本實用新型涉及水處理設備技術領域，特別是涉及氧化池氣涌水曝氣墩及其系統組件和陣列。

背景技術：

水處理領域中水體驅動與增氧的問題，造流曝氣是水處理的水體循環增氧必需手段，從機械造流設備與曝氣增氧裝置各自為政的單功能設備或裝置，如水下推流機，曝氣器。發展到同時表達機械推流與曝氣增氧多種功能的多功效合成設備或裝置，如轉刷式增氧機、射流曝氣器、曝氣汲水技術等等，無不想達到既可驅動水體流動交換，又能強化增氧，或兼有泵升驅水循環往復功能的目的。

近年來，污水處理中的生化處理法，是眾多方法中經濟而有效的方法之一。國內外對生化處理法增氧技術的研究主要集中在機械式增氧和氣液接觸式增氧兩大方面。曝氣池是一個大環境，有2個因素對曝氣池水體流動性有要求：一是防止濃度梯度所需的推流運動；二是防止活性污泥沉降的升流運動。氣泡在作升泡運動時，要不斷排斥水體，因此擴散的氣流必然會帶來升流運動，進入曝氣池的水流量與回流量會有一定的推流作用。曝氣器則是該處理法中為被處理污水提供足夠溶解氧的關鍵設備，它的充氧性能不僅影響生化效果，而且直接影響遠期運營費用。因此，研究具有充氧能力強、氧利用率高、攪拌、推流及服務面積大等諸多優點的新型曝氣器具有極其重要的現實意義和實用價值。如果能采用在點式布氣條件之下，密度較輕的氣體推動密度較重的水體而加大流動作用，將有重大的實際應用價值。較多應用的是射流曝氣器將氣流或氣-液混合流導入曝氣池，以增加液體中氧含量與攪拌的裝置。目前，射流曝氣器亦在氧化溝污水生化處理中應用。由于氧化溝中的混合液需處于循環流動狀態，而且循環流動量遠大于污水進水量；循環流動一周的時間遠小于水力停留時間。因而要求它的曝氣設備應該同時具備或最好同時具備曝氣充氧和攪拌推流的雙重功能（從某種意義上說，后者比前者更為重要）。射流曝氣器與其它曝氣設備（如立軸曝氣葉輪、臥軸曝氣轉刷、導管曝氣裝置等）一樣，之所以可用于氧化溝，就是因為由它產生的挾氣兼溶氣流體能夠滿足上述要求。射流曝氣裝置能夠解決制約先進生物處理工藝應用瓶頸問題，已逐步成為各國水處理界的共識。射流曝氣技術的應用與完善 ,有賴于射流曝氣器的研制與發展。射流曝氣是繼機械曝氣和鼓風機曝氣之后的第三類曝氣方法。射流曝氣器既不是一種氣泡擴散裝置，也不是一種機械曝氣設備，射流器是介于前兩者之間的一種曝氣設備，射流曝氣是利用射流曝氣器將氣流或氣-液混合流導入曝氣池，以增加液體中氧含量的系統，利用氣泡擴散和水力剪切這兩個作用達到曝氣和混合的目的。射流曝氣兼有充氧和推流作用,動力效率比轉刷類表面曝氣機高,維護比微孔曝氣簡單,所以在內循環氧化溝工藝中被廣泛采用。射流曝氣兼具有表曝機和微孔曝氣機的優點,系統穩定可靠、維修簡單,不易堵塞。動力效率高,相對降低了廢氣、水霧和泡沫的產生,減少了二次污染。由于射流器的作用使得水流劇烈混合、剪切,活性污泥形成細密的絮凝體,絲狀菌很難繁殖,不易產生污泥膨脹,使活性污泥在形態和生理特性上有別于傳統活性污泥法曝氣池中的污泥,表現出良好的生化活性狀態,具有較高的生化負荷。射流曝氣機有自吸式和供氣式兩種形式，發揮曝氣充氧、混合、推動水體循環流動和防止活性污泥沉淀的作用。自吸式射流曝氣機由潛水泵和射流器組成。當潛水泵工作時，高壓噴出的水流通過射流器噴嘴產生射流，通過擴散管進口處的喉管時，在氣水混合室內產生負壓，受水深限制地將液面以上的空氣由通向大氣的導管吸入，經與水充分混合后，空氣與水的混合液從射流器噴出，可在單一方向獲得強力的攪拌效果與池中的水體進行混合充氧，并形成環流。供氣式射流曝氣機一般由單一的射流器構成，安裝在氧化溝底部，外接加壓水管、壓縮空氣管。工作原理為送入的壓縮空氣與加壓水充分混合后向水平方向噴射，形成射流和混合攪拌區，對水體充氧曝氣，氧轉移率高。由于需要循環泵，外設加壓水管及壓縮空氣系統，使供氣式射流曝氣機整個設備變得復雜。

鑒于上述存在的問題及其缺陷，有必要對現有設計提出新的改進。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型提供了一種氧化池氣涌水曝氣墩及其系統組件和陣列，全面地提高了射流曝氣器的性能，在待治理水體內任何需要部位敷設氣涌水射流曝氣管墩及其組成的氣涌水汲排管道系統，利用氣泵提供的壓力氣體對水體進行曝氣同時氣舉汲排造流，用密度較輕的氣體涌水射流，推動密度較重的水體流動，采用在類同點式布氣條件之下，驅動全域水體形成循環往復流場，節能降耗功能明顯，產生重大的實際應用價值。

本實用新型為解決其技術問題所采用的技術方案是：

氧化池氣涌水曝氣墩，其特征在于包括：

混凝土墩配重沉塊，所述混凝土墩配重沉塊為中空結構，且其一個側壁開設有與所述中空結構貫通的通孔，所述混凝土墩配重沉塊在使用時設置于水中；

縱向直通管，所述縱向直通管設置于所述混凝土墩配重沉塊頂部并與所述中空結構相連通；

固堵三通管，所述固堵三通管安裝于所述縱向直通管頂部。

作為對上述方案的進一步改進，所述固堵三通管為固堵直三通管。

進一步，所述固堵三通管為固堵斜三通管。

進一步，所述混凝土墩配重沉塊的尺寸為高270 mm*長280mm*寬280mm。

氧化池氣涌水曝氣墩系統組件，其特征在于包括：

所述的氧化池氣涌水曝氣墩；

供氧曝氣裝置，所述供氧曝氣裝置設置于所述混凝土墩配重沉塊內；

細碎氣泡內構件，所述細碎氣泡內構件設置于所述固堵三通管的上部區域內。

進一步，所述細碎氣泡內構件為混合螺旋器。

進一步，所述細碎氣泡內構件為撓流細碎弧板。

氣涌水斜壓噴底推流管墩陣列，其特征在于包括：

所述的氧化池氣涌水曝氣墩系統組件，所述氧化池氣涌水曝氣墩系統組件設置于圓形水處理池；

排污井，所述排污井位于圓形水處理池中央；

電動機，所述電動機與氧化池氣涌水曝氣墩系統組件電氣連接；

其中，若干氧化池氣涌水曝氣墩系統組件設有兩組，每組設有四個，并關于排污井呈左右對稱布置，構成雙列八管墩陣列。

氣涌水斜壓噴底推流管墩陣列，其特征在于包括：

所述的氧化池氣涌水曝氣墩系統組件，所述氧化池氣涌水曝氣墩系統組件設置于方形水處理池；

排污井，所述排污井位于圓形水處理池中央；

電動機，所述電動機與氧化池氣涌水曝氣墩系統組件電氣連接；

其中，若干氧化池氣涌水曝氣墩系統組件設有四組，每組設有八個，并關于排污井呈十字對稱布置，構成四列三十二管墩陣列。

本實用新型的有益效果是：本實用新型作為一種氧化池氣涌水曝氣墩及其系統組件和陣列，氣涌水射流曝氣管墩為供氧曝氣裝置、細碎氣泡內構件與水中混凝土墩配重沉塊的合構體，排列水體中，運用曝氣這種基本手段，體現氣提水原理，形成氣涌水式曝氣造流。氣涌水式曝氣造流創新替代現階段的機械動力式射流曝氣手段，在曝氣增氧同時達成驅動水體大流量移動流態。它的作用己不僅僅作為一種大孔徑氣泡擴散充氧裝置，如鼓風曝氣中的各種空氣擴散裝置，也不能看成為一種機械曝氣設備，而是介于這兩者之間，近似射流曝氣機，但氣液工作性質相反。利用帶壓的氣體作為工作流體，融合了當今射流曝氣，物相強化傳遞，紊流剪切等技術。因此，空氣中氧的轉化率高，氣液相處時間長，具備良好的應用前景。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

圖1為本實用新型所述氧化池氣涌水曝氣墩剖視結構示意圖一，其中所述固堵三通管為固堵直三通管；

圖2為本實用新型所述氧化池氣涌水曝氣墩剖視結構示意圖二，其中所述固堵三通管為固堵斜三通管；

圖3為本實用新型所述撓流細碎弧板結構示意圖；

圖4為本實用新型所述氧化池氣涌水曝氣墩剖視結構示意圖三，其中所述固堵三通管為固堵直三通管，且細碎氣泡內構件為混合螺旋器；

圖5為本實用新型所述氣涌水斜壓噴底推流管墩陣列結構示意圖，構成雙列八管墩陣列；

圖6為本實用新型所述氣涌水斜壓噴底推流管墩陣列結構示意圖，構成四列三十二管墩陣列。

具體實施方式

參照圖1—圖4，氧化池氣涌水曝氣墩，包括：混凝土墩配重沉塊1，所述混凝土墩配重沉塊1為中空結構，且其一個側壁開設有與所述中空結構貫通的通孔11，所述混凝土墩配重沉塊1在使用時設置于水中；縱向直通管2，所述縱向直通管2設置于所述混凝土墩配重沉塊1頂部并與所述中空結構相連通；固堵三通管3，所述固堵三通管3安裝于所述縱向直通管2頂部。

如果固堵三通管3為固堵直三通管。氣涌水推流曝氣管墩以帶壓空氣為工作介質，噴口流出不同規格的氣泡液流，類似美國低壓供氣式射流曝氣管系工作效能，但是無需配備水泵及管系

如果固堵三通管3為固堵斜三通管。氣涌水斜壓流曝氣管墩在受限曝氣筒構里，利用細碎混合內構件對空氣與水體進行細碎，單向下斜噴流（類同單向科爾庭射流曝氣器），同樣達到使污水中增氧的效果，但各類成本在工作水深大于四米時，比各種曝氣法低得多。

混凝土墩配重沉塊1的尺寸為高270 mm*長280mm*寬280mm。

氧化池氣涌水曝氣墩系統組件，包括：所述的氧化池氣涌水曝氣墩；供氧曝氣裝置4，所述供氧曝氣裝置4設置于所述混凝土墩配重沉塊1內；細碎氣泡內構件，所述細碎氣泡內構件設置于所述固堵三通管3的上部區域內。

細碎氣泡內構件為混合螺旋器5或者細碎氣泡內構件為撓流細碎弧板6。

氣涌水射流曝氣管墩參數如下：氣涌水射流曝氣管墩管構件直徑：160mm墩管構件高度：650mm；沉穩合成墩尺寸： 高270 mm×寬280mm×寬280mm；單座“氣涌水射流曝氣管墩”性能參數：配氣量在9~15 m3/h之間。即曝氣量為：0.15～0.25 m3/min，最大0.25 m3/min。在水深2.0米實驗時，配氣量10 m3/h，氣涌水比例：1：2，射流量20m3/h，功耗為185瓦·時，為同等射流量水泵功耗的20%不到。在水深4.0米時，曝氣量10m3/h，氣涌水比例：1：3，曝氣汲排水流量30m3/h。功耗為250瓦·時，為同等射流量水泵功耗的17%。

單個氣涌水射流曝氣管墩的流體技術參數：在水深4.0米時，氣涌水比例：1：3（保守值）。氣涌水流量：配氣量10 m3/h，涌水流量30m3/h，單個氣涌水射流曝氣管墩的功耗0.25～0.3 kw/h。充氧效率：當水深４m時，η=16-20%，曝氣充氧為：3.8kgO2 / kw·h（參考OHR曝氣器充氣增氧公知參數）。

氣涌水射流曝氣管墩特點：1、在氣涌水射流曝氣管墩管構件內，壓力空氣通過供氣管路送至氣涌水凈化處理器底部的氣泡發生裝置中涌出，氣泡以約1.2～1.8米/秒的速度上升噴射，產生引射式氣涌水舉流，同時氣水混合液密度變小 ，在氣提水原理的共同作用下，使水、氣混合垂直上升，進行氣涌水汲排過程。再利用細碎氣泡裝置（管內插入物）進行氣液水力剪切擴散，提高溶氧效率。最后，將水氣混合流體由垂直上升變成水平移動噴出，形成射流與伴流增加氣水混合效率，進行曝氣供氧同步發揮推流攪拌作用。2、水氣混合流體以約0.6～0.8米/秒（射流口實驗時測量）的速度水平噴射，構成水平射流，達成射流曝氣（泵）機的效能。在氧化溝污水處理系統中，氣涌水射流曝氣管墩僅用曝氣增氧的能耗就可以同時產生曝氣增氧與造流能效。汲底與水平射流確保池底活性污泥被汲排升起懸浮；汲底水流還緊貼池底平面，射流的排出流束引發池底活性污泥升起，保持全部活性污泥的懸浮狀態，可有效避免活性污泥滯留現象出現。3、氣涌水射流曝氣管墩的管構部件固定，沒有任何轉動機械部件，因此，運行過程中，無故障。供氣管道系統主管道架樁從水平面伸延至“氣涌水射流曝氣管墩”上方，再分支氣管路至氣涌水凈化處理器。供氣管道系統主管道布局設計與具體材料清單視實際情況另定。4、可以單獨提離維修與加裝調整方便，安裝無水下與空水作業的要求，更無停止運行的麻煩。

氣涌水泵管組件推流曝氣效能的原理支持與技術參數：

氣涌水泵管組件從1.5米水深起，工作效能才顯著。當工作水深在2.0米左右時，射流或曝氣時，能比對的類同設備較多。工作水深達到4.0米，射流或曝氣時，能比對的類同設備僅有曝氣頭、低壓供氣式射流曝氣管系、科爾庭射流曝氣器。在淹沒條件下，同等功耗，單位時間內，氣涌水泵管組件推流曝氣工作參數與類同設備參數比對以下技術層面數據：1、入水空氣總量，以曝氣頭為參驗對象；2、形成微細氣泡的規格與總量，在2.0米工作水深時，以自吸式射流泵為參驗對象；工作水深達到4.0米時，以低壓供氣式射流曝氣管系為參驗對象；3、噴射流量與速度，一般以水泵性能指數為參考，工作水深達到4.0米時，以低壓供氣式射流曝氣管系、科爾庭射流曝氣器為參驗對象。

氣涌水推流曝氣管墩與供氣式射流曝氣器比對原理與參數：

1、供氣量與汲排水量（氣水比）：

在工作水深達到4.0米時，同氣涌水推流曝氣管墩工作狀態類似的只有低壓供氣式射流曝氣管系、科爾庭射流曝氣器這兩種供氣式射流設備。美國低壓供氣式射流曝氣器的氣水比約2：1；德國科爾庭射流曝氣器氣水比一般設計點為4:1左右，科爾庭射流曝氣器的最佳工況點出現在氣水比為2.5:1時；科爾庭射流曝氣器的液流壓力需求剛好是低壓供氣式射流曝氣器的2倍。可見，這兩種供氣式的射流設備原理大同小異，只有氣水比和液流壓力有區別。它們既不是一種氣泡擴散裝置,也不是一種機械曝氣設備,而是一種綜合式射流曝氣設備。利用供氣式射流曝氣器清水充氧性能測試裝置，對低壓供氣式射流曝氣器進行清水充氧性能研究。清水試驗表明：低壓供氣式射流曝氣器氧利用率達16.34％；理論動力效率達2.65～3.05kgO2／kW.h。優于其它形式的曝氣設備，能有效降低能耗。氣涌水推流曝氣管墩以帶壓空氣為工作介質，噴口流出不同規格的氣泡群液流，類似美國低壓供氣式射流曝氣管系和德國科爾庭射流曝氣器這兩種射流曝氣設備的工作狀態。氣涌水射流曝氣管墩同它們都有水力剪切曝氣功能，但是主要性能接近噴射泵，為氣提水泵類。氣涌水推流曝氣管墩的氣水比隨水深的加深而變化，水深在2.0米時，氣水比1:2，水深達到4.0米時，氣水比實際上達到1:3（額定數，保守取值）。氣水比隨水深的增加而變小。當水深一定，每個標配氣涌水推流曝氣管墩的供氣量可以在設置的數據上50%下30%范圍調整，但是氣水比保守取值1:3（額定數）不變。由于射流曝氣設備的動力效率會隨著氣水比增加而降低，在混合喉管內要達到氣液最大接觸面積，氣液比宜為1:1，氧轉移效率和充氧動力效率處于最佳狀態。在氣液最大接觸面積相同的情況下，如果氣體體積少于水體體積（氣水比小），則提高氣液流體的有效撞擊動量，水力剪切形成的氣泡更小，并且有足夠供氣泡擴散的水體容積。從上可知，氣涌水射流曝氣管墩更優于所有其它形式的曝氣設備，更有效降低能耗。需氧量是根據水量的多少來確定的，如果水量變化系數在1.3左右。普通射流器的充氧量是能夠滿足曝氣池溶解氧(1.5—2.8mg/l)的變化幅度。當水質水量變化幅度較大時，普通射流器就難以滿足，這就是普通射流器不易調節氧的缺點。因為充氧量是一個定容式的。縮小吸氣孔電耗浪費大，如果不運行水泵，則失去了攪拌作用，使污泥產生沉淀。氣涌水推流曝氣管墩調節進氣量可以調節氣涌水汲排流量，設計最低進氣量，根據水質水量的增加調節進氣量可以改變氣涌水汲排流量，適應水質水量變化幅度較大情況。同所有曝氣器相比，氣涌水推流曝氣管墩可以放置在更深的水中，比曝氣器有更強的攪拌作用，而且不用復雜的布置過程。如果需要曝氣的面積很大，它就更合適了，能多點多向安裝，形成增氧流態流場，覆蓋面積大成本小。

2、不同氣泡的規格與總量：

氣涌水推流曝氣管墩工作水深達到4.0米時，水氣混合流體以約0.6～0.8米/秒的速度水平噴射，構成水平推流，達成射流曝氣（泵）機的效能。氣水比保守取值可達1:3（34%）。

3、噴口流速與推流距離：

在2.0米工作水深時，氣涌水推流曝氣管墩噴口流速0.4～0.5米/秒的速度（噴流口實驗時測量），推流距離約2.0米（實測）。在工作水深達到4.0米時，氣涌水推流曝氣管墩噴口流速0.6～0.8米/秒的速度，推流距離約3.0米（估算）。

氣涌水推流曝氣管墩同供氣式射流曝氣器比對與計算數據：

已知：1、羅茨氣泵與水泵的技術性能參數，在工作水深達到4.0米時，羅茨氣泵的供氣量為40m3/ kw·h。水泵的供水性能為10～15m3/ kw·h。2、美國低壓供氣式射流曝氣器的氣水比約2:1；當供氣量為40m3/ h時，對應供水量20m3/ h.。從羅茨氣泵與水泵的技術性能參數可知，合計耗能2 kw·h。3、在工作水深達到4.0米時，相比美國低壓供氣式射流曝氣器的氣水比約2:1，氣涌水推流曝氣管墩的供氣量與汲排水量（氣水比）實際上達到1:3（定數，保守取值），當在4.0米工作水深時，羅茨氣泵的供氣量為40m3/h.時，耗能1kw·h，氣涌水推流曝氣管墩汲排水量達到120m3/ h。節省水泵的能耗1kw·h.，還多噴流水量100m3/ h。相比德國科爾庭射流曝氣器的氣水比一般設計點為4:1時，氣涌水推流曝氣管墩還多噴流水量110m3/ h。4、由于供氣式射流設備的動力效率會隨著氣水比增加而降低，在混合喉管內要達到氣液最大接觸面積，氣液比宜為1:1，氧轉移效率和充氧動力效率處于最佳狀態。在氣液最大接觸面積相同的情況下，如果氣體體積少于水體體積（氣水比小），則提高氣液流體的有效撞擊動量，有足夠的氣泡擴散水體容積，水力剪切形成的氣泡更小。由此可知，在工作水深到4.0米時，氣涌水推流曝氣管墩的氣水比為1:3（34%），更優于供氣式射流的曝氣設備，更有效降低能耗。

氣涌水推流曝氣管墩同自吸式射流曝氣泵的技術參數比對：

參考 SL型液下射流曝氣泵資料，根據氣涌水推流曝氣管墩的配置性能參數，參考山東明風機械MJ-50型羅茨氣泵性能參數表，可知：

（1）在3.0米工作水深時，自吸式射流曝氣泵的水體流量為（20m3/1.5 kw·h），自吸氣量為22m3/h。（2）單個氣涌水推流曝氣管墩的設計供氣量范圍是10～15m3/h。（3）在3.0米工作水深，等速比時，MJ-50型羅茨氣泵的供氣流量為84m3/1.5kw·h，可為8個氣涌水推流曝氣管墩供氣，總入水氣量是84m3/h，為同能耗自吸式射流曝氣器自吸氣量的4倍。（4）在3.0米工作水深時，氣涌水推流曝氣管墩的氣水比為1:2.5；單個氣涌水推流曝氣管墩的汲排水量達到25m3/h，8個氣涌水射流曝氣管墩總汲排水量達到210m3/h，為同能耗自吸式射流曝氣泵水體流量的10倍。（5）設計總成：在3.0米工作水深，等速比1450 r/ h時，當羅茨氣泵的功耗為1.5kw·h，供氣量為84m3/h，入水氣量是84m3/h，分配于8個氣涌水推流曝氣管墩，可設置成8個噴出口和布流點，總汲排水量達到210m3/h。（6）比對結論：在3.0米工作水深，同等功耗1.5kw·h時，氣涌水推流曝氣管墩組群比對單臺同能耗自吸式射流曝氣泵的水體流量（20m3/h），汲排水量相比大9倍；比對同能耗自吸式射流曝氣泵的吸氣量約22m3/h，入水氣量相比大3倍。曝氣推流服務面積相應比同能耗自吸式射流曝氣泵大得多。

參照圖5，氣涌水斜壓噴底推流管墩陣列，其特征在于包括：

所述的氧化池氣涌水曝氣墩系統組件，所述氧化池氣涌水曝氣墩系統組件設置于圓形水處理池；

排污井，所述排污井位于圓形水處理池中央；

電動機，所述電動機與氧化池氣涌水曝氣墩系統組件電氣連接；

其中，若干氧化池氣涌水曝氣墩系統組件設有兩組，每組設有四個，并關于排污井呈左右對稱布置，構成雙列八管墩陣列。

配一臺?65口徑羅茨氣泵標配220V/380V，1.5kw電動機，等速比，轉速1400r/min。用?160PVC管材，配套8個氣涌水斜壓噴底推流管墩，池中分成線狀兩列管墩群。

參照圖6，氣涌水斜壓噴底推流管墩陣列，其特征在于包括：

所述的氧化池氣涌水曝氣墩系統組件，所述氧化池氣涌水曝氣墩系統組件設置于方形水處理池；

排污井，所述排污井位于圓形水處理池中央；

電動機，所述電動機與氧化池氣涌水曝氣墩系統組件電氣連接；

其中，若干氧化池氣涌水曝氣墩系統組件設有四組，每組設有八個，并關于排污井呈十字對稱布置，構成四列三十二管墩陣列。

池中分成線狀四列管墩群，每列管墩群配一臺?65口徑羅茨氣泵標配220V/380V，1.5kw電動機，等速比，轉速1400r/min。用?160PVC管材，配套8個氣涌水斜壓噴底推流管墩。

以上對本實用新型的較佳實施進行了具體說明，當然，本實用新型還可以采用與上述實施方式不同的形式，以及相近的領域，這些都不構成對本實施方式的任何限制，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下所作的等同的變換或相應的改動，都應該屬于本實用新型的保護范圍內。