用于污水在海洋中7～10m水深排放的5°射流角多噴口擴(kuò)散器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于污水在海洋中7～10m水深排放的5°射流角多噴口擴(kuò)散器，的技術(shù)方案是：該擴(kuò)散器包括主管，主管上均布有多個(gè)上升管，上升管與主管連通，上升管上設(shè)有2個(gè)噴射管，噴射管的一端與上升管連通，噴射管的另一端為出流噴口，主管由多段不同管徑的管段連接而成；其特征在于，上升管的間隔為4m，出流噴口的射流角為5°，所有出流噴口的中心在同一水平線上。采用本實(shí)用新型擴(kuò)散器進(jìn)行污水深海（7～10m）排放不僅在水力方面滿足深海排放工程的要求，實(shí)現(xiàn)工程的高效運(yùn)行，而且能夠有效保護(hù)海洋環(huán)境，避免污水在海平面的積聚，大大降低污水對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響，間接減少了工程相應(yīng)的環(huán)保投資。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種污水深海排放用擴(kuò)散器設(shè)備，尤其涉及一種污水深海排放多 噴口擴(kuò)散器。 用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射流角多噴口 擴(kuò)散器

【背景技術(shù)】
[0002] 污水深海排放是在嚴(yán)格控制排污混合區(qū)的位置和范圍，符合排放水域的水質(zhì)目標(biāo) 要求，不影響周圍水域使用功能和生態(tài)平衡的前提下，選定合適的排污口位置，選取設(shè)計(jì)合 理、運(yùn)行可靠的污水排放方式，采取科學(xué)的工程系統(tǒng)措施，合理利用海域的凈化能力，處置 污水的一種工程技術(shù)措施。即污水經(jīng)過(guò)規(guī)定要求的預(yù)處理后，通過(guò)鋪設(shè)于海底很長(zhǎng)的放流 管，離岸輸送到一定的水下深度，再利用有相當(dāng)長(zhǎng)度、具備特殊構(gòu)造的多孔擴(kuò)散器，使污水 與周圍水體迅速混合，在盡可能小的范圍內(nèi)高度稀釋，達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)嚴(yán)格控制要求和 自由亂排及無(wú)完整水下工程的岸邊排放，都不是科學(xué)的污水海洋處置，不利于海洋資源的 合理開發(fā)利用。
[0003] 而多孔擴(kuò)散器作為整體污水排海工程的終端設(shè)施，是現(xiàn)代沿海城市污水排海工程 中的重要組成部分，是有別于早期污水排海工程的主要特征，也是實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境保護(hù)的重 要設(shè)施。在污水排海工程中，多孔擴(kuò)散器的主要作用是通過(guò)它可以將污水均勻分散地排放 到海洋環(huán)境水體中去，因此擴(kuò)散器可提供給污水極大的初始稀釋，能夠?qū)Ｑ笊鷳B(tài)及水質(zhì) 起到明顯的保護(hù)作用。從目前已投入運(yùn)行的污水排海工程來(lái)看，良好的多孔擴(kuò)散器水力及 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，已成為污水排海工程成功的關(guān)鍵因素。
[0004] 對(duì)于整體污水海洋處置而言，終端擴(kuò)散器是影響污水稀釋擴(kuò)散效果、保護(hù)海洋環(huán) 境的重要環(huán)節(jié)，直接體現(xiàn)污水深海排放工程的價(jià)值。擴(kuò)散器的主要結(jié)構(gòu)由主管、上升管以及 出流噴口組成(模型如圖1所示)，其中主管主要用于承擔(dān)污水的正常流動(dòng)，上升管一般接于 主管之上，用于疏導(dǎo)污水的出流位置，終端噴口則用于污水的出流。目前對(duì)于擴(kuò)散器的設(shè)計(jì) 研究主要集中于其主管的結(jié)構(gòu)型式，例如美國(guó)加利福尼亞的奧諾腓排海工程擴(kuò)散器采用的 為上升管單噴口結(jié)構(gòu)；澳大利亞的North Head排海工程采用I型結(jié)構(gòu)擴(kuò)散器；Malabar污 水海洋處置工程采用L型結(jié)構(gòu)。此外我國(guó)的研究人員也對(duì)擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了大量研 究，如嚴(yán)忠民等人結(jié)合我國(guó)河道排放的發(fā)展方向，研究了多孔擴(kuò)散器在有限水深且有限寬 度水域水平潛沒(méi)排放的近區(qū)摻混稀釋特性，得到近區(qū)稀釋度變化的影響規(guī)律，為排放工作 研究和設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)；王超等從航運(yùn)、施工、管理及水生生物回游等角度出發(fā)，提 出采用多孔T型擴(kuò)散器排放污水，根據(jù)多孔射流發(fā)展規(guī)律，分析了 T型擴(kuò)散器排放近區(qū)流態(tài) 特性，并通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算，預(yù)報(bào)型擴(kuò)散器排放近區(qū)軸線流速，濃度及稀釋度的沿程變化規(guī) 律，得出了相對(duì)動(dòng)量和擴(kuò)散器長(zhǎng)度是影響污染物橫向擴(kuò)散的主要因素?？梢钥闯?，目前大多 污水終端擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)型式還是以主管的變化為主，對(duì)噴口射流角度的設(shè)計(jì)研究較少。所 謂射流角，即污水出流傾角與海水水平角的夾角，射流角度是影響污水近區(qū)稀釋的重要因 素之一，但目前還沒(méi)有一個(gè)完整的計(jì)算模式。
[0005] 根據(jù)工程實(shí)例可知,射流角度越大，射流射出后，由于水力繞流阻力的作用，射流 慢慢彎曲，同時(shí)與橫流慢慢交混，其寬度越來(lái)越大。目前在一些水深條件較好的工程中（一 般水深大于10米)，往往采用射流角度大于15°的擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)型式，但是目前很多排海工 程的排污口設(shè)置區(qū)域水深條件往往小于10米，過(guò)大的射流角度會(huì)導(dǎo)致污水過(guò)快升頂，使得 污水云團(tuán)來(lái)不及擴(kuò)散，與周圍環(huán)境水體接觸較小，得不到充分的稀釋擴(kuò)散，反而使稀釋擴(kuò)散 較差；而污水出流角度與海平面保持平行，這種角度設(shè)計(jì)雖然能夠避免污水過(guò)早升頂，但是 也會(huì)使污水與周圍環(huán)境水體接觸較小，得不到充分的稀釋擴(kuò)散，污水?dāng)U散效果較差，因此可 考慮利用較小角度的射流角解決水深條件小于10米區(qū)域的污水稀釋擴(kuò)散問(wèn)題。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 為解決水深條件較差的排海工程污水出流的稀釋擴(kuò)散效果問(wèn)題，本實(shí)用新型提供 一種用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射流角多噴口擴(kuò)散器，針對(duì)現(xiàn)有擴(kuò)散器的噴 口射流角度進(jìn)行改良，同時(shí)保證污水出流的水力效果，從而保證污水排海工程的高效運(yùn)行， 減小污水對(duì)海洋環(huán)境的影響，降低相關(guān)的環(huán)保措施費(fèi)用。
[0007] 本實(shí)用新型用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射流角多噴口擴(kuò)散器，的 技術(shù)方案是：該擴(kuò)散器包括主管，所述主管上均布有多個(gè)上升管，所述上升管與所述主管連 通，所述上升管上設(shè)有2個(gè)噴射管，所述噴射管的一端與所述上升管連通，所述噴射管的另 一端為出流噴口，所述主管由多段不同管徑的管段連接而成；其特征在于，所述上升管的間 隔為4m，所述出流噴口的射流角為5°，所有出流噴口的中心在同一水平線上。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0009] 用于水深條件小于10米的污水排海工程實(shí)際應(yīng)用，既能保證污水與海水的充分 混合，也能避免污水的過(guò)快升頂積聚，是港口或沿海地區(qū)實(shí)施污水深海排放的重要技術(shù)保 障。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本實(shí)用新型5°射流角多噴口擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是圖1中主管上A-A位置剖視圖；
[0012] 圖3是本實(shí)用新型擴(kuò)散器工作狀態(tài)示意圖。
[0013] 圖中：1-主管，2-上升管，3-噴射管，4-出流噴口。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0015] 如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型一種用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射 流角多噴口擴(kuò)散器，包括主管1、上升管2、噴射管3和出流噴口 4,其中，所述主管1由多段 不同管徑的管段連接而成，實(shí)際應(yīng)用中，所述主管1的一端與污水排放設(shè)施的放流管連接， 所述主管1可以由兩段不同管徑的管段連接而成，所述主管1自放流管連接端至另一端兩 段管段之間長(zhǎng)度比為10:7,兩段管段之間的管徑為漸變過(guò)渡的錐形管段，兩段管段之間的 管徑之比為1. 3 :1 ;主管1主要用于承擔(dān)污水的正常流動(dòng)，所述主管1上均布有多個(gè)上升管 2,上升管2 -般接于主管1之上，所述上升管2與所述主管1連通，用于疏導(dǎo)污水的出流位 置，所述上升管2上至少設(shè)有2個(gè)噴射管3,所述噴射管3的一端與所述上升管2連通，所述 噴射管3的另一端為出流噴口 4,出流噴口 4則用于污水的出流；所述上升管的間隔為4m， 所述出流噴口 4的射流角為5°，所有出流噴口 4的中心在同一水平線上；所述出流噴口 4 的水平方位角（與環(huán)境水流方向之間的夾角）為〇?90°，該水平方位角優(yōu)選為0°即污水 出流的水平角度與環(huán)境水流方向平行。
[0016] 本實(shí)用新型擴(kuò)散器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，其結(jié)構(gòu)尺寸如表1所示。
[0017]表 1
[0018] 擴(kuò)散器主管長(zhǎng)度 18. Om 上升管間距 4.0m 上升管數(shù)量 5支 單上升管噴ΓΙ數(shù) 2個(gè) 水平方位角 （T (與環(huán)境水流方向平行） 射流角度 5° 上升管的長(zhǎng)度（ra) 1.0 主管各管段內(nèi)徑（m) R1=0. 34 m R2=0. 26 m 主管各管段長(zhǎng)丨艾（m) 10. 0 m 7. 0 m 椎形管段的長(zhǎng)度（m) 1.0 m 上升管出流噴口內(nèi)徑 ~ ~ ,、 0. 1 m 0. 11 m _(m)_[_*_J_
[0019] 射流角度是影響污水近區(qū)稀釋的重要因素之一?？v向擴(kuò)散形狀與射流角度有關(guān)， 射流與垂線角度越大，射流射出后，由于水力繞流阻力的作用，射流慢慢彎曲，在此同時(shí)，射 流與橫流慢慢交混，其寬度越來(lái)越大。
[0020] 經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器稀釋擴(kuò)散效果物理試驗(yàn)表明：
[0021] 當(dāng)射流角度為0°時(shí)，由于一些污水云團(tuán)由于受到水流夾帶，漂移距離過(guò)長(zhǎng)，影響 其稀釋擴(kuò)散。
[0022] 當(dāng)射流角度為10°時(shí)，雖然污水稀釋擴(kuò)散效果滿足要求，但是在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)， 污水上升到水面的時(shí)間較短，容易在水面形成污水場(chǎng)，影響其稀釋擴(kuò)散。因此10°的射流角 度已經(jīng)過(guò)大，會(huì)對(duì)污水的稀釋擴(kuò)散產(chǎn)生不利影響。
[0023] 當(dāng)射流角度為5°時(shí)，在環(huán)境水流的強(qiáng)烈擾動(dòng)下，不易形成某一污水云團(tuán)，且具有 一定的漂移距離，不容易在水面形成污水場(chǎng)，可取得較好的稀釋擴(kuò)散效果。表2-表4分別 為射流角度為〇°、5°與10°時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。
[0024] 表2射流角度為0°時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果
[0025] ITTI擴(kuò)散器主管 稀釋儕數(shù) J、少__長(zhǎng)度 - 50m 100m 250m 400m ^^ 18m - 81 - 84 - 98 106 __22m__98__H)6__104__120 潮~ 18m ~ 90 92 111 122 、洛· 22m 102 107 118 129 ~ 18m -_擴(kuò)散范圍：0.023km2_ ^'?，1 22m 擴(kuò)散范圍：0.019km2
[0026] 表3射流角度為5°時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果
[0027] ^|擴(kuò)散器+:管^ 稀釋倍數(shù) 說(shuō)'、__長(zhǎng)度 - 50m 100m 250m 100m ~ 1%； 73 75 84 97 A ^ -22m- 90.......................................98 ...................................102............................................................117--- ~~ 18m ~ 79 一 84 93 l〇5~~ 谷朝__22m 一 93 97 J 111 124 ^ 1? 擴(kuò)散范圍：0.034km2 心抓 j.................. 22m J 0.041km2
[0028] 表4射流角度為10°時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果
[0029] ^^|擴(kuò)散器主管| 稀釋倍數(shù) 沏 y__氏度 - 50m 100m 250m 400m ^ ?&； 60 49 40 38 j 張潮-22m ?^ 73 > 79 83 t 湖 18m 65 58 54 47 Μ 22m 77 j 80 74 | 69 舌為汰 _18m__擴(kuò)散范圍;0.037km2_ J"YiIL I 22m I 擴(kuò)散范圍：0.045km2
[0030] 通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴口射流角度為5°時(shí)，各上升管污水在冒頂時(shí)基本混合，說(shuō)明 上升管個(gè)數(shù)的設(shè)計(jì)也能滿足實(shí)際海洋環(huán)境保護(hù)的要求，因此噴口射流角度為5°的擴(kuò)散器 結(jié)構(gòu)型式能夠達(dá)到污水深海排放的環(huán)保要求。
[0031] 本實(shí)用新型擴(kuò)散器的工作過(guò)程是：
[0032] 污水深海排放的整體工作過(guò)程主要是通過(guò)提升泵站將污水進(jìn)行加壓，再利用排海 管道輸送經(jīng)過(guò)處理的生產(chǎn)廢水、工業(yè)污水或生活污水到提前選定的海洋合適位置進(jìn)行排 放，利用海洋巨大的稀釋能力來(lái)解決污水排海問(wèn)題。同時(shí)，為了使該處海水具有最佳的凈化 能力，需要在該排放點(diǎn)采用離岸潛沒(méi)的多孔擴(kuò)散管進(jìn)行排放，示意圖如圖3所示。
[0033] 污水排放終端擴(kuò)散器放置于選定位置的海床上，擴(kuò)散器進(jìn)口端與排海管道連接， 污水進(jìn)入擴(kuò)散器主管后，經(jīng)各上升管疏導(dǎo)后由上升管所連接的噴口噴射入海水中。根據(jù)數(shù) 值模擬計(jì)算與物理模型試驗(yàn)，污水經(jīng)射流角度為5°的擴(kuò)散器進(jìn)入海洋后，能夠達(dá)到很好的 稀釋擴(kuò)散效果，這種結(jié)構(gòu)型式往往適用于污水排放點(diǎn)水深條件較差的地區(qū)，一般水深小于 l〇m，基本上是在7?10m之間，既能夠保證污水得到充分稀釋擴(kuò)散，同時(shí)也能避免污水的過(guò) 早升頂。同時(shí)根據(jù)以往深海排放工程的后期水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，實(shí)際工程中的污水稀釋擴(kuò) 散效果與數(shù)值模擬與物理試驗(yàn)的分析結(jié)果相一致，因此通過(guò)5°射流角的擴(kuò)散器進(jìn)行污水 深海（7?10m)排放不僅在水力方面滿足深海排放工程的要求，實(shí)現(xiàn)工程的高效運(yùn)行，而且 能夠有效保護(hù)海洋環(huán)境，大大降低污水對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響，間接減少了工程相應(yīng)的環(huán) 保投資，對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)及港口水運(yùn)事業(yè)發(fā)展提供了有力的技術(shù)保障。
[0034] 盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的 【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這 些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射流角多噴口擴(kuò)散器，包括主管 (1)，所述主管（1)上均布有多個(gè)上升管（2)，所述上升管（2)與所述主管（1)連通，所述上升 管（2)上至少設(shè)有2個(gè)噴射管（3)，所述噴射管（3)的一端與所述上升管（2)連通，所述噴射 管（3)的另一端為出流噴口（4)，所述主管（1)由多段不同管徑的管段連接而成；其特征在 于， 所述上升管的間隔為4m，所述出流噴口（4)的射流角為5°，所有出流噴口（4)的中心 在同一水平線上。
【文檔編號(hào)】E03F1/00GK203905143SQ201420081470
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】于航, 白景峰, 王心海, 趙宏鑫, 陳瑤泓伶, 吳建明, 何澤慧 申請(qǐng)人:交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所, 天津水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院