基于超聲波的水體增氧方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理與養(yǎng)殖業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及其中的水體增氧裝置與控制方法，增加空氣與水的接觸面積，使氧氣與水充分混合，從而提高水體含氧量。
【背景技術(shù)】
[0002]在環(huán)保業(yè)當(dāng)中，處理工業(yè)污水的有效方法通常有四種:物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法。其中生物法是利用廢水中微生物的代謝作用來分解水中可降解的有機(jī)物，經(jīng)濟(jì)可靠，效率較高，是目前使用較為廣泛的一種水處理方法。微生物分為好氧型和厭氧型兩種，其中好氧微生物必須要在有氧條件下才能發(fā)揮作用，而其生長量與充氧效率成正相關(guān)性，因此水體溶氧量直接影響污水處理的效率。
[0003]在養(yǎng)殖業(yè)中，人工魚塘中氧氣來源主要有三個:一是浮游生物的光合作用；二是大氣擴(kuò)散溶于水中的氧氣；三是人工增氧。白天魚塘水體上層光照強(qiáng)度大，浮游生物光合作用強(qiáng)，溶氧量較下層水體高，尤其是高溫季節(jié)，在上下水體溫差極大的情況下，由于熱阻力，底層水體溶氧量極少，而到了夜間，由于缺少光合作用，水中生物包括魚類全部進(jìn)行呼吸作用，會消耗大量氧氣，魚塘水體的溶氧量將整體下降，因此人工魚塘中經(jīng)常會發(fā)生魚因缺氧而死亡的事件，所以通常采用人工增氧的方式為魚塘補(bǔ)給氧氣。
[0004]現(xiàn)有水體增氧方式主要分為兩種:一是將空氣與水混合，包括用曝氣機(jī)或水泵將空氣直接通入水中，或用噴頭將水揚(yáng)起，或用齒輪攪動水體等達(dá)到水體溶氧的目的；二是利用增氧劑，如過氧化鈣等，直接在水中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧氣。但是上述增氧方式存在的不足之處是:空氣中氧氣含量占空氣總量的21%，如果單純地將空氣通入增氧池之中，由于氧氣微溶于水的性質(zhì)，此種增氧方式效率并不高，難以滿足水體的供氧需求；此外齒輪轉(zhuǎn)動等機(jī)械運(yùn)動會對魚體造成傷害，且耗電量大，產(chǎn)生的噪聲也容易對魚類造成影響，減緩生長速率；化學(xué)增氧劑雖然能產(chǎn)生較多氧氣，但是其價格昂貴，并且在水中容易破壞魚塘水體環(huán)境的酸堿平衡，從而影響魚類的正常生長或者造成食品安全問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有水體增氧方法存在的缺陷，本發(fā)明提供一種安全、環(huán)保、高效的基于超聲波的水體增氧裝置及其方法，利用超聲波振蕩，增加空氣與水的接觸面積，使空氣中的氧氣充分與水融合，改善傳統(tǒng)水體增氧方式的不足，大大提高水體的溶氧效率。
[0006]本發(fā)明一種基于超聲波的水體增氧裝置采用的技術(shù)方案是:包括鼓風(fēng)機(jī)和水泵，水泵進(jìn)口端經(jīng)由進(jìn)水管道連接增氧池、出口端經(jīng)進(jìn)氣罐的進(jìn)水口連接進(jìn)氣罐，在進(jìn)氣罐和水泵之間的管道上設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥，鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)進(jìn)氣管道連接進(jìn)氣罐，進(jìn)氣罐的出水口經(jīng)連接管道連接水氧混合器，水氧混合器內(nèi)布置有超聲波換能器，超聲波換能器連接超聲波發(fā)生器，水氧混合器經(jīng)出水管道連接增氧池；MCU控制單元通過不同的端口分別連接所述水泵、電動調(diào)節(jié)閥、變頻器和超聲波發(fā)生器，鼓風(fēng)機(jī)連接變頻器。
[0007]進(jìn)一步地，水氧混合器豎直放置，由外殼及外殼內(nèi)部的四級混合筒空套在一起組成，四級混合筒由內(nèi)而外依次地空套在一起，最內(nèi)部的是第一級混合筒，第一級混合筒與第三級混合筒的筒壁四周嵌有滲水通孔，第一級混合筒頂端與所述連接管道連通，且其頂端伸出外殼頂面之外，第三級混合筒頂端與外殼頂端高度相同，第二級混合筒頂端與第四級混合筒頂端高度相同且低于第三級混合筒與外殼頂端高度，第一級混合筒、第三級混合筒頂部均與外殼頂部密封，第二級混合筒頂部與第三級混合筒連通，第四級混合筒頂部與外殼連通；四級混合筒的底部均與外殼底面密封；在第二級混合筒筒壁外側(cè)設(shè)置第一級超聲波換能器，在第四級混合筒筒壁外側(cè)安裝第二級超聲波換能器，第一級超聲波換能器和第二級超聲波換能器均連接所述超聲波發(fā)生器。
[0008]本發(fā)明基于上述水體增氧裝置的增氧方法采用的技術(shù)方案是包括以下步驟:
A、MCU控制單元啟動水泵和鼓風(fēng)機(jī)，水泵通過進(jìn)水口將增氧池中的水抽到進(jìn)氣罐中，同時鼓風(fēng)機(jī)將大量新鮮空氣經(jīng)由進(jìn)氣管通入進(jìn)氣罐中，在進(jìn)氣罐內(nèi)空氣和增氧池水體初步進(jìn)行混合；
B、進(jìn)氣罐中初步混合的水體在水壓作用下涌入到水氧混合器中，此時MCU控制單元啟動超聲波發(fā)生器，超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振蕩，使空氣中氧氣充分與水混合得到富氧水體。
[0009]C、富氧水體在水的壓力作用下經(jīng)由出水管道涌入增氧池之中。
[0010]進(jìn)一步地，上述步驟B中，在水氧混合器中，水體首先通入水氧混合器正中間的第一級混合筒內(nèi)，再向外滲入到第二級混合筒內(nèi)，此時第二級混合筒筒壁外側(cè)上裝有的第一級超聲波換能器對水體充分的振蕩攪拌，然后第二級混合筒中的水體在水壓的作用下經(jīng)由其頂部的連通處壓入空套在第二級混合筒之外的第三級混合筒內(nèi)，第三級混合筒內(nèi)的水體在壓力作用下經(jīng)滲水通孔向外滲入到第四級混合筒內(nèi)，此時設(shè)置在第四級混合筒筒壁外側(cè)的第二級超聲波換能器再次對水體充分的振蕩攪拌，最后，第四級混合筒內(nèi)的水體經(jīng)由其頂部的連通處向外進(jìn)入外殼中。
[0011]本發(fā)明與已有方法和技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明水體增氧裝置只有進(jìn)出水管道與增氧池水體接觸，對于污水處理而言，避免了污水長期浸泡對機(jī)械的腐蝕；對于養(yǎng)殖業(yè)而言，這樣就避免了機(jī)械裝置對魚類的影響和對魚塘水體污染的可能性。
[0012]2、本發(fā)明水體增氧裝置的圓柱形混合筒是多層結(jié)構(gòu)，利用壓力使水體層層向外滲透，大大延長了氧氣與水的接觸時間，同時也增加了接觸面積，實(shí)現(xiàn)水、氧氣的充分混合。
[0013]3、本發(fā)明水體增氧裝置利用超聲波換能器，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，變?yōu)橐欢l率的機(jī)械振蕩，該振蕩在混合器水體中傳播，對水體、氣體起到攪拌作用，大大提高了水體的溶氧量。
[0014]4、本發(fā)明水體增氧裝置能實(shí)現(xiàn)對機(jī)械工作的自動控制，利用自動控制的方式將空氣與水體進(jìn)行充分混合，增加空氣與水的接觸面積，使氧氣與水充分混合，從而提高水體含氧量；根據(jù)具體水體溶氧的實(shí)際情況自動調(diào)節(jié)進(jìn)氣量和進(jìn)出水量與超聲波發(fā)生器的工作頻率，高效節(jié)能。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于超聲波的水體增氧裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的控制框圖；
圖3為圖1中進(jìn)氣罐9的剖面放大圖；
圖4為圖1中水氧混合器11的局部剖面放大示意圖；
圖5為本發(fā)明中的超聲波換能器26、27在水氧混合器11內(nèi)的布置放大示意圖；
附圖中各部分序號及名稱:1.鼓風(fēng)機(jī)；2.支撐架；3.進(jìn)氣管道；4.進(jìn)水管道；5.單向閥；6.水泵；7.電動調(diào)節(jié)閥；8、進(jìn)氣罐支撐架；9.進(jìn)氣罐；10.連接管道；11.水氧混合器；12.第一級混合筒；13.增氧池；14.出水管道；15.超聲波發(fā)生器；16.MCU控制單元；
17.變頻器；18.進(jìn)水口 ；19.出水口 ；20.進(jìn)氣孔；21.第二級混合筒；22.第三級混合筒；
23.第四級混合筒；24.外殼；25.滲水通孔；26.第一級超聲波換能器；27.第二級超聲波換能器。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參見圖1和圖2，本發(fā)明基于超聲波的水體增氧裝置主要包括鼓風(fēng)機(jī)1、水泵6、進(jìn)氣罐9、MCU控制單元16、超聲波發(fā)生器15、變頻器17等。鼓風(fēng)機(jī)I固定置于支撐架2之上，且與變頻器17相連，變頻器17又連接于MCU控制單元16，M⑶控制單元16通過變頻器17可調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣量。鼓風(fēng)機(jī)I經(jīng)進(jìn)氣管道3連接進(jìn)氣罐9，在進(jìn)氣管道3上安裝單向閥5，鼓風(fēng)機(jī)I將大量新鮮空氣經(jīng)由進(jìn)氣管3鼓入到進(jìn)氣罐9中，單向閥5的作用是防止進(jìn)氣罐9中的壓縮空氣逆向流動以及防止進(jìn)氣罐9中的水體倒流。
[0017]進(jìn)氣罐9經(jīng)進(jìn)水口 18連接水泵6出口端，在進(jìn)氣罐9和水泵6之間的進(jìn)水管道上安裝電動調(diào)節(jié)閥7。水泵6進(jìn)口端經(jīng)由進(jìn)水管道4連接增氧池13，水泵6經(jīng)進(jìn)水管道4將增氧池13中的水通過進(jìn)水口 18抽到進(jìn)氣罐9中，電動調(diào)節(jié)閥7控制進(jìn)氣罐9的進(jìn)水量。電動調(diào)節(jié)閥7經(jīng)控制線連接MCU控制單元16，MCU控制單元16通過控制電動調(diào)節(jié)閥7來改變進(jìn)氣罐9的進(jìn)水量。
[0018]在進(jìn)氣罐9內(nèi)，空氣和水體初步進(jìn)行混合，初步混合的空氣與水在水壓作用下經(jīng)由連接管道10通入到水氧混合器11中，在水氧混合器11中，水體與氧氣進(jìn)一步混合，混合成富氧水，水氧混合器11經(jīng)由出水管道14連接增氧池13，水氧混合器11經(jīng)出水管道14連接增氧池13，水氧混合器11中的富氧水體經(jīng)由出水管道14再返回到增氧池13中。
[0019]參見圖2，MCU控制單元16通過不同的端口分別連接水泵6、電動調(diào)節(jié)閥7、變頻器17和超聲波發(fā)生器15。MCU控制單元16與變頻器17相連可調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣量，MCU控制單元16與電動調(diào)節(jié)閥7相連可調(diào)節(jié)水泵6進(jìn)水量，MCU控制單元16與超聲波發(fā)生器15相連控制其關(guān)閉與啟動，MCU控制單元16與水泵6相連控制其關(guān)閉與啟動。
[0020]參見圖1和圖3，進(jìn)氣罐9為一密封的橫向水平放置的圓柱筒形結(jié)構(gòu)，橫向固定在進(jìn)氣罐支撐架8上。進(jìn)氣罐9的進(jìn)水口 18經(jīng)電動調(diào)節(jié)閥7連接水泵6，出水口 19經(jīng)連接管道10連接水氧混合器11。進(jìn)水口 18和出水口 19位于橫向進(jìn)氣罐9的兩端，并且在同一水平位置，且靠近進(jìn)氣罐9的底部。連接鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣管道3經(jīng)進(jìn)氣罐9側(cè)壁上的孔伸入到進(jìn)氣罐9內(nèi)部，在進(jìn)氣罐9內(nèi)部的進(jìn)氣管道3末端是進(jìn)氣孔20，進(jìn)氣孔20位于進(jìn)水口 18與出水口 19之間，進(jìn)氣管道3末端的進(jìn)氣孔2處有一截朝向出水口 19方向彎曲的弧形管道。水泵6不斷從進(jìn)水口 18將水鼓入，水體在壓力作用下由出水口 19涌出，使進(jìn)氣罐9中的進(jìn)水量與出水量保持相對平衡的狀態(tài)，從而可以在進(jìn)氣罐9底部形成一股穩(wěn)定的水流。因此，根據(jù)康達(dá)效應(yīng)(Coanda Effect)的原理，亦稱附壁作用或柯恩達(dá)效應(yīng)，流體(水流或氣流)有離開本來的流動方向，改為隨著凸出的物體表面流動的傾向。當(dāng)流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦?xí)r(也可以說是流體粘性)，只要曲率不大，流體會順著物體表面流動。利用附壁作用的原理可以有意識地誘導(dǎo)空氣氣流。進(jìn)氣孔20