一种气泡切割生物接触氧化强化扬水曝气水质改善装置及生物接触氧化装置的制作方法

本实用新型属于水处理领域，涉及扬水曝气装置，具体涉及一种气泡切割生物接触氧化强化扬水曝气水质改善装置及生物接触氧化装置。

背景技术：

一般水库及湖泊水体容量大，流动性小，诸多营养物质如有机碳、氮、磷在底部沉积聚集，常年为水生藻类等浮游生物提供充足的营养，同时藻类能稳定停留在水中接受光照而大量繁殖，引起水体的富营养化而影响水质。深水型水源水库及湖泊，由于水体分层更加稳定，造成下层水体长时间处于厌氧或缺氧状态，生态环境恶化，底部沉积物中污染物大量释放，造成水体的二次污染。

水源水的污染是当今世界范围内普遍面临的问题，我国7大水系和内陆河流110个重点河段，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水质占68％，我国现有河流近1/2河长受到污染，1/10河长受到严重污染，全国城市90％水域受到污染，大河干流占13％，支流55％被污染。水源的污染日益严重。

微污染水源是指受到有机污物污染，部分项目的指标超过卫生标准。这类水中所含的污染物种类较多、性质较复杂，但浓度比较低。湖泊、水库富营养化和蓝藻水华爆发引起的环境问题引起国内外广泛关注。

国内现有的充氧混合技术，有申请人已授权的中国专利“深水型水源水库扬水曝气器改善装置”(专利号ZL201210090207.3)是利用形成的气弹，造成上下层水体交换，达到混合上下水层的目的，同时向水体充氧，改善水体缺氧状态。但对于微污染水体，仅仅采用水体充氧方法不能从根本上达到改善水体水质的目的，并且其处理效果一般。采用生物接触氧化技术是一种重要的方法。但目前国内外的水源水的生物接触氧化技术基本上都属于以为生物修复技术，这样势必要在已建水厂内增建处理构筑物，往往要受到场地等因素的限制，提高水处理成本，并且不能从根本上解决水源地水源污染日益严重的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供本实用新型提供一种气泡切割生物接触氧化强化扬水曝气水质改善装置，以通过更低成本的方式解决水源地水源水污染日益严重，COD、N、P等污染物超标，水体富营养化频繁发生，严重危害饮用水安全及人体健康的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种气泡切割生物接触氧化强化扬水曝气水质改善装置，包括上升筒单元,上升筒单元下部设置有主体曝气单元，上升筒单元底端设置有锚固单元，上升筒单元顶端设置有生物接触氧化单元；

所述的生物接触氧化单元包括两端开放的倒锥台状舱体，舱体的底端内径小于顶端内径，舱体的底端与上升筒单元的顶端固接在一起；

所述的舱体内设置有吊装中心筒，吊装中心筒的顶端与舱体的顶端通过气泡切割格栅盖板安装在一起，吊装中心筒的底端与舱体的底端通过气泡切割布水格栅安装在一起，舱体、吊装中心筒和上升筒单元同轴设置，舱体和吊装中心筒之间的腔体为填料装填室；

所述的填料装填室内沿着轴向设置有多个双层冲孔板，双层冲孔板将填料装填室分区，每个双层冲孔板的双层之间设置有降阻狭缝；

所述的填料装填室内装填有多个网孔球壳，网孔球壳内装填有填料。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的网孔球壳在填料装填室内的体积填充率为70％，所述的填料在网孔球壳内的体积填充率为70％。

所述的网孔球壳采用PP材料制成，所述的填料采用聚氨酯泡沫材料制成。

所述的双层冲孔板在填料装填室内对称布设，双层冲孔板的两侧分别固定在舱体和吊装中心筒上，双层冲孔板的顶端与气泡切割格栅盖板接触，双层冲孔板的底端与气泡切割布水格栅接触。

所述的填料装填室内还设置有多个肋板，肋板固定在舱体和吊装中心筒上，肋板和双层冲孔板相互交替布设。

所述的舱体的底端与上升筒单元的顶端固接处的内壁上设置有加强圈。

所述的吊装中心筒的顶端设置有吊耳。

本实用新型还保护一种生物接触氧化装置，包括两端开放的倒锥台状舱体，舱体的底端内径小于顶端内径，舱体的底端与上升筒单元的顶端固接在一起；

所述的舱体内设置有吊装中心筒，吊装中心筒的顶端与舱体的顶端通过气泡切割格栅盖板安装在一起，吊装中心筒的底端与舱体的底端通过气泡切割布水格栅安装在一起，舱体、吊装中心筒和上升筒单元同轴设置，舱体和吊装中心筒之间的腔体为填料装填室；

所述的填料装填室内沿着轴向设置有多个双层冲孔板，双层冲孔板将填料装填室分区，每个双层冲孔板的双层之间设置有降阻狭缝；

所述的填料装填室内装填有多个网孔球壳，网孔球壳内装填有填料。

所述的网孔球壳在填料装填室内的体积填充率为70％，所述的填料在网孔球壳内的体积填充率为70％。

所述的网孔球壳采用PP材料制成，所述的填料采用聚氨酯泡沫材料制成。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本实用新型的装置结合了气泡切割的曝气工艺和和生物接触氧化工艺，充分利用了扬水曝气器在提升水体过程中将扬水曝气器充氧后的富氧水与生物接触氧化装置相接触，能够更有效地降低水源水的COD、N、P等污染物的浓度，从源头解决水源水污染的问题。同时降低运行成本，抑制藻类生长，控制水体富营养化。

(Ⅱ)本实用新型的网孔球壳用于固定填料，填料411只能在网孔球壳内活动，网孔球壳为填料提供外部支护，使得附着在填料上的细菌在水流冲击和边壁装机过程中能够更稳定存在。

(Ⅲ)本实用新型的装置主要分为曝气和生物反应两大部分，通过筒体的一体化加工，将两部分紧密结合在一起，优化了原有曝气器的结构，其中曝气器部分将气泡切割，经由中心筒结构部分，在生物接触氧化部分中由填料仓的辐射结构将气泡迅速扩散开来，再由边壁结构的折射增强水流基质混输送，降低了反应系统的能耗。此外，原有曝气器为非淹没式反应器，其中气流的作用未能充分发挥，水体的充氧效果差，挥发性污染物以及水体嗅味的去除效果不够理想，本装置为淹没式反应装置，通过生物反应装置使气体和水流充分混合，提高了挥发性污染物以及水体嗅味的去除效率，同时，由于给生物接触氧化装置内部挂膜后的细菌提供氧气，促进细菌的生长和繁殖，细菌将水中的污染物质分解，净化水质。通过不同细菌的培养和挂膜，可以实现不同污染物质的去除。

(Ⅳ)本实用新型的装置用冲孔板将其分为四部分独立而又有联系的舱体，冲孔板之间又有一定的缝隙。扬水曝气器在提升水流过程中上升流速最快可以达到3m/s～4m/s，高流速水流直接冲击好氧反硝化菌挂膜后的填料球必将导致较强的冲击力，冲孔板之间的间隙可以起到过水、减少冲击力的作用；同时进入填料装填室内的水和冲孔板之间的缝隙水又可以相互交换，可以将未与反硝化菌接触的水和接触反应后的水相交换，提高处理效果。

(Ⅴ)本实用新型的生物接触氧化反应器设计成锥形结构，同时按一定填充率填充挂膜后的生物填料球，扬水曝气器上升筒内提升的水流在垂直方向上冲击生物填料球的同时，锥形结构内水流速度不均匀，必将造成填料球在水中形成环流，促进了填料球与水体的相互接触。填料球挂膜后的比重接近于1，在水流冲击条件下可获得完全的流态化，在水中能自由通畅的旋转，增加对水中气泡的撞击和切割，提高氧的利用率。

(Ⅵ)本实用新型的气泡切割生物接触氧化强化扬水曝气水质改善装置的生物接触反应器内部可以填充各种形式的挂有不同菌种的生物填料，对水中不同污染物质具有较好的处理效果，系统稳定运行时的各污染物质浓度均可以达到地表水环境Ⅲ水体以上的质量标准要求。作为一种原位处理与其他生物预处理相比，无需新建构筑物，又能有效去除水中污染物质，具有广阔的发展前景。

附图说明

图1是装置的正视剖面结构示意图。

图2是生物接触氧化单元的俯视结构示意图。

图3是具体的上升筒单元、主体曝气单元和锚固单元的结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-上升筒单元，2-主体曝气单元，3-上升筒单元，4-生物接触氧化单元；

101-上部上升筒，102-下部上升筒，103-法兰，104-气密舱，105-吊耳；

201-曝气筒，202-储气筒，203-连接板，204-曝气室，205-储气室，206- 出气狭缝，207-循环水通道，208-气水分离导流板，209-支架，210-环形空气释放管，211-供气管，212-浮体；

301-喇叭状进口，302-锚固墩，303-锚固链；

401-舱体，402-吊装中心筒，403-气泡切割格栅盖板，404-气泡切割布水格栅，405-填料装填室，406-双层冲孔板，407-降阻狭缝，408-肋板，409- 加强圈，410-网孔球壳，411-填料。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1至图2所示，本实施例给出一种生物接触氧化装置，包括两端开放的倒锥台状舱体401，舱体401的底端内径小于顶端内径，舱体401的底端与上升筒单元1的顶端固接在一起；

所述的舱体401内设置有吊装中心筒402，吊装中心筒402的顶端与舱体 401的顶端通过气泡切割格栅盖板403安装在一起，吊装中心筒402的底端与舱体401的底端通过气泡切割布水格栅404安装在一起，舱体401、吊装中心筒402和上升筒单元1同轴设置，舱体401和吊装中心筒402之间的腔体为填料装填室405；

所述的填料装填室405内沿着轴向设置有多个双层冲孔板406，双层冲孔板406将填料装填室405分区，每个双层冲孔板406的双层之间设置有降阻狭缝407；

所述的填料装填室405内装填有多个网孔球壳410，网孔球壳内装填有填料411。网孔球壳410用于固定填料410，填料411只能在网孔球壳410内活动，网孔球壳410为填料提供外部支护，使得附着在填料411上的细菌在水流冲击和边壁装机过程中能够更稳定存在。

网孔球壳410在填料装填室405内的体积填充率为70％，填料411在网孔球壳410内的体积填充率为70％。网孔球壳410采用PP材料制成，加厚，抗冲击。填料411采用聚氨酯泡沫材料制成。

作为本实施例的一种优选方案，双层冲孔板406在填料装填室405内对称布设，双层冲孔板406的两侧分别固定在舱体401和吊装中心筒402上，双层冲孔板406的顶端与气泡切割格栅盖板403接触，双层冲孔板406的底端与气泡切割布水格栅404接触。双层冲孔板406用于分割填料填装室405的内部空间，双层冲孔板406之间的降阻狭缝407用于降低过水阻力。

作为本实施例的一种优选方案，填料装填室405内还设置有多个肋板 408，肋板408固定在舱体401和吊装中心筒402上，肋板408和双层冲孔板406 相互交替布设。肋板408用于提高整个填料填装室405的结构稳定性。

作为本实施例的一种优选方案，舱体401的底端与上升筒单元1的顶端固接处的内壁上设置有加强圈409。

优作为本实施例的一种优选方案，吊装中心筒402的顶端设置有吊耳 105。方便设备的吊装。

实施例2：

遵从上述技术方案，如图1至图2所示，本实施例给出一种气泡切割生物接触氧化强化扬水曝气水质改善装置，包括上升筒单元1,上升筒单元1下部设置有主体曝气单元2，上升筒单元1底端设置有锚固单元3，上升筒单元1 顶端设置有生物接触氧化单元4；

所述的生物接触氧化单元4采用实施例1中所述的生物接触氧化装置。

在设备运行过程中，上升的水流通过气泡切割布水格栅404进入填料装填室405，水体与填料接触，从而通过生物接触氧化对水体进行生物修复，有效降低水体中的氨氮和总氮浓度，抑制藻类生长，控制水体富营养化。通过生物修复的水经由气泡切割格栅盖板403流出进入外部水体，通过水力脉冲作用扩散至周围上层水体中。

扬水曝气在运行过程中产生的气弹推动上升的水流的过程中，气弹被气泡切割布水格栅404切割，把大气泡切割成小气泡，这个过程为气泡切割，气泡切割的主要作用就是把大气泡切割成小气泡后提高了溶解氧的传质效率。小气泡进入填料装填室405中，并且小气泡还能够被气泡切割格栅盖板 403再次切割，从顶部排出至上层水体中。

实施例3：

遵从上述技术方案，如图2至图3所示，本实施例给出一种气泡切割生物接触氧化强化扬水曝气水质改善装置，该装置与实施例2完全相同，区别仅仅在于本实施例中的上升筒单元1、主体曝气单元2和锚固单元3可以采用如下具体方案为例加以说明本申请的方案。

具体的，上升筒单元1包括通过法兰103连接在一起的上部上升筒101和下部上升筒102，上部上升筒101的顶端与舱体101的底端固接在一起；下部上升筒102的底端与锚固单元3的喇叭状进口301固接。

上部上升筒101和下部上升筒102上均设置有气密舱104；气密舱104用于提供浮力，固定筒体位置相对稳定悬浮于水中。

气密舱104的外壁上设置有吊耳105。方便设备的吊装。

具体的，主体曝气单元2包括同轴套装在上升筒单元1的下部上升筒102 外部的曝气筒201和储气筒202，曝气筒201、储气筒202和下部上升筒102之间通过连接板203固定连接，储气筒202的内径大于曝气筒201的外径，储气筒202的安装位置高于曝气筒201的安装位置，曝气筒201围成的空间为曝气室204，储气筒202围成的空间为储气室205，曝气室204的两端开放，储气室 205的两端封闭；

所述的储气室205内的下部上升筒102侧壁上设置有出气狭缝206，储气室205内的底部与曝气筒201之间形成循环水通道207，循环水通道207上部的储气室205内壁上设置有气水分离导流板208；

所述的曝气室204下方的下部上升筒102上通过支架209固定有正对着曝气室204的环形空气释放管210，环形空气释放管210与供气管211相连。

储气室205内设置有浮体212。

具体的，锚固单元3包括喇叭状进口301和锚固墩302，喇叭状进口301 与锚固墩302之间通过锚固链303相连接，喇叭状进口301固接在上升筒单元1 的底部。

上述装置在使用时，曝气室204中充满水，运行时，压缩空气经供气管 211进入环形空气释放管210，向曝气室204释放小气泡，小气泡在曝气室204 上升的过程中与水接触，将氧气溶解到水中。储气室205位于曝气室204的上部，为半封闭腔室，收集来自曝气室204的小气泡，当储气室205充满空气后，储气室205中的气体在瞬间通过出气狭缝206向下部上升筒102内的直筒体释放，在直筒体形成一个大气弹，并迅速上浮，带动直筒体中的水体向上流动，从而使底层水流流向表面，与表层水混合下潜，形成垂向混合流动，造成上下层水体间的循环交换，达到混合上下水层的目的。

储气室205内部增设气水分离导流板208，能使储气室205内部上升的气泡直接进入下部上升筒102内的直筒体，曝气室204充氧后的水流经过气水分离导流板208和循环水通道207进入直筒体外部水体中，形成下层水体的循环充氧，加强设备的曝气效果。

应用例：

遵从实施例1中的方案，作为一个典型的例子，生物接触氧化单元由双层冲孔板分为4格，每格加入直径为8cm网孔球壳约1200个(约占整个填料仓体积的70％)，每个小球装入70％的聚氨酯泡沫填料；所述生物接触氧化反应装置有着将好氧反硝化细菌吸附于填料上(挂膜)及扬水曝气原位强化生物脱氮的双重作用；

挂膜为优势微生物富集挂膜，并且采用球结构的填料作挂膜的承载体。其主要过程分为微生物源生长和增值扩散两个过程。先将在水库源水及底泥中筛分的高效好氧反硝化细菌(最适生长温度为10-30℃)菌种按3％的接种比(菌液/水库灭菌源水)在填料仓中用源水进行扩大培养，好氧反硝化细菌增殖及脱氮所需的营养物质(C、N、P及其他微量元素)由水库源水，而下部曝气装置可以为填料仓中的菌液提供充足的氧气，并由于其内部设计结构可保证充氧均匀，有效促进调料仓中好氧反硝化细菌的生长，经扩大培养1天最终好氧反硝化细菌数可达1×108cells/ml，满足挂膜所需细菌数；细菌扩大完成后加入填料，在扬水曝气下部曝气设备的充氧促进作用下，可以培养好的高效好氧反硝化菌吸附于填料上，形成稳定的“生物膜”，经6天挂膜稳定，脱氮效果明显(硝氮去除率可达75％，总氮去除率可达45％，并无亚硝氮和氨氮的积累)。

扬水曝气原位强化生物脱氮即将挂膜稳定后整套强化原位生物接触氧化改善水源水质的扬水曝气器装置富营养化严重的湖泊水库中，源水温度维持在10℃之上，生物填料表面生物膜由水库水提供其生存所需的营养盐，曝气设备提供溶解氧，此外，4个填料仓中留有足够的空间，在曝气过程中生物填料可在其中充分循环和与水库水接触，有助于其活性保持、世代更新及脱氮。

西安蓝田县李家河水库通过安装强化原位生物接触氧化改善水源水质的扬水曝气器装置的新型扬水曝气器，一方面能增强上下水体混合效率以及底部水体充氧能力，另一方面由于好氧反硝化细菌填料的存在增强脱氮特性。随着混合充氧的进行、扬水曝气作用区域向外扩张，厌氧层减小、水库水体分层的打破，水库水体整体为混合有氧环境。扬水曝气系统通过造成水体的垂向循环，完成高温表层水体向下层的迁移，提高中下层水体的温度，因此提高了水体微生物的代谢活性；一方面由于表层高溶解氧的水体下潜，另一方面由于底部微孔曝气的高效充氧作用，提高了厌氧层的溶解氧浓度、使生物填料中好氧微生物的活性增强；垂向间的水体混合完成了基质在上下层水体的输送。借助扬水曝气系统对水体充氧、增温以及上下水层的基质输送，完成了水库好氧反硝化菌的原位强化。

实测结果表明，新型扬水曝气设备中心作用区域8米和底层水体的总氮约有69.58％和63.53％的去除。到扬水曝气系统运行结束，中心作用区的表层、8米和底层水体的总氮达到64.36％、86.25％和92.16％。由于扬水曝气系统在外围作用区的作用强度弱于中心作用区。因此，外围作用区的脱氮效果弱于中心作用区，到扬水曝气系统运行结束时，外围作用区的8米和底层水体的总氮达到61.07％和77.53％。相对于扬水曝气运行前同时期的水体总氮情况，扬水曝气系统运行结束时，整个水库水体的总氮约为78.53％。无论从扬水曝气系统运行过程的氮素变化，还是与同时期非作用年的水库总氮浓度对比，很明显看出运行扬水曝气系统强化水体填料好氧反硝化菌进行脱氮的作用明显。