沉水型無氣泡式高效充氧水體修復系統的製作方法

2023-05-12 04:20:56 1

專利名稱：：沉水型無氣泡式高效充氧水體修復系統的製作方法
技術領域：
：本發明屬於水處理領域，涉及對被汙染水體進行修復行業中的曝氣裝置。
背景技術：
：隨著我國工農業的迅猛發展以及城市化進程的加快，工業廢水、生活汙水、農業灌溉廢水中汙染物排放量日益增加，其中的氮、磷營養鹽進入相對封閉的水域後，在陽光照射下，極易導致水體富營養化，給水資源的利用造成破壞。藍藻水華多發生在春末至夏季的5-8月份，有明顯的季節性。溫度、光照、營養等都是其生長的影響因子。當水溫在2(TC以上、水體富營養化、較高的pH值、適宜的光照，藍藻便會大量繁殖，形成水華。時間一長，藻體大量死亡，分解散發出一股難聞的惡臭味，汙染空氣，同時消耗水中溶解氧。另外，藍藻具有細胞內毒素，當藍藻細胞腐敗分解後，藍藻毒素被釋放到水體中，會造成魚類大量死亡，而且藍藻毒素是強烈的致癌物質，直接威脅著人類的健康。我國的自來水廠90%以上都是傳統制水工藝，只能對物理、微生物汙染進行有效的處理，對生物毒素和化學汙染無法進行深度處理。藍藻水華產生的毒素原水中含量可高達28-65Pg/l。人們對飲用水中含有微囊藻毒素最有效的規避辦法，目前世界上通用的是顆粒活性炭與膜技術的聯用。在水處理系統中運用上述技術，運行成本極其高昂，一套系統達千萬以上，普通水廠難以擁有。而在自來水中投入粉末活性炭去除效果則並不理想，一些水廠都曾檢測過藻毒素，有的甚至高達O.64^/1，這對嬰幼兒童可產生極大的危害，不得不引起人們的重視。目前富營養化水體處理有效的方法之一是採用生化工藝，通過向汙水中充進足量的氧氣培育大量的微生物，使汙染水體中的汙染物得到降解和去除。
發明內容本發明的目的在於針對現有各種人工曝氣設備曝氣復氧功能單一、能耗高、動力損失大、難恢復汙染水體自淨功能的問題，提供一種沉水型無氣泡式高效充氧水體修復系統，其適於小城鎮受汙染水源水體修復，具有低能耗、高效率等特點，可有效減少水源水體中的氮磷含量，逐步恢復水體生態系統。為達到以上目的，本發明所採用的解決方案是基於亨利定律可知，在一定的溫度下，氣體在液體中的溶解度和該氣體的平衡分壓成正比。pB=kxB式中pB是稀薄溶液中溶質的蒸汽分壓；xB是溶質的物質的量分數；k為亨利常數。從亨利定律可知，有效提高氧氣的蒸汽分壓，將有成正比的提高氧氣在水中的溶解度。提高氧氣的蒸汽分壓，可以從兩方面去解決，一是提高水上面的壓力，二是提高空氣中氧氣的百分比。本發明採用PSA氧氣發生器產生含氧純度超過90%以上的空氣，從而提高氧氣的蒸汽分壓。進一步，通過空壓機將PSA氧氣發生器產生的含氧純度超過90%以上的空氣輸送到的溶氧罐，提高溶氧罐內的壓力，達到提高氧氣的蒸汽分壓。同時，將溶解氧罐被設置在水下一3定深度，使其能夠利用水壓與深水層的低溫向水中高效的溶解氧氣。通過潛水泵將底泥上覆水壓入溶氧罐，水進入溶氧罐時通過噴嘴形成較細的水珠，與進入溶氧罐的高壓高濃度氧氣進行互溶形成高濃度氧氣溶解水，實現無氣泡溶氧。根據水平擴散原理，高濃度氧氣溶解水輸送到水體後水平向四周擴散，在不造成水體紊動的情況下實現對周圍水體無氣泡充氧。還可以由中央控制器通過在線氧化還原電位儀、在線溫度儀、在線溶氧儀、電磁流量計、溶解罐壓力表、溶解罐水位計、高效能連續記錄儀來控制PSA氧氣發生器、空壓機、潛水泵的運行，實現整套系統對汙染的水環境進行修復。一種高效充氧水體修復系統，其包括供氧系統、溶氧系統，該供氧系統對溶氧系統的水液充氧由溶氧系統向水體中釋放高濃度氧氣溶解水。所述的供氧系統，其包括空壓機、氧氣發生機，通過管道依次相連並連接至溶氧系統對其充氧。所述的氧氣發生機產生的氧氣純度高於90%。所述的溶氧系統包括溶氧罐、潛水泵，潛水泵抽取原水輸送至溶氧罐與供氧系統輸送入溶氧罐的高純度氧氣互溶形成高濃度氧氣溶解水，並在水體中釋放。所述的溶氧罐置於水體內，並位於水下一定深度。其還包括控制系統，控制供氧系統自動輸送氧氣至溶氧系統並向水體釋放高濃度氧氣溶解水。其還包括監測系統，監測系統實時監測溶氧系統及水體的狀態信息反饋至控制系統，控制系統根據監測系統得反饋信息控制供氧系統實時控制是否對溶氧系統充氧。所述的控制系統包括記錄儀、中央控制器、總電錶，記錄儀收集監測系統監測的各項指標，並反饋至中央控制器控制對水體充氧的啟閉以及流量，總電錶記錄系統用電量；所述的監測系統包括壓力表、水位計、進口溶氧儀、流量計、出口溶氧儀、溫度儀、電位儀，該壓力表、水位計置於溶氧罐上監測其內的壓力及水位，該進口溶氧儀置於潛水泵的吸水口監測器含氧量，該流量計、出口溶氧儀置於溶氧罐的排水口監測其釋放的高濃度氧氣溶解水的流量及濃度，該溫度儀、電位儀監測底層水體溫度。由於採用了上述方案，本發明具有以下特點1、本發明基於亨利定律下採用高壓將高濃度氧氣溶解到水中得到高濃度溶解氧水，高濃度溶解氧水在水體中實現水平擴散，在不造成水體紊動的情況下有效的實現無氣泡高效充氧，有效地防治受汙染水體藻類爆發，修復水體並達到其具有自淨功能；2、當在線溶解氧儀指示吸水口處水體的溶解氧低於1.0ppm時，中央控制器輸出信號啟動空壓機、PSA氧氣發生器與潛水泵，設備開始對水體無氣泡充氧，當在線溶解氧儀指示在吸水口處水體的溶解氧高於7.0ppm，或在線溫度指示吸水口與其lm高以上的上層水溫的溫差S2'C時，中央控制器輸出信號關閉空壓機、PSA氧氣發生器與潛水泵，實現完全自動運行，管理成本低，能耗少。3、潛水泵進水口與高濃度溶解氧水在水體釋放在同一水平高度，這樣確保高濃度溶解氧水實現水平擴散，將氧輸送到離設備較遠的區域，使充氧水體的面積遠遠超過設備的面積，實現了高效的充氧。4、本設備主體部分放在在水面下，需佔用土地面積很小，結構緊湊，體積小，易於運輸與安裝。圖1為沉水型無氣泡式高效充氧水體修復系統控制示意圖。圖2為沉水型無氣泡式高效充氧水體修復系統各組件實施示意圖。圖3為水體採用本發明充氧運行9日後水體充氧效果圖。圖4為水體採用本發明充氧前後的汙染物變化對比。具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。本發明的充氧水體修復系統設計分為兩大部分，如圖1和圖2，一部分為在水平面上的供氧系統和控制系統，另一部分為在水平面下的溶氧系統和監測系統。水上部分的供氧系統由空氣11、空壓機12與PSA氧氣發生機13以及連接氧氣輸送管道14組成，放置在堤26上；控制系統由高效能連續記錄儀1，中央控制器7,,總電錶4以及檢測信號輸出的信號數據線2，出口流量的信號數據線3、10，用於發送操作信號的信號數據線5、6組成，控制系統放置在堤26上。空壓機12採用靜音無油空壓機，壓力開關設定，壓力範圍為0.5-0.8MPa，電壓為220V/50HZ，最大產氣量為150L/min，額定功率為1.1Kw。PSA氧氣發生機13的型號為0W-50TB，氧氣輸出量為20-30L/rain，功率為100w，電壓為220V/50HZ。連接氧氣輸送管道14採用不鏽鋼管，管徑為25mm,連接為螺紋連接。高效能連續記錄儀1的型號為MemographSRSG12，作為一個一體化的測量值採集系統，Memo-gr鄰h顯示信號，監視設定點，測量點，存]C內部數據並將當前的過程信息變量存到標準的磁碟上。中央控制器7採用PLC+上位機的控制方式運行，PLC控制主站選用西門子S7-300系統，上位機選擇研華工控機。總電錶4選用型號為DMB4-H-COS的交流電錶。水下部分的溶氧系統由潛水泵15、溶氧罐16、原水進口處22與高濃度氧氣溶解水釋放處24等組成；監測系統由溶解罐壓力表8、溶解罐水位計9、進口處溶氧儀17、電磁流量計18、出口溶氧儀19、溫度儀20、氧化還原電位儀21組成。潛水泵15額定流量為30m'Vh，電機額定功率為3.0kw，採用d)75的移動硬管安裝，通過彎管接頭連接。溶氣罐16的高為lm，直徑為lm，材質為316不鏽鋼，同時在罐體上安裝一個壓力表8與水位計9，壓力表型號為Y-IOO，0-1.6MPa，1.5級，徑向G1/2A。進口處溶氧儀17與出口溶氧儀19採用型號為LD0+SC100,溶氧測量範圍為0.0020.00rag/L(ppm)，防護等級為IP68。電磁流量計18的測量範圍為1850mVh，工作壓力為1.02.5MPa，公稱直徑為DN75。溫度儀20包含在氧化還原電位儀21中，氧化還原電位儀為型號SC100+數字差分傳感器，測量範圍為-2000+2000mv/-570°C，防護等級為IP68。空氣11在壓縮空氣機12的作用下壓縮到PSA純氧發生器13,通過PSA純氧發生器13產生純度高於90%的氧氣，在壓縮空氣機12的壓力繼續作用下，將純度高於90%的氧氣通過氧氣輸送管道14輸送到氧氣溶解罐16。在原水進口處22的原水通過潛水泵15輸送到氧氣溶解罐16，進入氧氣溶解罐16後通過噴嘴形成較細的水珠，與進入溶氧罐的高壓高濃度氧氣進行互溶形成高濃度氧氣溶解水，實現無氣泡溶氧，得到了超高濃度的溶解氧水。通過溶解罐壓力表8和溶解罐水位計9監測氧氣溶解罐16內的高純度氧氣14的濃度和高純度氧氣溶解水的水位，以實現系統對氧氣溶解罐16內充氧效果的監測。當溶解罐壓力表8顯示的讀數超過氧氣溶解罐16所能承受的安全壓力範圍時，中央控制器7通過信號數據線5和6控制信號輸出，關閉空壓機12、PSA純氧發生器13、潛水泵15，停止無氣泡充氧。當溶解罐水位計9顯示氧氣溶解罐16內已充滿高濃度氧氣溶解水時，中央控制器7通過信號數據線5和6控制信號輸出，關閉空壓機12、PSA純氧發生器13、潛水泵15，停止無氣泡充氧。高濃度氧氣溶解水在24處釋放到水體中，並通過出口電磁流量計18和出口溶解氧儀19監測從溶氧罐16釋放的高濃度溶解氧水的流量和濃度，高濃度溶解氧水的流量通過出口流量信號數據線10反饋到中央控制器7。根據出口溶解氧儀19測量的數據，水中溶解氧的濃度值最高能夠達到112mg/L。超高濃度的溶解氧水在高濃度氧氣溶解水釋放處24處釋放到水體中，對含有低濃度溶解氧或不含溶解氧的同層水體進行無氣泡充氧，得到只是在底層形成的高濃度溶解氧水層23。底部的在線監測儀器溫度儀20、氧化還原電位儀21對底層水體監測，同時將信號輸出到高效能連續記錄儀l，高效能連續記錄儀1在記錄數據的同時通過信號數據線2、3將數據輸出到中央控制器7。中央控制器7根據底層溶解氧水體的氧化還原電位的高低和溫度，通過出口流量信號數據線10控制出口處高濃度氧氣溶解水的流量。當進口處溶氧儀17測量的吸水口處溶解氧低於1.0ppm時，中央控制器7通過信號數據線5和6控制信號輸出，啟動空壓機12、PSA純氧發生器13、潛水泵15,開始進行無氣泡充氧。當底層進口處溶氧儀17測量的吸水口處溶解氧高於7.0ppm時，中央控制器7通過信號數據線5和6控制信號輸出，關閉空壓機12、PSA純氧發生器13、潛水泵15，停止無氣泡充氧。當在線溫度儀20指示吸水口與其lm高以上的上層水溫的溫差^2'C時，高效能連續記錄儀1通過信號數據線2將信息反饋到中央控制器7中，中央控制器7通過信號數據線5和6控制信號輸出，關閉空壓機12、PSA純氧發生器13、潛水泵15，停止無氣泡充氧。進口處溶氧儀17、電磁流量計18、出口溶解氧儀19將監測的數據輸送到高效能連續記錄儀1，高效能連續記錄儀1通過信號數據線2、3將信息反饋到中央控制器7中，用來分析整套系統的充氧效果。總電錶4記錄下整套系統的耗電量，用以分析系統的能耗情況，從而指導整套系統的運行管理。從圖3、4可以看到，在水體採用沉水型無氣泡式高效充氧水體修復系統運行時，水體底層的溶解氧變化很大，最高能夠達到20mg/L。從圖4可以看到，運行9天後，水體的汙染物都發生了明顯的變化，達到了修復水體富營養化的目標。表1不同深度沉水型無氣泡溶解氧的效果對比tableseeoriginaldocumentpage6測試條件水泵送水量30ra3/h,供氧純度93%，供氧比例5WV(氧氣)/V(水)上述的對實施例的描述是為便於該
技術領域：
的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。權利要求1、一種高效充氧水體修復系統，其特徵在於其包括供氧系統、溶氧系統，該供氧系統對溶氧系統的水液充氧由溶氧系統向水體中釋放高濃度氧氣溶解水。2、如權利要求1所述的高效充氧水體修復系統，其特徵在於所述的供氧系統，其包括空壓機、氧氣發生機，通過管道依次相連並連接至溶氧系統對其充氧。3、如權利要求2所述的高效充氧水體修復系統，其特徵在於所述的氧氣發生機產生的氧氣純度高於90%。4、如權利要求1所述的高效充氧水體修復系統，其特徵在於所述的溶氧系統包括溶氧罐、潛水泵，潛水泵抽取原水輸送至溶氧罐與供氧系統輸送入溶氧罐的高純度氧氣互溶形成高濃度氧氣溶解水，並在水體中釋放。，5、如權利要求4所述的高效充氧水體修復系統，其特徵在於所述的溶氧罐置於水體內，並位於水下一定深度。6、如權利要求l所述的高效充氧水體修復系統，其特徵在於其還包括控制系統，控制供氧系統自動輸送氧氣至溶氧系統並向水體釋放高濃度氧氣溶解水。7、如權利要求6所述的高效充氧水體修復系統，其特徵在於其還包括監測系統，監測系統實時監測溶氧系統及水體的狀態信息反饋至控制系統，控制系統根據監測系統得反饋信息控制供氧系統實時控制是否對溶氧系統充氧。8、如權利要求7所述的高效充氧水體修復系統，其特徵在於所述的控制系統包括記錄儀、中央控制器、總電錶，記錄儀收集監測系統監測的各項指標，並反饋至中央控制器控制對水體充氧的啟閉以及流量，總電錶記錄系統用電量；所述的監測系統包括壓力表、水位計、進口溶氧儀、流量計、出口溶氧儀、溫度儀、電位儀，該壓力表、水位計置於溶氧罐上監測其內的壓力及水位，該進口溶氧儀置於潛水泵的吸水口監測器含氧量，該流量計、出口溶氧儀置於溶氧罐的排水口監測其釋放的高濃度氧氣溶解水的流量及濃度，該溫度儀、電位儀監測底層水體溫度。全文摘要一種沉水型無氣泡式高效充氧水體修復系統，其包括供氧系統、溶氧系統，該供氧系統對溶氧系統的水液充氧由溶氧系統向水體中釋放高濃度氧氣溶解水。所述的供氧系統，其包括空壓機、氧氣發生機，通過管道依次相連並將氧氣發生機產生的純度高於90％的氧氣輸送至溶氧系統的溶氧罐，溶氧系統還包括潛水泵，其輸送水至溶氧罐與氧氣進行無氣泡互溶得到高濃度氧氣溶解水，再由溶氧罐釋放到水體中實現無氣泡充氧。本系統還可以設置控制系統控制其自行啟動充氧，或者進一步增設監測系統根據各項指標實時調節控制充氧的啟閉及流量。本發明具有低能耗、高效率等特點，可有效減少水源水體中的氮磷含量，進而抑制水華的爆發。文檔編號C02F7/00GK101602550SQ20091005499公開日2009年12月16日申請日期2009年7月17日優先權日2009年7月17日發明者姜德剛,張亞雷,張選軍,李建華,鄒麗敏,陳雪雯申請人:同濟大學