氧化池气涌水曝气墩及其系统组件和阵列的制作方法

本实用新型涉及水处理设备技术领域，特别是涉及氧化池气涌水曝气墩及其系统组件和阵列。

背景技术：

水处理领域中水体驱动与增氧的问题，造流曝气是水处理的水体循环增氧必需手段，从机械造流设备与曝气增氧装置各自为政的单功能设备或装置，如水下推流机，曝气器。发展到同时表达机械推流与曝气增氧多种功能的多功效合成设备或装置，如转刷式增氧机、射流曝气器、曝气汲水技术等等，无不想达到既可驱动水体流动交换，又能强化增氧，或兼有泵升驱水循环往复功能的目的。

近年来，污水处理中的生化处理法，是众多方法中经济而有效的方法之一。国内外对生化处理法增氧技术的研究主要集中在机械式增氧和气液接触式增氧两大方面。曝气池是一个大环境，有2个因素对曝气池水体流动性有要求：一是防止浓度梯度所需的推流运动；二是防止活性污泥沉降的升流运动。气泡在作升泡运动时，要不断排斥水体，因此扩散的气流必然会带来升流运动，进入曝气池的水流量与回流量会有一定的推流作用。曝气器则是该处理法中为被处理污水提供足够溶解氧的关键设备，它的充氧性能不仅影响生化效果，而且直接影响远期运营费用。因此，研究具有充氧能力强、氧利用率高、搅拌、推流及服务面积大等诸多优点的新型曝气器具有极其重要的现实意义和实用价值。如果能采用在点式布气条件之下，密度较轻的气体推动密度较重的水体而加大流动作用，将有重大的实际应用价值。较多应用的是射流曝气器将气流或气-液混合流导入曝气池，以增加液体中氧含量与搅拌的装置。目前，射流曝气器亦在氧化沟污水生化处理中应用。由于氧化沟中的混合液需处于循环流动状态，而且循环流动量远大于污水进水量；循环流动一周的时间远小于水力停留时间。因而要求它的曝气设备应该同时具备或最好同时具备曝气充氧和搅拌推流的双重功能（从某种意义上说，后者比前者更为重要）。射流曝气器与其它曝气设备（如立轴曝气叶轮、卧轴曝气转刷、导管曝气装置等）一样，之所以可用于氧化沟，就是因为由它产生的挟气兼溶气流体能够满足上述要求。射流曝气装置能够解决制约先进生物处理工艺应用瓶颈问题，已逐步成为各国水处理界的共识。射流曝气技术的应用与完善 ,有赖于射流曝气器的研制与发展。射流曝气是继机械曝气和鼓风机曝气之后的第三类曝气方法。射流曝气器既不是一种气泡扩散装置，也不是一种机械曝气设备，射流器是介于前两者之间的一种曝气设备，射流曝气是利用射流曝气器将气流或气-液混合流导入曝气池，以增加液体中氧含量的系统，利用气泡扩散和水力剪切这两个作用达到曝气和混合的目的。射流曝气兼有充氧和推流作用,动力效率比转刷类表面曝气机高,维护比微孔曝气简单,所以在内循环氧化沟工艺中被广泛采用。射流曝气兼具有表曝机和微孔曝气机的优点,系统稳定可靠、维修简单,不易堵塞。动力效率高,相对降低了废气、水雾和泡沫的产生,减少了二次污染。由于射流器的作用使得水流剧烈混合、剪切,活性污泥形成细密的絮凝体,丝状菌很难繁殖,不易产生污泥膨胀,使活性污泥在形态和生理特性上有别于传统活性污泥法曝气池中的污泥,表现出良好的生化活性状态,具有较高的生化负荷。射流曝气机有自吸式和供气式两种形式，发挥曝气充氧、混合、推动水体循环流动和防止活性污泥沉淀的作用。自吸式射流曝气机由潜水泵和射流器组成。当潜水泵工作时，高压喷出的水流通过射流器喷嘴产生射流，通过扩散管进口处的喉管时，在气水混合室内产生负压，受水深限制地将液面以上的空气由通向大气的导管吸入，经与水充分混合后，空气与水的混合液从射流器喷出，可在单一方向获得强力的搅拌效果与池中的水体进行混合充氧，并形成环流。供气式射流曝气机一般由单一的射流器构成，安装在氧化沟底部，外接加压水管、压缩空气管。工作原理为送入的压缩空气与加压水充分混合后向水平方向喷射，形成射流和混合搅拌区，对水体充氧曝气，氧转移率高。由于需要循环泵，外设加压水管及压缩空气系统，使供气式射流曝气机整个设备变得复杂。

鉴于上述存在的问题及其缺陷，有必要对现有设计提出新的改进。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供了一种氧化池气涌水曝气墩及其系统组件和阵列，全面地提高了射流曝气器的性能，在待治理水体内任何需要部位敷设气涌水射流曝气管墩及其组成的气涌水汲排管道系统，利用气泵提供的压力气体对水体进行曝气同时气举汲排造流，用密度较轻的气体涌水射流，推动密度较重的水体流动，采用在类同点式布气条件之下，驱动全域水体形成循环往复流场，节能降耗功能明显，产生重大的实际应用价值。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：

氧化池气涌水曝气墩，其特征在于包括：

混凝土墩配重沉块，所述混凝土墩配重沉块为中空结构，且其一个侧壁开设有与所述中空结构贯通的通孔，所述混凝土墩配重沉块在使用时设置于水中；

纵向直通管，所述纵向直通管设置于所述混凝土墩配重沉块顶部并与所述中空结构相连通；

固堵三通管，所述固堵三通管安装于所述纵向直通管顶部。

作为对上述方案的进一步改进，所述固堵三通管为固堵直三通管。

进一步，所述固堵三通管为固堵斜三通管。

进一步，所述混凝土墩配重沉块的尺寸为高270 mm*长280mm*宽280mm。

氧化池气涌水曝气墩系统组件，其特征在于包括：

所述的氧化池气涌水曝气墩；

供氧曝气装置，所述供氧曝气装置设置于所述混凝土墩配重沉块内；

细碎气泡内构件，所述细碎气泡内构件设置于所述固堵三通管的上部区域内。

进一步，所述细碎气泡内构件为混合螺旋器。

进一步，所述细碎气泡内构件为挠流细碎弧板。

气涌水斜压喷底推流管墩阵列，其特征在于包括：

所述的氧化池气涌水曝气墩系统组件，所述氧化池气涌水曝气墩系统组件设置于圆形水处理池；

排污井，所述排污井位于圆形水处理池中央；

电动机，所述电动机与氧化池气涌水曝气墩系统组件电气连接；

其中，若干氧化池气涌水曝气墩系统组件设有两组，每组设有四个，并关于排污井呈左右对称布置，构成双列八管墩阵列。

气涌水斜压喷底推流管墩阵列，其特征在于包括：

所述的氧化池气涌水曝气墩系统组件，所述氧化池气涌水曝气墩系统组件设置于方形水处理池；

排污井，所述排污井位于圆形水处理池中央；

电动机，所述电动机与氧化池气涌水曝气墩系统组件电气连接；

其中，若干氧化池气涌水曝气墩系统组件设有四组，每组设有八个，并关于排污井呈十字对称布置，构成四列三十二管墩阵列。

本实用新型的有益效果是：本实用新型作为一种氧化池气涌水曝气墩及其系统组件和阵列，气涌水射流曝气管墩为供氧曝气装置、细碎气泡内构件与水中混凝土墩配重沉块的合构体，排列水体中，运用曝气这种基本手段，体现气提水原理，形成气涌水式曝气造流。气涌水式曝气造流创新替代现阶段的机械动力式射流曝气手段，在曝气增氧同时达成驱动水体大流量移动流态。它的作用己不仅仅作为一种大孔径气泡扩散充氧装置，如鼓风曝气中的各种空气扩散装置，也不能看成为一种机械曝气设备，而是介于这两者之间，近似射流曝气机，但气液工作性质相反。利用带压的气体作为工作流体，融合了当今射流曝气，物相强化传递，紊流剪切等技术。因此，空气中氧的转化率高，气液相处时间长，具备良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型所述氧化池气涌水曝气墩剖视结构示意图一，其中所述固堵三通管为固堵直三通管；

图2为本实用新型所述氧化池气涌水曝气墩剖视结构示意图二，其中所述固堵三通管为固堵斜三通管；

图3为本实用新型所述挠流细碎弧板结构示意图；

图4为本实用新型所述氧化池气涌水曝气墩剖视结构示意图三，其中所述固堵三通管为固堵直三通管，且细碎气泡内构件为混合螺旋器；

图5为本实用新型所述气涌水斜压喷底推流管墩阵列结构示意图，构成双列八管墩阵列；

图6为本实用新型所述气涌水斜压喷底推流管墩阵列结构示意图，构成四列三十二管墩阵列。

具体实施方式

参照图1—图4，氧化池气涌水曝气墩，包括：混凝土墩配重沉块1，所述混凝土墩配重沉块1为中空结构，且其一个侧壁开设有与所述中空结构贯通的通孔11，所述混凝土墩配重沉块1在使用时设置于水中；纵向直通管2，所述纵向直通管2设置于所述混凝土墩配重沉块1顶部并与所述中空结构相连通；固堵三通管3，所述固堵三通管3安装于所述纵向直通管2顶部。

如果固堵三通管3为固堵直三通管。气涌水推流曝气管墩以带压空气为工作介质，喷口流出不同规格的气泡液流，类似美国低压供气式射流曝气管系工作效能，但是无需配备水泵及管系

如果固堵三通管3为固堵斜三通管。气涌水斜压流曝气管墩在受限曝气筒构里，利用细碎混合内构件对空气与水体进行细碎，单向下斜喷流（类同单向科尔庭射流曝气器），同样达到使污水中增氧的效果，但各类成本在工作水深大于四米时，比各种曝气法低得多。

混凝土墩配重沉块1的尺寸为高270 mm*长280mm*宽280mm。

氧化池气涌水曝气墩系统组件，包括：所述的氧化池气涌水曝气墩；供氧曝气装置4，所述供氧曝气装置4设置于所述混凝土墩配重沉块1内；细碎气泡内构件，所述细碎气泡内构件设置于所述固堵三通管3的上部区域内。

细碎气泡内构件为混合螺旋器5或者细碎气泡内构件为挠流细碎弧板6。

气涌水射流曝气管墩参数如下：气涌水射流曝气管墩管构件直径：160mm墩管构件高度：650mm；沉稳合成墩尺寸： 高270 mm×宽280mm×宽280mm；单座“气涌水射流曝气管墩”性能参数：配气量在9~15 m3/h之间。即曝气量为：0.15～0.25 m3/min，最大0.25 m3/min。在水深2.0米实验时，配气量10 m3/h，气涌水比例：1：2，射流量20m3/h，功耗为185瓦·时，为同等射流量水泵功耗的20%不到。在水深4.0米时，曝气量10m3/h，气涌水比例：1：3，曝气汲排水流量30m3/h。功耗为250瓦·时，为同等射流量水泵功耗的17%。

单个气涌水射流曝气管墩的流体技术参数：在水深4.0米时，气涌水比例：1：3（保守值）。气涌水流量：配气量10 m3/h，涌水流量30m3/h，单个气涌水射流曝气管墩的功耗0.25～0.3 kw/h。充氧效率：当水深４m时，η=16-20%，曝气充氧为：3.8kgO2 / kw·h（参考OHR曝气器充气增氧公知参数）。

气涌水射流曝气管墩特点：1、在气涌水射流曝气管墩管构件内，压力空气通过供气管路送至气涌水净化处理器底部的气泡发生装置中涌出，气泡以约1.2～1.8米/秒的速度上升喷射，产生引射式气涌水举流，同时气水混合液密度变小 ，在气提水原理的共同作用下，使水、气混合垂直上升，进行气涌水汲排过程。再利用细碎气泡装置（管内插入物）进行气液水力剪切扩散，提高溶氧效率。最后，将水气混合流体由垂直上升变成水平移动喷出，形成射流与伴流增加气水混合效率，进行曝气供氧同步发挥推流搅拌作用。2、水气混合流体以约0.6～0.8米/秒（射流口实验时测量）的速度水平喷射，构成水平射流，达成射流曝气（泵）机的效能。在氧化沟污水处理系统中，气涌水射流曝气管墩仅用曝气增氧的能耗就可以同时产生曝气增氧与造流能效。汲底与水平射流确保池底活性污泥被汲排升起悬浮；汲底水流还紧贴池底平面，射流的排出流束引发池底活性污泥升起，保持全部活性污泥的悬浮状态，可有效避免活性污泥滞留现象出现。3、气涌水射流曝气管墩的管构部件固定，没有任何转动机械部件，因此，运行过程中，无故障。供气管道系统主管道架桩从水平面伸延至“气涌水射流曝气管墩”上方，再分支气管路至气涌水净化处理器。供气管道系统主管道布局设计与具体材料清单视实际情况另定。4、可以单独提离维修与加装调整方便，安装无水下与空水作业的要求，更无停止运行的麻烦。

气涌水泵管组件推流曝气效能的原理支持与技术参数：

气涌水泵管组件从1.5米水深起，工作效能才显著。当工作水深在2.0米左右时，射流或曝气时，能比对的类同设备较多。工作水深达到4.0米，射流或曝气时，能比对的类同设备仅有曝气头、低压供气式射流曝气管系、科尔庭射流曝气器。在淹没条件下，同等功耗，单位时间内，气涌水泵管组件推流曝气工作参数与类同设备参数比对以下技术层面数据：1、入水空气总量，以曝气头为参验对象；2、形成微细气泡的规格与总量，在2.0米工作水深时，以自吸式射流泵为参验对象；工作水深达到4.0米时，以低压供气式射流曝气管系为参验对象；3、喷射流量与速度，一般以水泵性能指数为参考，工作水深达到4.0米时，以低压供气式射流曝气管系、科尔庭射流曝气器为参验对象。

气涌水推流曝气管墩与供气式射流曝气器比对原理与参数：

1、供气量与汲排水量（气水比）：

在工作水深达到4.0米时，同气涌水推流曝气管墩工作状态类似的只有低压供气式射流曝气管系、科尔庭射流曝气器这两种供气式射流设备。美国低压供气式射流曝气器的气水比约2：1；德国科尔庭射流曝气器气水比一般设计点为4:1左右，科尔庭射流曝气器的最佳工况点出现在气水比为2.5:1时；科尔庭射流曝气器的液流压力需求刚好是低压供气式射流曝气器的2倍。可见，这两种供气式的射流设备原理大同小异，只有气水比和液流压力有区别。它们既不是一种气泡扩散装置,也不是一种机械曝气设备,而是一种综合式射流曝气设备。利用供气式射流曝气器清水充氧性能测试装置，对低压供气式射流曝气器进行清水充氧性能研究。清水试验表明：低压供气式射流曝气器氧利用率达16.34％；理论动力效率达2.65～3.05kgO2／kW.h。优于其它形式的曝气设备，能有效降低能耗。气涌水推流曝气管墩以带压空气为工作介质，喷口流出不同规格的气泡群液流，类似美国低压供气式射流曝气管系和德国科尔庭射流曝气器这两种射流曝气设备的工作状态。气涌水射流曝气管墩同它们都有水力剪切曝气功能，但是主要性能接近喷射泵，为气提水泵类。气涌水推流曝气管墩的气水比随水深的加深而变化，水深在2.0米时，气水比1:2，水深达到4.0米时，气水比实际上达到1:3（额定数，保守取值）。气水比随水深的增加而变小。当水深一定，每个标配气涌水推流曝气管墩的供气量可以在设置的数据上50%下30%范围调整，但是气水比保守取值1:3（额定数）不变。由于射流曝气设备的动力效率会随着气水比增加而降低，在混合喉管内要达到气液最大接触面积，气液比宜为1:1，氧转移效率和充氧动力效率处于最佳状态。在气液最大接触面积相同的情况下，如果气体体积少于水体体积（气水比小），则提高气液流体的有效撞击动量，水力剪切形成的气泡更小，并且有足够供气泡扩散的水体容积。从上可知，气涌水射流曝气管墩更优于所有其它形式的曝气设备，更有效降低能耗。需氧量是根据水量的多少来确定的，如果水量变化系数在1.3左右。普通射流器的充氧量是能够满足曝气池溶解氧(1.5—2.8mg/l)的变化幅度。当水质水量变化幅度较大时，普通射流器就难以满足，这就是普通射流器不易调节氧的缺点。因为充氧量是一个定容式的。缩小吸气孔电耗浪费大，如果不运行水泵，则失去了搅拌作用，使污泥产生沉淀。气涌水推流曝气管墩调节进气量可以调节气涌水汲排流量，设计最低进气量，根据水质水量的增加调节进气量可以改变气涌水汲排流量，适应水质水量变化幅度较大情况。同所有曝气器相比，气涌水推流曝气管墩可以放置在更深的水中，比曝气器有更强的搅拌作用，而且不用复杂的布置过程。如果需要曝气的面积很大，它就更合适了，能多点多向安装，形成增氧流态流场，覆盖面积大成本小。

2、不同气泡的规格与总量：

气涌水推流曝气管墩工作水深达到4.0米时，水气混合流体以约0.6～0.8米/秒的速度水平喷射，构成水平推流，达成射流曝气（泵）机的效能。气水比保守取值可达1:3（34%）。

3、喷口流速与推流距离：

在2.0米工作水深时，气涌水推流曝气管墩喷口流速0.4～0.5米/秒的速度（喷流口实验时测量），推流距离约2.0米（实测）。在工作水深达到4.0米时，气涌水推流曝气管墩喷口流速0.6～0.8米/秒的速度，推流距离约3.0米（估算）。

气涌水推流曝气管墩同供气式射流曝气器比对与计算数据：

已知：1、罗茨气泵与水泵的技术性能参数，在工作水深达到4.0米时，罗茨气泵的供气量为40m3/ kw·h。水泵的供水性能为10～15m3/ kw·h。2、美国低压供气式射流曝气器的气水比约2:1；当供气量为40m3/ h时，对应供水量20m3/ h.。从罗茨气泵与水泵的技术性能参数可知，合计耗能2 kw·h。3、在工作水深达到4.0米时，相比美国低压供气式射流曝气器的气水比约2:1，气涌水推流曝气管墩的供气量与汲排水量（气水比）实际上达到1:3（定数，保守取值），当在4.0米工作水深时，罗茨气泵的供气量为40m3/h.时，耗能1kw·h，气涌水推流曝气管墩汲排水量达到120m3/ h。节省水泵的能耗1kw·h.，还多喷流水量100m3/ h。相比德国科尔庭射流曝气器的气水比一般设计点为4:1时，气涌水推流曝气管墩还多喷流水量110m3/ h。4、由于供气式射流设备的动力效率会随着气水比增加而降低，在混合喉管内要达到气液最大接触面积，气液比宜为1:1，氧转移效率和充氧动力效率处于最佳状态。在气液最大接触面积相同的情况下，如果气体体积少于水体体积（气水比小），则提高气液流体的有效撞击动量，有足够的气泡扩散水体容积，水力剪切形成的气泡更小。由此可知，在工作水深到4.0米时，气涌水推流曝气管墩的气水比为1:3（34%），更优于供气式射流的曝气设备，更有效降低能耗。

气涌水推流曝气管墩同自吸式射流曝气泵的技术参数比对：

参考 SL型液下射流曝气泵资料，根据气涌水推流曝气管墩的配置性能参数，参考山东明风机械MJ-50型罗茨气泵性能参数表，可知：

（1）在3.0米工作水深时，自吸式射流曝气泵的水体流量为（20m3/1.5 kw·h），自吸气量为22m3/h。（2）单个气涌水推流曝气管墩的设计供气量范围是10～15m3/h。（3）在3.0米工作水深，等速比时，MJ-50型罗茨气泵的供气流量为84m3/1.5kw·h，可为8个气涌水推流曝气管墩供气，总入水气量是84m3/h，为同能耗自吸式射流曝气器自吸气量的4倍。（4）在3.0米工作水深时，气涌水推流曝气管墩的气水比为1:2.5；单个气涌水推流曝气管墩的汲排水量达到25m3/h，8个气涌水射流曝气管墩总汲排水量达到210m3/h，为同能耗自吸式射流曝气泵水体流量的10倍。（5）设计总成：在3.0米工作水深，等速比1450 r/ h时，当罗茨气泵的功耗为1.5kw·h，供气量为84m3/h，入水气量是84m3/h，分配于8个气涌水推流曝气管墩，可设置成8个喷出口和布流点，总汲排水量达到210m3/h。（6）比对结论：在3.0米工作水深，同等功耗1.5kw·h时，气涌水推流曝气管墩组群比对单台同能耗自吸式射流曝气泵的水体流量（20m3/h），汲排水量相比大9倍；比对同能耗自吸式射流曝气泵的吸气量约22m3/h，入水气量相比大3倍。曝气推流服务面积相应比同能耗自吸式射流曝气泵大得多。

参照图5，气涌水斜压喷底推流管墩阵列，其特征在于包括：

所述的氧化池气涌水曝气墩系统组件，所述氧化池气涌水曝气墩系统组件设置于圆形水处理池；

排污井，所述排污井位于圆形水处理池中央；

电动机，所述电动机与氧化池气涌水曝气墩系统组件电气连接；

其中，若干氧化池气涌水曝气墩系统组件设有两组，每组设有四个，并关于排污井呈左右对称布置，构成双列八管墩阵列。

配一台ø65口径罗茨气泵标配220V/380V，1.5kw电动机，等速比，转速1400r/min。用ø160PVC管材，配套8个气涌水斜压喷底推流管墩，池中分成线状两列管墩群。

参照图6，气涌水斜压喷底推流管墩阵列，其特征在于包括：

所述的氧化池气涌水曝气墩系统组件，所述氧化池气涌水曝气墩系统组件设置于方形水处理池；

排污井，所述排污井位于圆形水处理池中央；

电动机，所述电动机与氧化池气涌水曝气墩系统组件电气连接；

其中，若干氧化池气涌水曝气墩系统组件设有四组，每组设有八个，并关于排污井呈十字对称布置，构成四列三十二管墩阵列。

池中分成线状四列管墩群，每列管墩群配一台ø65口径罗茨气泵标配220V/380V，1.5kw电动机，等速比，转速1400r/min。用ø160PVC管材，配套8个气涌水斜压喷底推流管墩。

以上对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，当然，本实用新型还可以采用与上述实施方式不同的形式，以及相近的领域，这些都不构成对本实施方式的任何限制，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本实用新型的保护范围内。