全自动低能耗高效纯氧溶氧器的制作方法

本实用新型涉及水体增氧技术领域，具体地说是全自动低能耗高效纯氧溶氧器。

背景技术：

在目前的污水处理及水产养殖水处理行业，保持水体中的溶解氧有足够的浓度，是十分重要的。除了水体中含有的有机物需要氧化分解外，水产动物的生存、有益菌的增殖也需要高溶氧环境支持。另外，当水体缺氧时，水体中的某些无机物，如硫化氢、亚硝酸盐等，如不及时被氧化，会导致水生动物中毒。因此，增加水体中的溶氧度，对污水处理及水产养殖行业都是至关重要的。

目前向水体增氧的通用方式有三种。一种是通过气泵或风机等空气增压装置，配合曝气管道、气石等材料，向水体中释放小气泡，通过气泡与水体接触、渗透，达到增加水体中溶解氧的目的。但这种方式一般产生的气泡直径较大，可达到2-3mm。同等单位体积的气体，气泡直径越大，气泡与水的接触总面积越小。而且气泡直径越大，在水中的浮力越大，上升速度越快，气液接触的时间就越短。所以这种方式的整体增氧效果较差，以空气作为气源时，总体的溶氧效率不超过2％。而且大部分空气中的氧气来不及与水接触就从水面逸出，造成增压装置的能量浪费。同时由于风机在持续运行后，由于摩擦、压缩气体，机体会产生大量的热量。气体通过风机后被加热，然后在与水接触的过程中，会将这些热量转移到水体中，导致水体温度升高。影响水体的水质稳定性，同时水体温度升高后，根据气体的溶解特性，氧气在水中的溶解度会下降。

另一种为射流增氧的方式，通过文氏管射流的方式，使气体与水混合，产生气泡。这种方式产生的气泡直径在0.5-2mm之间。这种增氧方式需要一台动力泵。整体效果比第一种略好，但同样会造成动力泵对电力的无效消耗。如果采用这种方式使纯氧与水混合，则会造成纯氧的大量浪费。

第三种为气液混合方式。通过一台特殊的气液混合泵，将进水与进气混合后输出。这种方式可以产生直径小于0.1mm的气泡。但这种泵的相对能量消耗较大。以一台2立方米/小时流量输出的气液混合泵为例，功率达到了1.1千瓦。在向大水体增氧的工况下，功耗过大使这种增氧方式难以推广。这种增氧方式的增氧效果好过前两种，但同样面临过剩气体从水而逸出从而造成浪费的情况。

以上增氧方式均为通过增加水中的气泡数量或减小气泡直径的方式向水体增氧。但由于气泡的浮力作用，最终会造成气体的浪费或动力装置的电能浪费。能效比较高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种溶氧效率高、纯氧利用率高的全自动低能耗高效纯氧溶氧器。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

全自动低能耗高效纯氧溶氧器，包括：溶氧反应桶、电控系统、向溶氧反应桶内输送纯氧的纯氧供给装置和向溶氧反应桶内输送水的进水装置；进水装置包括进水管和与进水管尾部连通的若干雾化喷头；进水管的尾部伸入溶氧反应桶内，且位于溶氧反应桶上部；溶氧反应桶的底部设有若干开口。

优选地，进水管的尾部水平伸入溶氧反应桶的长度等于溶氧反应桶的截面最大尺寸，若干雾化喷头水平排列连接在进水管的尾部的下方。采用这种结构后，利用雾化喷头将水雾化成雾滴并向下喷洒，在雾滴下落的过程中与纯氧接触并完成溶氧，雾滴的直径较小，溶氧效果更好，溶氧的得到含氧量更高的水。

优选地，进水管的尾部水平伸入溶氧反应桶的长度等于溶氧反应桶的截面最大尺寸，若干雾化喷头沿着进水管的轴向和径向均布连通在进水管的尾部。采用这种结构后，利用雾化喷头将水雾化并向四周喷洒，增加雾滴的喷洒范围和部分雾滴的下落时间，溶氧效率更高。

优选地，进水管的尾部在溶氧反应桶的截面中心处向上或向下折弯成竖直段，若干雾化喷头沿着进水管的竖直段的轴向和径向均布连通在溶氧反应桶内的进水管的竖直段上。采用这种结构后，利用雾化喷头将水雾化并向四周喷洒，增加雾滴的喷洒范围，溶氧效率更高。

优选地，纯氧供给装置包括氧气瓶和进气管；进气管连通氧气瓶和溶氧反应桶，在进气管上，沿着进气方向依次设有气体减压阀、电磁阀、手动阀门和单向阀，进气管尾端与溶氧反应桶的顶部相连；氧气瓶内的气体为纯氧；进水装置还包括增压水泵和过滤装置；增压水泵与进水管的首端连接，增压水泵的进水取自水流的上游，过滤装置安装在进水管上，过滤装置可拆卸。采用这种结构后，气体减压阀、电磁阀、手动阀门和单向阀能有效地确保气体使用的安全性。利用过滤装置对水进行过滤，避免雾化喷头堵塞，确保水的雾化过程顺利完成。可快速拆卸的过滤装置清洗和更换更加方便。增压水泵的在水流上游取水，上游来水中的溶氧量较低。从水流上游取水进入溶氧反应桶中增加溶氧后，从溶氧反应桶底部的开口流出，在水池中水流的带动溶氧反应桶外部的水流流动下，带动完成高溶氧的水流向下游。

优选地，溶氧反应桶的下部为上端敞口的圆柱形、上部为锥形，溶氧反应桶的上部和下部通过可拆卸法兰连接，若干开口周向均布在溶氧反应桶的底部；溶氧反应桶的进气口与进气管尾端相连；溶氧反应桶顶部设有排气阀门，溶氧反应桶的桶壁上还设有观察孔。更进一步地，观察孔的孔径大于11厘米，可拆卸法兰中间设有密封圈。采用这种结构后，观察孔方便观察维修。

优选地，在溶氧反应桶的内壁上，对应低水位、中水位和高水位分别设有低水位控制器、中水位控制器和高水位控制器；当水位到达低水位时，纯氧溶氧器断电停止工作并提示检修；当水位到达中水位时，纯氧供给装置停止向溶氧反应桶中输送纯氧；当水位到达高水位时，纯氧供给装置开始向溶氧反应桶中输送纯氧。采用这种结构后，结合水位控制器实现自动控制纯氧的输送和纯氧溶氧器的工作。自动化程度高且对纯氧溶氧器具有一定的保护作用。此处所说的高、中、低是三者相对而言的。

优选地，溶氧反应桶放置在水槽内或水池内使用，使用时溶氧反应桶外部处于被淹没状态。采用这种结构后，在溶氧反应桶内纯氧逐渐溶于水的过程中，纯氧越来越少，导致溶氧反应桶内的气压减小，由于在使用时溶氧反应桶的外部处于被淹没状态，因此在外力水压的作用下，外部的水通过溶氧反应桶底部的开口进入溶氧反应桶。溶氧反应桶内的水位不断上升，当水位到达高水位时，纯氧供给装置开始向溶氧反应桶中输送纯氧。纯氧溶氧器正常运行时，水位不会下降至低水位，这样能很好地避免纯氧从溶氧反应桶底部的开口处逸出。以免造成不必要的浪费。

全自动低能耗高效纯氧溶氧器的溶氧方法，包括以下步骤：

S1：先确保水池内无水，再将溶氧反应桶的底部通过拉爆螺栓固定在池底；将增压水泵安放于水池内，纯氧供给装置安放在岸上；S2：打开排气阀门，向水池内充水，水池内的水从溶氧反应桶底部的开口进入溶氧反应桶，排尽溶氧反应桶内的残存气体，确保溶氧反应桶处于被淹没状态，排气结束后，关闭排气阀门；S3：打开纯氧供给装置的手动阀门，启动电控系统，向溶氧反应桶内输送纯氧；S4：当溶氧反应桶内的水下降到中水位时，停止向溶氧反应桶内输送纯氧；S5：启动增压水泵，经由雾化喷头喷出的雾滴在下落过程中与纯氧充分接触溶氧后经溶氧反应桶底部的开口排出；S6：当水位到达高水位时，开始向溶氧反应桶内输送纯氧；S7：重复步骤S4-S6，使纯氧溶氧器不断地向水体溶解纯氧。采用这种结构后，雾化喷头喷出的细小雾滴的溶氧能力更强，溶氧效率更高。

优选地，步骤S1中，增压水泵安放于水流的上游。采用这种结构后，在水流的上游取水进入溶氧反应桶内完成溶氧，溶氧含量较高的水流出溶氧反应桶就随着水流的方向流动并向水流的下游扩散。溶氧过程更加科学合理。

本实用新型的原理是：采用雾化喷头将水雾化成直径较小的雾滴，雾滴的溶氧效果好。采用纯氧作为氧气源，与空气相比，纯氧的含氧浓度远大于空气，因此纯氧溶氧的效果高于空气的溶氧效果。纯氧聚集在溶氧反应桶的上部，雾化的雾滴在进入溶氧反应桶和下落过程中，与纯氧接触并溶解氧，雾滴聚集到溶氧反应桶下部后得到溶氧量较高的水。在溶氧反应桶底部开口的上方，保留了一定高度的水位，纯氧与水混合后形成的气泡在浮力的作用下向上浮起，返回到溶氧反应桶上部的纯氧中，避免了纯氧的浪费。

利用增压水泵在水流的上游取水进入溶氧反应桶中进行溶氧，相对的，溶氧反应桶位于增压水泵的下游，因此完成溶氧后经由溶氧反应桶底部的开口流出的含氧量较高的水能够顺着外部水流的流动而流动，进而与外部的水进行混合，溶氧得以稀释。避免高溶氧的水直接再次进入溶氧反应桶中。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1.溶氧效率高：利用纯氧作为氧气源，使用雾化喷头对水进行雾化得到直径较小的雾滴，利用雾滴溶解纯氧，溶氧效率大大提高。

2.纯氧利用率高：在溶氧反应桶底部开口的上方，保留了一定高度的水位，使得纯氧与水混合后形成的气泡有足够的时间返回到溶氧反应桶的上方，从而避免纯氧随水流流出后逸出到空气中造成浪费。纯氧的利用率可达到99％(不排除因操作不当而导致部分微小气泡随水流流到池中而逸出)。而一般的曝气管及射流溶氧，在气源使用纯氧的情况下，氧气的利用率仅不到5％。

3.电耗小：纯氧进入溶氧反应桶是利用氧气瓶自身液态氧气化后产生的压力，只有增压水泵消耗电能。增压水泵对扬程及流量都做了优化处理，同样的溶氧效率下，此纯氧溶氧器最省电。平均溶氧效率可达到5KG/KWh，而一般罗茨风机的溶氧效率低到0.5KG/KWh，射流器的溶氧效率低至0.8KG/KWh。

4.自动化程度高：首次安装运行后，除定期清洗过滤装置外，其它不用人工，可大幅度降低人工成本。实现长期自动化不间断运行。更可以与溶氧检测仪一起使用，最大限度地减小纯氧的消耗和电能的浪费。

5.使用安全系数高：纯氧溶氧器设置有故障自动报警及保护措施。当水位控制器或电磁阀发生故障时，由于进气管上设有单向阀，水不会倒流进氧气瓶，同时设置了低水位控制器进行过充气报警。大幅提高了纯氧溶氧器运行的安全性。

6.放置简单、占地少：可以放置于鱼池中，也可以放置于生物滤池或污水处理的好氧池中。不占用更多的空间。

7.纯氧溶氧器运行不会将发热件产生的热量转移到水体中，避免了待处理水的水质不稳定。

8.本实用新型应用于水产养殖中时，增加水体溶氧的同时，没有气泡进入水体，可有效防止鱼类吞食气泡发生气泡病。

9.所有材料均采用耐腐蚀的材料如PP、PVC制成，可适用于强酸性、强碱性污水及海水等有腐蚀性液体的水处理。

附图说明

图1为雾化喷头沿着进水管的轴向和径向均布的纯氧溶氧器的结构示意图。

图2为雾化喷头水平排列在进水管的下方的纯氧溶氧器的结构示意图。

图3为电控系统的电控箱面板示意图。

图中的标号和对应的零部件名称为：1为氧气瓶，2为气瓶手动阀，3为气体减压阀，4为电磁阀，5为低压报警器，6为手动阀门，7为单向阀，8为排气阀门，9为水池水位，10为可拆卸法兰，11为雾化喷头，12为过滤装置，13为观察孔，14为高水位控制器，15为溶氧反应桶，16为中水位控制器，17为低水位控制器，18为开口，19为水流方向，20为增压水泵，21为拉爆螺栓，22为电控箱，23为高水位指示灯，24为水池，25为中水位指示灯，26为低水位指示灯，27为增压水泵工作指示灯，28为电源指示灯，29为电流表，30为增压水泵开关，31为电源开关。

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例一

全自动低能耗高效纯氧溶氧器，包括：溶氧反应桶、电控系统、纯氧供给装置和进水装置。

进水装置包括进水管和与进水管尾部连通的若干雾化喷头；进水管的尾部伸入溶氧反应桶内，且位于溶氧反应桶上部；溶氧反应桶的底部设有若干开口。进水管的尾部伸入溶氧反应桶的长度等于溶氧反应桶的截面最大尺寸，若干雾化喷头沿着进水管的轴向和径向均布连通在进水管的尾部。利用雾化喷头将水雾化并向四周喷洒，增加雾滴的喷洒范围和部分雾滴的下落时间，溶氧效率更高。

纯氧供给装置包括氧气瓶、进气管、增压水泵和过滤装置；氧气瓶中充满液态纯氧。进气管连接氧气瓶和溶氧反应桶，氧气瓶的出气端设有用于释放氧气瓶内纯氧的气瓶手动阀，在进气管上，沿着进气方向依次设有气体减压阀、电磁阀、低压报警器、手动阀门和单向阀。气体减压阀可使液态氧在气化后压力变化较慢，确保气体缓慢注入溶氧反应桶，不至于大量气体快速充斥于溶氧反应桶中时，水位控制器及电路反应不及而导致气体从溶氧反应桶底部的出口逸出。低压报警器用于在氧气瓶中的纯氧将用完时自动报警。电磁阀用于实现自动控制。手动阀门是确保氧气瓶首次使用及停止使用时，确保氧气瓶内气体不再向外流出。单向阀是为了防止水位控制器或是电磁阀发生故障时，水倒流入氧气瓶中，确保气体使用的安全性。

进气管尾端与溶氧反应桶的顶部相连，纯氧从溶氧反应桶的顶部进入并迫使溶氧反应桶内的水从溶氧反应桶底部开口处排出。过滤装置可拆卸，过滤装置设在进水管的中部。利用过滤装置对水进行过滤，避免雾化喷头堵塞，确保水的雾化过程顺利完成。可快速拆卸的过滤装置清洗和更换更加方便。增压水泵的进水取自水流上游，上游来水中的溶氧量较低。从水流上游取水进入溶氧反应桶中增加溶氧后，从溶氧反应桶底部的开口流出，在水池中水流的带动溶氧反应桶外部的水流流动下，带动高溶氧的水流向下游。在外部水流的带动下，从上游取含氧量较低的水进行溶氧，将含氧量较高的水带动流向下游。

溶氧反应桶的下部为圆筒形、上部为锥形，溶氧反应桶的上部和下部通过可拆卸法兰连接，可拆卸法兰中间设有密封圈。便于拆卸清洗、检修与更换零部件。若干开口周向均布在溶氧反应桶的下部。溶氧反应桶还设有进气口，进气口与进气管尾端相连；溶氧反应桶顶部设有排气阀门，溶氧反应桶的桶壁上部和下部各设有一个观察孔。作为一种优选，观察孔的孔径大于11厘米，观察孔方便观察维修。

在溶氧反应桶的内壁上，对应低水位、中水位和高水位分别设有低水位控制器、中水位控制器和高水位控制器；当水位到达低水位时，纯氧溶氧器断电停止工作并提示检修；当水位到达中水位时，纯氧供给装置停止向溶氧反应桶中输送纯氧；当水位到达高水位时，纯氧供给装置开始向溶氧反应桶中输送纯氧。结合水位控制器实现自动控制纯氧的输送和纯氧溶氧器的工作。自动化程度高且对纯氧溶氧器具有一定的保护作用。

溶氧反应桶放置水池内使用，使用时溶氧反应桶外部处于被淹没状态。在溶氧反应桶内纯氧逐渐溶于水的过程中，纯氧越来越少，导致溶氧反应桶内的气压减小，由于在使用时溶氧反应桶的外部处于被淹没状态，因此在外力水压的作用下，外部的水通过溶氧反应桶底部的开口进入溶氧反应桶。溶氧反应桶内的水位不断上升，当水位到达高水位时，纯氧供给装置开始向溶氧反应桶中输送纯氧。

全自动低能耗高效纯氧溶氧器的溶氧方法，包括以下步骤：

S1：先确保水池内无水，再将溶氧反应桶的底部通过拉爆螺栓固定在池底；将增压水泵安放于水池内，纯氧供给装置安放在岸上。

S2：打开排气阀门，向水池内充水，水池内的水从溶氧反应桶底部的开口进入溶氧反应桶，排尽溶氧反应桶内的残存气体，确保溶氧反应桶处于被淹没状态，排气结束后，关闭排气阀门。

S3：打开纯氧供给装置的手动阀门，启动电控系统，由于溶氧反应桶内的水位超过了高水位，电磁阀自动开启，由于液态氧气化后压强大于溶氧反应桶外部水位产生的压强，纯氧供给装置向溶氧反应桶内输送纯氧；导致溶氧反应桶内的水位逐渐下降。当水位高于高水位控制器时(因水充满了整个溶氧反应桶，此时水位是高于高水位控制器的)，系统会打开电磁阀，此时打开氧气瓶的气瓶手动阀，由于液态氧所化后压强大于溶氧反应桶外部水位产生的压强，纯氧供给装置向溶氧反应桶内输送纯氧；导致溶氧反应桶内的水位逐渐下降，水从最下面的开口流出。

S4：当溶氧反应桶内的水下降到中水位时电控系统自动关闭纯氧供给装置中的电磁阀，停止向溶氧反应桶内输送纯氧。

S5：手动打开增压水泵，溶氧反应桶外部的水经过增压水泵的加压，通过进水管尾部的雾化喷头喷出。雾滴在下落过程中，充分与纯氧接触，形成高溶氧水。增压水泵不停地将水泵入溶氧反应桶，因此，高溶氧的水由于压力，不停从溶氧反应桶底部的开口流出，进而与外部的水进行混合，溶氧得以稀释。因为气体密度比水小，纯氧始终是存留在溶氧反应桶水面以上而不会从溶氧反应桶底部溢出。其中部分水中的气泡由于浮力的作用上浮，回到溶氧反应桶的上部。这样纯氧不会随着水流流出而浪费。雾化喷头喷出的细小雾滴的溶氧能力更强，溶氧效率更高。

S6：当水位到达高水位时，开始向溶氧反应桶内输送纯氧。当纯氧不断地溶解入水中，溶氧反应桶上部的纯氧越来越少。导致溶氧反应桶内的气压减小。因为溶氧反应桶外部水位是埋没整个溶氧反应桶的，因此在外部水压的作用下，新的水通过溶氧反应桶底部的开口进入溶氧反应桶。溶氧反应桶内的水位不断上升，当水位上升到高水位时，高水位控制器触发，电磁阀打开，纯氧再次缓慢进入溶氧反应桶，直到水位降到中水位时，中水位控制器触发，电磁阀关闭。停止向溶氧反应桶内输送纯氧。由于溶氧反应桶被淹没于水中，溶氧反应桶底部有开口使溶氧反应桶内外的水体相连接。外部水位的压力差导致溶氧反应桶内部的水面对溶氧反应桶上部的气体产生一定的压强。但由于增压水泵不断将新的水注入溶氧反应桶，会导致高溶氧的水从溶氧反应桶底部的开口排出到溶氧反应桶外部。但溶氧反应桶内的水位由于上部气体逐渐溶解到水中而缓慢上升。

S7：重复步骤S4-S6，使纯氧溶氧器不断地向水体溶解纯氧。

步骤S1中，增压水泵的进水取自水流的上游。在水流的上游取水进入溶氧反应桶内完成溶氧，溶氧含量较高的水流出溶氧反应桶就随着水流的方向流动并向水流的下游扩散混合、稀释溶氧。溶氧过程更加科学合理。

将纯氧溶氧器应用于水处理流程中的物理过滤的后方。比如在水产养殖上，可以在前面设置其它机械过滤设备，最后水流经过生物过滤之前，可以空出一个水槽放置溶氧反应桶。一方面避免水中的大颗粒悬浮物堵塞雾化喷头，另一方面，纯氧溶氧器出来的高溶氧水对后面的生物细菌培养，起到十分良好的正面作用。

电控系统集成在一个岸上操作的电控箱里。电控箱包括高水位、中水位、低水位共三个水位指示灯，增压水泵工作指示灯，电源指示灯，增压水泵开关，电源开关和电流表。电控系统还包括变压器、水位控制器、继电器、交流接触器、漏电开关等，水位控制器相当于一个开关，根据水位的高低变化，通过继电器和交流接触器，开启或关闭电磁阀、报警器和总电源的电路，进而对纯氧供给装置、报警器和总电源进行控制。当高水位控制器或中水位控制器发生故障时，溶氧反应桶中的纯氧有可能过充，导致溶氧反应桶内的水位下降到低水位处。为防止纯氧泄漏，设置了低水位控制器。当水位到达低水位时，低水位指示灯闪烁报警同时纯氧溶氧器断电。提示操作人员检修。水位控制器虽然是在水中，但水位控制器的电路通过密封粘接的PVC管道与水隔开，防止短路。总开关设置有漏电开关。当系统有漏电故障时，漏电开关关闭电源。防止触电事故。同时气体电磁阀关闭，以免浪费纯氧。

纯氧溶氧器采用耐腐蚀的材料制成。如溶氧反应桶用耐海水耐酸碱的PP材料制成，进气管、进水管采用PVC管道，雾化喷头采用PE材料制成。溶氧反应桶的密度小于水的密度。为了防止纯氧进入溶氧反应桶后溶氧反应桶上浮，在溶氧反应桶的下方接水平撑脚。在溶氧反应桶时，可用拉爆螺栓穿过溶氧反应桶下方的水平撑脚，将溶氧反应桶固定在池底上。

实施例二

进水管的尾部伸入溶氧反应桶的长度等于溶氧反应桶的截面最大尺寸，如图2所示，若干雾化喷头水平排列连接在进水管的尾部的下方。利用雾化喷头将水雾化成雾滴并向下喷洒，在雾滴下落的过程中与纯氧接触并完成溶氧，雾滴的直径较小，溶氧效果更好，溶氧的得到含氧量更高的水。本实施例中未提及部分同实施例一，此处不再赘述。

实施例三

进水管的尾部在溶氧反应桶的截面中心处折弯呈竖直状，若干雾化喷头沿着进水管的轴向和径向均布连通在溶氧反应桶内的进水管的竖直段上。利用雾化喷头将水雾化并向四周喷洒，增加雾滴的喷洒范围，溶氧效率更高。

本实施例中未提及部分同实施例一，此处不再赘述。

除上述实施例提及的方式外，纯氧供给装置还可以是制氧机和进气管。纯氧溶氧器还可以放在生物滤池中使用。进气管尾端还可以与溶氧反应桶的底部相连或连接与溶氧反应桶的任意位置。这些变换方式均在本实用新型的保护范围内。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。