本发明提出的是一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其结构包括压电薄膜（43）、进气口（1）、充气空腔（2）、通气握把（3）、支撑杆（4）、大输气杆（5）、小输气杆（19）、气流积压装置（30）、过水腔体（6）；充气空腔（2）位于进气口（1）的上侧，充气空腔（2）的两侧安装有通气握把（3），通气握把（3）的上端与支撑杆（4）相连接，支撑杆（4）的下端与充气空腔（2）的上端相连接，支撑杆（4）的内部安装有大输气杆（5）和小输气杆（19），气流积压装置（30）位于小输气杆（19）的上侧，过水腔体（6）位于气流积压装置（30）的上侧，压电薄膜（43）位于气流积压装置（30）的内部。
1.一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其特征是包括曝气装置，压电薄膜
（43）；所述曝气装置包括进气口（1）、充气空腔（2）、通气握把（3）、支撑杆（4）、大输气杆（5）、小输气杆（19）、气流积压装置（30）、过水腔体（6）；充气空腔（2）位于进气口（1）的上侧，充气空腔（2）的两侧安装有通气握把（3），通气握把（3）的上端与支撑杆（4）相连接，支撑杆（4）的下端与充气空腔（2）的上端相连接，支撑杆（4）为中空的杆状，支撑杆（4）的内部安装有大输气杆（5）和小输气杆（19），气流积压装置（30）位于小输气杆（19）的上侧，过水腔体（6）位于气流积压装置（30）的上侧，压电薄膜（43）位于气流积压装置（30）的内部；
所述进气口（1）位于充气空腔（2）的下侧，进气口（1）与外部曝气装置的输气管相连接；
所述充气空腔（2）为中空的腔体，腔体内部侧壁上固定安装有滑道（10），滑道（10）呈竖直放置，滑道（10）内表面固定安装有若干阻碍块（15），滑道（10）与腔体内部侧壁接触处安装有固定块（13）；所述若干阻碍块（15）分别位于滑道10的下半部分以及滑道（10）上半部分内表面的凹槽（14）的上侧；所述滑道（10）内部有重心球（16）、圆盘底座（9）、气囊（7）、三角支撑板（11），大输气杆（5）的下端与重心球（16）接触，所述气囊（7）固定安装在圆盘底座（9）的下表面居中位置，所述三角支撑板（11）和重心球（16）均固定安装在圆盘底座（9）的上方，所述重心球（16）位于圆盘底座（9）的正上方，三角支撑板（11）位于重心球（16）的四周，重心球（16）的四周外侧紧靠三角支撑板（11）；所述圆盘底座（9）与重心球（16）接触位置设有摩擦片（12）；所述圆盘底座（9）的侧壁四周固定安装有滑轮（8），所述滑轮（8）位于滑道（10）内；
所述通气握把（3）的下端为下通气口（17），通气握把（3）的下端固定安装在充气空腔（2）的两侧腔壁中心，通气握把（3）通过下通气口（17）与充气空腔（2）的内部连通，通气握把（3）的上端为上通气口（18），通气握把（3）的上端固定安装在支撑杆（4）的两侧杆壁中心，通气握把（3）的上端通过上通气口（18）与支撑杆（4）的内部连通；
所述气流积压装置（30）位于过水腔体（6）内部，气流积压装置（30）的底部与小输气杆（19）和输气通道（26）固定连接，气流积压装置（30）的侧壁与过水腔体（6）的内壁固定连接；
所述气流积压装置（30）包括分散管头（39）、条形气孔（40）、圆盘气腔（41）、方形腔（42）、旋棒（44）、气压门（47）；所述分散管头（39）包括中空圆筒管（37）和分散管（38），分散管头（39）底部为中空圆筒管（37）与输气通道（26）相连，分散管头（39）顶部的分散管（38）从中空圆筒管（37）的边缘向过水腔体（6）的内壁延伸并固定；所述条形气孔（40）均匀分布在分散管（38）的边缘，每根分散管（38）设有三个条形气孔（40）；所述圆盘气腔（41）内部中空，位于分散管头（39）的上侧，在每根分散管（38）的条形气孔（40）处开设有与分散管（38）管径相同的空槽（58），且在空槽（58）一侧设置有挡板（59）；所述方形腔（42）的内部中空，位于圆盘气腔（41）内部中心偏下位置，方形腔（42）底部与分散管（38）的底部平齐，圆盘气腔（41）的每个区域各安装有一个方形腔（42），所述方形腔（42）底部安装有气压门（47）；所述旋棒（44）通过两端的活动轴承（45）与方形腔（42）侧壁活动安装；外界气体通过输气通道（26）进入气流积压装置（30），在分散管头（39）中的分散管（38）处被分散为四部分；这四部分气体分别通过条形气孔（40）和空槽（58）进入圆盘气腔（41）的四个区域，并汇集于每个区域的方形腔（42）内。
2.根据权利要求1所述的一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其特征是所述
支撑杆（4）固定安装于充气空腔（2）的上侧，支撑杆（4）两侧杆壁中心处设有开口（22），开口（22）大小与上通气口（18）相同；所述大输气杆（5）的下侧两端开设有输气口（23），输气口（23）的大小与开口（22）、上通气口（18）相同；所述大输气杆（5）位于支撑杆（4）的内部，且长于支撑杆（4），大输气杆（5）底部位于充气空腔（2）内，曝气过程中大输气杆（5）向上移动，直至与支撑杆（4）固定，超出支撑杆（4）部分的大输气杆（5）管壁上开有通气孔（20），通气孔（20）内部安装有防尘网（21）；所述大输气杆（5）的内部呈中空圆柱体状，大输气杆（5）包括输气通道（26）、圆台型隔板（25）、集气通道（27）、输气口（23）；所述输气口（23）位于大输气杆（5）的下端两侧；所述输气通道（26）上均匀分布气泡孔（28）；当曝气过程中大输气杆（5）与支撑杆（4）固定时，输气口（23）、开口（22）、上通气口（18）的中心均位于一条直线上，且输气口（23）、开口（22）、上通气口（18）三者的孔径大小一致；所述输气通道（26）的底部与输气口（23）相连，输气通道（26）的顶部固定安装在气流积压装置（30）的底部，在支撑杆（4）顶部位置向上部分直至气流积压装置（30）的底部之间对应部分均匀分布气泡孔（28）；外界气体进入大输气杆（5）后，分别进入输气通道（26）和集气通道（27），并从输气通道（26）上的气泡孔（28）喷出，随后通过大输气杆（5）管壁上的通气孔（20）进入水体。
3.根据权利要求2所述的一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其特征是所述
输气通道（26）在与支撑杆（4）固定后的大输气杆（5）的顶部处管径变小，小管径部分在装置初始状态下位于大管径部分的内部，小管径部分的顶部与气流积压装置（30）固定连接；所述集气通道（27）位于输气通道（26）的内侧，大输气杆（5）内部中心处，集气通道（27）顶部穿过气流积压装置（30）与过水腔体（6）相连，集气通道（27）底部与输气通道（26）的底部齐平；
所述圆台型隔板（25）固定安装在集气通道（27）的底部；所述小输气杆（19）位于大输气杆（5）的内部，且短于大输气杆（5），小输气杆（19）的顶部与气流积压装置（30）固定连接，曝气过程中大输气杆（5）与支撑杆（4）固定后，小输气杆（19）继续向通气方向移动，直至与大输气杆（5）固定，小输气杆（19）超出大输气杆（5）部分的管壁上也开有通气孔（20），通气孔（20）内安装有防尘网（21）。
4.根据权利要求2所述的一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其特征是所述
过水腔体（6）外部呈半球形，过水腔体（6）包括腔体侧壁（32）、漂浮气囊（31）、纳水球体（36）、充气气囊（35）、渐缩管（33）；所述腔体侧壁（32）沿过水腔体（6）的外形分布，腔体侧壁（32）从过水腔体（6）底部到顶部的厚度逐渐变小；所述漂浮气囊（31）呈正方体状；所述漂浮气囊（31）有若干个，若干个漂浮气囊（31）对称分布在过水腔体（6）底部的腔体侧壁（32）上；
所述纳水球体（36）位于过水腔体（6）中心，纳水球体（36）的顶部固定安装在过水腔体（6）的顶部，纳水球体（36）底部与气流积压装置（30）固定安装，纳水球体（36）的球壁中心偏下位置开设有对称的纳水口（34），所述集气通道（27）穿过气流积压装置（30）进入纳水球体（36）内部；所述充气气囊（35）位于纳水球体（36）内部，其底部固定安装在渐缩管（33）下部，所述充气气囊（35）内顶部固定有细绳（29），细绳（29）穿过渐缩管（33）进入集气通道（27），直至延伸到圆台型隔板（25）底部，同时细绳（29）末端悬挂有锥形铁块（24）；工作时，水由于水压通过纳水口（34）进入过水腔体（6）内部的纳水球体（36），使纳水球体（36）充满；外界气体沿集气通道（27）进入纳水球体（36）内部的充气气囊（35），充气气囊（35）在充气过程中，将纳水球体（36）内部的水通过纳水口（34）排出，推动过水腔体（6）向上运动；当充气气囊（35）充满气后，位于充气气囊（35）顶部的细绳（29）被拉长，细绳（29）末端正好位于集气通道（27）底部，此时锥形铁块（24）堵住集气通道（27），气流被截断。
5.根据权利要求1所述的一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其特征是所述
支撑杆（4）、大输气杆（5）的顶部管壁加厚，所述大输气杆（5）、小输气杆（19）的底部管壁向外凸起；随着外界气体的通入，重心球（16）推动大输气杆（5）向上运动，直至大输气杆（5）的底部抵达支撑杆（4）的顶部，此时大输气杆（5）底部和支撑杆（4）顶部的管壁接触，大输气杆（5）被阻碍而固定；同时，当过水腔体（6）带动小输气杆（19）向上运动直至大输气杆（5）的顶部时，大输气杆（5）加厚的管壁阻碍小输气杆（19）向上运动而固定。
6.根据权利要求1所述的一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其特征是所述
气压门（47）包括强力磁棒（48）、通气管（49）、半开气口（57）、集气腔（51）、圆柱钢棒（53）、旋杆（56）、通气廊道（52）、圆弧支撑槽（50）；所述通气管（49）被半开气口（57）分为上下两部分，其中位于半开气口（57）上半部分管内为实心，其顶部固定安装有强力磁棒（48），通气管（49）下半部分底部与集气腔（51）固定连接；所述强力磁棒（48）在旋棒（44）左右两边的通气管（49）内交替放置，每一边共安装有两根强力磁棒（48），且每根强力磁棒（48）下方固定安装三组通气管（49）和集气腔（51）；所述集气腔（51）位于每个载重块（46）的下面，其内部有通道（55）以及空腔（54），在位于通道（55）的最低处有圆柱钢棒（53）；所述通气管（49）和集气腔（51）在位于两根强力磁棒（48）交汇处的宽度变窄；所述旋杆（56）位于集气腔（51）底部的实心部分；所述通气廊道（52）位于两个集气腔（51）之间，通气廊道（52）与集气腔（51）相连通。
7.根据权利要求1所述的一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其特征是所述
压电薄膜（43）安装在方形腔（42）中的旋棒（44）上，压电薄膜（43）一部分固定在旋棒（44）上，压电薄膜（43）另一部分围在旋棒（44）上，压电薄膜（43）下部固定安装有若干载重块（46）；工作时，外界气体进入方形腔（42），一部分气体通过半开气口（57）进入通气管（49）和集气腔（51），并通过通气廊道（52）扩散至整个气压门（47），保证气压门（47）结构内部气压稳定；同时，推动圆柱钢棒（53）向空腔（54）运动，在圆柱钢棒（53）接触空腔（54）时提供向下的力，同时外界气体对于集气腔（51）存在向下的压力，这两种向下的力促使集气腔（51）围绕旋杆（56）向下运动，此时位于旋棒（44）两侧的通气管（49）顶部的强力磁棒（48）彼此吸引，交叉固定；此时方形腔（42）底部的集气腔（51）打开，压电薄膜（43）下部的载重块（46）因重力从集气腔（51）上的圆弧支撑槽（50）离开方形腔（42），随之压电薄膜（43）进入水体；此时，从大输气杆（5）和小输气杆（19）上通气孔（20）喷出的气体在水中形成气泡，产生的气泡向水面运动与压电薄膜（43）接触，在压电薄膜（43）周围形成搅动并提供氧气，使压电薄膜（43）的表面发生针对水中污染物的氧化还原反应。
一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，属于水污染治理领域。
背景技术
[0002] 如今，人类活动产生的大量污染物进入环境水体造成不同程度的水体污染，导致越来越多的环境生态恶化问题，进而影响人类正常的生产生活和发展，水环境保护逐渐成为政府及社会普遍关注的话题；
[0003] 其中，水污染治理作为实现水环境保护的重要组成部分，如何实现高效降解水中污染物正成为当下的研究热点。
[0004] 自然条件下，环境水体具有一定的自净能力，能够自然净化进入水体的污染物；然而，此过程耗时长且处理能力有限，当进入水体的污染物超过水体自净能力时，水体水质变坏，进而破坏水体的原有价值和作用，导致水体污染；目前，去除水体污染物的方法主要分为物理、化学、生物三类方法，物理去除方法包括沙滤法、活性炭吸附法等；化学去除方法包括絮凝法、高级化学氧化法等；生物去除方法包括生物膜法、活性污泥法等；曝气技术作为一种物理增氧技术，具有过程可控、成本低、生态影响小等优势，在物理、化学、生物三类去除水体污染物的方法中得到越来越多的运用。
[0005] 通常，受污染水体溶解氧含量低，很难通过自然复氧的方式获得足够的溶解氧；曝气技术作为目前最普遍的水污染治理技术之一，将空气中的氧强制向水体中转移，能够在提高水中溶解氧浓度的同时，增加污染物与微生物特别是好氧微生物的接触，再利用微生物在适宜的溶解氧条件下利用自身代谢对污染物的分解作用以达到去除污染物的目的。
[0006] 压电催化技术作为近些年来被用于环境治理的新型催化技术，原理来源于压电效应，可以实现对外界机械能（包括水流、风力等）的收集，利用半导体性质中单向电荷传递实现电能的产生和传输，进而在半导体催化剂表面触发氧化还原反应，实现对水体中污染物的有效去除。
[0007] 目前，河湖及各类自来水厂、污水处理厂主要依托曝气装置进行曝气；然而已有的曝气装置除了可以提高水中溶解氧浓度外，并没有直接参与污染物的降解；同时，曝气过程中产生的气泡以及水体搅动也未得到充分利用；因此，本发明提出一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，利用压电催化技术，将曝气过程中产生的水动能收集，激发催化剂表面的氧化还原反应，在充分曝气的同时，实现对水中污染物有效降解。
发明内容
[0008] 本发明提出的是一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其目的旨在利用曝气技术产生的水动能，通过对水动能的收集并转换以实现曝气的同时与压电催化技术相结合降解水中污染物的目的。
[0009] 本发明的技术解决方案：一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其结构包括曝气装置，压电薄膜43；所述曝气装置包括进气口1、充气空腔2、通气握把3、支撑杆4、大输气杆5、小输气杆19、气流积压装置30、过水腔体6；充气空腔2位于进气口1的上侧，充气空腔2的两侧安装有通气握把3，通气握把3的上端与支撑杆4相连接，支撑杆4的下端与充气空腔2的上端相连接，支撑杆4为中空的杆状，支撑杆4的内部安装有大输气杆5和小输气杆19，气流积压装置30位于小输气杆19的上侧，过水腔体6位于气流积压装置30的上侧，压电薄膜43位于气流积压装置30的内部。
[0010] 进一步地，所述进气口1位于充气空腔2的下侧，进气口1与外部曝气装置的输气管相连接；所述充气空腔2为中空的腔体，腔体内部侧壁上固定安装有滑道10，滑道10呈竖直放置，滑道10内表面固定安装有若干阻碍块15，滑道10与腔体内部侧壁接触处安装有固定块13；所述若干阻碍块15分别位于滑道10的下半部分以及滑道10上半部分内表面的凹槽14的上侧；所述滑道10内部有重心球16、圆盘底座9、气囊7、三角支撑板11，大输气杆5的下端与重心球16接触，所述气囊7固定安装在圆盘底座9的下表面居中位置，所述三角支撑板11和重心球16均固定安装在圆盘底座9的上方，所述重心球16位于圆盘底座9的正上方，三角支撑板11位于重心球16的四周，重心球16的四周外侧紧靠三角支撑板11；所述圆盘底座9与重心球16接触位置设有摩擦片12；所述圆盘底座9的侧壁四周固定安装有滑轮8，所述滑轮8位于滑道10内。
[0011] 进一步地，所述通气握把3的下端为下通气口17，通气握把3的下端固定安装在充气空腔2的两侧腔壁中心，通气握把3通过下通气口17与充气空腔2的内部连通，通气握把3的上端为上通气口18，通气握把3的上端固定安装在支撑杆4的两侧杆壁中心，通气握把3的上端通过上通气口18与支撑杆4的内部连通。
[0012] 进一步地，所述支撑杆4固定安装于充气空腔2的上侧，支撑杆4两侧杆壁中心处设有开口22，开口22大小与上通气口18相同；所述大输气杆5的下侧两端开设有输气口23，输气口23的大小与开口22、上通气口18相同；所述大输气杆5位于支撑杆4的内部，且长于支撑杆4，大输气杆5底部位于充气空腔2内，曝气过程中大输气杆5向上移动，直至与支撑杆4固定，超出支撑杆4部分的大输气杆5管壁上开有通气孔20，通气孔20内部安装有防尘网21；所述大输气杆5的内部呈中空圆柱体状，大输气杆5包括输气通道26、圆台型隔板25、集气通道27、输气口23；所述输气口23位于大输气杆5的下端两侧；所述输气通道26上均匀分布气泡孔28；当曝气过程中大输气杆5与支撑杆4固定时，输气口23、开口22、上通气口18的中心均位于一条直线上，且输气口23、开口22、上通气口18三者的孔径大小一致；所述输气通道26的底部与输气口23相连，输气通道26的顶部固定安装在气流积压装置30的底部，在支撑杆4顶部位置向上部分直至气流积压装置30的底部之间对应部分均匀分布气泡孔28；外界气体进入大输气杆5后，分别进入输气通道26和集气通道27，并从输气通道26上的气泡孔28喷出，随后通过大输气杆5管壁上的通气孔20进入水体。
[0013] 进一步地，所述输气通道26在与支撑杆4固定后的大输气杆5的顶部处管径变小，小管径部分在装置初始状态下位于大管径部分的内部，小管径部分的顶部与气流积压装置30固定连接；所述集气通道27位于输气通道26的内侧，大输气杆5内部中心处，集气通道27顶部穿过气流积压装置30与过水腔体6相连，集气通道27底部与输气通道26的底部齐平；所述圆台型隔板25固定安装在集气通道27的底部；所述小输气杆19位于大输气杆5的内部，且短于大输气杆5，小输气杆19的顶部与气流积压装置30固定连接，曝气过程中大输气杆5与支撑杆4固定后，小输气杆19继续向通气方向移动，直至与大输气杆5固定，小输气杆19超出大输气杆5部分的管壁上也开有通气孔20，通气孔20内安装有防尘网21。
[0014] 进一步地，所述过水腔体6外部呈半球形，过水腔体6包括腔体侧壁32、漂浮气囊31、纳水球体36、充气气囊35、渐缩管33；所述腔体侧壁32沿过水腔体6的外形分布，腔体侧壁32从过水腔体6底部到顶部的厚度逐渐变小；所述漂浮气囊31呈正方体状；所述漂浮气囊
31有若干个，若干个漂浮气囊31对称分布在过水腔体6底部的腔体侧壁32上；所述纳水球体
36位于过水腔体6中心，纳水球体36的顶部固定安装在过水腔体6的顶部，纳水球体36底部与气流积压装置30固定安装，纳水球体36的球壁中心偏下位置开设有对称的纳水口34，所述集气通道27穿过气流积压装置30进入纳水球体36内部；所述充气气囊35位于纳水球体36内部，其底部固定安装在渐缩管33下部，所述充气气囊35内顶部固定有细绳29，细绳29穿过渐缩管33进入集气通道27，直至延伸到圆台型隔板25底部，同时细绳29末端悬挂有锥形铁块24；工作时，水由于水压通过纳水口34进入过水腔体6内部的纳水球体36，使纳水球体36充满；外界气体沿集气通道27进入纳水球体36内部的充气气囊35，充气气囊35在充气过程中，将纳水球体36内部的水通过纳水口34排出，推动过水腔体6向上运动；当充气气囊35充满气后，位于充气气囊35顶部的细绳29被拉长，细绳29末端正好位于集气通道27底部，此时锥形铁块24堵住集气通道27，气流被截断。
[0015] 进一步地，所述支撑杆4、大输气杆5的顶部管壁加厚，所述大输气杆5、小输气杆19的底部管壁向外凸起；随着外界气体的通入，重心球16推动大输气杆5向上运动，直至大输气杆5的底部抵达支撑杆4的顶部，此时大输气杆5底部和支撑杆4顶部的管壁接触，大输气杆5被阻碍而固定；同时，当过水腔体6带动小输气杆19向上运动直至大输气杆5的顶部时，大输气杆5加厚的管壁阻碍小输气杆19向上运动而固定。
[0016] 进一步地，所述气流积压装置30位于过水腔体6内部，气流积压装置30的底部与小输气杆19和输气通道26固定连接，气流积压装置30的侧壁与过水腔体6的内壁固定连接；所述气流积压装置30包括分散管头39、条形气孔40、圆盘气腔41、方形腔42、旋棒44、气压门47；所述分散管头39包括中空圆筒管37和分散管38，分散管头39底部为中空圆筒管37与输气通道26相连，分散管头39顶部的分散管38从中空圆筒管37的边缘向过水腔体6的内壁延伸并固定；所述条形气孔40均匀分布在分散管38的边缘，每根分散管38设有三个条形气孔
40；所述圆盘气腔41内部中空，位于分散管头39的上侧，在每根分散管38的条形气孔40处开设有与分散管38管径相同的空槽58，且在空槽58一侧设置有挡板59；所述方形腔42的内部中空，位于圆盘气腔41内部中心偏下位置，方形腔42底部与分散管38的底部平齐，圆盘气腔
41的每个区域各安装有一个方形腔42，所述方形腔42底部安装有气压门47；所述旋棒44通过两端的活动轴承45与方形腔42侧壁活动安装；外界气体通过输气通道26进入气流积压装置30，在分散管头39中的分散管38处被分散为四部分；这四部分气体分别通过条形气孔40和空槽58进入圆盘气腔41的四个区域，并汇集于每个区域的方形腔42内。
[0017] 进一步地，所述气压门47包括强力磁棒48、通气管49、半开气口57、集气腔51、圆柱钢棒53、旋杆56、通气廊道52、圆弧支撑槽50；所述通气管49被半开气口57分为上下两部分，其中位于半开气口57上半部分管内为实心，其顶部固定安装有强力磁棒48，通气管49下半部分底部与集气腔51固定连接；所述强力磁棒48在旋棒44左右两边的通气管49内交替放置，每一边共安装有两根强力磁棒48，且每根强力磁棒48下方固定安装三组通气管49和集气腔51；所述集气腔51位于每个载重块46的下面，其内部有通道55以及空腔54，在位于通道55的最低处有圆柱钢棒53；所述通气管49和集气腔51在位于两根强力磁棒48交汇处的宽度变窄；所述旋杆56位于集气腔51底部的实心部分；所述通气廊道52位于两个集气腔51之间，通气廊道52与集气腔51相连通。
[0018] 所述压电薄膜43安装在方形腔42中的旋棒44上，压电薄膜43一部分固定在旋棒44上，压电薄膜43另一部分围在旋棒44上，压电薄膜43下部固定安装有若干载重块46；工作时，外界气体进入方形腔42，一部分气体通过半开气口57进入通气管49和集气腔51，并通过通气廊道52扩散至整个气压门47，保证气压门47结构内部气压稳定；同时，推动圆柱钢棒53向空腔54运动，在圆柱钢棒53接触空腔54时提供向下的力，同时外界气体对于集气腔51存在向下的压力，这两种向下的力促使集气腔51围绕旋杆56向下运动，此时位于旋棒44两侧的通气管49顶部的强力磁棒48彼此吸引，交叉固定；此时方形腔42底部的集气腔51打开，压电薄膜43下部的载重块46因重力从集气腔51上的圆弧支撑槽50离开方形腔42，随之压电薄膜43进入水体；此时，从大输气杆5和小输气杆19上通气孔20喷出的气体在水中形成气泡，产生的气泡向水面运动与压电薄膜43接触，在压电薄膜43周围形成搅动并提供氧气，使压电薄膜43的表面发生针对水中污染物的氧化还原反应。
[0019] 本发明的有益效果：
[0020] 1）本发明实现了压电催化技术与曝气技术相结合去除水中污染物的技术效果；
[0021] 2）本发明通过进气口从外部装置获取气体，进气口可以根据外部装置输气管的孔径大小进行调整以固定；同时装置在运行过程中位于外界水体底部，可以实现装置充分曝气；
[0022] 3）本发明在曝气过程中随着气流而整体变长，曝气结束后由于重力自然恢复，使装置所占空间小，同时通气握把的设计使得装置便于携带；
[0023] 4）通过进一步设计，本发明通过设计充气空腔、通气握把、输气通道、集气通道，使本发明实现曝气过程中水和气体在装置内不接触，避免外界水流进入装置而造成装置损坏；
[0024] 5）通过进一步设计，本发明通过设计充气空腔、大输气杆、小输气杆、集气通道、充气气囊等结构，使本发明仅利用气体流动便可以实现装置的整体运行，无需在装置内额外设置电源及电机，延长装置的使用寿命；
[0025] 6）通过进一步设计，本发明通过设置气流积压装置，实现气体均匀分散在圆盘气腔的每一部分，当气体量达到一定程度时，方形腔底部的气压门将打开，此时压电薄膜将会进入水体，实现压电薄膜在装置还未完全定型前不与水体接触，保证装置运行的完整性；
[0026] 7）通过进一步设计，本发明通过设置压电薄膜，实现利用曝气过程中自下而上的气泡对压电薄膜的碰撞以及对水体的扰动，在压电薄膜表面发生针对水中污染物的氧化还原反应，从而达到装置曝气的同时实现降解水中污染物的作用；
[0027] 8）通过进一步设计，本发明具有运行的自主性，可以仅利用外界气体，使装置产生整体变化，并完成曝气和压电催化过程；这样可以使装置内部无需设计多余的驱动装置（如电机等），避免了水流进入装置对驱动装置的潜在损坏，延长装置的使用寿命；
[0028] 9)通过进一步设计，本发明可以根据具体使用情况设计装置大小、尺寸，应用范围广；如对于自来水厂、污水处理厂，该装置可以安装在曝气池中的曝气管道上，设计成小尺寸，按照曝气管道上出气口位置确定数量，作辅助曝气装置；对于河道、湖泊的曝气，该装置可以设计成大尺寸，外接曝气管和固定装置后可以沉入水底进行曝气。
附图说明
[0029] 附图1是本发明初始状态结构正视图。
[0030] 附图2是本发明初始状态结构侧视图。
[0031] 附图3是本发明初始状态结构侧视细节图。
[0032] 附图4是本发明充气空腔结构示意图。
[0033] 附图5是本发明大、小输气杆固定细节图。
[0034] 附图6是本发明大、小输气杆位置示意图。
[0035] 附图7是本发明输气通道、集气通道结构正视图。
[0036] 附图8是本发明输气通道、集气通道结构侧视图。
[0037] 附图9是本发明过水腔体结构示意图。
[0038] 附图10是本发明过水腔体仰视图。
[0039] 附图11是本发明气流积压装置三维结构图。
[0040] 附图12是本发明气流积压装置侧视图。
[0041] 附图13是本发明气流积压装置俯视图。
[0042] 附图14是本发明压电薄膜收起时的方形腔、旋棒及压电薄膜示意图。
[0043] 附图15是本发明压电薄膜打开进入水体时的方形腔、旋棒及压电薄膜示意图。
[0044] 附图16是本发明方形腔、旋棒及气压门仰视图。
[0045] 附图17是本发明气压门侧视图。
[0046] 附图18是本发明气压门正视图。
[0047] 附图19是本发明气压门完全打开示意图。
[0048] 附图20依次是本发明运行整体变化趋势状态图一。
[0049] 附图21依次是本发明运行整体变化趋势状态图二。
[0050] 附图22依次是本发明运行整体变化趋势状态图三。
[0051] 附图23依次是本发明运行整体变化趋势状态细节图一。
[0052] 附图24依次是本发明运行整体变化趋势状态细节图二。
[0053] 附图25依次是本发明运行整体变化趋势状态细节图三。
[0054] 附图26依次是本发明运行整体变化趋势状态细节图四。
[0055] 附图中1是进气口；2是充气空腔；3是通气握把；4是支撑杆；5是大输气杆；6是过水腔体；7是气囊；8是滑轮；9是圆盘底座；10是滑道；11是三角支撑板；12是摩擦片；13是固定块；14是凹槽；15是阻碍块；16是重心球；17是下通气口；18是上通气口；19是小输气杆；20是通气孔；21是防尘网；22是开口；23是输气口；24是锥形铁块；25是圆台型隔板；26是输气通道；27是集气通道；28是气泡孔；29是细绳；30是气流积压装置；31是漂浮气囊；32是腔体侧壁；33是渐缩管；34是纳水口；35是充气气囊；36是纳水球体；37是中空圆筒管；38是分散管；39是分散管头；40是条形气孔；41是圆盘气腔；42是方形腔；43是压电薄膜；44是旋棒；45是活动轴承；46是载重块；47是气压门；48是强力磁棒；49是通气管；50是圆弧支撑槽；51是集气腔；52是通气廊道；53是圆柱钢棒；54是空腔；55是通道；56是旋杆；57是半开气口；58是空槽；59是挡板。
具体实施方式
[0056] 一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置，其结构包括曝气装置，压电薄膜43；所述曝气装置包括进气口1、充气空腔2、通气握把3、支撑杆4、大输气杆5、小输气杆19、气流积压装置30、过水腔体6；充气空腔2位于进气口1的上侧，充气空腔2的两侧安装有通气握把
3，通气握把3的上端与支撑杆4相连接，支撑杆4的下端与充气空腔2的上端相连接，支撑杆4的内部安装有大输气杆5和小输气杆19，气流积压装置30位于小输气杆19的上侧，过水腔体
6位于气流积压装置30的上侧，压电薄膜43位于气流积压装置30的内部；支撑杆4为中空的杆状。
[0057] 本发明曝气过程中大输气杆5向上移动，直至与支撑杆4固定，小输气杆19继续向上移动，直至与大输气杆5固定，压电薄膜43位于气流积压装置30的内部，并在曝气过程中与水体接触。
[0058] 所述进气口1位于充气空腔2的下侧，进气口1与外部曝气装置的输气管相连接，进气口1可以根据外部曝气装置输气管的孔径大小进行调整以实现进气口1与外部曝气装置的固定；外界气体经过外部曝气装置运输后通过进气口1进入充气空腔2内部。
[0059] 所述充气空腔2为中空的腔体，腔体内部侧壁上固定安装有滑道10，滑道10呈竖直放置，滑道10内表面固定安装有若干阻碍块15，滑道10与腔体内部侧壁接触处安装有固定块13以稳定滑道10；所述若干阻碍块15分别位于滑道10的下半部分以及滑道10上半部分内表面的凹槽14的上侧；所述滑道10内部有重心球16、圆盘底座9、气囊7、三角支撑板11，大输气杆5的下端与重心球16接触，所述气囊7固定安装在圆盘底座9的下表面居中位置，所述三角支撑板11和重心球16均固定安装在圆盘底座9的上方，所述重心球16位于圆盘底座9的正上方，三角支撑板11位于重心球16的四周，重心球16的四周外侧紧靠三角支撑板11；三角支撑板11用于固定重心球16防止其在移动过程中滚落，所述圆盘底座9与重心球16接触位置设有摩擦片12，以增大重心球16底部的摩擦；所述圆盘底座9的侧壁四周固定安装有滑轮8，所述滑轮8位于滑道10内，带动圆盘底座9沿滑道10在充气空腔2内上下移动；外界气体进入充气空腔2后，迅速充满充气空腔2和通气握把3，随着外界气体的继续进入，充气空腔2内多余的气体冲击气囊7，推动圆盘底座9带着重心球16向上运动，继而推动位于充气空腔2内部的大输气杆5向上运动，直到大输气杆5与支撑杆4固定，此时圆盘底座9侧壁四周的滑轮8恰好位于滑道10上半部分内表面的的凹槽14里，并被滑道10上半部分内表面的的阻碍块15阻挡，同时外界气体持续进入腔内，使圆盘底座9和重心球16处于相对稳定的状态；当曝气结束时，圆盘底座9沿滑道10下滑直至滑道10下半部分内表面的的阻碍块15处，充气空腔2内部的重心球16回到原始位置。
[0060] 所述通气握把3的下端为下通气口17，通气握把3的下端固定安装在充气空腔2的两侧腔壁中心，通气握把3通过下通气口17与充气空腔2的内部连通，通气握把3的上端为上通气口18，通气握把3的上端固定安装在支撑杆4的两侧杆壁中心，通气握把3的上端通过上通气口18与支撑杆4的内部连通。
[0061] 所述支撑杆4固定安装于充气空腔2的上侧，在本发明未工作时支撑杆4起到支撑过水腔体6的作用，支撑杆4两侧杆壁中心处设有开口22，开口22大小与上通气口18相同。
[0062] 所述大输气杆5的下侧两端开设有输气口23，输气口23的大小与开口22、上通气口18相同；曝气过程中，充气空腔2内部的圆盘底座9和重心球16推动大输气杆5向上运动，直至大输气杆5与支撑杆4固定，此时输气口23、开口22、上通气口18的中心均位于一条直线上，累积在通气握把3内部的外界气体进入大输气杆5内，实现气流的有效传递。
[0063] 所述大输气杆5位于支撑杆4的内部，且长于支撑杆4，其底部位于充气空腔2内，曝气过程中大输气杆5向上移动，直至与支撑杆4固定，超出支撑杆4部分的大输气杆5管壁上开有通气孔20，通气孔20内部安装有防尘网21，防尘网21能防止水体中杂物进入装置内部造成堵塞。
[0064] 所述大输气杆5的内部呈中空圆柱体状，大输气杆5包括输气通道26、圆台型隔板25、集气通道27、输气口23；所述输气口23位于大输气杆5的下端两侧；所述输气通道26上均匀分布气泡孔28；当曝气过程中大输气杆5与支撑杆4固定时，输气口23、开口22、上通气口
18的中心均位于一条直线上，且输气口23、开口22、上通气口18三者的孔径大小一致；所述输气通道26的底部与输气口23相连，输气通道26的顶部固定安装在气流积压装置30的底部，在支撑杆4顶部位置向上部分直至气流积压装置30的底部之间对应部分均匀分布气泡孔28；外界气体进入大输气杆5后，分别进入输气通道26和集气通道27，并从输气通道26上的气泡孔28喷出，随后通过大输气杆5管壁上的通气孔20进入水体。
[0065] 所述输气通道26在与支撑杆4固定后的大输气杆5的顶部处管径变小，小管径部分在装置初始状态下位于大管径部分的内部，小管径部分的顶部与气流积压装置30固定连接；所述集气通道27位于输气通道26的内侧，大输气杆5内部中心处，集气通道27顶部穿过气流积压装置30与过水腔体6相连，集气通道27底部与输气通道26的底部齐平；所述集气通道27在与支撑杆4固定后大输气杆5的顶部处管径变小，与输气通道26的变化过程一致；曝气过程中，过水腔体6向上运动，带动输气通道26和集气通道27的小管径部分从大管径部分的内部抽出，与小输气杆19运动保持一致，保证装置正常运行。
[0066] 所述圆台型隔板25固定安装在集气通道27的底部，隔板内壁粗糙；所述小输气杆19位于大输气杆5的内部，且短于大输气杆5，小输气杆19的顶部与气流积压装置30固定连接，曝气过程中大输气杆5与支撑杆4固定后，小输气杆19继续向通气方向（即向上）移动，直至与大输气杆5固定，小输气杆19超出大输气杆5部分的管壁上也开有通气孔20，通气孔20内安装有防尘网21；大输气杆5与小输气杆19的大小是指大输气杆5与小输气杆19两者之间的相对大小。
[0067] 所述过水腔体6外部呈半球形，过水腔体6包括腔体侧壁32、漂浮气囊31、纳水球体36、充气气囊35、渐缩管33；所述腔体侧壁32沿过水腔体6的外形分布，其从过水腔体6底部到顶部的厚度逐渐变小；所述漂浮气囊31呈正方体状，对称分布在过水腔体6底部的腔体侧壁32上；所述纳水球体36位于过水腔体6中心，纳水球体36的顶部固定安装在过水腔体6的顶部，底部与气流积压装置30固定安装，纳水球体36的球壁中心偏下位置开设有对称的纳水口34，所述集气通道27穿过气流积压装置30进入纳水球体36内部；所述充气气囊35位于纳水球体36内部，其底部固定安装在渐缩管33下部，所述充气气囊35内顶部固定有细绳29，细绳29穿过渐缩管33进入集气通道27，直至延伸到圆台型隔板25底部，同时细绳29末端悬挂有锥形铁块24；本发明一种利用曝气水动能驱动污染物降解的装置进入水体后，水由于水压通过纳水口34进入过水腔体6内部的纳水球体36，使纳水球体36充满；外界气体沿集气通道27进入纳水球体36内部的充气气囊35，充气气囊35在充气过程中，将纳水球体36内部的水通过纳水口34排出，此时本发明整个装置具有三种朝向上的力：水向下排出而产生的推力、充气气囊35提供的浮力、漂浮气囊31提供的浮力；这三种力推动过水腔体6向上运动；
当充气气囊35充满气后，为了防止气体继续进入造成充气气囊35损坏，位于充气气囊35顶部的细绳29被拉长，末端正好位于集气通道27底部，此时锥形铁块24堵住集气通道27，气流被截断，保持相对稳定的状态，延长充气气囊35的使用寿命；同时由于集气通道27被阻挡，气流进入输气通道26的量增多，随之进入水体和气流积压装置30的气体量增多。
[0068] 所述支撑杆4、大输气杆5的顶部管壁逐渐加厚，所述大输气杆5、小输气杆19的底部管壁向外凸起；随着外界气体的通入，重心球16推动大输气杆5向上运动，直至大输气杆5的底部抵达支撑杆4的顶部，此时两者变化的管壁接触，大输气杆5被阻碍而固定；同时，当过水腔体6带动小输气杆19向上运动直至大输气杆5的顶部时，大输气杆5逐渐加厚的管壁阻碍小输气杆19向上运动而固定；同理，输气通道26、集气通道27在与支撑杆4固定后的大输气杆5的顶部处管径变小，其上下两部分的底、顶部结构与大输气杆5、小输气杆19相同，从而实现输气通道26和集气通道27的小管径部分从大管径部分的内部抽出而固定。
[0069] 所述气流积压装置30位于过水腔体6内部，气流积压装置30的底部与小输气杆19和输气通道26固定连接，气流积压装置30的侧壁与过水腔体6的内壁固定连接；所述气流积压装置30包括分散管头39、条形气孔40、圆盘气腔41、方形腔42、旋棒44，气压门47；所述分散管头39包括中空圆筒管37和分散管38，分散管头39底部为中空圆筒管37与输气通道26相连，分散管头39顶部的分散管38从中空圆筒管37的边缘向过水腔体6的内壁延伸并固定；所述条形气孔40均匀分布在分散管38的边缘，每根分散管38设有三个条形气孔40；所述圆盘气腔41内部中空，位于分散管头39的上侧，在每根分散管38的条形气孔40处开设有与分散管38管径相同的空槽58，且在空槽58一侧设置有挡板59；所述方形腔42的内部中空，位于圆盘气腔41内部中心偏下位置，方形腔42底部与分散管38的底部平齐，圆盘气腔41的每个区域各安装有一个方形腔42，所述方形腔42底部安装有气压门47；所述旋棒44通过两端的活动轴承45与方形腔42侧壁活动安装；外界气体通过输气通道26进入气流积压装置30，在分散管头39中的分散管38处被分散为四部分；这四部分气体分别通过条形气孔40和空槽58进入圆盘气腔41的四个区域，并汇集于每个区域的方形腔42内。
[0070] 所述气压门47包括强力磁棒48、通气管49、半开气口57、集气腔51、圆柱钢棒53、旋杆56、通气廊道52、圆弧支撑槽50；所述通气管49被半开气口57分为上下两部分，其中位于半开气口57上半部分管内为实心，其顶部固定安装有强力磁棒48，通气管49下半部分底部与集气腔51固定连接；所述强力磁棒48在旋棒44左右两边的通气管49内交替放置，每一边共安装有两根强力磁棒48，且每根强力磁棒48下固定安装三组通气管49和集气腔51；所述集气腔51位于每个载重块46的下面，其内部有空间狭小的通道55以及空间较大的空腔54，在位于通道55的最低处有圆柱钢棒53；所述通气管49和集气腔51在位于两根强力磁棒48交汇处的宽度变窄；所述旋杆56位于集气腔51底部的实心部分；所述通气廊道52位于两个集气腔51之间，与集气腔51相连通；所述圆柱钢棒53长度相比于强力磁棒48略短，圆柱钢棒53的放置方向与强力磁棒48平行，圆柱钢棒53的两端放置于每根强力磁棒48前后端处的两个集气腔51内部的通道55上，圆柱钢棒53的主体部分穿过两组通气廊道52；所述圆弧支撑槽50横跨气压门47，位于集气腔51的上侧和载重块46的两侧。
[0071] 所述压电薄膜43安装在方形腔42中的旋棒44上，一端固定在旋棒44上，其余大部分围在旋棒44上，一端放置于圆弧支撑槽50的上方，压电薄膜43下部固定安装有载重块46；所述压电薄膜43可以采用市场上现有的压电薄膜；外界气体进入方形腔42，迅速充满整个腔体，一部分气体通过半开气口57进入通气管49和集气腔51，并通过通气廊道52扩散至整个气压门47，保证气压门47结构内部气压稳定；同时，由于集气腔51内通道55空间狭小，当气体压力足够大时，将推动圆柱钢棒53向空腔54运动，在圆柱钢棒53接触空腔54时提供向下的力，同时外界气体对于集气腔51存在向下的压力，这两种力促使集气腔51围绕旋杆56向下运动；此时位于旋棒44两侧的通气管49顶部的强力磁棒48彼此吸引，交叉固定；此时方形腔42底部的集气腔51打开，压电薄膜43下部的载重块46因重力从集气腔51上的圆弧支撑槽50离开方形腔42，随之压电薄膜43进入水体；此时，从大输气杆5和小输气杆19上通气孔
20喷出的气体在水中形成气泡，产生的气泡向水面运动与压电薄膜43接触，在压电薄膜43周围形成搅动并提供充足的氧气，使压电薄膜43的表面发生针对水中污染物的氧化还原反应，实现装置在曝气的过程中利用曝气产生的水动能降解污染物的目的。
[0072] 本发明工作时，装置通过改变进气口1的大小与外部装置的输气管固定连接；外界气体通过进气口1进入充气空腔2，推动圆盘底座9与重心球16向上运动，进而推动位于充气空腔2内部的大输气杆5向上运动；当大输气杆5与支撑杆4固定时，大输气杆5上的输气口23、支撑杆4上的开口22、通气握把3上的上通气口18彼此相通，外界气体转移至输气通道26和集气通道27；外界气体通过集气通道27进入充气气囊35，随着充气气囊35的不断扩大，将纳水球体36内部的水通过纳水口34排出，以此产生向上的推力，同时由于漂浮气囊31和充气气囊35产生的浮力，过水腔体6向上运动，并带动气流积压装置30、小输气杆19、输气通道
26、集气通道27向上运动；外界气体从输气通道26上的气泡孔28进入大输气杆5和小输气杆
19，进入输气通道26的外界气体的一部分通过大输气杆5和小输气杆19两者管壁上的通气孔20进入水体，完成对水体的曝气，进入输气通道26的外界气体的剩余部分气体进入与输气通道26相连的气流积压装置30，并于分散管38处分别进入圆盘气腔41中由挡板59分隔形成的四个部分，并在每部分的方形腔42内累积直至其内部气压门47开启，此时位于旋棒44上的压电薄膜43因载重块46的牵引而进入水体，于此同时从大输气杆5和小输气杆19上通气孔20喷出的气体在水中形成气泡，产生的气泡向水面运动与压电薄膜43接触，在压电薄膜43周围形成搅动并提供充足的氧气，使压电薄膜43的表面发生针对水中污染物的氧化还原反应，实现装置在曝气的过程中利用曝气产生的水动能降解污染物的目的；本发明使用时优选垂直于水面放置；外界气体优选直接使用外界空气，外界气体也可以使用专门的氧气供气。
[0073] 本发明结束工作时，由于无外界气体持续通入，充气空腔2内部的重心球16因自身重力向下运动，大输气杆5的底部无支撑而回落，同时，小输气杆19、过水腔体6因自身重力自行回落到初始位置，进而输气通道26和集气通道27小管径部分回落至大管径部分内部。压电薄膜43需通过人工旋转旋棒44以恢复原先位置，气压门47可通过人工将吸附在一起的强力磁棒48分开，并使用磁铁将圆柱钢棒53吸引移动至集气腔51的通道55最低位置。此时，装置整体上恢复到初始状态，并及时进行烘干与保养。
