一种水体超饱和溶解氧增氧方法及超饱和溶解氧增氧系统

摘要

本发明提供了一种水体超饱和溶解氧增氧方法及增氧系统，该增氧方法包括以下步骤：S1、至少向溶气罐中分别通入经过压缩处理的空气以及自水域中吸取的污水和/或净水以制得超饱和溶解氧水；S2、将超饱和溶解氧水输送至微纳米气泡发生装置并通过微纳米气泡发生装置将超饱和溶解氧水中所携带的氧气释放成微米氧气泡；S3、通过置于水面下方的复数个推流器将携带微米氧气泡的污水重新回流至水域中。本发明所示出的一种水体超饱和溶解氧增氧方法及增氧系统，其通过微纳米气泡发生装置将超饱和溶解氧水中所携带的氧气释放成微纳米气泡后，通过推流器将携带微纳米气泡的污水重新回流至水域中，以实现对黑臭水的超饱和溶解氧增氧处理。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种水体超饱和溶解氧增氧方法及一种超 饱和溶解氧增氧系统。

背景技术

随着城市化步伐的加快和工业化程度的提高，过度生活污染直接排放引起了水体 富营养化，甚至导致河道内水体发黑发臭，使水体完全丧失使用功能，形成黑臭水。黑臭水 体不仅对水生生物及生态系统造成严重破坏，还对人类生活环境和健康带来很大的影响。

当水体受有机物及还原性物质污染，水体中的溶解氧降低。水体溶解氧对水中生 物生存有着至关重要的影响，当溶解氧低于2mg/L时，就会引起鱼类窒息死亡，溶解氧(DO) 消耗速率大于氧气向水体中溶入的速率时，溶解氧的含量可趋近于0，此时厌氧菌得以繁 殖，使水体恶化，所以溶解氧大小能够反映出水体受到的污染，特别是有机物污染的程度， 它是水体污染程度的重要指标，也是衡量水质的综合指标。

在池塘水产养殖过程中，由于池塘自身较为封闭的特性，导致水体流动循环不畅， 加之工业化进程中环境不断恶化，水体受到污染，水质问题频发，给池塘水产养殖带来诸多 困扰和挑战。切实下大力气解决池塘水产养殖水质问题，进而不断提升池塘水产养殖的经 济效益和生态效益。

目前通常采用增氧泵或者在水面上放置旋转运动的增氧装置或者叶下搅拌设备 的方法对水体进行增氧处理，但是仍然存在增氧效果不好的技术缺陷。

有鉴于此，有必要对现有技术中的水体增氧方法及增氧系统予以改进，以解决上 述问题。

发明内容

本发明的目的之一在于公开一种水体超饱和溶解氧增氧方法，用以实现对水体， 尤其是黑臭水进行超饱和溶解氧增氧；本发明的另一个目的在于公开一种增氧系统，用以 实现对水体进行超饱和溶解氧增氧。

为实现上述第一个发明目的，本发明提供了一种水体超饱和溶解氧增氧方法，包 括以下步骤：

S1、至少向溶气罐中分别通入经过压缩处理的空气以及自水域中吸取的污水和/ 或净水，以制得超饱和溶解氧水；

S2、将超饱和溶解氧水输送至微纳米气泡发生装置并通过微纳米气泡发生装置将 超饱和溶解氧水中所携带的氧气释放成微纳米气泡；

S3、通过置于水面下方的复数个推流器将携带微纳米气泡的污水重新回流至水域 中。

在一些实施方式中，步骤S1中还包括将使用制氧机所制备得到的纯氧与空气混合 后通入溶气罐的步骤。

在一些实施方式中，步骤S1中的“向溶气罐中通入自水域中吸取的污水”具体为： 采用循环装置自水域中吸取污水，经由自动排污过滤器后通过管道通入溶气罐中。

在一些实施方式中，循环装置包括潜污泵、带过滤网的离心泵或者带过滤网的活 塞泵。

在一些实施方式中，步骤S1中溶气罐内部的压力设定为0.3mpa～0.8mpa。

在一些实施方式中，步骤S2中的微纳米气泡发生装置包括：进水管、壳体、阀门及 驱动件；所述阀门包括轴部、置于轴部两端的阀芯及从动齿轮；所述进水管与壳体共同夹合 容置阀芯，所述阀芯与进水管的底壁形成间隙；

所述阀芯开设若干环形布置的第一过水孔，所述壳体的顶壁开设若干环形布置的 第二过水孔及轴孔，所述进水管的底壁的中心设置第三过水孔，所述阀芯的顶部设有凹陷 部，

所述驱动件包括驱动轴及设置于驱动轴末端的主动齿轮；阀门的轴部延伸过轴 孔，并通过轴部末端所设置的从动齿轮与主动齿轮啮合；

所述第一过水孔与第二过水孔在随阀芯在间隙中的转动实现导通或者闭合，所述 间隙与第一过水孔及第三过水孔连通，阀芯相对于壳体轴向枢转以控制由进水管流入壳体 的水量。

在一些实施方式中，凹陷部的底部具有圆锥面，所述第三过水孔的开口直径小于 凹陷部的直径。

在一些实施方式中，阀芯面向进水管的一侧形成环形凸台以及设置于环形凸台外 围的环形凹环，所述第一过水孔环形布置于该环形凹环上。

在一些实施方式中，第一过水孔与第二过水孔围绕轴部呈环状均匀间隔布置。

为实施上述第二个发明目的，本发明还提供了一种超饱和溶解氧增氧系统，包括：

空压机、储气罐、溶气罐、多个微纳米气泡发生装置、与多个微纳米气泡发生装置 连接的复数个并置于水面下方的推流器、以及与溶气罐连接的循环装置及自动排污过滤 器，所述溶气罐与多个微纳米气泡发生装置连接，多个微纳米气泡发生装置连接复数个推 流器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所示出的一种水体超饱和溶解氧 增氧方法及超饱和溶解氧增氧系统，其通过微纳米气泡发生装置将超饱和溶解氧水中所携 带的氧气释放成微纳米气泡后，通过推流器将携带微纳米气泡的污水重新回流至水域中， 以实现对黑臭水的超饱和溶解氧增氧处理。

附图说明

图1为本发明一种水体超饱和溶解氧增氧方法在实施例一中的系统结构图；

图2为本发明一种水体超饱和溶解氧增氧方法在实施例二中的系统结构图；

图3为本发明一种水体超饱和溶解氧增氧方法在实施例三中的系统结构图；

图4为一种微纳米气泡发生装置的立体图；

图5为图4所示出的微纳米气泡发生装置的侧视图；

图6为该微纳米气泡发生装置沿图2中A-A线的剖视图；

图7为图6中阀芯处的局部放大图；

图8为图4所示出的一种微纳米气泡发生装置的爆炸图；

图9为图4中所示出的该微纳米气泡发生装置沿图2中A-A线的剖视装配图；

图10为图4所示出的一种微纳米气泡发生装置省略进水管的立体图；

图11为第一进水孔与第二进水孔完全导通时的俯视图；

图12为第一进水孔与第二进水孔部分导通时的俯视图；

图13为第一进水孔与第二进水孔完全闭合时的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些 实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、 或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例一：

本实施例示出了一种水体超饱和溶解氧增氧方法。如图1所示，该水体超饱和溶解 氧增氧方法，包括以下步骤：

首先执行步骤S1、向溶气罐400中分别通入经过压缩处理的空气以及自水域中吸 取的污水，以制得超饱和溶解氧水。

然后执行步骤S2、将超饱和溶解氧水输送至微纳米气泡发生装置500并通过微纳 米气泡发生装置500将超饱和溶解氧水中所携带的氧气释放成微纳米气泡。

最后执行步骤S3、通过置于水面下方的复数个推流器600将携带微纳米气泡的污 水重新回流至水域中。

在该步骤S1中还包括将使用制氧机300所制备得到的纯氧与空气混合后通入溶气 罐400的步骤。步骤S1中的“向溶气罐400中通入自水域中吸取的污水”具体为：采用循环装 置700自水域中吸取污水(例如黑臭水)，经由自动排污过滤器800后通过管道通入溶气罐 400中。循环装置700包括潜污泵、带过滤网的离心泵或者带过滤网的活塞泵，并最优选为潜 污泵。步骤S1中溶气罐400内部的压力设定为0.3mpa～0.8mpa。

空压机100自大气中吸取空气后通过管道存储至储气罐200中，储气罐200的出气 端通过管道输送至制氧机300并生成纯度为99.9％以上的纯氧，并通过管道输送至溶气罐 400中进行保压存储。循环装置700可从河道或者湖泊中吸取污水或者黑臭水后通过管道输 送至自动排污过滤器800中，用以通过该自动排污过滤器800对吸取的污水或者黑臭水中的 杂质进行过滤，并优选在自动排污过滤器800的前端或者后端增加一个自动反冲洗器(未示 出)。

当该自动排污过滤器800发生堵塞时，该自动反冲洗器可反向从溶气罐400中吸取 水并反向冲洗堵塞在自动排污过滤器800内的杂质。然后，通过管道过滤后的污水或者黑臭 水通入溶气罐400中，并通过溶气罐400内所形成的一定压力将污水或者黑臭水形成高密度 的超饱和溶解氧水。该超饱和溶解氧水通过管道输送至微纳米气泡发生装置500中以生成 无数个粒径范围为100纳米至10微米左右的微纳米气泡(氧气泡)通过置于水体中一个或者 多个推流器600将加夹无数个微纳米级的气泡的污水向水体中进行释放。由于气泡的直径 非常小，因此这些微纳米级的气泡在水体中的留置时间就比较长，实现对污水或者黑臭水 的高效率的增氧。

在本实施方式中，由该微纳米气泡发生装置500所释放的微纳米气泡的出气量可 达15m³/小时以上，且通过推流器600输送至水域中的微纳米气泡在水域中的停留时间可达 2至5分钟，从而显著的提高了对水域的增氧效果。

具体的，在本实施方式中，该空压机100为无油静音式空压机，功率1.5kw-5.5kw。 储气罐200的工作压力为0.3MPa-0.8MPa，供气量为5-16.8m³/h。制氧机300的技术参数如 下：制氧纯度：90％-97％±1；气流量；1-1000Nm³/h；氧气供给压力0.1-0.6MPa。使用制氧机 比不使用制氧机的氧转换效率增加5倍。溶气罐400的工作压力为0.3MPa-2MPa。

该循环装置700选自潜污泵，该潜污泵的技术参数为：功率5kw-22kw，扬程10m- 50m，流量Q＝30m³-200m³，口径DN50-DN200，压力1-5公斤。推流器600选用无动力式推流器， 数量可为1-5个。推流器600连接一个或者多个微纳米气泡发生装置500，根据河道面积布置 间距，共三个推流器600，推流器600具体为无动力推流器，其可借微纳米气泡发生装置500 所释放出来的压力控制微纳米气泡的行驶路径。推流器600的尺寸为

本实施例一所示出的水体超饱和溶解氧增氧方法可对污水或者黑臭水中实现超 饱和溶解氧增氧及充氧效果，并能提高水体的透明度并降低水体中的氨氮指标，对水体治 理具有良好的治理效果，具体对比数据参下表1所示。

表1

请参图4至图13所示出的该微纳米气泡发生装置500。该微纳米气泡发生装置500 可与推流器600相互配套使用，该推流器600优选为无动力推流器。推流器600放置在需要进 行增氧处理的水体中，微纳米气泡发生装置500通过管道与推流器600连通，并可根据微纳 米气泡的流量带动20倍的水循环。

在本实施方式中，该微纳米气泡发生装置500，包括：进水管10、壳体30、阀门20及 驱动件40。阀门20包括轴部21、置于轴部21两端的阀芯23及从动齿轮22。进水管10与壳体30 共同夹合容置阀芯23，阀芯23与进水管10的底壁13形成间隙104。阀芯23开设四个环形布置 的第一过水孔231，所述壳体30的顶壁32开设四个环形布置的第二过水孔321及轴孔332。进 水管10的底壁13的下方开设有一个圆形凹陷部132，该圆形凹陷部132用以容置阀芯23。

进水管10的底壁13的中心设置第三过水孔102，阀芯23的顶部设有凹陷部232。该 驱动件40包括驱动轴42及设置于驱动轴42末端的主动齿轮41。阀门20的轴部21延伸过轴孔 332，并通过轴部21末端所设置的从动齿轮22与主动齿轮41啮合。第一过水孔231与第二过 水孔在321随阀芯23在间隙104中的转动实现导通或者闭合，间隙104与第一过水孔231及第 三过水孔102连通，阀芯23相对于壳体30轴向枢转以控制由进水管10流入壳体30的水量。

该壳体30的侧部形成一个凸台313，驱动轴42由壳体30的外部通过该凸台313延伸 入壳体30中，并与壳体30的内壁面上与该凸台313匹配设置的一个支架315，驱动轴42的端 部延伸入支架315中，并可实现轴向转动。

具体的，该凸台313的内壁还设有一圈密封圈3131，用以防止壳体30中的水从凸台 313与驱动轴42之间的间隙中泄漏。该主动齿轮41优选为锥形齿轮，该从动齿轮22优选为锥 形齿轮。主动齿轮41与从动齿轮22的齿数比最优选为1:1的齿数比进行配置。当旋转驱动轴 42时，可通过主动齿轮41带动从动齿轮22转动，从而带动阀芯23在圆形凹陷部132中实现轴 向转动。

参图10至图13所示，在本实施方式中，随着阀芯23在圆形凹陷部132中的主动，四 个第一过水孔231与四个第二过水孔321可实现完全导通(参图11所示)，也可实现部分导通 (参图12所示)，也可实现完全闭合(参图13所示)。在本实施方式中，该驱动轴42可外置连接 一个把手(未示出)，以手动转动该驱动轴42，从而实现对阀芯23的转动，以调整四个第一过 水孔231与四个第二过水孔321之间的开口幅度。该第一过水孔231与第二过水孔321围绕轴 部21呈环状均匀间隔布置。

当第一过水孔231与第二过水孔321的形状及开口面积完全相同，两者的开口形状 可为圆形，可为本说明书附图中所示出的椭圆环形状，当然可以为正方形或者梯形。当第一 过水孔231与第二过水孔321完全重合时，流经该微纳米气泡发生装置500的水量最大，所形 成的微纳米气泡数量也越多，可适用于严重缺氧的水体中。当第一过水孔231与第二过水孔 321部分重合时相对于两者完全重合时的水量较小，所生成的微纳米气泡的数量也较少，因 此可适用于中度缺氧的水体中。通过水量及微纳米气泡数量可自适应调节的结构，提高了 该微纳米气泡发生装置500对缺氧程度不同的水体在实现增氧处理时的适应性。

具体的，在本实施方式中，该进水管10由法兰11、进水管筒壁12与进水管的底壁13 构成，该进水管筒壁12呈圆筒状。携带氧气并具有一定压力的溶气水(下称“超饱和溶解氧 水”)沿图4中箭头1的方向进入到进水管10所形成腔体101中。进水管的底壁13的中心(亦即 圆心)处设置一个第三过水孔102。

超饱和溶解氧水通过该第三过水孔102时，超饱和溶解氧水因第三过水孔102断面 突然收缩，超饱和溶解氧水的压能转化为气分子的动能。超饱和溶解氧水接下来进入到凹 陷部232中并实现超饱和溶解氧水对凹陷部232的撞击而形成涡流，使超饱和溶解氧水的压 力继续释放，并转为气分子的动能。此时夹杂在超饱和溶解氧水中的气泡吸收气分子的动 能，从而形成微气泡。超饱和溶解氧水沿间隙104径向向外扩散并通过第一过水孔231及第 二过水孔321流入壳体30中。

具体的，在本实施方式中，该间隙104在垂直方向的厚度仅为0.5mm。由于超饱和溶 解氧水的流向发生剧烈变化，断面收缩，并加剧了超饱和溶解氧水的紊流，并出现局部真 空，空气分子几乎被全部释放。

参图7、图8、图9及图10所示，在本实施方式中，该阀芯23面向进水管10的一侧形成 环形凸台233以及设置于环形凸台233外围的环形凹环234，所述第一过水孔231环形布置于 该环形凹环234上。该间隙104有该环形凸台233与进水管的底壁13共同形成。超饱和溶解氧 水从间隙104向环形凹环234流动。此时，超饱和溶解氧水中95％的压能都已经转变为气分 子的动能，从而形成了100纳米至10微米左右的微纳米气泡，并经由壳体30及出水管50将加 杂微纳米气泡的水输送至推流器600中，并通过推流器600将含有微纳米气泡的水在需要进 行增氧处理的水体中形成射流，从而通过推流器600所形成的射流中微纳米气泡对水体进 行超饱和溶解氧增氧处理。

具体的，出水管50包括与壳体30连接的法兰51、45度弯管段52、直管段53及法兰54 组成。其中，法兰54可与连接至推流器的管道连接。夹杂许多微纳米气泡的水沿箭头2的方 向流出该出水管50。

为了提高超饱和溶解氧水在在凹陷部232中的撞击效果，在本实施方式中，该凹陷 部232的底部具有圆锥面2321，第三过水孔102的开口直径小于凹陷部232的直径。第三过水 孔102的侧部形成一圆锥环面1021，具体的，该圆锥环面1021的锥度为1:1。

形成微纳米气泡的水通过壳体30内部的中空腔体301后，可依次通过法兰51、45度 弯管段52、直管段53及法兰54，从而通过管道(未示出)与推流器600相互配套使用，以将数 量巨大的粒径微小的气泡向水体中实现输送并最终实现超饱和溶解氧增氧。

实施例二：

本实施例示出了本发明一种水体超饱和溶解氧增氧方法的第二种具体实施方式。

本实施例与实施例一的主要区别在于，在本实施方式中，省略了将使用制氧机300 所制备得到的纯氧通入溶气罐400的步骤。

具体的，在本实施方式中，储气灌200直接通过管道将压缩后的空气(非纯氧气)通 过溶气罐400中并与从自来水管道中输送的净水，以制得超饱和溶解氧水。在一定的压力条 件下生成超饱和溶解氧水，然后通过管道输送至微纳米气泡发生装置500中生成无数个直 径为100纳米至10微米的空气气泡，最后通过与微纳米气泡发生装置500所连接的一个或者 多个推流器600将微纳米级的空气气泡向水体中进行释放，从而起到对污水或者黑臭水的 增氧处理。

本实施例二所示出的水体超饱和溶解氧增氧方法可对污水或者黑臭水中实现超 饱和溶解氧增氧及充氧效果，并能提高水体的透明度并降低水体中的氨氮指标，对水体治 理具有良好的治理效果，具体对比数据参下表2所示。

表2

本实施例中的其他具体技术方案请参实施例一所述，在此不再赘述。

实施例三：

本实施例示出了本发明一种水体超饱和溶解氧增氧方法的第三种具体实施方式。

本实施例与实施例一及实施例二的主要区别在于，在本实施方式中，在步骤S1中， 至少向溶气罐400中分别通入经过压缩处理的空气以及自水域中吸取的污水和来自自来水 管道中的净水，以制得超饱和溶解氧水。储气罐200同时向制氧机300中通入压缩空气，并通 过旁路管道向溶气罐400中通入压缩空气，从而实现了向溶气罐400中同时通入纯氧的氧气 及空气，以在溶气罐400中生成超饱和溶解氧水。最后，通过与微纳米气泡发生装置500所连 接的一个或者多个推流器600将微纳米级的空气气泡及氧气气泡向水体中进行释放，从而 起到对污水或者黑臭水的增氧处理。

本实施例三所示出的水体超饱和溶解氧增氧方法可对污水或者黑臭水中实现超 饱和溶解氧增氧及充氧效果，并能提高水体的透明度并降低水体中的氨氮指标，对水体治 理具有良好的治理效果，具体对比数据参下表3所示。

表3

本实施例中的其他具体技术方案请参实施例一及实施例二所述，在此不再赘述。

实施例四：

本实施例示出了一种超饱和溶解氧增氧系统，其包括空压机100、储气罐200、溶气 罐400、多个微纳米气泡发生装置500、与多个微纳米气泡发生装置500连接的复数个并置于 水面下方的推流器600、以及与溶气罐400连接的循环装置700及自动排污过滤器800，所述 溶气罐400与多个微纳米气泡发生装置500连接，多个微纳米气泡发生装置500连接复数个 推流器600。

通过该超饱和溶解氧增氧系统可使Ⅴ类水质改善为Ⅲ类或者Ⅲ类以上的水质。Ⅲ 类水质中的氧饱和度为5mg/L。Ⅲ类水质可基本满足水产品或者鱼类的生长与繁殖。

具体的，一个微纳米气泡发生装置500可通过管道连接一个推流器600，当然也可 将一个微纳米气泡发生装置500可通过管道连接两个或者数量更多的推流器600。

在常压条件下，Ⅰ类水质中的氧饱和度为9mg/L，而该超饱和溶解氧增氧水中的氧 饱和度(即充氧饱和度)可达到11mg/L，增氧效果非常显著。

本发明各实施方式所示出的该水体超饱和溶解氧增氧方法及超饱和溶解氧增氧 系统可广泛应用于水产养殖的增氧处理与水体保护、城市河道中黑臭水的水质改善以及湖 泊水库的人工增氧。

例如，在水产养殖业中，当水域中的溶解氧浓度低于2mg/L时，鱼类难以生存；溶解 氧浓度低于5mg/L时，鱼类进食量大大减少，导致产量下降；溶解氧浓度处于5mg/L-8mg/L时 才能保证鱼类可正常进食及生长。现有增氧设备，如罗茨风机、射流装置、溶气泵对水体的 增氧后的溶解氧浓度达不到6mg/L，而采用本发明所示出的增氧方法及增氧系统可对水体 进行高效快速增氧处理，具体参数请参表1至表3所示。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。