专利名称：一种多级双层迂回漫流跌水充氧方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理技术领域，更具体得讲，涉及一种多级双层迂回漫流跌水充
氧方法及其装置。
背景技术：
在污水处理过程中，充氧是重要的环节之一。向污水中充氧的方法包括机械曝气 和跌水充氧等。机械曝气装置通常用于城镇等污水处理厂，一般需要动力设备，耗电量大， 运行管理要求高，导致污水处理运行费用高。对于农村分散式污水处理，采用跌水曝气可以 简化操作、降低运行能耗和处理成本。但现有的利用跌水进行充氧的案例中，直接跌水充氧 方式效果通常不佳，且对地势落差要求高；通过穿孔等方式将水流分散后进行跌水充氧则 存在易堵塞问题；增设溅水板使水滴散落于空气中加强充氧的方式存在污水四处飞溅易散 发强烈臭味等问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种强化跌水充氧效果、降低污水处理能耗的多级双层 迂回漫流跌水充氧方法，该方法可以克服现有跌水设施面临的问题，合理的引流与分流，避 免堵塞和降低臭味。 本发明的另一 目的是提供一种多级双层迂回漫流跌水充氧的装置。 为解决上述技术问题，本发明运用流体力学原理，设计了一种多级双层迂回漫流
跌水充氧方法及其装置，具有较高的充氧效率，同时克服了堵塞和臭味逸散等问题。所述
的一种多级双层迂回漫流跌水充氧方法，流体沿倾斜跌水单元的上层漫流区漫流至其倾斜
上端，折流后贴着跌水单元下部的跌水管下底面或跌水单元下部的跌水托管上底面漫流至
其倾斜下端，流体由所述跌水单元的倾斜下端落入下一级跌水单元。即流体在倾斜跌水单
元的上层漫流区完成上层漫流，折回后在跌水管管底外壁完成下层漫流，然后落入下一级
跌水单元，如此迂回漫流，多级跌水，直至最后落入污水处理构筑物中。上层漫流指流体从
跌水管末段跌水室漫流至跌水管倾斜上端；下层漫流指流体从跌水管倾斜上端贴着跌水管
管底外壁漫流至跌水管倾斜下端；迂回指上层漫流的流线方向在跌水管倾斜上端被改变约
180° ，使下层漫流超反方向进行。 —种多级双层迂回漫流跌水充氧装置，由至少两级跌水单元组成，各级跌水单元 呈上下阶梯分布，其特征在于各级跌水单元呈倾斜设置，其上部设有上层漫流区，流体经 所述上层漫流区漫流至跌水单元倾斜上端折流，然后沿所述跌水单元下底面漫流至其倾斜 下端，由此落入下一级跌水单元。 所述跌水单元包括相对水平面倾斜设置的跌水管和固定于跌水管倾斜下端的跌 水管挡板，所述跌水管与跌水管挡板围成上层漫流区。 所述跌水管下方设有倾斜的跌水托管，所述跌水托管的倾斜方向与所述跌水管的 倾斜方向一致。
所述跌水管内固定有溢流板，所述溢流板上端设有溢流锯齿，所述溢流板将上层 漫流区分割成跌水室和漫流室，所述跌水室置于跌水管的下倾斜段。 所述的跌水托管通过连接活杆平行设置于跌水管下方，其间距为0. 02 0. lm，所
述跌水托管(6)倾斜上端伸出跌水管(1)倾斜上端，所述跌水管(1)倾斜下端伸出所述跌 水托管(6)倾斜下端，即所述跌水托管相对于跌水管超其倾斜上端的方向错开一定距离， 该距离优选为0. 05 0. lm。 所述跌水管横截面呈弧状，其下底面设有沿跌水管倾斜上端至倾斜下端的波浪形 分流通道。 所述跌水托管横截面呈弧状，其上底面设有沿跌水托管倾斜上端至倾斜下端的波 浪形分流通道。 所述分流通道设有多道凹槽，分流通道各凹槽之间平行设置且各凹槽最低点齐 平。 所述跌水单元的倾斜角度为5° 30° ，所述相邻跌水单元间的垂直距离至少为 0. 05m，优选0. 1 0. 5m，前后水平距离至少为0. 05m，优选0. 05m 0. 2m。
有益效果 本发明相对直接跌水充氧不仅能有效提高单位落差的充氧效果，还能有效防止堵 塞和减缓污水中臭味物质的挥发，具有高效充氧、无能耗、不堵塞、臭味少、维护简便等优 点，适用于具有地势落差的地区的污水处理工艺。具体如下 a.本发明中的倾斜跌水管具有引流和高效充氧的功能。跌水单元倾斜设置使跌水 管内形成上层漫流区，流体沿上一级跌水管的上层漫流区漫流至其倾斜上端，在此折流后 沿跌水管下底面漫流，从跌水管倾斜下端跌落至下一级跌水管的跌水室内，流体通过双层 迂回漫流增加了污水与空气的接触面积，延长了污水与空气的接触时间，因而强化了跌水 充氧的效果。 b.本发明中的分流通道具有分流和防堵的功能。跌水管下底面设有多道平行的分 流通道，污水经跌水管内上层漫流区漫流至分流通道的倾斜上端，被分割为几股小水流，这 种分流方式可以增大污水与空气的接触面积，强化跌水充氧效果，还能有效避免穿孔等其 它分流措施易弓I起的堵塞问题。 c.本发明中的跌水托管具有整流的功能。为防止流体沿跌水管下底面分流通道漫 流时脱落，在跌水管下部设有相同倾斜角度的跌水托管，在跌水托管上底面设有相同的多 道平行凹凸分流通道，跌水托管能有效收集在跌水管管底下表面漫流时散落的污水，使其 沿着跌水托管内分流通道的凹槽缓缓漫流，起到收集污水并使其继续漫流的整流作用。
d.本发明中的溢流板具有稳流的功能。锯齿形溢流板垂直安装在跌水管内，上边 缘为锯齿形；水流跌落至跌水室中会引起扰动，会影响分流通道对水流的均匀分流作用，而 溢流板的阻隔作用能有效消除大部分扰动，从而有利于分流后的小股水流均匀平稳地贴着 跌水管下底面的分流通道漫流，减少污水散落。 e.本发明中的装置若安装于阳光充足处，在跌水室中可播种光合藻类如绿眼虫 等，则能通过藻类光合作用产氧进一步提高充氧效果。 f.另外，由于整个污水的充氧过程主要是通过上层漫流和下层漫流进行的，该过 程是缓慢和温和的，相对于其他喷淋充氧或溅水板充氧的方式，本发明可以一定程度地减
4缓污水中臭味物质的挥发。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述 图1是本发明结构示意图。 图2是图1的M-M视图。 图中 Al，A2…An——跌水单元 1——跌水管 21——跌水室 22——漫流室 4——溢流板 5、 5'——分 7——跌水托管挡板 8——连接活杆
7》流通道
-上层漫流区 一跌水管挡板 -跌水托管 一溢流锯齿。
具体实施例方式
参见图1和图2。 —种多级双层迂回漫流跌水充氧方法，流体沿倾斜跌水单元的上层漫流区2漫流 至其倾斜上端，折流后沿跌水管1的下底面漫流至其倾斜下端，流体由跌水单元的倾斜下 端落入下一级跌水单元。即流体在倾斜跌水单元的上层漫流区2完成上层漫流，折回后在 跌水管1管底外壁完成下层漫流，然后落入下一级跌水单元的跌水室21，如此迂回漫流，多 级跌水，直至最后落入污水处理构筑物中。 从图1和图2中可看出，本发明由多个倾斜设置的跌水单元组成，各跌水单元之间 呈阶梯分布，并在各跌水单元的跌水管1内设有上层漫流区2，流体经上层漫流区2漫流至 跌水管1倾斜上端，经折流后沿跌水管1下底面漫流至其倾斜下端，然后落入下一级跌水单 元。跌水单元的特征如下跌水管1倾斜设置，跌水管挡板3固定于跌水管1倾斜下端，跌 水管1呈U形或其它形状，通过跌水管挡板3将其一端密封形成上层漫流区2，为防止污水 沿跌水管1下底面下行时脱落，优选在跌水管1下方设置平行的跌水托管6，跌水托管6同 跌水管1的管底形状相同，但长度比跌水管1稍长些，弧长较跌水管1弧长短。流体在上层 漫流区2内流动，当到达跌水管1倾斜上端时，流体将折流180度后沿跌水管1下底面漫流 至跌水管1倾斜下端，然后落入下一级跌水单元的上层漫流区2内，以此类推。跌水托管6 倾斜上端带有跌水托管挡板7，其倾斜下端开口 ，跌水托管6相对于跌水管1超其倾斜上端 的方向错开一定距离，这样可以避免跌水托管6阻碍漫流至跌水管1倾斜下端的污水下落， 跌水托管6通过四根连接活杆8与跌水管1相连。各跌水单元的倾斜角度为5° 30° ， 相邻跌水单元间的垂直距离为0. 1 0. 5m，其前后水平距离为0. 05 0. 2m。
由图2还可看出，沿污水流线方向，在跌水管1下底面和跌水托管6的上底面分布 有截面呈波浪形的1 6个分流通道5、5'，分流通道5、5'的每个光滑凹槽相互平行且最 低点齐平。分流通道5、5'起于跌水管1或跌水托管6倾斜上端，终止于跌水管1或跌水 托管6倾斜下端。漫流至分流通道5、5'倾斜上端的污水在此被分割成几股小水流，增大 了与空气的接触面积，延长了与空气的接触时间，强化了跌水充氧的效果。另外，跌水托管 6和其上底面设置的分流通道5'能有效收集在跌水管1管底下表面漫流时散落的污水，使 其沿着跌水托管6的分流通道5'缓缓漫流，完成下层漫流。
另外，在跌水管1内设有溢流板4，溢流板4上端设有溢流锯齿9，溢流板4将上层 漫流区2分割成跌水室21和漫流室22，其中跌水室21由溢流板4、跌水管挡板3和跌水管 1两侧壁围成。污水由上一级跌水单元跌落至下一级跌水管1的跌水室21内，越过溢流板 4，经漫流室22漫流至跌水管1的分流通道5的倾斜上端折回，然后贴着跌水管1下底面的 分流通道5漫流，或散落到跌水托管6内沿其凹槽流动完成下层漫流。通过双层迂回漫流增 加了污水与空气的接触面积，延长了污水与空气的接触时间，因而强化了跌水充氧的效果。
由于溢流板4的设置，水流在跌水室21内会有一定的停留时间，该装置若安装于 阳光充足处，在跌水室21中可播种光合藻类如绿眼虫等，则能通过藻类光合作用产氧进一 步提高充氧效果。 从整个跌水过程来看，污水首先流入最上面的跌水单元A1，然后依次向下跌落至 下一级跌水单元A2，直至最下面的跌水单元An， n为1 20的整数，最终跌落至污水处理 构筑物中。水流经过多级跌落降低了跌落速度，延长了跌落路程，增加了污水与空气的接触 时间，从而能有效提高单位落差的充氧效果。 本发明不仅能有效提高单位落差的充氧效果，其相对直接跌水充氧，每米充氧效 果能提高2 6mg/L DO，还能有效防止堵塞和减缓污水中臭味物质的挥发，具有高效充氧、 无能耗、不堵塞、维护简便等优点，特别适用于具有地势落差的地区的污水处理工艺。
将本发明应用于污水处理工艺的充氧过程。每个跌水管1长度为0. 2m，深度为 0. lm，宽度(开口跨度)为0. 2m，溢流板4至跌水管挡板3底线距离为0. 08m ;跌水托管6 形状与跌水管l相同，长度为0.21m，深度为0. 05m，宽度(开口跨度)为O. 16m，跌水托管挡 水板7高度为0.05m，跌水托管6距跌水管l的间距为0.03m。每级跌水单元相对水平面的 安装角度为14° ，下一级跌水单元安装在上一级跌水单元斜下方，任意2级跌水单元间垂 直距离为0. 3m，水平距离为0. 05m，跌水总高度为0. 9m，以污水面为参照，3级跌水单元分别 安装于高度为0. 3m、0. 6m和0. 9m的位置。 试验用水为厌氧出水，水温15°C， DO < 0. 5mg/L，流量为6L/h，厌氧出水流入第1 级跌水单元Al ，经溢流板4漫流至跌水管1倾斜上端折回，然后贴着跌水管1管底的分流通 道5漫流至其倾斜下端，再跌落至下一级跌水单元A2，跌水与流动过程同上。测定结果表 明，总跌水高度为0. 9m时，通过该装置跌水后的水体DO能增加至8. Omg/L，比直接跌水(流 量和总跌水高度相同)的充氧量提高约4mg/L。 以上所述仅为本发明的一个实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种多级双层迂回漫流跌水充氧方法，其特征在于流体沿倾斜跌水单元的上层漫流区漫流至其倾斜上端，折流后贴着跌水单元下底面漫流至其倾斜下端，流体由所述跌水单元的倾斜下端落入下一级跌水单元。
2. —种多级双层迂回漫流跌水充氧装置，由至少两级跌水单元组成，各级跌水单元呈 上下阶梯分布，其特征在于各级跌水单元呈倾斜设置，其上部设有上层漫流区(2)，流体 经所述上层漫流区(2)漫流至跌水单元倾斜上端折流，然后沿所述跌水单元下底面漫流至 其倾斜下端，由此落入下一级跌水单元。
3. 根据权利要求2所述的跌水充氧装置，其特征在于所述跌水单元包括相对水平面 倾斜设置的跌水管(1)和固定于跌水管(1)倾斜下端的跌水管挡板(3)，所述跌水管(1)与跌水管挡板(3)围成上层漫流区(2)。
4. 根据权利要求3所述的跌水充氧装置，其特征在于所述跌水管下方设有倾斜的跌水托管(6)，所述跌水托管(6)的倾斜方向与所述跌水管(1)的倾斜方向一致。
5. 根据权利要求3或4所述的跌水充氧装置，其特征在于所述跌水管(1)内固定有 溢流板(4)，所述溢流板(4)上端设有溢流锯齿(9)，所述溢流板(4)将上层漫流区(2)分 割成跌水室(21)和漫流室(22)，所述跌水室(21)置于跌水管(1)的下倾斜段。
6. 根据权利要求5所述的跌水充氧装置，其特征在于所述的跌水托管(6)通过连接 活杆(8)平行设置于跌水管(1)下方，其间距为0. 02 0. lm，所述跌水托管(6)倾斜上端 伸出跌水管(1)倾斜上端，所述跌水管(1)倾斜下端伸出跌水托管(6)倾斜下端。
7. 根据权利要求6所述的跌水充氧装置，其特征在于所述跌水管(1)横截面呈弧状， 其下底面设有沿其倾斜上端至倾斜下端的波浪形分流通道(5)。
8. 根据权利要求7所述的跌水充氧装置，其特征在于所述跌水托管(6)横截面呈弧 状，其上底面设有沿跌水托管(6)倾斜上端至倾斜下端的波浪形分流通道(5')。
9. 根据权利要求8所述的跌水充氧装置，其特征在于所述分流通道(5、5')设有多 道凹槽，分流通道(5、5')各凹槽之间平行设置且最低点齐平。
10. 根据权利要求9所述的跌水充氧装置，其特征在于所述跌水单元倾斜角度为 5° 30° ，相邻跌水单元间垂直距离至少为O. 05m，前后水平距离至少为0. 05m。
全文摘要
本发明公开了一种多级双层迂回漫流跌水充氧方法及其装置。所述方法为流体沿倾斜跌水单元的上层漫流区漫流至其倾斜上端，折流后贴着跌水单元下底面漫流至其倾斜下端，由此落入下一级跌水单元。所述装置包括至少两级跌水单元，每级跌水单元由跌水管、跌水管挡板、溢流板、跌水托管、跌水托管挡板以及连接活杆等组成，各级跌水单元呈上下阶梯分布和倾斜设置，跌水管倾斜其内形成上层漫流区，流体流经上层漫流区完成上层漫流，于跌水管倾斜上端折回，贴着跌水管下底面或跌水托管上底面流动完成下层漫流，然后由其倾斜下端落入下一级跌水单元。本发明具有高效充氧、无能耗、不堵塞、维护简便等优点，适用于具有地势落差的地区的污水处理工艺。
文档编号C02F7/00GK101792215SQ20091024424
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者刘俊新, 邹娟, 郭雪松 申请人:中国科学院生态环境研究中心