扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置的制作方法

专利名称：扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水质改善装置，尤其涉及一种水力混合曝气装置、生物接触氧化装置结合的水质改善装置。
背景技术：
水库和湖泊水体的容量大、水深大、流动性小，由此带来一些负面的影响。由于水深大、流动性小，容易形成水体分层现象，即在夏季，温度高而密度轻的水体稳定分布在上层，温度低密度大的水体下沉到库(湖)底；冬季则相反，温度特别低(小于4℃)密度轻的水体分布于水体上层，温度较高(接近4℃)密度大的水体下沉到库(湖)底，造成上下层水体间相对静止。这会使下层水体溶解氧减少，处于缺氧状态，使水生生态环境恶化，底泥中氮、磷、有机物、铁、锰等物质向水体溶解释放，使水质恶化。由于流动性小，使藻类能稳定地停留在表层水中，接受充足的光照而大量繁殖，带来了水体富营养化问题，影响了水质。底部缺氧引起的底泥有机质、氮、磷等营养物质的释放，给藻类等浮游植物提供了充足的营养，加剧了水体富营养化。本专利申请人于2003年12月23日申请的专利号为200310117900.6的《扬水曝气器》是一个竖直安装的直筒体，筒体进口接近水库(湖泊)底，出口接近水面。在直筒体的下端附带一个曝气室和一个气室，曝气室中充满水，将压缩空气以小气泡的形式连续通入曝气室下部，气泡在曝气室上升的过程中与水接触，将氧气溶解到水中。气室位于曝气室的上部，为一半封闭腔室，收集来自曝气室的气泡，当气室充满空气后，气室中的气体在瞬间向直筒体释放，形成一个大的气弹，并迅速上浮，推动筒体中水体向上流动，从而使底层水流向表面，表层水被向下抽吸，形成上下层水体间的循环交换，达到混合上下水层的目的。该扬水曝气器能将表层水与底层水充分混合，破坏水体分层，同时向水体充氧，改善水体缺氧状态。现有技术生物接触氧化装置，在好氧条件下能将水中有机物氧化分解成无害的无机物，同时能氧化水中溶解态的铁、锰，使其产生沉淀，加以去除。现有的生物接触氧化装置需要设置在特定的水池中，并设置专门的供气系统，在将原水抽入水池中进行处理，因此费用较高。

发明内容
本发明的目的是在现有技术基础上提供一种将上述现有技术结合的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，该装置不仅能将表层水与底层水充分混合，破坏水体分层，同时向水体充氧，改善水体缺氧状态，并且能在扬水曝气条件下利用生物接触氧化技术降解消耗水中的有机物，氧化铁、锰。
本发明解决上述问题的设想是在水库(湖泊)中组合安装扬水曝气器和生物接触氧化装置，扬水曝气器在下，生物接触氧化装置在上，再在扬水曝气器顶端增设布气系统，组成扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置。在扬水曝气器中，气弹推动下层水体上升并分布到生物接触氧化装置的下部，而气弹被布气系统收集并均匀地分布到生物接触氧化装置的下部，并以小气泡的形式向生物填料释放，气泡在生物填料区继续向水体充氧，并搅动水流，提供生物接触氧化所需的溶解氧和水力条件。生物接触氧化装置由生物填料及其固定支架组成，生物填料采用纤维状高分子聚合物弹性立体填料，生物填料表面是一种凹凸不平的结构。在好氧条件下，填料表面附着生长生物膜，生物膜主要由细菌、真菌、菌胶团及其产生的胞外多聚物组成，这些微生物能以水中有机物作为其新陈代谢的营养物质，将其氧化分解成无害的无机物，同时能氧化水中溶解态的铁、锰，使其产生沉淀，加以去除。
为解决本发明技术问题，本发明的技术方案是它包括垂直安装于水中的扬水曝气器(4)、生物接触氧化填料装置(30)，所说的扬水曝气器在下，生物接触氧化填料装置在上，所说的扬水曝气器与生物接触氧化填料装置两者之间设置有布气系统。
所说的布气系统由气弹收集室(6)、稳压室(8)、稳压管(23)、布气干管(10)、布气支管(11)组成；所说的气弹收集室(6)为下端开口的腔体，位于扬水曝气器(4)的上端，气弹收集室(6)与扬水曝气器(4)相连且相通，两者之间留有间隙即扬水曝气器出水口(5)；所说的稳压室(8)位于气弹收集室(6)上方，两者相连且其间设有穿孔；所说的稳压管(23)为一直管，下端与稳压室(8)相通，上端设有出口；说的布气干管(10)根部与稳压室(8)相通；布气支管(11)与布气干管(10)相交并相通，布气支管(11)上开有孔眼。
所说的气弹收集室(6)和稳压室(8)可以为一整体结构，中间用穿孔的消能板(7)分隔成上下两室。
所说的气弹收集室(6)为圆柱形腔体，所说的稳压室(8)为圆饼形腔体。
所说的稳压管(23)下端与稳压室(8)相通，上端出口为两个，一个出口安装手动截止阀(27)，另一个出口安装自动泄气阀(26)。
所说的布气干管(10)用橡胶伸缩接头(9)与稳压室(8)相通。
所说的布气干管(10)为至少二根辐射状管道，布气支管(11)为至少一根环状管道。所说的布气干管(10)断面为矩形，布气支管(11)为圆形管道。
所说的生物接触氧化装置由生物填料(14)、上下支架(17、13)和生物填料浮子(20)组成，悬挂固定于上下支架(17、13)之间，上下支架固定在扬水曝气器顶端，所说的生物填料浮子(20)用于提供浮力，保证扬水曝气器和生物填料(14)能悬浮与水中，生物填料浮子(20)可直接固定于扬水曝气器和上支架(17)上。
所说的上下支架(17、13)平面为两个半圆拼接成的圆形，所说的上下支架(17、13)由至少一对径向角钢和环向圆钢(19)联结组成，上下支架(17、13)用联系角钢(18)连接成一个整体。
本发明的有益效果是由于本发明是将扬水曝气与生物接触氧化有机结合，充分利用各自的功能和互补作用，实现了水体充氧、混合、生物降解技术优化组合。扬水曝气器在底部高水压、低含氧量的位置给水体充氧，充氧效率高。充氧后的余气以气弹的形式间歇方放，形成活塞流，提水效率高。提水后的尾气被继续利用于生物填料区的充氧、混合，省去了生物接触氧化所需的供气系统。本发明混合了上下水层，解决了水体分层问题，破坏了藻类的漂浮状态，迫使其向深水迁移，抑制其生长；给底部水体充氧，改变了缺氧环境，改善底部水生生态环境，抑制了底泥中有机质、磷、氨氮、铁、锰等物质向水中溶解释放；氧化降解了水中有机物，去除了溶解态铁、锰，具有稳定沉积物、改善水质的作用。同时，水体上层设置的生物填料在客观上又起到了对阳光的遮蔽和阻挡作用，可大大降低光合作用强度，削减藻类的生产力。


图1是本发明一个实施例的结构图。
图中1-压缩空气管，2-锚固墩，3-扬水曝气器进口，4-扬水曝气器，5-扬水曝气器出口，6-气弹收集室，7-消能板，8-稳压室，9-橡胶伸缩接头，10-布气干管，11-布气支管，12-固定索，13-生物填料下支架，14-生物填料，15-支架连接件，16-布气管浮子，17-生物填料上支架，18-角钢，19-圆钢，20-生物填料浮子，21-法兰，22-下套筒，23-稳压管，24-上套筒，25-浮筒，26-自动泄气阀，27-手动截止阀，28-固定板，29-中心绳，30-生物接触氧化填料装置具体实施方式
所提供的扬水曝气器4主体为一直筒体，扬水曝气器进口3位于水库(湖泊)的底层，扬水曝气器出口5接近水库(湖泊)表层，位于生物接触氧化装置30的下部，扬水曝气器出口5呈水平方向。扬水曝气器4用锚固墩固定在水库(湖泊)底部。所提供的生物接触氧化装置30由生物填料14、生物填料上下支架17、13和生物填料浮子20组成。生物填料为纤维状中心绳式立体弹性填料，竖直悬挂固定于生物填料上下支架之间。上下支架平面为圆形，由一系列径向角钢18和环向圆钢19联结组成，上下层支架用联系角钢连接成一个整体，支架固定在扬水曝气器顶端。所说的生物填料浮子为合成树脂或浮筒等能在水中漂浮的物体，用于提供浮力，保证扬水曝气器和生物填料能悬浮与水中，生物填料浮子可直接固定于扬水曝气器和填料上支架上(本发明适用于任何填料结构形式的生物接触氧化装置)。所提供的布气系统由气弹收集室6、稳压室8、稳压管23、布气干管10、布气支管11组成，位于扬水曝气器和生物接触氧化装置之间。气弹收集室和稳压室位于扬水曝气器的顶端，气弹收集室为下端开口的圆柱形腔体，位于扬水曝气器的上端，气弹收集室与扬水曝气器相连且相通，两者之间留有间隙即扬水曝气器出水口5；稳压室为圆饼形腔体位于气弹收集室上方，两者相连且其间设有穿孔(气弹收集室和稳压室也可以为一整体结构，中间用穿孔的消能板分隔成上下两室，下室为气弹收集室，上室为稳压室)。稳压管为一竖直安装的直管，底端与稳压室相通，顶端升出水面，顶端有两个出口，一个出口安装手动截止阀，另一个出口安装自动泄气阀。布气干管为至少一根辐射状、断面为矩形的管道，水平布置，根部与稳压室相通，布气干管与稳压室间用橡胶伸缩接头9连接；布气支管为至少一根环行管道，与干管相交并相通，断面为圆形。支管的上侧开有直径2mm的孔眼。
扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置的运行方式是压缩空气通入扬水曝气器的下部，给下层水体充氧，并周期性地形成气弹，推动扬水曝气器中水流上升。上升水流经出口呈水平方向向四周喷射，分布到生物接触氧化填料的下部，而气弹向上直冲进入气弹收集室。气弹收集室中的空气经穿孔消能板进入稳压室，再经布气干管、支管分布到生物填料区的下部。支管中的空气以小气泡的形式在填料区上升，继续给填料区水体充氧，提供生物填料进行生物降解作用所需的氧气；同时，气泡上升时能将上升筒出口刚刚喷出的、来自底部水质较差的水体带入填料区，起到配水、混合的作用；该过程重复进行，使污染水质不断得以净化；另外，气泡上升时搅动水流，促使生物填料表面老化生物膜的脱落更新，保证生物膜的活性。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明如图1所示扬水曝气器4主体为刚性直筒，扬水曝气器进口3为喇叭状，上部扬水曝气器出口5为鸭舌状。压缩空气管1连接在扬水曝气器4的下端。扬水曝气器用锚固墩2固定于水库(湖泊)底。扬水曝气器4的顶端连接着一个半开口的短直筒，下部开口，上部有顶盖。该短直筒被圆形的穿孔消能板7分隔成上下两部分，下半部为气弹收集室6，上半部为稳压室8。气弹收集室6用八块固定板28固定在扬水曝气器4顶端，其间留有间隙为扬水曝气器出水口5。稳压室8侧面向四周伸出至少二根辐射状布气干管10，布气干管10与稳压室8间用橡胶伸缩接头9连接，并保证其间相通。与布气干管10相连布置有至少一根环形布气支管11。布气干管10断面为矩形，布气支管11为圆管。布气干管10的两端用固定索12悬挂在布气管浮子16上，保证布气管道呈水平状态。稳压室8的顶板上伸出稳压管23，稳压管23与稳压室8间用法兰21连接，并保证两者相通。稳压管23顶端用三通分出两个出口，一个出口安装手动截止阀27，另一个出口安装自动泄气阀26。稳压管23的上端外侧焊接固定有圆筒形浮筒25，它与扬水曝气器自身所带有的浮筒一起承担扬水曝气器的重量，使其悬浮于水中。生物填料的上支架17、下支架13平面为两个半圆拼接成的圆形，由径向角钢18和环向圆钢19焊接而成，角钢18在圆心处交汇焊接于上套管24、下套管22上。套管与支架对应，也由两个半圆组成。半圆形的套筒和支架在稳压管23的外侧拼接成圆形，固定在稳压管23上。上套筒24的内径稍大于浮筒25的外径，下套筒22的内径稍大于稳定管23的外径，使上下支架17、13固定于稳定管23而又留有适当的活动余地。上下支架17、13用连接角钢15连接成一个整体。生物填料14用中心绳29固定在上下支架17、13上。填料区的顶部安装有合成树脂生物填料浮子20，承担整个填料区的重量。
运行时，空气经压缩空气管1进入扬水曝气器4下部，扬水曝气器4利用压缩空气向水体充氧，并间歇性地形成气弹，推动水流向上流动。扬水曝气器4自扬水曝气器进口3处吸入底部水体，并经扬水曝气器出口5处向水平方向喷出。扬水曝气器4中上升的气弹冲进气弹收集室6，气体经消能板7上的孔眼进入稳压室8，再经由布气干管10、布气支管11，最后经布气支管11上开设的小孔以小气泡的形式释放到水中。小气泡上升进入生物填料区，给填料区充氧并带动水流进入填料区、搅动填料区水流。在气弹和扬水曝气器上升水流一次次的向上脉动冲击时，会使气弹收集室6中的气压发生波动，影响出气的均匀性。用消能板7和稳压室8能起到消除过高的气压、稳定气压的作用。若稳压室8中的压力仍然出现脉动高压时，稳压管23顶部的自动泄气阀26会自动打开泄气，待压力下降后自动关闭。若生物填料区的面积较大，需要的气量较大时，气弹收集室6中的气体全部释放完后，下一个气弹还未到达时，上升筒中的水流将进入布气管道，并向外释放，直到下一个气弹进入气弹收集室6，布气管道又重新释放气体。若生物填料区的面积较小，需要的气量较小时，下一个气弹到来时，气弹收集室6中仍有较多气体未释放完，多余的气体会从鸭舌状扬水曝气器出口5溢出，溢出的气量较大时会过分冲刷生物填料。因此，多余的气体应安全地放出，这可以打开稳压管顶的手动截止阀27调整排气量。生物接触氧化填料14安装于水中运行一段时间后，在溶解氧、水力条件、营养物质合适的条件下会在填料14表面生长一层生物膜，生物膜是由好氧细菌及其分泌物组成，好氧细菌氧化分解水中有机物，氧化沉淀溶解性铁、锰，使水质净化。长期运行后，老的细菌会逐步失去活性而死亡，生物膜发生老化，同时新的细菌逐步生长，使生物膜更新。合适的水流冲刷能帮助老生物膜脱落，有利于生物膜的更新。
权利要求
1.一种扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，它包括垂直安装于水中的扬水曝气器(4)、生物接触氧化填料装置(30)，所说的扬水曝气器在下，生物接触氧化填料装置在上，其特征是所说的扬水曝气器与生物接触氧化填料装置两者之间设置有布气系统。
2.根据权利要求1所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的布气系统由气弹收集室(6)、稳压室(8)、稳压管(23)、布气干管(10)、布气支管(11)组成；所说的气弹收集室(6)为下端开口的腔体，位于扬水曝气器(4)的上端，气弹收集室(6)与扬水曝气器(4)相连且相通，两者之间留有间隙即扬水曝气器出水口(5)；所说的稳压室(8)位于气弹收集室(6)上方，两者相连且其间设有穿孔；所说的稳压管(23)为一直管，下端与稳压室(8)相通，上端设有出口；说的布气干管(10)根部与稳压室(8)相通；布气支管(11)与布气干管(10)相交并相通，布气支管(11)上开有孔眼。
3.根据权利要求2所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的气弹收集室(6)和稳压室(8)为一整体结构，中间用穿孔的消能板(7)分隔成上下两室。
4.根据权利要求2或3所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的气弹收集室(6)为圆柱形腔体，所说的稳压室(8)为圆饼形腔体。
5.根据权利要求2所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的稳压管(23)下端与稳压室(8)相通，上端出口为两个，一个出口安装手动截止阀(27)，另一个出口安装自动泄气阀(26)。
6.根据权利要求2所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的布气干管(10)用橡胶伸缩接头(9)与稳压室(8)相通。
7.根据权利要求2所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的布气干管(10)为至少二根辐射状管道，布气支管(11)为至少一根环状管道。
8.根据权利要求7所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的布气干管(10)断面为矩形，布气支管(11)为圆形管道。
9.根据权利要求1所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的生物接触氧化装置由生物填料(14)、上下支架(17、13)和生物填料浮子(20)组成，悬挂固定于上下支架(17、13)之间，上下支架固定在扬水曝气器顶端，所说的生物填料浮子(20)用于提供浮力，保证扬水曝气器和生物填料(14)能悬浮与水中，生物填料浮子(20)可直接固定于扬水曝气器和上支架(17)上。
10.根据权利要求9所述的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，其特征是所说的上下支架(17、13)平面为两个半圆拼接成的圆形，所说的上下支架(17、13)由至少一对径向角钢和环向圆钢(19)联结组成，上下支架(17、13)用联系角钢(18)连接成一个整体。
全文摘要
本发明公开了一种水体混合充氧与生物接触氧化组合的水质改善的扬水曝气强化生物接触氧化水质改善装置，它包括垂直安装于水中的扬水曝气器(4)、生物接触氧化填料装置(30)，扬水曝气器在下，生物接触氧化填料装置在上，扬水曝气器与生物接触氧化填料装置两者之间设置有布气系统。扬水曝气器利用压缩空气向水体充氧，并将下层水体分布到生物接触氧化填料区，布气系统将扬水曝气器的尾气收集并分布到生物填料区。本发明用于混合水库或湖泊上下水层，给水体充氧，氧化降解有机物，氧化沉淀去除铁、锰。
文档编号C02F3/10GK1654356SQ20041007354
公开日2005年8月17日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者黄廷林, 丛海兵, 何文杰 申请人:西安建筑科技大学, 天津市自来水集团有限公司