【技術領域】

本發(fā)明涉及一種曝氣單元、曝氣裝置、曝氣浮體以及曝氣方法，特別地涉及一種應用于湖泊、水產養(yǎng)殖場、污水處理廠等處的曝氣單元、曝氣裝置、曝氣浮體以及曝氣方法。

背景技術：

目前，應用于湖泊、水產養(yǎng)殖場、污水處理廠等處的曝氣裝置包括使用電動機的水面轉輪攪拌式曝氣裝置，就節(jié)能效果而言，該曝氣裝置節(jié)能性較差，并且存在氧氣的供給效率低的效果。此外，傳統(tǒng)的曝氣裝置在長期運行會形成不適合生物生存的水體環(huán)境，即水體中溶解的氣體失衡而不利于生物生存。另外，傳統(tǒng)的水面浮體在用于綠植或其它的水體修復工程時，需要額外設置曝氣裝置和推流設備，也就是曝氣裝置和浮體是分開的，浮體自身沒有曝氣功能。另外，在用于水體修復工程等的曝氣裝置中沒有浮體，需要額外設置浮體為曝氣裝置提供浮力。因此，傳統(tǒng)的曝氣裝置存在改進的空間。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種曝氣單元，所述曝氣單元包括位于下部的曝氣部、位于上部的排液部、與所述曝氣部和所述排液部相連通并位于所述曝氣部和所述排液部之間的縮頸部、經(jīng)由橫管與所述縮頸部連通的集水管以及浮體；還包括進氣口，所述進氣口設置于所述曝氣部的下方，用于供給氣體。

作為一種改進，還包括進水口，所述進水口設置于所述曝氣單元的下方，用于進入液體并與進水延長管相連通。

作為一種改進，還包括排氣口，所述排氣口設置于所述曝氣單元的上方，用于排出氣體。

作為一種改進，還包括出水口，所述出水口設置于所述排氣口的下方、但位于所述曝氣部的上方，所述出水口用于排出液體，并與出水延長管相連通。

作為一種改進，還包括集水管，所述集水管設置于所述出水口與所述排氣口之間、并與排氣口和出水口連通。

作為一種改進，所述排液部設有排液插件，所述排液插件的內部具有多個獨立空間，從所述排液插件的橫截面來看，所述多個獨立空間由經(jīng)過橫截面中心的多條線分隔而成、或者由兩組平行線相互交叉而分隔形成。

作為一種改進，所述縮頸部的橫截面面積自下而上逐漸變小。

作為一種改進，所述進水延長管的入口和所述出水延長管的出口均自由設置在水體中的需要處理的位置。

本發(fā)明提供一種曝氣裝置，所述曝氣裝置包括本發(fā)明的曝氣單元。

作為一種改進，多個所述曝氣單元通過所述進氣口、所述進水口、所述出水口在立體空間的多個方向上進行組合形成氣體通路和水路通路。

本發(fā)明提供一種曝氣浮體，所述曝氣浮體包括本發(fā)明的曝氣單元。

本發(fā)明提供一曝氣方法，所述曝氣方法使用本發(fā)明的曝氣單元或本發(fā)明的曝氣裝置進行曝氣處理。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的曝氣單元，內部具有水氣通路，集浮體和曝氣功能為一體，尤其適用于水產養(yǎng)殖、河道治理的水體凈化及水污染防治方面；

(2)本發(fā)明的曝氣單元屬于淺水曝氣，對動力功率的要求低，即，裝置化時作為動力所需的太陽能板面積更小，有利于裝置的小型化。同等功率下處理水量大，具有節(jié)能效果；

(3)曝氣單元內部形成的高含氣率狀態(tài)，有利于水中的硫化氫、氨氣等有毒有害氣體排出，能夠調節(jié)水體中的溶解氣體平衡，并提高氣體溶解效率和供氧效率

(4)本發(fā)明的曝氣單元為組合式安裝，方便快捷，并且組合形式多樣，組合后直接在內部形成水氣通路，能夠以微小動力實現(xiàn)區(qū)域水域的增氧及造流；

(5)本發(fā)明可作為具有曝氣功能的浮體使用，可用于浮動式碼頭、水面電站的浮體平臺，使水面工程建筑具有水體修復的功能；

(6)本發(fā)明結構簡單，便于大批量生產，節(jié)約成本。

【附圖說明】

圖1為實施例1的曝氣單元的內部結構示意圖。

圖2為實施例1的曝氣單元的立體示意圖。

圖3為包括實施例1的曝氣單元的曝氣裝置的剖面結構示意圖。

圖4為包括圖3的曝氣裝置的生態(tài)浮島的立體示意圖。

圖5為實施例2的曝氣單元的內部結構示意圖。

圖6為實施例2的曝氣單元的立體示意圖。

圖7為包括實施例2的曝氣單元的曝氣裝置的剖面結構示意圖。

圖8為實施例3的曝氣單元的內部結構示意圖。

圖9為實施例3的曝氣單元的立體示意圖。

圖10為本發(fā)明的曝氣單元的排液插件的截面示意圖，其中，圖10的(a)為排液插件的第一種形式的圓形截面，圖10的(b)為排液插件的第二種形式的圓形截面，圖10的(c)為排液插件的第一種形式的多邊形截面，圖10的(d)為排液插件的第二種形式的多邊形截面。

圖11為包括實施例3的曝氣單元的曝氣裝置的立體示意圖。

圖中，1.曝氣單元；2.進水口；3.進氣口；4.曝氣部；5.縮頸部；6.排液部；7.橫管；8.排氣口；9.集水管；10.出水口；11.浮體；111a.上部陽面嵌套；111b.上部陰面嵌套孔；112a、113a、114a、211a、212a、213a、214a、215a、216a、217a、218a陽面嵌套；112b、113b、114b、211b、212b、213b、214b、215b、216b、217b、218b陰面嵌套孔；221a.上側橫向陽面嵌套；222a.下側橫向陽面嵌套；221b.上側橫向陰面嵌套孔；222b.下側橫向陰面嵌套孔。

【具體實施方式】

下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

第一實施方式

為了更清楚地說明實施例1，在圖1和圖2中，以設有進氣口3和出水口10的外表面的一側稱為第一外表面?zhèn)龋c第一外表面?zhèn)认喾吹囊粋鹊耐獗砻鎮(zhèn)确Q為第二外表面?zhèn)?。并且設有進氣口3和出水口10的外表面的左右兩側為第三外表面?zhèn)群偷谒耐獗砻鎮(zhèn)?。應注意，這些限定僅用于說明。

本實施方式的曝氣單元1是設置于水中的曝氣單元，具體地，該曝氣單元1可以設置于水深例如為10-50cm的水域中。該曝氣單元1內部具有水氣通路，集浮體和曝氣功能為一體，尤其適用于水產養(yǎng)殖、河道治理的水體凈化及水污染防治方面。

從圖1和圖2中可知，與傳統(tǒng)的圓形橫截面不同，曝氣單元1的橫截面可以為矩形等的四邊形。曝氣單元1包括：進水口2，其位于曝氣單元下部的一側面，比如為第四外表面；進氣口3，其位于進水口2的上方，并且該進氣口3通過氣體分配器與風機相連；曝氣部4，其位于進氣口3的上方并與進氣口3連接，并且該曝氣部4設置有曝氣器；縮頸部5，位于曝氣部4的上側，并且該縮頸部5的橫截面面積自下而上逐漸變??；排液部6，其位于縮頸部5的上方，并且該排液部6設置有設置有排液插件，排液插件的內部具有多個獨立空間，從排液插件的橫截面來看，該多個獨立空間例如由經(jīng)過橫截面中心的多條線分隔而成、或者由兩組平行線相互交叉分隔形成，該橫截面例如為圓形、多邊形等，具體參見圖10，這些形式的截面僅用于說明，而不能理解為對排液插件的截面的限制；排液插件能夠增強氣泡與氣泡之間相互擠壓，并減小氣泡與氣泡之間的間隔以便于排液；具有該這結構的排液插件使氣泡在固定路徑中上升，提高氣泡上升速度，使大氣泡細碎化，并且有利于有效提高水中的溶解氧含量；進入曝氣部由氣泡帶動一起上升的水體，在縮頸部及排液插件的作用下，氣泡中的成分氣體與水中的存在的其它代謝后產生的氨及硫化氫等其它氣體快速交換，達到水中和氣泡中溶解平衡，即將水中有害氣體排到氣泡中，氣泡中有益氣體，如氧氣進入到水中，由此曝氣單元內部形成的高含氣率狀態(tài)有利于水中的硫化氫、氨氣等有毒有害氣體排出，能夠調節(jié)水體中的溶解氣體平衡，并提高氣體溶解效率；橫管7，其與排氣口8連通，并且該橫管7用于將氣泡輸送至集水管9；排氣口8，其位于該曝氣單元1的上端面，并且該排氣口8用于排出氣體；集水管9，其位于排氣口8的下方，在集水管9中匯集了氣泡以及連同隨氣泡運動的液體，在重力作用下形成氣液分離，大量氣泡在聚集在集水管9的上端破碎，氣泡液膜破碎產生大量伴隨微小氣泡，水體及微小氣泡沿集水管下降至出水口10。氣泡破裂后的氣體從排氣口8排出；出水口10，其將集水管9中分離出的液體排出；以及浮體(在本實施方式中為浮筒部)11，其用于提供該曝氣單元1的水面浮力，該浮筒部11為圓形、方形或者其它形狀，并且由實心或空心的輕質材料構成。

第二實施方式

本實施方式的曝氣單元可以單獨使用，也可以使兩個或多個曝氣單元組合式連接在一起作為曝氣單元而使用。本發(fā)明的曝氣單元屬于淺水曝氣，對動力功率的要求低，即，裝置化時作為動力所需的太陽能板面積更小，有利于裝置的小型化。另外，同等功率下處理水量大，具有節(jié)能效果。如圖3、圖7和圖11所示，多個曝氣單元或者多個組合式曝氣單元通過連接形成曝氣裝置。曝氣裝置可以應用在湖泊、水產養(yǎng)殖場、污水處理廠等處，例如應用在如圖4所示的生態(tài)浮島中，通過曝氣單元在例如10-50cm的水深處曝氣，能夠使出水口10和進水口2之間形成對流。具體地，曝氣單元1的進水口2和出水口10分別與橫向、縱向或其它方向的延長管連通，由此擴大上述曝氣所影響的水體面積，從而改善大面積的水體。應注意，延長管包括進水延長管和出水延長管。此外，進水延長管的入口和出水延長管的出口均設置在水體中的需要修復水體的位置，例如遠離或靠近曝氣單元1的進水口2和出水口10的位置。當曝氣單元1曝氣時，帶動水體從集水管9排出，由此在集水管9和外界水體之間形成水位差，利用重力和大氣壓力將深處或遠處的水體自動地吸入曝氣單元1，實現(xiàn)了例如深處或遠處的水體曝氣過程，使進水延長管的入口和出口之間形成約束的對流，即利用微小動力就可以完成對大面積水域甚至整個水域的造流。因此，節(jié)能化實現(xiàn)了整個水體的造流。應注意，多個曝氣單元1的連接方式例如將各曝氣單元的進水口2通過進水管連接以形成進水管路。另外，多個曝氣單元1例如沿進氣口3的中心軸線方向連接，由進氣口3連接成完整進氣管路，其中，進氣管路中設置有曝氣管。在上述連接方式中，多個曝氣單元1同樣地沿出水口10的中心軸線方向形成排氣管路。綜上，多個曝氣單元1通過進氣口3、進水口2、出水口10在立體空間的多個方向上進行組合，形成氣體通路、水路通路，由此形成具有水路通路和氣體通路的模塊化浮體曝氣裝置。另外，本發(fā)明的曝氣單元1包括用于提供浮體的浮體11，在使用中無需額外提供浮體，由此提高了節(jié)能性。

另外，為了使多個曝氣單元1連接，曝氣單元1還在第三外表面?zhèn)群偷谒耐獗砻鎮(zhèn)戎幸粋仍O有上部陽面嵌套111a，而在另一側設有上部陰面嵌套孔111b(在本實施方式中，在第三外表面?zhèn)仍O有上部陽面嵌套111a，而在第四外表面?zhèn)仍O有上部陰面嵌套孔111b)。然而，也可以在第三外表面?zhèn)仍O有上部陰面嵌套孔111b，而在第四外表面?zhèn)仍O有上部陽面嵌套111a。在出水口10的第一外表面?zhèn)仍O有陽面嵌套112a或陰面嵌套孔112b，而在出水口的第二外表面?zhèn)仍O有陰面嵌套孔112b或陽面嵌套112a。同樣地，在進水口2的第一外表面?zhèn)仍O有陽面嵌套113a或陰面嵌套孔113b，而在進水口2的第二外表面?zhèn)仍O有陰面嵌套孔113b或陽面嵌套113a。同樣地，在進氣口3的第一外表面?zhèn)仍O有陽面嵌套114a或陰面嵌套孔114b，而在進氣口3的第二外表面?zhèn)仍O有陰面嵌套孔114b或陽面嵌套114a。通過上述陽面嵌套和上述陰面嵌套孔例如以嵌套的方式進行連接以實現(xiàn)無縫連接。

在本實施方式中，在進水管路、出水管路、進水延長管、出水延長管以及氣體通路中，各管之間以嵌套的方式連接。應注意，多個曝氣單元1還可以根據(jù)需要而使用其它的連接方式，不同連接方式形成的進水管路和出水管路、進水延長管及出水延長管形成水路管網(wǎng)，因此可以實現(xiàn)水體定點修復。

另外，在發(fā)明中，曝氣單元1設置有如圖1和圖2所示縮頸部，該縮頸部5與設置有排液插件的排液部6連通，并且該縮頸部5提高了排液效果。當混合氣液經(jīng)過縮頸部5時，氣泡和水之間處于高含氣率狀態(tài)，氣泡之間相互擠壓，可以迅速減小氣泡之間液膜厚度，提高氣液之間的傳質速度，同時通過調節(jié)曝氣單元1與外界水體之間的水位差來調整出水量。具體地，當曝氣管中氣泡上升時，氣泡連同隨其上升的液體上升至縮頸部上端，經(jīng)由橫管進入集水管，氣體經(jīng)由排氣口排出，曝氣后的液體因重力作用而下降至出水口10，并通過出水管路排出。由于縮頸部5，使混合氣液的通過面積變小，在氣泡和水處于排液狀態(tài)時，減少了氣泡周圍尚未進行充分氣液傳質的液體的量，增大了氣液比及單位體積水體中的氣泡含量，提高氣液傳質效率及速度，并提高了曝氣之后液體內的氣體的溶解濃度。

應注意，在本實施方式中，進氣口3和出水口10以中心軸線相互平行的方式設置，而進氣口3與進水口10以中心軸線相互垂直的方式設置。另外，在曝氣單元1內氣體和水的輸送都是單向的。然而，這些僅用于說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的實施方式。

實施例2

為了更清楚地說明實施例2，在圖5和圖6中，以設有進氣口3和進水口2的外表面的一側稱為第一外表面?zhèn)?，而與第一外表面?zhèn)认喾吹囊粋鹊耐獗砻鎮(zhèn)确Q為第二外表面?zhèn)取Ａ硗?，在本實施方式中，與實施例1和實施例2相同或部件以相同的附圖標記表示。

與實施例1的區(qū)別在于，在本實施方式的曝氣單元1中，如圖3和圖4所示，曝氣單元1的結構相對于紙面左右方向對稱，進水口2和進氣口3以中心軸線平行的方式設置在曝氣單元1的下部的外表面上，由此氣體和水的輸出方向是雙向的，即，輸出路徑為兩種。與實施例1中的縮頸部5不同，本實施方式的縮頸部5可以根據(jù)使用條件而進行對應調整，例如縮頸部可以為矩形、圓形或其它形狀。一方面，曝氣單元1的四個角部在第一側外表面設有四個陽面嵌套211a、212a、213a、214a，兩個出水口10在第一側外表面?zhèn)染O有陽面嵌套215a、216a，并且進氣口3和進水口2在第一側外表面?zhèn)韧瑯拥卦O有陽面嵌套217a、218a。另一方面，曝氣單元1的四個角部在與第二側外表面設有四個分別與陽面嵌套211a、212a、213a、214a相對應的陰面嵌套孔211b、212b、213b、214b，兩個出水口10在第二側外表面均設有陰面嵌套孔215b、216b，并且進氣口3和進水口2在第二側外表面同樣地設有陰面嵌套孔217b、218b。此外，在曝氣單元1的上端面和下端面均以與紙面上下方向對稱的方式設置有兩個螺栓定位孔(圖中未示出)，并且在曝氣單元1的左右兩側中一側設有上側橫向陽面嵌套221a和下側橫向陽面嵌套222a，而在另一側設有上側橫向陰面嵌套孔221b和下側橫向陰面嵌套孔222b。陽面嵌套和陰面嵌套孔以及螺栓定位孔用于多個曝氣單元之間的連接。應注意，當單獨使用曝氣單元而不組合多個曝氣單元的情況下，可以不設置陽面嵌套和陰面嵌套孔以及螺栓定位孔等。其它方面均與實施例相同，因此省略了這些方面的說明。

實施例3

在本實施方式中，與實施例1和實施例2相同或部件以相同的附圖標記表示。應注意，本發(fā)明并非旨在以任何形式限于這些示例。

如圖8和圖9所示，曝氣單元1包括多個不同直徑的圓筒部，與實施例1和實施例2不同地，本實施方式的曝氣單元1沒有浮體，在應用中，需要配合另外的浮體進行使用。另外，在多個曝氣單元相互連接時，根據(jù)曝氣單元的進管口、出水管及進氣口的中心軸線的方向來確定多個曝氣單元的連接方式。例如，多個曝氣單元連接之后，進水管和出水管相互平行或者相互垂直，具體參見圖11。其它方面均與實施例1相同，因此省略了這些方面的說明。應注意，本發(fā)明并非旨在以任何形式限于這些示例。

由于本發(fā)明的曝氣單元的曝氣部處于較淺的水深處，氣體進入曝氣單元時克服水深壓力較小，所需功率小，并且還連接有進水延長管和出水延長管，所以利用具有實施例1和實施例2的曝氣單元的曝氣裝置與供能設備，在大面積水域甚至整個水域實現(xiàn)了節(jié)能化曝氣過程，并能夠調節(jié)水體中的溶解氣體的平衡以提供有利于生物生存的水體環(huán)境。另外，包括本發(fā)明的曝氣單元的曝氣裝置還可以為水生生物供氧等。另外，利用具有實施例3的曝氣單元的曝氣裝置、浮體以及供能設備能夠實現(xiàn)節(jié)能化曝氣過程，由此調節(jié)水體中的溶解氣體的平衡，并為水生生物供氧。另外，包括本發(fā)明的曝氣單元的曝氣裝置還可以與供能設備及水培設備配合使用，通過本發(fā)明的曝氣裝置，不僅調節(jié)水體的溶解氣體，還通過水培設備實現(xiàn)了水體原位修復的功能。另外，多個本發(fā)明的曝氣單元相互之間在立體空間的多個方向上進行組合，構成內部具有水、氣的通路的浮體模塊，還能夠應用于湖泊、水產養(yǎng)殖場、污水處理廠等以及水上光伏電站及其它水面工程的浮體。需要說明的是，供能設備為例如太陽能浮島、風光互補式浮島、電動機等。

此外，本發(fā)明的曝氣單元制造簡單，可以廉價大規(guī)模生產，因此，能夠降低成本。

實施例4

本發(fā)明提供了一種曝氣浮體，該曝氣浮體具有曝氣的功能，并且包括實施例1和實施例2的曝氣單元1。由于實施例1和實施例2的曝氣單元1包括用于提供浮體的浮體11，多個曝氣單元1通過進氣口3、進水口2、出水口10在立體空間的多個方向上進行組合，形成氣體通路、水路通路，由此形成具有水路通路和氣體通路的曝氣浮體，而無需額外提供浮體，由此提高了節(jié)能性。另外，本發(fā)明可作為具有曝氣功能的浮體使用，可用于浮動式碼頭、水面電站的浮體平臺，使水面工程建筑具有水體修復的功能

實施例5

本發(fā)明提供了一種曝氣方法，該曝氣方法使用實施例1至實施例3的曝氣單元或使用包括實施例1至實施例3的曝氣單元的曝氣裝置，該曝氣方法包括：曝氣增氧步驟，使用本發(fā)明的曝氣單元或使用包括本發(fā)明的曝氣單元的曝氣裝置進行曝氣增氧處理；

造流步驟，利用該曝氣單元中的橫管內的水位與外界水體的水位之差，將需要修復的水體提升進入該曝氣單元，使進水管的管口與出水管的管口或者進水延長管的管口與出水延長管的管口之間形成約束的對流，以實現(xiàn)造流，并且定點修復水體。

通過本實施方式的曝氣方法，以微小動力形成大區(qū)域的水體造流、增氧、定點輸入、定點輸出的曝氣方法，由此實現(xiàn)水體定點修復。

以上所述的僅是本發(fā)明的實施方式，在此應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。