的效果对比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>测试条件水泵送水量30ra3/h,供氧纯度93%，供氧比例5WV(氧气)/V(水)上述的对实施例的描述是为便于该
技术领域：
的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。权利要求1、一种高效充氧水体修复系统，其特征在于其包括供氧系统、溶氧系统，该供氧系统对溶氧系统的水液充氧由溶氧系统向水体中释放高浓度氧气溶解水。2、如权利要求1所述的高效充氧水体修复系统，其特征在于所述的供氧系统，其包括空压机、氧气发生机，通过管道依次相连并连接至溶氧系统对其充氧。3、如权利要求2所述的高效充氧水体修复系统，其特征在于所述的氧气发生机产生的氧气纯度高于90%。4、如权利要求1所述的高效充氧水体修复系统，其特征在于所述的溶氧系统包括溶氧罐、潜水泵，潜水泵抽取原水输送至溶氧罐与供氧系统输送入溶氧罐的高纯度氧气互溶形成高浓度氧气溶解水，并在水体中释放。，5、如权利要求4所述的高效充氧水体修复系统，其特征在于所述的溶氧罐置于水体内，并位于水下一定深度。6、如权利要求l所述的高效充氧水体修复系统，其特征在于其还包括控制系统，控制供氧系统自动输送氧气至溶氧系统并向水体释放高浓度氧气溶解水。7、如权利要求6所述的高效充氧水体修复系统，其特征在于其还包括监测系统，监测系统实时监测溶氧系统及水体的状态信息反馈至控制系统，控制系统根据监测系统得反馈信息控制供氧系统实时控制是否对溶氧系统充氧。8、如权利要求7所述的高效充氧水体修复系统，其特征在于所述的控制系统包括记录仪、中央控制器、总电表，记录仪收集监测系统监测的各项指标，并反馈至中央控制器控制对水体充氧的启闭以及流量，总电表记录系统用电量；所述的监测系统包括压力表、水位计、进口溶氧仪、流量计、出口溶氧仪、温度仪、电位仪，该压力表、水位计置于溶氧罐上监测其内的压力及水位，该进口溶氧仪置于潜水泵的吸水口监测器含氧量，该流量计、出口溶氧仪置于溶氧罐的排水口监测其释放的高浓度氧气溶解水的流量及浓度，该温度仪、电位仪监测底层水体温度。全文摘要一种沉水型无气泡式高效充氧水体修复系统，其包括供氧系统、溶氧系统，该供氧系统对溶氧系统的水液充氧由溶氧系统向水体中释放高浓度氧气溶解水。所述的供氧系统，其包括空压机、氧气发生机，通过管道依次相连并将氧气发生机产生的纯度高于90％的氧气输送至溶氧系统的溶氧罐，溶氧系统还包括潜水泵，其输送水至溶氧罐与氧气进行无气泡互溶得到高浓度氧气溶解水，再由溶氧罐释放到水体中实现无气泡充氧。本系统还可以设置控制系统控制其自行启动充氧，或者进一步增设监测系统根据各项指标实时调节控制充氧的启闭及流量。本发明具有低能耗、高效率等特点，可有效减少水源水体中的氮磷含量，进而抑制水华的爆发。文档编号C02F7/00GK101602550SQ20091005499公开日2009年12月16日申请日期2009年7月17日优先权日2009年7月17日发明者姜德刚,张亚雷,张选军,李建华,邹丽敏,陈雪雯申请人:同济大学