一种用于防止跌水充氧装置及其使用方法与流程

本发明涉及水污染处理领域，尤其涉及一种用于防止跌水充氧装置及其使用方法。

背景技术：

反硝化脱氮是水污染处理过程中的重要步骤，在各类生物法污水脱氮工艺中均存在反硝化过程，包括a2o、氧化沟、脱氮生物滤池等，微生物利用原水中或外加的有机物，在溶解氧含量极低的条件下，通过与污水搅拌混合进行反硝化作用去除硝酸盐氮，可以有效实现各类水处理标准中的tn达标。

但目前大多数水厂涉及反硝化的工艺，其反硝化处理效率不理想，反硝化污泥活性低，反硝化过程不完全，导致存在工艺脱氮效率低、部分碳源浪费等问题。其中的一个原因是实际规模构筑物中，为了实现多个生物池的均匀配水，采用了总渠跌水进入分渠的配水方式，而跌水配水直接造成水中的溶解氧升高20％-40％不等，从而影响反硝化过程的效率。本发明正是基于上述研究背景而提出，旨在提供一种用于防止跌水充氧装置及其使用方法，以期提高污水处理效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术中跌水充氧技术不足，提供一种用于防止跌水充氧装置及其使用方法，其具有结构设计合理、操作使用方便、使用及维护成本低、自动化程度相对较高、能够有效解决跌水产生的充氧浓度等优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种用于防止跌水充氧装置，该装置包括：抛物线形导流板、集水斗、主管道、次管道、溢流口、阻隔板和管道支撑架；其中，所述抛物线形导流板固定设置于集水斗的侧壁表面上，用于引导上游水流贴板流下；所述主管道设置于集水斗的斗底部并与集水斗底部的方形底板衔接；所述次管道设置于与抛物线导流板对侧的集水斗侧壁相连通；所述溢流口设置于集水斗的最高液位处且不同于抛物线导流板所在面、次管道与集水斗相连通的进水口所在面；所述阻隔板垂直设置于溢流口的上方；所述主管道和次管道均固定设置于管道支撑架上。

作为上述方案的进一步优化，所述抛物线形导流板为有机玻璃板，所述抛物线导流板的抛物线计算公式：

抛物线方程式计算方法如下：

1)设抛物线公式为y＝ax²+b；

2)取抛物线上任意两点：点1(x1，y1)、点2(x2、y2)；其中，x1为点1在抛物线横向流的距离，m；x1＝v1t1,v1为横向流速，m/s；t1为横向流到点1所需的时间，s；

y1为点1在x1距离处的自由落体距离，m；g为重力加速度，m/s²；

x2为点2在抛物线横向流的距离，m；x2＝v1t2,v1为横向流速，m/s；t2为横向流到点2所需的时间，s；

y2为点2在x2距离处的自由落体距离，m；g为重力加速度，m/s²；

3)将1(x1，y1)、2(x2、y2)代入抛物线方程y＝ax²+b，解出a、b数值，即得到抛物线方程式。

作为上述方案的进一步优化，所述集水斗底部与下游容器底端的距离与下游液面的最高液面高度值相等；主管道直径根据上游最小瞬时流量与管道设计流速的计算得出。

作为上述方案的进一步优化，所述次管道的进水口与集水斗侧壁连接处形成的入水口具有一定的高差，此高差在集水斗中形成了两个液位范围，其中，最低液位为上游20％日进水量通过主管道时形成的液位，最高液位为上游80％日进水量同时通过主管道和次管道时的液位；

次管道的设计水量计算如下：

其中设计水量单位m³/s，日进水量单位m³/d。

所述集水斗为有机玻璃板，所述集水斗与抛物线形导流板为一体成型设计，其中集水斗包括抛物线形导流板及三块侧板和一块与主管道衔接的底板一体成型。

作为上述方案的进一步优化，所述管道支撑架包括固定支架及活动支架，所述活动支架以伸缩运动地安装方式设置在固定支架中，其中，所述固定支架和活动支架为圆柱形套筒，所述固定支架上沿其长度方向上设置有若干个呈直线布设的凹孔，所述活动支架上设置有一个可与每个所述凹孔形状配合的弹性凸起用于调节管道支撑架的长度；或者，所述固定支架上设置有一个弹性凸起，所述活动支架沿其长度方向上设置有若干个呈直线布设且可与所述弹性凸起形状相互配合的凹孔用于调节管道支撑架的长度。

作为上述方案的进一步优化，该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括控制器、灯光闪烁器、设置于溢流口上的液位传感器、设置于主管道底部的第一氧浓度传感器、设置于次管道底部的第二氧浓度传感器，所述液位传感器、第一氧浓度传感器、第二氧浓度传感器均与控制器相连接，并将实时检测的液位信号、氧浓度信号发送至控制器；所述控制器还与灯光闪烁器控制连接，所述控制器将接收到的实时信号经数据转换后，预设的相应阈值进行比较，根据比较的结果控制灯光闪烁器发出灯光闪烁提醒信号；反之，则不发出黄色灯光闪烁信号；当液位高度达到预设阈值时，控制器控制灯光闪烁器发出黄色灯光闪烁信号；当第一氧浓度传感器和第二氧浓度传感器将检测的氧浓度低于预设的氧浓度阈值时，控制器控制灯光闪烁器发出红色灯光闪烁信号；反之，则不发出红色灯光闪烁信号。

作为上述方案的进一步优化，所述自动控制系统还包括与控制器连接的存储器和无线收发器，所述无线收发器通过无线网络云服务器相连接，所述存储器将存储的实时监测的液位信号及氧浓度信号经数据转换后存储的实时监测值，所述无线收发器将所述实时监测值通过无线网络发送至云服务器，远程监控中心或者手持智能终端通过无线网络与云服务器通信连接。

作为上述方案的进一步优化，所述主管道和次管道的内壁设置有螺旋通道。

本发明上述用于防止跌水充氧装置的使用方法包括如下步骤：

1)抛物线形导流板引导上游水流贴板流下，防止水流与板撞击产生水花；

2)通过集水斗、具有预设直径的主管道将17％-20％日进水量的水流，满管流入下游液面以下的深度，保证液面下进水无空气流入；

3)当集水斗的液位提升到一定高度后，通过具有预设直径的次管道将60％-63％日进水量水量的水流，引入下游液面以下的深度；

4)余下的17％-20％日进水量的水流通过集水斗最高液位处的溢流口自由流入下游液面；

在上述步骤1)中，上游水包括但不限于二沉池出水、回流活性污泥泥水混合物；上述步骤4)中，下游液面水包括但不限于反硝化生物滤池进水、活性污泥工艺主体生化池。

采用本发明的用于防止跌水充氧装置及其使用方法具有如下有益效果：

(1)结构设计更加合理，通过采用抛物线形导流板可防止上游水流与板撞击产生水花；通过集水斗、特定直径的主管道、次管道将水引流入下游液面以下的深度，保证液面下进水无空气流入；余下的少量比例水量的水流通过集水斗最高液位处的溢流口自由流入下游液面，满足设计水量全部流通，此时下游液位几乎与上游液位相近，降低了跌水高度。整体装置可有效防止具有高差的液位跌水产生额外溶解氧，达到消氧目的。

(2)利用可调节高度的管道支撑架可满足多种情形下的需要，当然，调节的方式不限于上述方式，还可以采用螺纹升降控制、电机驱动调节、液压驱动等方式进行调节，具体可根据实际设计及使用进行合理选择。

(3)利用自动控制系统，能够实时辅助监测液位及氧浓度情况，方便使用者的监控，提高了监测效率及调节。

(4)通过在主管道和次管道内设置螺旋式通道，能够增加管道内水流路径，提高氧浓度检测传感器的监测效率以及满足污水处理的需要。

附图说明

附图1为本发明用于防止跌水充氧装置主视结构示意图。

附图2为本发明用于防止跌水充氧装置侧视结构示意图。

附图3为本发明用于防止跌水充氧装置附视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明用于防止跌水充氧装置及其使用方法作以详细说明。

一种用于防止跌水充氧装置，该装置包括：抛物线形导流板1.1、集水斗1.2、主管道2、次管道3、溢流口1.3、阻隔板4和管道支撑架5；其中，所述抛物线形导流板固定设置于集水斗的侧壁表面上，用于引导上游水流贴板流下；所述主管道设置于集水斗的斗底部并与集水斗底部的方形底板衔接；所述次管道设置于与抛物线导流板对侧的集水斗侧壁相连通；所述溢流口设置于集水斗的最高液位处且不同于抛物线导流板所在面、次管道与集水斗相连通的进水口所在面；所述阻隔板垂直设置于溢流口的上方；所述主管道和次管道均固定设置于管道支撑架上。

所述抛物线形导流板为有机玻璃板，所述抛物线导流板的抛物线计算公式：

抛物线方程式计算方法如下：

1)设抛物线公式为y＝ax²+b；

2)取抛物线上任意两点：点1(x1，y1)、点2(x2、y2)；其中，x1为点1在抛物线横向流的距离，m；x1＝v1t1,v1为横向流速，m/s；t1为横向流到点1所需的时间，s；

y1为点1在x1距离处的自由落体距离，m；g为重力加速度，m/s²；

x2为点2在抛物线横向流的距离，m；x2＝v1t2,v1为横向流速，m/s；t2为横向流到点2所需的时间，s；

y2为点2在x2距离处的自由落体距离，m；g为重力加速度，m/s²；

3)将1(x1，y1)、2(x2、y2)代入抛物线方程y＝ax²+b，解出a、b数值，即得到抛物线方程式。

所述集水斗底部与下游容器底端的距离与下游液面的最高液面高度值相等；主管道直径根据上游最小瞬时流量与管道设计流速的计算得出。

作为上述方案的进一步优化，所述次管道的进水口与集水斗侧壁连接处形成的入水口具有一定的高差，此高差在集水斗中形成了两个液位范围，其中，最低液位为上游20％日进水量通过主管道时形成的液位，最高液位为上游80％日进水量同时通过主管道和次管道时的液位；

次管道的设计水量计算如下：

其中设计水量单位m³/s，日进水量单位m³/d。

所述集水斗为有机玻璃板，所述集水斗与抛物线形导流板为一体成型设计，其中集水斗包括抛物线形导流板及三块侧板和一块与主管道衔接的底板一体成型。

所述管道支撑架包括固定支架及活动支架，所述活动支架以伸缩运动地安装方式设置在固定支架中，其中，所述固定支架和活动支架为圆柱形套筒，所述固定支架上沿其长度方向上设置有若干个呈直线布设的凹孔，所述活动支架上设置有一个可与每个所述凹孔形状配合的弹性凸起用于调节管道支撑架的长度；或者，所述固定支架上设置有一个弹性凸起，所述活动支架沿其长度方向上设置有若干个呈直线布设且可与所述弹性凸起形状相互配合的凹孔用于调节管道支撑架的长度。

该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括控制器、灯光闪烁器、设置于溢流口上的液位传感器、设置于主管道底部的第一氧浓度传感器、设置于次管道底部的第二氧浓度传感器，所述液位传感器、第一氧浓度传感器、第二氧浓度传感器均与控制器相连接，并将实时检测的液位信号、氧浓度信号发送至控制器；所述控制器还与灯光闪烁器控制连接，所述控制器将接收到的实时信号经数据转换后，预设的相应阈值进行比较，根据比较的结果控制灯光闪烁器发出灯光闪烁提醒信号；反之，则不发出黄色灯光闪烁信号；当液位高度达到预设阈值时，控制器控制灯光闪烁器发出黄色灯光闪烁信号；当第一氧浓度传感器和第二氧浓度传感器将检测的氧浓度低于预设的氧浓度阈值时，控制器控制灯光闪烁器发出红色灯光闪烁信号；反之，则不发出红色灯光闪烁信号。

所述自动控制系统还包括与控制器连接的存储器和无线收发器，所述无线收发器通过无线网络云服务器相连接，所述存储器将存储的实时监测的液位信号及氧浓度信号经数据转换后存储的实时监测值，所述无线收发器将所述实时监测值通过无线网络发送至云服务器，远程监控中心或者手持智能终端通过无线网络与云服务器通信连接。

所述主管道和次管道的内壁设置有螺旋通道。

本发明用于防止跌水充氧装置的使用方法包括如下步骤：

1)抛物线形导流板引导上游水流贴板流下，防止水流与板撞击产生水花；

2)通过集水斗、具有预设直径的主管道将17％-20％日进水量的水流，满管流入下游液面以下的深度，保证液面下进水无空气流入；

3)当集水斗的液位提升到一定高度后，通过具有预设直径的次管道将60％-63％日进水量水量的水流，引入下游液面以下的深度；

4)余下的17％-20％日进水量的水流通过集水斗最高液位处的溢流口自由流入下游液面；

在上述步骤1)中，上游水包括但不限于二沉池出水、回流活性污泥泥水混合物；上述步骤4)中，下游液面水包括但不限于反硝化生物滤池进水、活性污泥工艺主体生化池。

下面结合实例说明本发明的应用及效果。

以北京某再生水厂反硝化生物滤池为例，生物滤池的进水由总进水渠跌落至分进水渠。总进水渠内水溶解氧浓度范围为5.6-6.9mg/l,跌落到分进水渠后的水溶解氧浓度范围为8.5-9.5mg/l。安装防止跌水充氧装置后，分进水渠的水溶解氧浓度范围减小至4.9-5.8mg/l，降低率约30-40％左右。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。