一种水力充氧混合装置的组织构性能研究

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1、一种水力充氧混合装置的组织构性能研究一种水力充氧混合装置的结构性能研究丛海兵I黃廷林I缪晶广I何文杰'韩宏大(1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院；2•天津市自来水集团有限公司)摘要；将只具有提水功能的扬水筒改进成为具有混合和充氧功能的扬水曝气器.通过小试实验证明了该扬水舐气器的可行性和有效性，研究了衫响气弹形成的因素，以及这些够响因素的作用效果；在实验研究基础上，猖出了计算最小气变体积的经验公式，并对扬水曝气器的结构性能逊行了优化.关键词*扬水曝气器充轨泯合气卑•■引言水库和湖泊水体的容量大、流动

2、性小、沉淀作用强，使有机质、氮.磷等营养物质在底部沉积聚集，给藻类等浮游植物提供了充足的营养。同时，由于水体的流动性小，使藻类能稳定地停留在表层水中，接受充足的光照而大量繁殖，带来了水体富营养化问题⑴•另外，由于水深大、流动性小，容易形成水体分层现彖，上下层水体间相对静止，缺乏交换。分层作用会使下层水体溶解氧减少，处于缺氧状态，使水生生态环境恶化，沉积在底泥中的有机物发生厌氧分解，无机磷酸盐溶解，释放出正磷酸根离子囚，沉淀态铁、怯溶解释放［叫造成水体色度、嗅味加大，pH值下降，水质恶化。同时，氮、磷的

3、释放加剧了水体富营养化问题。这些都增加了水厂水处理的难度和成本，影响供水水质。冃前我国在解决这类问题时的方法主要有两类，一类是控制污染源，即外部控制流域污染的输入，内部清淤底泥。这类方法处理彻底，但面广量大，投入髙，收效慢，是一种长期策略。另一类是强化水厂质处理，如预处理和深度处理第方法,这是一种被动的方法，处理成本髙，处理效果受原水水质的制约，是一种短期策略。目前，国际上除了采用这两类方法外还采用水库、湖泊水质的原位修复技术，即在取水口附近一定范围内，给下层水体充氧提高下层水体的溶解氧；混合上下水层

4、，破坏藻类的悬浮状态，使之向下层迁移，从而抑制其生长。采用的设备有两类,一类是仅给下层水体充氧而不破坏水体上下分层的同温层曝气器⑷(Hjpolimneticaerator),如美国的Prince湖和WesternBranch湖⑸、澳大利亚Barossa水库⑹等均釆用了同温层曝气器，取得了较好的效果。一类是混合上下水层的混合装置，有欧洲采用的湖底穿孔布气管⑺，日、韩等采用的空气扬水筒。荷兰NieuweMeer湖用压缩空气经湖底穿孔布气管混合上下水层⑺，抑制了蓝藻的繁殖，英国Hanningfield水库国

5、用该方法使浮游微生物下降了66%。湖底布设穿孔布气管方面的研究较多，技术较为成熟。空气扬水筒是竖直安装在水库中的直筒体，供气管道向其下部的气室中供气，气室间歇性地向直筒体释放大气泡，推动直筒中水流上升，其提水的效率要比穿孔布气管离，但它基本不具备充氧功能，关于扬水筒的研究报道很少。本研究的目的是要改进扬水筒的结构，使其同时具有充氧和提水功能，并对其结构性能进行优化研究，提高其工作效率和工作稳定性。1扬水曝气器结构及工作过程改进后的扬水筒暂称为扬水曝气器，如图1所示。本研究中，在气室下部增加了曝代室和穿

6、孔曝气管；上升筒设计成套筒式结构，可根据水位自动调节长度，以适应水位变化，保证出水口的正常淹没水深。图1扬水曙代器结构示意图运行时，压缩空气经空气释放管上2・3mm直径的孔眼向曝气室释放小气泡，气泡在曝气室上升的过程中与水接触，将氧气溶解到水中。气泡上升时能带动水流向上流动，该部分充氧水流经过曝气室上端内壁上的孔洞进入上升筒，上升到水面。充氧后的尾气泡直接上升进入气室，气室收集了来自曝气室的气泡，气量逐步积累,排挤出水体，迫使其中水面不断下降。当水面下降到水封板下沿时，气室中的气体在瞬间翻过水封板，进

7、入上升筒，排气后的气室空间由曝气室中的水来填充。进入上升筒的气体结合成一个大的气弹，堵塞了上升筒整个横断面，并迅速上浮，形成了上升的活塞流，推动上升筒中的水体加速上升，直至气弹冲出上升筒岀口。随后,上升简中的水流在惯性作用下降速上升，直至下一个气弹形成。上部上升筒可随水位波动靠水力作用自动调节，到平衡位置时由锁定栓自动锁定，无需动力。本次开发与改进充分利用了深水区水压高、溶解氧低、传质效率高的特点，设置了曝气室，将充氧和扬水混合有机结合，实现了两大功能的统一。2实验现象及原因分析按照上述结构改进方案，

8、笔者在实验室制作了扬水曝气器实验模型，并对该结构的可行性、运行可旅性、充氧能力、提水能力等进行了实验。实验模型上升筒直径100mm,最大高度4・7m°经实验运行，扬水曝气器运行正常，能实现充氧和提水混合两大功能，证明改进是可行的。但实验也发现，扬水曝气器的正常运行是有条件的，各部分结构尺寸是否合理会影响到设备的正常运行和工作性能。其中，气室是提水功能能否实现的关,实验中发现:图2气室结构优化示意图(1)气室中储气量分为两部分，一部分为有效体积，一部分为无