CN114506915A - 一种超氧纳米气泡水质提升系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水质提升技术领域的一种超氧纳米气泡水质提升系统，包括浮体箱，且浮体箱处固定有气液混合泵、辅助曝气系统、水质检测系统和智能控制系统，所述气液混合泵的输入端通过进气管分别连接有制氧机和超氧发生器，且进气管上设置有电磁阀，且通过进水管连接潜水泵，所述气液混合泵的输出端通过气液混合管路连接纳米气泡发生装置，且纳米气泡发生装置的输出端通过纳米气泡出口管连接纳米气泡提升及释放器，所述智能控制系统连接水质在线检测系统，且智能控制系统可根据水质检测结果控制纳米气泡发生装置和辅助曝气系统的启闭，以及，调节纳米气泡发生装置和辅助曝气系统的气泡释放高度。本发明可生产纳米气泡对水质进行提升处理。

Description

一种超氧纳米气泡水质提升系统

技术领域

本发明涉及一种超氧纳米气泡水质提升系统，属于水质提升技术领域。

背景技术

我国部分水体由于水中有机及无机污染物浓度太高，污染物降解消耗使得水体严重缺氧，导致水体中铁、锰等以亚金属离子形式存在导致水体发黑；硫以硫化氢、氮以氨气形式存在，导致水体发臭；此类水体中溶解氧通过大自然自然曝气已经不能满足水质自净化的需求。国内外的试验研究与实际工程效果均证明，对水体进行人工曝气能有效提高水体的净化能力，有助于受污染的水体生态系统的恢复。目前，应用于黑臭水体曝气的方式主要有鼓风曝气、机械表面曝气等，有一定效果，但仍未有完全满足水质提升的增氧曝气技术及装置。纳米气泡是直径为纳米级的微小气泡，它具有气泡体积小、上升速度慢、界面氧化还原电位高、传质效率高、可产生羟基自由基等高氧化性自由基，与传统的曝气方式比较，利用纳米气泡处理污染水体提升水质，具有操作简单、无二次污染、对水体底泥扰动小等特点。

现有技术中，采用纳米气泡对水质提升装置还存在很多不足。现有装置上没有在线水质检测仪器，缺乏应对河道水质情况变化的方法；设备能耗极高，单位体积纳米气泡数量很少；装置容易被腐蚀；故障率高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种超氧纳米气泡水质提升系统，可根据水质实际状况自动选择多气源生产纳米气泡对水质进行处理，同时能调节纳米气泡在水体中的释放高度，对水体中水质及底泥有效利用纳米气泡进行处理，保障了水质提升效果。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种超氧纳米气泡水质提升系统，包括浮体箱，且浮体箱处固定有气液混合泵、辅助曝气系统、水质检测系统和智能控制系统，所述气液混合泵的输入端通过进气管分别连接有制氧机和超氧发生器，且进气管上设置有电磁阀，且通过进水管连接潜水泵，所述气液混合泵的输出端通过气液混合管路连接纳米气泡发生装置，且纳米气泡发生装置的输出端通过纳米气泡出口管连接纳米气泡提升及释放器，所述智能控制系统连接水质检测系统，且智能控制系统可根据水质检测结果控制纳米气泡发生装置和辅助曝气系统的启闭，以及，调节纳米气泡发生装置和辅助曝气系统的气泡释放高度，以及，根据水质检测结果参数控制电磁阀进行制氧机和超氧发生器间气源的选择。

进一步的，所述浮体箱顶部设有防护罩，所述防护罩包括上防护罩和下防护罩，且上防护罩上设有排风扇。

进一步的，所述控制柜内还设有网络控制器、网络监控单片机和4G通讯卡，所述网络控制器和网络监控单片机分别为网络控制系统上、下位机，所述上防护罩表面设有网络摄像头和天线，且网络控制器可通过4G通讯卡连接云平台，与网络摄像头和天线之间进行数据交互。

进一步的，所述浮体箱处还设有太阳能发电系统，且太阳能发电系统包括位于上防护罩顶部的太阳能板，以及，位于浮体箱上的蓄电池、太阳能充电控制器和逆变器，所述太阳能板将电能输入至太阳能充电控制器后，经逆变器输出至蓄电池为系统供电。

进一步的，所述纳米气泡发生装置包括纳米气泡发生罐罐体外壳，且壳体内侧设有整流罩，所述整流罩内设有气泡切割叶轮、切割装置一和切割装置二，所述整流罩的输出端通过纳米气泡出口管连接所述纳米气泡提升及释放器。

进一步的，所述所述智能控制系统包括控制柜，且控制柜内部设有工控机、水质检测控制系统和智能曝气控制系统，所述工控机可进行水质检测控制系统和智能曝气控制系统的控制计算，所述控制柜还设置有水质检测单片机和曝气控制单片机，所述水质检测控制系统和水质检测单片机分别为水质检测系统上、下位机，所述智能曝气控制系统和曝气控制单片机分别为曝气控制系统上、下位机。

进一步的，所述辅助曝气系统包括鼓风机、曝气管和气体输送管，所述鼓风机输出的气体沿气体输送管输送至曝气管，所述曝气管连接所述纳米气泡提升及释放器，所述浮体箱上还设置有与曝气管相连接的电动推杆，且电动推杆可推动曝气管进行位置调节。

进一步的，所述纳米气泡提升及释放器包括纳米气泡提升及释放器前端和纳米气泡提升及释放器后端，所述纳米气泡提升及释放器前端包括进水腔和水流增速腔，所述纳米气泡提升及释放器后端包括连接水流增速腔的多级承撞面，且多级承撞面上设有连通孔，所述多级承撞面另一端设有微孔过滤网。

进一步的，所述水质检测系统包括溶解氧检测传感器、氨氮浓度检测传感器、PH值检测传感器、水深检测传感器和传感器固定浮标。

进一步的，所述潜水泵进水口设置了进水滤网，且进水滤网外设置了进水口滤渣网筒，所述浮体箱底部设置了支撑腿。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

一、本发明系统安装有多指标水质在线监测仪器，水质检测结果能实时反馈给系统，避免了常规人工取水样不标准、化验不及时导致的水质检测结果不准确的问题发生；多指标检测也避免单一采用溶解氧浓度的水质指标简单粗暴判断去开启闭纳米气泡水质提升方法，有效功耗大幅度提升；智能控制系统根据水质检测结果实时自动选择空气、纯氧或超氧作为气源生产纳米气泡，避免能源浪费，也避免了水质不达标问题的发生；系统采用三道新型结构装置生产纳米气泡，提升了单位体积纳米气泡数量；遇到高浓度废水或污染浓度高的污水时，系统根据检测的水质浓度采用电离超氧作为气源产生纳米气泡处理废水，保证水质达标，以及，可根据实际状况调节纳米气泡发生装置和辅助曝气系统的气泡释放高度。

二、本发明在日常进行水质维护时，系统可利用太阳能储能，采用空气作为气源，采用清洁能源，低碳节能；系统能根据河道水深检测结果自动调节曝气高度，极大提高了水质提升效果；系统设置了防渣装置及系统防落底装置，保证了系统正常运行；本发明的气液混合泵的过流结构均采用特种材料生产，克服了泵容易气蚀损坏的障碍；相比多级离心泵，克服了运行一段时间后由于泵腔剩余气源量太大导致纳米气泡无法生成或不能排进水体的障碍，提高了运行稳定度，降低了故障率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的系统整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的内部结构侧视图；

图3为本发明实施例提供的内部结构俯视图；

图4为本发明实施例提供的纳米气泡发生罐结构剖面图；

图5为本发明实施例提供的水质检测系统组合图；

图6为本发明实施例提供的智能控制系统组合图；

图7为本发明实施例提供的纳米气泡提升及释放器侧视结构图；

图8为本发明实施例提供的纳米气泡提升及释放器结构剖面图；

图9为本发明实施例提供的纳米气泡提升及释放器结构总成图。

图中：1、气液混合泵；2、配电柜；301、蓄电池；302、太阳能充电控制器；303、逆变器；304、太阳能板；401、鼓风机；402、曝气管；403、气体输送管；5、纳米气泡发生装置；501、纳米气泡发生罐罐体外壳；502、整流罩；503、气泡切割叶轮；504、轴承；505、轴承支架；506、切割装置一；507、切割装置二；6、电动推杆；7、纳米气泡提升及释放器；8、制氧机；9、智能控制系统；901、控制柜；902、工控机；903、水质检测控制系统；904、智能曝气控制系统；10、电磁阀；101、氧气管道电磁阀；102、超氧管道电磁阀；103、空气管道电磁阀；11、气液混合管路；12、进气管；13、进水管；14、纳米气泡出口管；15、超氧发生器；16、数字压力传感器；17、潜水泵；18、防护罩；1801、上防护罩；1802、下防护罩；19、浮体箱；20、排风扇；21、进水口滤渣网筒；2201、溶解氧检测传感器；2202、氨氮浓度检测传感器；2203、PH值检测传感器；2204、水深检测传感器；2205、传感器固定浮标；2301、网络控制器；2302、网络摄像头；2303、天线；24、4G通讯卡；2501、水质检测单片机；2502、曝气控制单片机；2503、网络监控单片机；26、支撑腿；27、纳米气泡提升及释放器前端；2701、进水腔；2702、机械螺纹；2703、水流增速腔；28、纳米气泡提升及释放器后端；2801、多级承撞面；2802、连通孔；2803、微孔过滤网。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

一种超氧纳米气泡水质提升系统，包括浮体箱19，其结构为PE材质，实心发泡填充，槽钢支架，系统浮体箱19根据设备总重量、设备安全入水深度等设计长宽高具体尺寸；浮体箱19下布置有潜水泵17、纳米气泡提升及释放器7和水质检测系统；浮体箱19上布置有制氧机8、智能控制系统9、超氧发生器15、纳米气泡发生装置5、辅助曝气系统、电动推杆6、防护罩18、远程网络监控系统、配电柜2以及太阳能发电系统，防护罩18包括上防护罩1801和下防护罩1802，且上防护罩1801上设有排风扇20。

纳米气泡发生装置5包括三部分：第一部分包括进气管12、进水管13、气液混合管路11和气液混合泵1，利用旋回式气液混合技术气液混合流体在气液混合泵1内高速旋转，并在气液混合泵1内形成负压轴，负压轴的吸力将气体集中到负压轴上，由于出口处混合液的极高的旋转速度与气液密度闭力学上的相乘效果，在气液接触界面产生高速强力的剪切以及高频的压力变化，初步产生微纳米气泡；第二部分，纳米气泡发生装置5包括纳米气泡发生罐罐体外壳501，壳体内侧设有整流罩502，罩体内侧设有气泡切割叶轮503，气泡切割叶轮503一侧设有轴承504，且轴承504通过轴承支架505固定位置，轴承支架505间设有切割装置一506，轴承支架505另一侧设有切割装置二507，纳米气泡发生装置5上还连接数字压力传感器16，用于检测内部压力。利用加压溶气法增加纳米气泡含量，气泡切割叶轮503利用系统动力冲击进行旋转，叶轮叶片对气泡进行更进一步地切割；气液混合液再经过罐体内切割装置一506和切割装置二507，纳米气泡含量进一步增加，最后由纳米气泡出口管14输送至纳米气泡提升及释放器7；第三部分，装置生产的气泡经过纳米气泡提升及释放器7，更加增加了纳米气泡含量并释放进水体，纳米气泡提升及释放器7包括纳米气泡提升及释放器前端27和纳米气泡提升及释放器后端28，前端包括进水腔2701和水流增速腔2703，进水腔2701外壁设有机械螺纹2702；后端包括多级承撞面2801，多级承撞面2801上设有连通孔2802，多级承撞面2801另一端设有微孔过滤网2803，三部分结构提高了水体中纳米气泡含量，保障了水质提升效果。

智能控制系统9包括控制柜901，控制柜901内部设有工控机902、水质检测控制系统903和智能曝气控制系统904，工控机902用于进行水质检测控制系统903和智能曝气控制系统904的控制计算，控制柜901还设置有单片机，包括水质检测单片机2501和曝气控制单片机2502，水质检测控制系统903和水质检测单片机2501分别为水质检测系统上、下位机，智能曝气控制系统904和曝气控制单片机2502分别为曝气控制系统上、下位机。

水质检测系统包括溶解氧检测传感器2201、氨氮浓度检测传感器2202、PH值检测传感器2203、水深检测传感器2204和传感器固定浮标2205；水质检测控制系统903用于控制水质检测系统的启闭，水质检测系统定期或不定期实时检测水质，并将水质检测结果反馈给智能曝气控制系统904，智能曝气控制系统904中设置好程序，根据水质检测系统反馈过来的实时水质参数自动选择系统运行方式，运行方式分为主控纳米气泡发生装置5启闭及鼓风机401的启闭；同时智能曝气控制系统904可根据水质检测结果参数自动控制电磁阀10进行气源的选择，自动切换空气管道电磁阀103、氧气管道电磁阀101和超氧管道电磁阀102；智能曝气控制系统904还可根据水深检测传感器2204上传的水深数据自动调节电动推杆6运行行程，电动推杆6连接于槽钢支架和曝气管402之间，且电动推杆6可推动曝气管402以保证系统纳米气泡最佳出水位置，同时保证了系统不会扰动底泥。

远程网络监控系统包括设置在控制柜901内的网络控制器2301、4G通讯卡24、网络监控单片机2503和设置在上防护罩1801表面的天线2303和网络摄像头2302，网络控制器2301和网络监控单片机2503分别为网络控制系统上、下位机，4G通讯卡24利用网络将本系统与智慧水务平台衔接，能实现就地控制、平台监控、远程监控。

辅助曝气系统包括鼓风机401、曝气管402和气体输送管403，鼓风机401输出的气体沿气体输送管403输送至曝气管402，且曝气管402连接纳米气泡提升及释放器7。太阳能发电系统包括位于上防护罩1801顶部的太阳能板304，位于浮体箱19上的蓄电池301、太阳能充电控制器302和逆变器303，太阳能板304将电能输入至太阳能充电控制器302后，经逆变器303输出至蓄电池301为系统供电。当水体溶解氧浓度较高，污染程度不严重时，系统根据设定的水质参数选择关闭纳米气泡发生装置5主机，开启辅助曝气系统进行工作，本系统利用自身太阳能发电系统进行发电，极大地节省了能源。气液混合泵1、纳米气泡发生装置5等过流部件均由含铬不锈钢定制而成。保证了对各种气源进行处理时，过流部件不会被强氧化腐蚀，增强了系统寿命。

系统针对设备的正常运行设置了多个辅助装置：潜水泵17进水口设置了进水滤网，滤网外设置了进水口滤渣网筒21防堵，两道措施保证了河道内杂质不会进入的系统内部；系统底部设置了支撑腿26，防止河道水位过低时系统底部陷进淤泥，避免设备损坏，保证系统能正常运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，包括浮体箱(19)，且浮体箱(19)处固定有气液混合泵(1)、辅助曝气系统、水质检测系统和智能控制系统(9)，所述气液混合泵(1)的输入端通过进气管(12)分别连接有制氧机(8)和超氧发生器(15)，且进气管(12)上设置有电磁阀(10)，且通过进水管(13)连接潜水泵(17)，所述气液混合泵(1)的输出端通过气液混合管路(11)连接纳米气泡发生装置(5)，且纳米气泡发生装置(5)的输出端通过纳米气泡出口管(14)连接纳米气泡提升及释放器(7)，所述智能控制系统(9)连接水质检测系统，且智能控制系统(9)可根据水质检测结果控制纳米气泡发生装置(5)和辅助曝气系统的启闭，以及，调节纳米气泡发生装置(5)和辅助曝气系统的气泡释放高度，以及，根据水质检测结果参数控制电磁阀(10)进行制氧机(8)和超氧发生器(15)间气源的选择。

2.根据权利要求1所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述浮体箱(19)顶部设有防护罩(18)，所述防护罩(18)包括上防护罩(1801)和下防护罩(1802)，且上防护罩(1801)上设有排风扇(20)。

3.根据权利要求2所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述控制柜(901)内还设有网络控制器(2301)、网络监控单片机(2503)和4G通讯卡(24)，所述网络控制器(2301)和网络监控单片机(2503)分别为网络控制系统上、下位机，所述上防护罩(1801)表面设有网络摄像头(2302)和天线(2303)，且网络控制器(2301)可通过4G通讯卡(24)连接云平台，与网络摄像头(2302)和天线(2303)之间进行数据交互。

4.根据权利要求2所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述浮体箱(19)处还设有太阳能发电系统，且太阳能发电系统包括位于上防护罩(1801)顶部的太阳能板(304)，以及，位于浮体箱(19)上的蓄电池(301)、太阳能充电控制器(302)和逆变器(303)，所述太阳能板(304)将电能输入至太阳能充电控制器(302)后，经逆变器(303)输出至蓄电池(301)为系统供电。

5.根据权利要求1所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述纳米气泡发生装置(5)包括纳米气泡发生罐罐体外壳(501)，且壳体内侧设有整流罩(502)，所述整流罩(502)内设有气泡切割叶轮(503)、切割装置一(506)和切割装置二(507)，所述整流罩(502)的输出端通过纳米气泡出口管(14)连接所述纳米气泡提升及释放器(7)。

6.根据权利要求1所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述所述智能控制系统(9)包括控制柜(901)，且控制柜(901)内部设有工控机(902)、水质检测控制系统(903)和智能曝气控制系统(904)，所述工控机(902)可进行水质检测控制系统(903)和智能曝气控制系统(904)的控制计算，所述控制柜(901)还设置有水质检测单片机(2501)和曝气控制单片机(2502)，所述水质检测控制系统(903)和水质检测单片机(2501)分别为水质检测系统上、下位机，所述智能曝气控制系统(904)和曝气控制单片机(2502)分别为曝气控制系统上、下位机。

7.根据权利要求1所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述辅助曝气系统包括鼓风机(401)、曝气管(402)和气体输送管(403)，所述鼓风机(401)输出的气体沿气体输送管(403)输送至曝气管(402)，所述曝气管(402)连接所述纳米气泡提升及释放器(7)，所述浮体箱(19)上还设置有与曝气管(402)相连接的电动推杆(6)，且电动推杆(6)可推动曝气管(402)进行位置调节。

8.根据权利要求1所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述纳米气泡提升及释放器(7)包括纳米气泡提升及释放器前端(27)和纳米气泡提升及释放器后端(28)，所述纳米气泡提升及释放器前端(27)包括进水腔(2701)和水流增速腔(2703)，所述纳米气泡提升及释放器后端(28)包括连接水流增速腔(2703)的多级承撞面(2801)，且多级承撞面(2801)上设有连通孔(2802)，所述多级承撞面(2801)另一端设有微孔过滤网(2803)。

9.根据权利要求1所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述水质检测系统包括溶解氧检测传感器(2201)、氨氮浓度检测传感器(2202)、PH值检测传感器(2203)、水深检测传感器(2204)和传感器固定浮标(2205)。

10.根据权利要求1所述的超氧纳米气泡水质提升系统，其特征是，所述潜水泵(17)进水口设置了进水滤网，且进水滤网外设置了进水口滤渣网筒(21)，所述浮体箱(19)底部设置了支撑腿(26)。

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