曝气构件、包括曝气构件的底层动态曝气系统及曝气方法技术领域
本发明涉及水处理设备技术领域，更为具体地，涉及曝气构件、包括所述曝气构件
的底层动态曝气系统及曝气方法。
背景技术
曝气工艺是污水生物处理好氧(反硝化)工艺段的关键工艺，通过曝气使污水获得
足够的溶解氧，同时辅助潜水推流搅拌设备进行连续不断的搅拌混合，使污水中的有机物
与微生物和溶解氧充分接触，并使活性污泥不至沉淀、淤积，从而保证微生物在充足溶解氧
的条件下，对有机物进行氧化分解，以达到消除污水中BOD5的目的。
污水处理生物处理曝气工艺中常用的曝气方式有完全混合型的表面曝气和扩散
传质型的底层曝气，表面上看似乎因为底层曝气氧利用率高，且氧化沟有效水深设置得比
表面曝气深，因此底层曝气方式使用得较多。底层曝气布气方式种类较多，但无论任何一种
布气方式仍主要由风机、输气管道和曝气布气器组成，风机提供风源，经曝气布气器上的微
孔向污水中释放气体，气泡在上升过程以及辅助搅拌混合作用下完成充氧功效。
常规的底层曝气除了供风系统、曝气扩散系统外，还需要配备潜水推流搅拌机，以
达到较好的搅拌混合效果；供风系统需要专门的鼓风机房，用于保护设备防尘、隔音，因而
投入成本高；又因使用长距离的输气管道，不仅管道投入成本高，管路损失也大，能源浪费
严重；更重要的是曝气布气器(一般情况下为曝气盘或曝气管)通常是采用若干个曝气器为
一组的单元式结构固定安装在氧化沟底部，这种曝气方式有以下几个致命缺陷：
1、曝气扩散不均匀，存在盲区和死角，需要借助于潜水推流搅拌设备进行搅拌、混
合，增强扩散传质效果，这不仅增加了设备投入成本和运营能耗，而且增加了设备日后保
养、维护和维修费用。
2、当曝气器出现损坏时即造成了泄漏，曝气呈现不均匀、不充分现象，且能耗增
加、效率降低，更换时必须停工停产，将氧化沟放水排空，影响生产的正常进行。
3、当风机停止供风时，氧化沟底部的污泥便填埋了曝气器，造成曝气器堵塞。
4、固定安装的曝气器以下部分都成了死角，污泥呈现淤积状态，一旦停机，污泥埋
没了曝气器，当再次启动时，需要消耗较多的能量才能将淤泥搅拌离开。
固定式底层曝气模式已经历了几十年的发展，除了曝气头的几何形状和曝气膜片
的材质方面有过更新外，如何解决固定安装而产生的曝气盲区、死角致使传氧效果达不到
最佳等致命缺陷一直困扰着业内人士。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种
动式的曝气构件、包括所述曝气构件的底层动态曝气系统及曝气方法，即工作时，底层动态
曝气系统可一边旋转一边曝气充氧，并且在曝气的同时对底部的污泥进行梳理、刮移，使污
泥始终处于上升型流动状态。
根据本发明的一个方面，提供一种曝气构件，包括：曝气供风管，用于通入空气；曝
气供风支管，与曝气供风管连通，沿所述曝气供风管呈辐射状布置；固定支架，固定连接在
曝气供风管一端且外包围所述曝气供风支管，呈圆形或多边形；曝气器，设置在固定支架
内，与所述曝气供风支管连通。
根据本发明的另一个方面，提供一种底层动态曝气系统，包括：上述曝气构件；风
机，所述风机的出风口与所述曝气供风管连通；吹刷单元，包括：吹刷供风管、吹刷供风支管
和喷气嘴，所述吹刷供风管设置在所述曝气供风管内，与所述曝气供风管同心，一端与风机
的出风口连通，另一端连接所述吹刷供风支管；所述吹刷供风支管安装在所述固定支架下；
所述喷气嘴设置在所述吹刷供风支管上，进行吹刷；旋转驱动装置，驱动所述曝气构件和吹
刷单元旋转。
根据本发明的第三方面，提供一种利用上述底层动态曝气系统进行曝气的方法包
括：启动风机，风源通过曝气供风管和曝气供风支管到达曝气器，向水中曝气充氧；通过驱
动装置驱动曝气供风管和吹刷供风管旋转，从而带动曝气供风支管、吹刷供风支管、固定支
架、曝气器和刮板同步旋转，曝气充氧的同时对曝气器以下的污泥进行梳理和刮移，使污泥
处于自动上升型的混合流动状态。
上述底层动态曝气系统不仅可以用于市政污水和各种工业废水处理好氧工艺段，
也适用于河道、湖泊等复氧修复的水体。
上述底层动态曝气系统具有以下有益效果：
1、底层曝气系统的吹刷单元使得氧化沟中水体具有了自流动特性，不需要另外匹
配潜水推流搅拌设备，不仅节约了潜水推流搅拌设备投资成本，也节约了潜水推流搅拌设
备的运营费用，以及后期的维护、保养和修理费用。
2、因为底层曝气系统不停歇的连续运转，水体得到充分的搅拌，混合效果增强，工
作区域无盲区、无死角，效率得到提高。
3、当其中一个或分散的几只曝气器发生堵塞时，并不会出现部分区域溶解氧浓度
高，其他区域溶解氧浓度偏低的现象，即不会影响整体曝气充氧效果。
4、当曝气器发生损坏引起泄漏，需要更换曝气器时，只需将整体提升，即可在走道
上短时间内快速更换，随时复位继续工作，而不需要将氧化沟排水放空，不影响生产的正常
进行。
5、当风机停止供风、曝气器停止曝气工作时，驱动装置仍可驱动整机低速旋转，使
刮板充分发挥作用，保证部底污泥的流动性，不沉积、不淤积，则完全排除曝气器被堵塞的
可能性。
6、当风机安装在现场直接单元供风时，不仅可以节省建筑机房、辅设管路的投入
成本，而且因为现场供风，供风管道缩短，管路损失降至最小，能耗降至最低，达到节能、降
耗、增效的目的。
上述旋转式底层动态曝气装置完全将静态曝气创新设计成动态曝气模式，完全实
现了全方位的无盲区、无死角、均匀的曝气充氧，能源利用率提高，能效高，真正做到了节
能、降耗、增效。
附图说明
通过参考以下具体实施方式的内容并且结合附图，本发明的其它目的及结果将更
加明白且易于理解。在附图中：
图1和2是本发明所述底层动态曝气系统的示意图；
图3是本发明底层动态曝气系统的曝气构件多层设置的示意图；
图4a-4c是本发明一种曝气器的示意图；
图5是本发明一种曝气构件的示意图；
图6是本发明第二种曝气构件的示意图；
图7是本发明第三种曝气构件的示意图；
图8是本发明第四种曝气构件的示意图；
图9是本发明所述支撑滚轮的示意图；
图10是本发明曝气供风管底部支撑件的示意图。
在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐
述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。
图1和2是本发明所述底层动态曝气系统的示意图，如图1所示，所述底层动态曝气
系统包括：
定位支承架1，安装在氧化沟6的桥架或平台上，作为所述底层动态曝气系统总成
的安装架，所示定位支承架1可以如图1所示，直接固定在桥架或平台上，也可以如图2所示，
通过垫块、轴承座等悬挂在桥架或平台上，优选地，定位支承架1上设有用于整体提升的提
升接口1-1，提升接口1-1与定位支承架1为可拆卸联接；
曝气构件2，包括：曝气供风管2-1，用于通入空气；曝气供风支管2-2，与曝气供风
管2-1连通，沿所述曝气供风管2-1呈辐射状布置；固定支架2-3，固定连接在曝气供风管2-1
一端且外包围所述曝气供风支管2-2，呈圆形或多边形；曝气器2-4，设置在固定支架2-3内，
与所述曝气供风支管2-2连通；
风机3，所述风机3的出风口与曝气供风管2-1和吹刷供风管4-1连通，例如，采用双
通道的风机3分别连接曝气供风管2-1和吹刷供风管4-1，也可以在风机3-1出风口处通过三
通件分别连接曝气供风管2-1和吹刷供风管4-1，形成两路风源分配支路；
吹刷单元4，包括：吹刷供风管4-1、吹刷供风支管-2和喷气嘴4-3，所述吹刷供风管
4-1设置在所述曝气供风管2-1内，与所述曝气供风管2-1同心，一端与风机3的出风口连通，
另一端连接所述吹刷供风支管4-2，例如曝气供风管2-1、吹刷供风管4-1固定联接为一整体
通过轴承支承连接在所述定位支承架1上；所述吹刷供风支管4-2安装在所述固定支架2-3
下；所述喷气嘴4-3设置在所述吹刷供风支管4-2上，进行吹刷，便于对曝气器2-4下方的污
泥进行梳理、刮移和吹扫；
旋转驱动装置5，驱动所述曝气构件3和吹刷单元4旋转。
优选地，曝气器2-4通过喷气嘴2-9与曝气供风支管2-2连通，喷气嘴2-9、曝气器2-
4与曝气供风支管2-2的连接均为具有密封性的可拆卸连接，便于更换维护。
优选地，所述曝气构件2还包括刮板2-5，所述刮板2-5设置在所述固定支架2-3下
端，通过喷气嘴4-3对刮板2-5进行吹刷，进一步优选地，所述刮板2-5为后仰式齿形刮板。
优选地，所述底层动态曝气系统还包括曝气阀门2-6和吹刷阀门4-4，所述曝气阀
门2-6设置在所述曝气供风管2-1与所述风机3的出风口连通的管路上，用于控制曝气供风
管2-1的进风量；所述吹刷阀门4-4设置在所述吹刷供风管4-1与所述风机3的出风口连通的
管路上，用于控制所述吹刷供风管4-1的进风量，从而可以实现连续曝气、间隙吹刷以及不
曝气时只进行吹刷，进一步，优选地，还包括控制单元，用于控制所述曝气阀门2-6和吹刷阀
门4-4的导通与关闭。
另外，优选地，所述吹刷供风支管4-2与所述刮板2-5可以均设置在同一曝气供风
支管2-2的下端，也可以分别设置在相邻曝气供风支管2-2的下侧，也就是说吹刷供风管4-1
和刮板2-5可以均匀间隔设置在不同的曝气供风支管2-2下侧。
上述风机3可以直接安装在桥架7上工作现场直接供风，也以安装在机房，集中式
远程供风，采用现场供风时，降低了能耗，减少了初期设备投入费用。
上述底层动态曝气系统进行曝气的方法，包括：
启动风机3，风源通过曝气供风管2-1和曝气供风支管2-2到达曝气器2-4，向水中
曝气充氧；
通过旋转驱动装置5驱动曝气供风管2-1和吹刷供风管4-1旋转，从而带动曝气供
风支管2-2、吹刷供风支管4-2、固定支架2-3、曝气器2-4和刮板2-5同步旋转，曝气充氧的同
时对曝气器以下的污泥进行梳理和刮移，使污泥处于自动上升型的混合流动状态，曝气器
一边曝气，一边被动地作旋转运动，气泡即做复合运动，气泡行程增加，与水体传质混合时
间延长，氧化沟内水、气、固自然形成连续搅拌、混合的流场，混合效果更好，接触氧化时间
加长，污水中的厌氧生物被氧化分解，实现无盲区、无死角的曝气，使曝气均匀，充氧效率大
大提高，上述底层动态曝气方式能充分利用有效能源并减少能耗损失，使静态曝气改变为
动态曝气。
优选地，所述曝气方法还包括：
在曝气充氧过程中，曝气阀门2-6处于常开的状态，吹刷阀门4-4可以间隔设定时
间间隙打开，例如，驱动装置2-2驱动曝气供风管2-1旋转的同时，曝气阀门2-6开通，吹刷阀
门4-4关闭，风经过曝气供风支管2-2进入曝气器2-4，经曝气器2-4向污水中扩散，则氧化沟
内的水、气、固得到充分的搅拌、混合，污水中的厌氧生物与溶解氧进行充分的接触，被氧化
分解；曝气器2-4工作一端时间后，吹刷阀门4-4打开设定时间，风经吹刷供风管4-1流至吹
刷供风支管4-2，最后经喷气嘴4-3喷出，对底部的污泥进行吹扫，使污泥保持不沉积、淤积。
上述底层动态曝气系统采用动态曝气模式，既能实现曝气无盲区、无死角，供氧量
充足，又能保证底层污泥保持流动状态，不沉淀、不淤积。
若需要曝气区域较长，所述氧化沟上设置有一台或多台所述底层动态曝气系统。
上述底层动态曝气系统的固定支架2-3、曝气供风支管2-2和曝气器2-4沿曝气供
风管2-1可以只设置一层，也可以设置两层或N层，也就是说曝气供风管2-1从上到下可设置
有多层曝气供风支管2-2，每一层曝气供风支管2-2均固定在该层的固定支架2-3上，每一层
曝气供风支管2-2上均设置有多个曝气器2-4，如图3所示，固定支架2-3、曝气供风支管2-2
和曝气器2-4双层设置的底层动态曝气系统，双层曝气构件2同时旋转曝气，使水体底层、中
层、表层各个层面都能获得充足的氧，彻底消除充氧盲区和死角，充氧能力大幅提升，曝气
更加均匀，能效提高。
图4a至4c是本发明一种曝气器及其布置的示意图，分别为剖视图、主视图以及布
置图，如图4a和4b所示，曝气器2-4为中间稍高于两侧的“人”字形结构，中间部位经喷气嘴
4-3连通于曝气供风支管2-2，有利于排泥，使污泥堵塞曝气器的可能性大大降低。
优选地，所述曝气器2-4通过托板2-4-1与固定支架2-3连接固定。
如图4c所示，曝气器2-4安装在固定支架2-3上时，左右相邻两只曝气器2-4位置相
互错开，一边旋转一边曝气时，则曝气区域全部被覆盖，实现全方位无死角、无盲区的均匀
曝气。
本发明曝气器还包括管式曝气器、盘式曝气器、平板式曝气器、球头式曝气器和其
他几何形状的曝气器中的一种或多种，所述管式曝气器2-4通过固定支架2-3和曝气供风支
管2-2可以布置为各种几何形状，如图5所示，固定支架2-3的外框为圆形，曝气供风支管2-2
呈以曝气供风管为中心的辐射状布置，管式曝气器2-4设置在相邻曝气供风管之间，呈以曝
气供风管为中心的多边形，相邻曝气器交错设置。
本实施例中管式曝气器2-4错开且呈多边形布置形式，在旋转曝气过程中，使得曝
气充氧区域分布均匀，不会发生有的区域溶解氧浓度高，有的区域溶解氧浓度低的不均匀
现象，即使其中某一只或分散的几个曝气器2-4堵塞，均不会影响整体曝气充氧效果。
如图6所示，固定支架2-3外框设置为光滑多边形结构，曝气供风支管2-2呈以曝气
供风管为中心的中心辐射状和多边形，各管式曝气器2-4亦呈辐射状布置。
如图7所示，固定支架2-3外框设置为光滑多边形结构，曝气供风支管呈以曝气供
风管为中心的中心辐射状；所述曝气器为管式曝气器，倾斜设置在相邻曝气供风支管之间，
相邻两组管式曝气器2-4对称安装，优选地，相邻两组管式曝气器2-4错落安装方。
从图5至图7可以看出，所述的曝气器2-4为管式曝气器时，可以围绕曝气供风管2-
1呈多边形安装，或沿曝气供风管2-16的中心轴线呈辐射状安装，或立式安装、倾斜式安装
或其他安装形式。
如图8所示，固定支架2-3为外框设置为圆形结构，曝气供风支管2-2分别设置为呈
以曝气供风管为中心的中心辐射状和环形，曝气器2-4为盘式或球头式曝气器，固定在所述
曝气供风支管上。
图4c至图8所示的这几种曝气器底层布置方式均具有相同的优点，使曝气充氧区
域分布均匀，不会出现有的区域溶解氧浓度高、有的区域溶解氧浓度低的不均匀现象，即使
其中某一只或分散的几个曝气器堵塞，均不会影响整体曝气充氧效果。
本发明所述底层动态曝气系统，不论采用哪种结构形式的曝气器，也不论曝气器
如何布置安装，即便其中一只或分散几只曝气器发生堵塞的恶劣情形，均能使曝气器处于
均匀的动态曝气模式，具有搅拌混合效果好、曝气充氧能力强的优点，保证水、气、固能充分
接触混合、传质、转移，实现全方位、无盲区、无死角的曝气充氧，曝气充氧效率提高；还能使
底泥始终处于流动状态，即具有自流动性，不易造成淤积、沉淀，节省了潜水推流搅拌设备
的投入以及运营费用；底层曝气系统可实现整体完全提升，方便在走道上直接进行快速更
换、随时复位工作，不需要停机停工，影响正常生产；底层曝气系统既可以采用远程供风模
式，也可采用风机在现场直接供风，则可减少初期风机房的建筑以及管道辅设成本，又因现
场直接供风，省却供风管道，管路损失小，后期维护、维修费用大大降低，能耗也随之降低。
上述底层动态曝气系统，可适用于矩形池、环形池、多边形等氧化沟,具有非常广
阔的市场应用前景。
优选地，如图9所示在固定支架2-3的外框底部均匀布置若干只支撑滚轮2-7，当底
层曝气系统直径较大或整体质量较重时，采用支撑滚轮2-7辅助支承，增加运转的稳定性，
降低能量消耗。
另外，优选地，如图10所示，曝气供风管2-1底部采用支撑件2-8作为下支点，当动
态曝气装置直径较大或整体质量较重时，采用底部支撑件2-8，同样可增加运转的稳定性和
降低能量消耗。
尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权
利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明的元素可以以个
体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。