一种扬水增氧除藻方法与设备与流程

本发明属于水环境治理技术领域，具体是一种利用太阳能并自控(微纳米)曝气与除藻设备，该曝气除藻方法与设备可用于河道、池塘、水库、湖泊水治理、景观水体维护、水产养殖等行业。

背景技术：

河湖(包括池塘、水库)污染原因并导致藻类繁殖(尤其是蓝藻对环境的影响更大)的原因是复杂的，而治理污染是一项复杂的综合工程。总结多年治理河湖污染的经验：其中给“水体增氧”是行之有效的方法之一。水体增氧技术可快速增加水中溶解氧含量，提供好氧微生物充足的氧气来源，可有效降解水中有机物，降低cod、氨氮等水质指标，恢复水体生态系统。当前国内外人工增氧方法主要有：化学法、生物法和物理法。化学增氧法增氧快，但对水环境有副作用；生物增氧法增氧慢，对水环境无副作用；物理增氧法增氧快，对水环境无副作用。所以目前以物理增氧为水质高效净化的主流方法，在水体治理和水产养殖中已有广泛的应用。目前物理增氧主要有以下三种方法：表面曝气增氧、射流曝气增氧、鼓风曝气增氧。鼓风曝气能产生足够的压力，使气体在液体中充分扩散和接触，使氧气在液体中充分搅拌和溶解，因此是水体增氧效率最高的一种方式，在污水处理、水产养殖等行业广泛应用。但鼓风曝气设备体积大、能耗高、噪音大，在实际生产中受到诸多限制。

近年来，微纳米气泡技术被发明并逐渐应用，其设备可将空气与水高密度相溶混合，形成云一样“乳白色”的气液混合液，产生直径数十纳米到数百微米之间的微纳米气泡。由于气泡细小，不受空气在水中溶解度的影响，不受温度、压力等外部条件限制，可以在污水中长时间停留，具有良好的气浮效果，纳米级气泡可引入大量的羧基、羟基等含氧基团，强化曝气过程中的氧化作用，极大提高对污染物质的去除效率，同时可灭杀水体中的藻类萌生物。普通曝气盘结构复杂、体积大、稳定性差、能耗较高。

在水体增氧(氧水接触循环)过程中需要对环境指标进行监测，尤其是从环境监测角度来看，特别是藻类研究方面，需要连续监测叶绿素a(chla)这个指标，叶绿素包括叶绿素a、b、c、d、f、原叶绿素、细菌叶绿素等，叶绿素a的指标是重要的藻类繁殖的基础，叶绿素a是各种藻类中都存在的叶绿素类型，因此监测通常选择叶绿素a而不选择总叶绿素。

技术实现要素：

本发明目的是，提出一种增氧除藻方法与设备，尤其是太阳能型智能微纳米曝气超声除藻增氧的方法设备，以一个小空间，超声除藻及扬水与太阳能自动控制高效结合起来，再加上微纳米气泡曝气装置能够达到稳定性好、以二次绿色能源高效曝气进行水处理。并在增氧除藻过程中需要对环境指标进行监测，以节能的方法能够连续多次在一定时间循环处理较大面积的水体，并保证水处理的质量；此外，从环境监测角度来看本发明方法，从监测叶绿素a指标密切监测。

本发明的技术方案是，一种扬水增氧除藻设备，包括一个两端开口的外筒体、超声头及超声头、扬水装置即水流驱动装置，扬水装置安装在筒的上端或下端，超声头安装在筒的中部，筒的上端开口临近水面；且超声头朝向筒内的上部或下部均可，最好再装在一个筒体内。

进一步的，本发明还是一种太阳能微纳米曝气超声除藻增氧的设备，所述设备还包括自控曝气盘，包括外接电源或与太阳能电池板一道、电能储存装置、分子筛式纯氧机、电气控制装置、微纳米气泡发生器、曝气系统、水中叶绿素(a)探测装置；电能储存装置电连接电气控制装置，电能储存装置作为电源，电能储存装置的输出连接超声头、分子筛式纯氧机和曝气系统的电执行装置电源输入端；

设有的曝气系统包括出气管、曝气盘，曝气系统的出气管和曝气盘，曝气盘浸入(等待处理)水中，水中叶绿素(a)探测装置输出接电执行装置控制端。

上述装置包括船体的浮动装置内。

设有分子筛式纯氧机的氧气输出端接曝气系统的气体输入端。电执行装置控制端，用以控制分子筛式纯氧机和曝气系统的工作。

因设有的水流驱动装置，电气控制装置的输出端连接水流驱动装置电执行装置控制端水，典型的水流驱动装置为水泵或螺旋浆叶。水流驱动装置扬水设备或与曝气设备组合的设备。

设有连续监测叶绿素a的传感器，输出信号接电执行装置控制端。

超声除藻扬水增氧的方法，基于所述设备，连续监测叶绿素(a)这个指标，电能储存装置的输出连接超声头和所述自控曝气盘工作，设有水流驱动装置，电气控制装置的输出端连接水流驱动装置电执行装置控制端水，典型的水流驱动装置为水泵或螺旋浆叶。水流驱动装置扬水设备或与曝气设备组合的设备。设有连续监测叶绿素a的传感器，输出信号接电执行装置控制端。上述装置包括船体的浮动装置内。

本发明的改进是，加上太阳能微纳米曝气超声除藻增氧的方法，上述装置包括船体的浮动装置内。

本发明是一种以电能尤其是以太阳能(也包括市电及蓄电储能装置)为动力，通过高效水循环技术来改变局部水动力条件，给水体复氧和解层(破除无扰动的死水)；同时配合超声波除藻装置可以破坏蓝藻生存环境和竞争优势，提高水体自净能力；整套设备可通过水质监测系统尤其是水中叶绿素(a)探测装置来实现全自动控制设备运行状态和微纳曝气的工作频率及时间。

通过引进扬水曝气设备，整合自动化智能控制、在线监测技术、扬水曝气以及超声波控藻技术，对水库扬水曝气技术进行二次研发，通过收集在线监测水质数据，提出自动化控制流程，实现缺氧条件下，自动对水体进行曝气增氧，同时根据叶绿素浓度自动化启动设备循环系统，控制藻类的生长，达到改善滞水区水力条件和控藻的目标。

本发明是以太阳能为动力的活水(本申请人的公司产品)+超声装置。活水装置实现区域性水体横向和纵向水质交换，达到水体复氧的目的，而非专门的曝气设备。

对探头在水中的深度做限定。在水面以下0.4～2m。

超声只对筒内藻类进行灭杀作用。其整体除藻工作原理为超声对筒内藻类进行灭杀，而后通过活水装置经过多次循环，实现筒内小区域水体与外界大环境水体进行多次交换，最终达到区域除藻的目的。

超声头的频率等参数。频率为20khz～300khz可调；功率为50～800w可调(探头功率2w以上)；作用范围为以探头为圆心，直径10～200m(实际效用会受当地水文条件影响)。

装置运行周期：活水(扬水)装置24h运行，过水量300～700l/h可调；间歇运行80s，停20s。

有益效果：本发明利用体积限定的筒体，获得一个与小功率超声处理效率和效果相匹配的环境，加上扬水和增氧(水面与空气的接触扰动增氧)，使得太阳能或小功率的电源能够在一定周期(可以是一至三个月或更长)内处理较为广域的水面，当然如果设计100w以上的超声功率输出，可以设计更大体积的筒体，例如达到200升以上的较粗直径的筒体(超声有效处理的体积只是筒内一个部分，筒的其它部分用于导流)，探头有效处理的水的体积达到15升，并由扬水装置将处理后的水带走；本发明设计每w输出的超声功率处理0.3-1升水，扬水的流量为0.15-0.5升/秒，8-15天处理1500吨以上的水；筒输出的扬水构成一个增氧和水处理的循环；在河湖(包括池塘、水库库区)开展自动化扬水曝气设备安装试验，监测分析水体充氧效果、水质改善效果以及控藻效果：根据相关实验，参考实施例的参数，在这些参数下作用1.5～3个月，叶绿素a的去除率一般在40％～65％。而不加治理措施的对比区域叶绿素a前后并无显著变化。尤其是以太阳能为动力，曝气+超声除藻效果好，整套设备可通过水质监测系统来实现全自动控制设备运行状态和微纳曝气的工作频率及时间——需要有框图和有具体实施例——效果达到如何——与不采用的湖水处理进行比较。

本发明太阳能并用交流电供电的曝气设备，节省电费，绿色无污染，无需外接防水电缆和电控设备，节能环保；本发明还可利用离式螺旋体微纳米气泡发生器，结构简单、运行稳定可靠、控制简便；本发明相比较采用空气作为气源的微纳米气泡发生器，充氧效果与直接采用空气曝气相比提高4.5倍；用太阳能时，本发明无需外部电源即可实现全自动运行，节能环保，与传统曝气方法相比，对水体充氧效果显著，在水环境治理等行业具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的设备结构图。

具体实施方式

如图所示，外筒体1、内筒2、超声头3、浆叶4、曝气盘5、浮体6、安装支架7；另设有电能储存装置；分子筛式纯氧机；电气控制装置；太阳能电池板；太阳能板固定架；水质测定探头亦可以安装在安装支架上，在外筒体内测量水的质量；曝气盘的输入可以从螺纹离式螺旋体微纳米气泡发生器输入，也可以从气泵输入。浆叶4可代表水泵或螺旋浆叶。

采用市电的话，本发明浮体6在筒的上缘处安装。浆叶4可以是潜水泵或潜水电机驱动的浆叶。设有超声发生器，超声发生器输出由导线连到超声头3。监测叶绿素的传感器由导线连接至筒外部。潜水泵或潜水电机、超声发生器均由市电供应电源。浮体6可以由气囊、发泡材料等制备。筒的上端为喇叭口，浮体可以是游泳套圈的结构，浮体置于筒的喇叭口下沿。

内筒2为柱形的筒体，亦为上下开口或全部为滤网的结构，超声头3置于内筒2内部，超声头3向下方，超声头下部设有曝气盘5。

筒体限定：柱形的圆筒或其它截面积的形状均可，筒内安装超声头，超声的频率取50-500k，也可以采用1-3m频率，输出功率尽可能大，如考虑太阳能板(可以匹配1-3kw的太阳能光伏电池，配上一个浮动船体主要承载太阳能光伏电池，附带承载本发明的筒结构)及储能系统限定，要受到其功率限制；获得一个与小功率超声处理效率和效果相匹配的环境，加上扬水和增氧(水面与空气的接触扰动增氧)，使得太阳能或小功率的电源能够在一定周期(可以是一至三个月或更长)内处理较为广域的水面，一个10-30w输出功率的超声能够应用于5-20升或更大体积(相应设计的筒体的体积也不会超过100升)，当然如果设计100w以上的超声功率输出，可以设计更大体积的筒体，本发明设计每w输出的超声功率处理0.3-1升水，扬水的流量为0.15-0.5升/秒，8-15天处理1500吨以上的水；筒输出的扬水构成一个增氧和水处理的循环；超声设备的输入功率可在200-500w，扬水设备也可为单独的电动螺旋浆叶，也可以是泵类，使水流单向沿着筒体运动。筒的中心部位面朝水水流方向安装超声头，通过筒壁的十字或y型安装支架安装超声头，探头安装在十字或y型安装支架的交叉位置。浆叶亦类似方式安装。

可以采用太阳能微纳米曝气超声除藻增氧的设备，所述自控曝气盘，包括外接电源或与太阳能电池板一道、超声头及超声头、电能储存装置、分子筛式纯氧机、电气控制装置、微纳米气泡发生器、曝气系统、水中叶绿素(a)探测装置；电能储存装置电连接电气控制装置，电能储存装置作为电源，电能储存装置的输出连接超声头、分子筛式纯氧机和曝气系统的电执行装置电源输入端；曝气系统包括出气管、曝气盘，曝气系统的出气管和曝气盘，曝气盘浸入(等待处理)水中，水中叶绿素(a)探测装置输出接电执行装置控制端。

上述装置设在包括船体的浮动装置内。

设有分子筛式纯氧机的氧气输出端接曝气系统的气体输入端。电执行装置控制端，用以控制分子筛式纯氧机和曝气系统的工作。

设有水流驱动装置，电气控制装置的输出端连接水流驱动装置电执行装置控制端水，典型的水流驱动装置为水泵或螺旋浆叶浆叶。水流驱动装置扬水设备或与曝气设备组合的设备。设有连续监测叶绿素a的传感器，输出信号接电执行装置控制端。

空气通过进气口、分子筛式纯氧机经气泡发生器至曝气盘(头)。

微纳米气泡发生器为螺纹离式螺旋体微纳米气泡发生器；利用多晶硅(单晶)太阳能电池板将吸收的太阳光转化为电能，给设备供电以及利用电能储存装置进行电能贮存。电气控制装置中设有gsm控制模块，可通过gsm网络，利用手机监控设备运行状态及人工控制设备；所述电气控制装置中包括水质监测模块，水质监测模块的水质监测探头接电气控制装置的信号输入端；水质监测模块的水质监测探头信号输出端接电气控制装置的信号输入端，水质监测探头置于水中，所述的水质监测模块，可根据水体的溶氧、氧化还原电位自动控制氧和曝气的运行及停止。

空气通过进气口通过分子筛式纯氧机及螺纹离式螺旋体微纳米气泡发生器输至曝气盘。可采用氧含量探头对分子筛式纯氧机的制氧氧含量进行测量。所述电能通过智能电气控制装置控制。

所述的控制模块，可通过网络，利用手机监控设备运行状态及人工控制设备。所述的手动控制模块，可手动控制设备运行。

所述的分子筛式制氧机可产生浓度为80％以上的氧气作为微纳米气泡发生装置的气源。

所述的各部分通过固定件(钢架)连接，固定件将中空浮体连接，将整个太阳能自控纯氧曝气盘漂浮在水体中，结构稳定可靠。

本发明包含智能控制装置，其中包括：水质监测模块，水质测定探头电连接电气控制的装置；水质监测模块可根据水体的溶氧、氧化还原电位自动控制设备运行及停止；可再设有手动控制模块，可手动控制设备运行。

太阳能微纳米曝气超声除藻增氧的方法，基于所述设备，连续监测叶绿素(a)这个指标，电能储存装置的输出连接超声头和所述自控曝气盘工作，设有水流驱动装置，电气控制装置的输出端连接水流驱动装置电执行装置控制端水，典型的水流驱动装置为水泵或螺旋浆叶。水流驱动装置扬水设备或与曝气设备组合的设备。设有连续监测叶绿素a的传感器，输出信号接电执行装置控制端。上述装置包括船体的浮动装置内。尤其是水流向上

本发明是一种以电能尤其是以太阳能为动力，通过高效水循环技术来改变局部水动力条件，给水体复氧和解层(破除无扰动的死水)；同时配合超声波除藻装置可以破坏蓝藻生存环境和竞争优势，提高水体自净能力；整套设备可通过水质监测系统尤其是水中叶绿素(a)探测装置来实现全自动控制设备运行状态和微纳曝气的工作频率及时间。

通过引进扬水曝气设备，整合自动化智能控制、在线监测技术、扬水曝气以及超声波控藻技术，对水库扬水曝气技术进行二次研发，通过收集在线监测水质数据，提出自动化控制流程，实现缺氧条件下，自动对水体进行曝气增氧，同时根据叶绿素浓度自动化启动设备循环系统，控制藻类的生长，达到改善滞水区水力条件和控藻的目标。

本发明是以太阳能为动力的活水(本申请人的公司产品)+超声装置。活水装置实现区域性水体横向和纵向水质交换，达到水体复氧的目的，而非专门的曝气设备。

对探头在水中的深度做限定。在水面以下0.4～2m。

超声头的频率等参数。频率为20khz～300khz可调；功率为50～800w可调(探头功率2w以上)；作用范围为以探头为圆心，直径10～200m(实际效用会受当地水文条件影响)。

装置运行周期：活水(扬水)装置24h运行，过水量300～700l/h可调；间歇运行80s，停20s。

采用离式螺旋体微纳米气泡发生器，气泵电机的定子与转子之间迷宫式离式螺旋体，离式螺旋体制造微气泡的效率更高。分子筛式纯氧机是由吸附系统为主要部件，吸附系统由两只内装分子筛式纯氧机分子筛石吸附剂的吸附塔和管道阀门等组成，两只吸附塔交替工作，当空气从一只吸附塔的底部进入，当流经吸附剂层时，空气中氮气、二氧化碳、水蒸气等被吸附，氧气经吸附塔的吸附剂层汇集到吸附塔的顶部输出，进入离式螺旋体微纳米气泡发生器；与此同时，另一只吸附塔处于再生工况，当进行吸附的快达到吸附饱和前，由分子筛式纯氧机的控制系统控制两塔的工作状态互换；两塔交替连续生产氧气。

本发明包含智能控制装置，其中包括：水质监测模块，水质监测模块水质测定探头电连接电气控制的装置；水质监测模块可根据水体的溶氧、氧化还原电位自动控制设备运行及停止；gsm控制模块，可通过gsm网络，利用手机监控设备运行状态及人工控制设备；可再设有手动控制模块，可手动控制设备运行。所有部件安装于钢架结构，由四个中空浮体提供浮力，可飘浮于水面，结构稳定可靠，无需外部电源即可实现全自动运行，节能环保。

利用多晶硅太阳能电池板将吸收的太阳光转化为电能，给设备供电以及利用电能储存装置进行电能贮存。

空气通过进气口通过分子筛式纯氧机及螺纹离式螺旋体微纳米气泡发生器至曝气盘。所述的手动控制模块，可手动控制设备运行。

所述的分子筛式制氧机可产生浓度为95％以上的氧气作为微纳米气泡发生装置的气源。

所述的各部分通过固定件(钢架)连接，及设有中空浮体将整个太阳能自控纯氧曝气盘漂浮在水体中。

所述的水质监测模块的氧含量探头，可根据水体的溶氧、氧化还原电位自动控制运行及停止。

所述的gsm控制模块，可通过gsm网络，与手机建立联系，利用手机监控设备运行状态及人工控制设备。

所述的分子筛式制氧机可产生浓度为95％以上的氧气作为微纳米气泡发生装置的气源。各部分通过钢架连接，及利用中空浮体(如玻璃刚浮筒)漂浮在水体中。

本发明一种太阳能型智能纯氧曝气盘采用四块多晶硅太阳能电池板收集电能，可直接给设备供电，并配有蓄电池，电量满足制氧机及微纳米气泡发生器正常工作六个小时以上。并且本设备搭载电量智能控制模块，在蓄电池满电的情况下保持设备运转，蓄电池亏电、水质达标的情况下自动停止设备。本设备进气源采用分子筛式制氧机及螺纹离式螺旋体微纳米气泡发生器，分子筛式制氧机可产生浓度为95％以上的氧气作为微纳米气泡发生装置的气源。

如图所示，本发明设备利用固定钢架、太阳能板固定钢架及中空浮体搭接电能储存装置、分子筛式纯氧机、智能电气控制装置、太阳能电池板及螺纹离式螺旋体微纳米气泡发生器。进气头与分子筛式纯氧机相连接；螺纹离式螺旋体微纳米气泡发生器上搭接进水口、水质测定探头以及出水管。出水管上搭接曝气盘。

本发明所述的实例是对本发明的说明而不能限制本发明，在与本发明相当的含义和范围内的任何改变和调整，都应认为是在本发明的范围内。