一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，包括從上至下依次連接的導流裝置、上部上升筒、中部上升筒和下部上升筒；其中，導流裝置的頂部設(shè)置有用于提供浮力的第一水密倉；中部上升筒的周向設(shè)置有若干用于提供浮力水密倉；下部上升筒的頂部周向設(shè)置有用于提供浮力第二水密倉，其中部周向設(shè)置有由第一氣室、第二氣室和第三氣室組成的儲氣室，第二氣室和第三氣室之間設(shè)置有水封板，且水封板靠近第二水密倉一端的周向設(shè)置有若干通孔，下部上升筒的下部周向設(shè)置有曝氣室，空氣釋放管的開口端設(shè)置在曝氣室下端開口處，下部上升筒的下端與錨固墩相連接。本發(fā)明能實現(xiàn)基于運行條件控制的全層混合和等溫層曝氣功能的自動切換。
【專利說明】—種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于湖泊水庫水質(zhì)污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]傳統(tǒng)的多功能揚水曝氣器同時具有全層混合和等溫層充氧功能，能利用周期性氣彈釋放形成的循環(huán)水流混合分層湖泊水庫的上下層水體，并可向等溫層水體補充氧氣。湖泊水和水庫水由于流動性小，使許多有機質(zhì)、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)在湖泊和水庫底部沉積聚集，這些物質(zhì)給藻類等浮游植物提供了潛在的充足的營養(yǎng)；同時由于水的弱流動性使藻類能穩(wěn)定地停留在表層水中，繼而由于水表面充足的陽光和較高的水溫及溶解氧而大量繁殖，造成水體富營養(yǎng)化問題，影響水質(zhì)。揚水曝氣器的混合功能能夠破壞水體水溫分層現(xiàn)象，形成上下層水體間的循環(huán)交換，破壞藻類的漂浮狀態(tài)，迫使其向深水區(qū)遷移，受深水區(qū)弱光照、低水溫和溶解氧濃度等不利生長環(huán)境影響，藻類生長受到抑制。夏季，溫度高而密度小的水體穩(wěn)定分布在上層，溫度低而密度大的水體下沉到水庫或湖泊底；冬季則相反，溫度低(小于4°C)密度輕的水體分布于水體上層，溫度高(接近4°C)密度大的水體下沉到水庫或湖泊底，造成上下水體間的相對靜止。這種靜止限制了上層水體溶解氧向下層水體的傳遞，同時下層水體發(fā)生的生物和化學反應會消耗溶解氧，使下層水體溶解氧逐漸減少，處于缺氧狀態(tài)，使水生生態(tài)環(huán)境惡化，底泥中氮、磷、鐵、錳等物質(zhì)向水體溶解釋放，使水質(zhì)惡化。多功能揚水曝氣器的充氧功能能夠給底部水體充氧，改變底部水體缺氧環(huán)境，抑制底泥中氮、磷，鐵、錳等物質(zhì)向水中溶解擴散，改善了水體底部水生生態(tài)環(huán)境，穩(wěn)定了水質(zhì)。但是在有些情況下，例如 湖庫的水體富營養(yǎng)化問題已經(jīng)得到了有效控制，但水體底泥中氮、磷、鐵、錳的溶解釋放較為嚴重，即需要加強多功能曝氣器的充氧功能，適當減弱混合功能。這樣，在空氣釋放管釋放和原來相同氣量的情況下，就會有更多的氧氣用于充氧，更少的氧氣釋放進入上升筒而形成循環(huán)水流用于混合，提高氧氣的有效利用率。此時，傳統(tǒng)的多功能曝氣器不能滿足這一要求。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，該水質(zhì)原位改善裝置在保持原有的同時混合和向水體充氧的功能的基礎(chǔ)上，可根據(jù)具體需要減弱揚水曝氣器的全層混合功能，加強它的等溫層曝氣充氧功能，提高空氣釋放管釋放的氧氣的有效利用率。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，包括從上至下依次連接的導流裝置、上部上升筒、中部上升筒和下部上升筒；其中，導流裝置的頂部設(shè)置有用于提供浮力的第一水密倉，其周向設(shè)置有第一出口 ；中部上升筒的周向設(shè)置有若干用于提供浮力的水密倉；下部上升筒的頂部周向設(shè)置有用于提供浮力的第二水密倉，其中部周向設(shè)置有由第一氣室、第二氣室和第三氣室組成的儲氣室，第二氣室和第三氣室之間設(shè)置有水封板，水封板的上端連接在第二水密倉上，其下端懸空，使得第二氣室和第三氣室相連通，第一氣室與第三氣室在靠近第二水密倉處相連通，第二氣室與下部上升筒在靠近第二水密倉處相連通，且水封板靠近第二水密倉一端的周向設(shè)置有若干通孔，下部上升筒的下部周向設(shè)置有曝氣室，曝氣室與儲氣室之間為第二出口，空氣釋放管的開口端設(shè)置在曝氣室下端開口處，下部上升筒的下端與錨固墩相連接。
[0006]本發(fā)明進一步改進在于，導流裝置通過法蘭與上部上升筒相連接。
[0007]本發(fā)明進一步改進在于，上部上升筒為上端開口大于下端開口的圓錐狀結(jié)構(gòu)，其通過從下至上直徑依次增大的若干直筒套接而成。
[0008]本發(fā)明進一步改進在于，相連兩個直筒之間通過兩個加強筋環(huán)相連接。
[0009]本發(fā)明進一步改進在于，中部上升筒由若干直筒通過法蘭連接而成，其周向從下至上設(shè)置有第三水密倉和第四水密倉。
[0010]本發(fā)明進一步改進在于，中部上升筒與上部上升筒通過可調(diào)節(jié)高度的插銷箱相連接。
[0011]本發(fā)明進一步改進在于下部上升筒的下端開口為喇叭狀開口，其通過法蘭與中部上升筒相連接。
[0012]本發(fā)明進一步改進在于，下部上升筒的下端通過鋼絲繩與錨固墩相連接。
[0013]本發(fā)明進一步改進在于，水封板上開設(shè)有2排通孔，該通孔為圓孔，單個大小為Imm2,總面積為521mm2。
[0014]本發(fā)明進一步改進在于，空氣釋放管為環(huán)形穿孔管。
[0015]本發(fā)明進一步改進在于，壓縮空氣通過空氣釋放管后，從空氣釋放管的小孔向水中釋放形成氣泡，氣泡上升經(jīng)過曝氣室，氣泡中的氧氣溶解擴散到水中，氣泡在上升過程中帶動水流向上運動，該部分充氧水經(jīng)過曝氣室上端第一氣室外側(cè)的下降筒和第二出口進入底部水體；充氧后的尾氣泡直接上升進入儲氣室，由于水封板上開有通孔，充氧后的尾氣泡有一部分通過通孔，直接進入第二氣室，由第二氣室頂部內(nèi)壁上的孔洞進入中部上升筒，其余尾氣泡在儲氣室中逐漸積累，向下排擠水體，迫使水體液面不斷下降，當?shù)谌龤馐抑械乃嫦陆档剿獍逑卵貢r，儲氣室中的氣體通過第三氣室在瞬間翻過水封板，進入第二氣室，再由第二氣室頂部內(nèi)壁上的孔洞進入中部上升筒，排氣后的儲氣室空間由曝氣室中的水來填充；進入中部上升筒的氣體結(jié)合成一個大的氣彈阻塞整個上升管斷面，并迅速上浮，形成上升活塞流，推動中部上升筒中的水體加速上升，直至氣彈沖出第一出口 ；隨后，中部上升筒中的水流在慣性力作用下加速上升，直至下一個氣彈形成，如此循環(huán)上下層水體。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有效益果是:
[0017]本發(fā)明在水封板上開設(shè)圓形通孔，與開設(shè)通孔之前相比，空氣釋放管釋放相同氣量，開孔時氣彈形成周期大于未開孔時氣彈形成周期，相同時間內(nèi)儲氣室內(nèi)積累的尾氣量減少，因而水體混合次數(shù)減少，使更多的氣體用于充氧，提高充氧效率。當水體有輕微富營養(yǎng)化問題或無富營養(yǎng)化問題，底部缺氧問題嚴重時，本發(fā)明通過在水封板開設(shè)圓形通孔的方法能減弱揚水曝氣器的全層混合功能，增強揚水曝氣器的等溫層曝氣充氧功能；當水體富營養(yǎng)化問題嚴重時，可以通過加大空氣釋放管釋放氣量，減小氣彈形成周期，使全層混合功能得到加強，迫使藻類隨上下水體混合向深水處遷移，抑制其生長。給底部水體充氧，改變?nèi)毖醐h(huán)境，改善底部水生生態(tài)環(huán)境，抑制底泥中磷、氨氮、鐵、錳等物質(zhì)向水中溶解擴散，更好地穩(wěn)定水質(zhì)，提高空氣釋放管釋放氧氣的有效利用率。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0018]圖1是本發(fā)明全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置的儲氣室處的放大圖；
[0020]圖3是本發(fā)明水封板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]其中:1、空氣釋放管；2、下部上升筒；3、水封板；4、中部上升筒；5、插銷箱；6、上部上升筒；7、曝氣室；8、第一氣室；9、第二氣室；10、第三氣室；11、第二水密倉；12、第三水密倉；13、第四水密倉；14、通孔；15、鋼絲繩；16、錨固墩；17、第一水密倉；18、第一出口 ；19、第二出口。
【【具體實施方式】】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023]參見圖1至圖3，本發(fā)明一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，包括從上至下依次連接的導流裝置、上部上升筒6、中部上升筒4和下部上升筒2 ;其中，導流裝置通過法蘭與上部上升筒6相連接，導流裝置的頂部設(shè)置有用于提供浮力第一水密倉17，其周向設(shè)置有第一出口 18 ；
[0024]上部上升筒6為上端開口大于下端開口的圓錐狀結(jié)構(gòu)，其通過從下至上直徑依次增大的若干直筒拼接而成，相連兩個直筒之間通過兩個加強筋環(huán)相連接；
[0025]中部上升筒4由若干直筒通過法蘭連接而成，其周向從下至上設(shè)置有用于提供浮力的第三水密倉12和第四水密倉13，中部上升筒4與上部上升筒6通過可調(diào)節(jié)高度的插銷箱5相連接；
[0026]下部上升筒2通過法蘭與中部上升筒4相連接，下部上升筒2的頂部周向設(shè)置有用于提供浮力的第二水密倉11，其中部周向設(shè)置有由第一氣室8、第二氣室9和第三氣室10組成的儲氣室，第二氣室9和第三氣室10之間設(shè)置有水封板3，水封板3的上端連接在第二水密倉11上，其下端懸空，使得第二氣室9和第三氣室10相連通，第一氣室8與第三氣室10在靠近第二水密倉11處相連通，第二氣室9與下部上升筒2在靠近第二水密倉11處相連通，且水封板3靠近第二水密倉11 一端的周向設(shè)置有若干通孔14，下部上升筒2的下部周向設(shè)置有曝氣室7，曝氣室7與儲氣室之間為第二出口 19，空氣釋放管I為環(huán)形穿孔管，其開口端設(shè)置在曝氣室7下端開口處，下部上升筒2的下端開口為喇叭狀開口，且下部上升筒2的下端通過鋼絲繩15與錨固墩16相連接。
[0027]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在水封板3上開設(shè)若干圓形通孔，通過若干組不同圓形通孔總面積實驗的中試和數(shù)值模擬，最終選定總面積為1mm2的若干圓形通孔。壓縮空氣通過空氣釋放管I后，從空氣釋放管I的小孔向水中釋放形成氣泡，氣泡上升經(jīng)過曝氣室7，氣泡中的氧氣溶解擴散到水中，氣泡在上升過程中帶動水流向上運動，該部分充氧水經(jīng)過曝氣室7上端第一氣室8外側(cè)的下降筒和第二出口 19進入底部水體；充氧后的尾氣泡直接上升進入儲氣室，由于水封板3上開有通孔14，充氧后的尾氣泡有一部分通過通孔14，直接進入第二氣室9，由第二氣室9頂部內(nèi)壁上的孔洞進入中部上升筒4，其余尾氣泡在儲氣室中逐漸積累，向下排擠水體，迫使水體液面不斷下降，當?shù)谌龤馐?0中的水面下降到水封板3下沿時，儲氣室中的氣體通過第三氣室10在瞬間翻過水封板3，進入第二氣室9，再由第二氣室9頂部內(nèi)壁上的孔洞進入中部上升筒4，排氣后的儲氣室空間由曝氣室7中的水來填充；進入中部上升筒4的氣體結(jié)合成一個大的氣彈阻塞整個上升管斷面，并迅速上浮，形成上升活塞流，推動中部上升筒4中的水體加速上升，直至氣彈沖出第一出口 18 ;隨后，中部上升筒4中的水流在慣性力作用下加速上升，直至下一個氣彈形成，如此循環(huán)上下層水體。
[0028]在空氣釋放管釋放氣量分別為5m3/h、12.5m3/h、25m3/h時，通過模擬試驗分別求得傳統(tǒng)和本發(fā)明全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置所對應的氣彈形成周期。
[0029]表1的試驗結(jié)果說明環(huán)形水封板開孔總面積為521mm2時，空氣釋放管釋放相同氣量時，全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置的水封板3開孔時比不開孔時氣彈形成周期長。注:表1只能說明氣量對周期的影響，不能說明開孔面積對周期的影響。
[0030]表1:水質(zhì)原位改善裝置改進前后周期比較
【權(quán)利要求】
1.一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，包括從上至下依次連接的導流裝置、上部上升筒(6)、中部上升筒(4)和下部上升筒(2);其中，導流裝置的頂部設(shè)置有用于提供浮力的第一水密倉(17)，其周向設(shè)置有第一出口(18);中部上升筒(4)的周向設(shè)置有若干用于提供浮力的水密倉；下部上升筒(2)的頂部周向設(shè)置有用于提供浮力的第二水密倉(11)，其中部周向設(shè)置有由第一氣室(8)、第二氣室(9)和第三氣室(10 )組成的儲氣室，第二氣室(9 )和第三氣室(10 )之間設(shè)置有水封板(3 )，水封板(3 )的上端連接在第二水密倉(11)上，其下端懸空，使得第二氣室(9)和第三氣室(10)相連通，第一氣室(8)與第三氣室(10)在靠近第二水密倉(11)處相連通，第二氣室(9)與下部上升筒(2 )在靠近第二水密倉(11)處相連通，且水封板(3 )靠近第二水密倉(11) 一端的周向設(shè)置有若干通孔(14)，下部上升筒(2)的下部周向設(shè)置有曝氣室(7)，曝氣室(7)與儲氣室之間為第二出口( 19)，空氣釋放管(I)的開口端設(shè)置在曝氣室(7)下端開口處，下部上升筒(2)的下端與錨固墩(16)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，導流裝置通過法蘭與上部上升筒(6)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，上部上升筒(6)為上端開口大于下端開口的圓錐狀結(jié)構(gòu)，其通過從下至上直徑依次增大的若干直筒套接而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，相連兩個 直筒之間通過兩個加強筋環(huán)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，中部上升筒(4)由若干直筒通過法蘭連接而成，其周向從下至上設(shè)置有第三水密倉(12)和第四水密倉(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5任一項所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，中部上升筒(4)與上部上升筒(6)通過可調(diào)節(jié)高度的插銷箱(5)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，下部上升筒(2)的下端開口為喇叭狀開口，其通過法蘭與中部上升筒(4)相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，下部上升筒(2)的下端通過鋼絲繩(15)與錨固墩(16)相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，水封板(3)上開設(shè)有2排通孔，該通孔為圓孔，單個大小為1mm2，總面積為521mm2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質(zhì)原位改善裝置，其特征在于，壓縮空氣通過空氣釋放管(I)后，從空氣釋放管(I)的小孔向水中釋放形成氣泡，氣泡上升經(jīng)過曝氣室(7)，氣泡中的氧氣溶解擴散到水中，氣泡在上升過程中帶動水流向上運動，該部分充氧水經(jīng)過曝氣室(7)上端第一氣室(8)外側(cè)的下降筒和第二出口(19)進入底部水體；充氧后的尾氣泡直接上升進入儲氣室，由于水封板(3)上開有通孔(14)，充氧后的尾氣泡有一部分通過通孔(14)，直接進入第二氣室(9)，由第二氣室(9)頂部內(nèi)壁上的孔洞進入中部上升筒(4)，其余尾氣泡在儲氣室中逐漸積累，向下排擠水體，迫使水體液面不斷下降，當?shù)谌龤馐?10)中的水面下降到水封板(3)下沿時，儲氣室中的氣體通過第三氣室(10)在瞬間翻過水封板(3)，進入第二氣室(9)，再由第二氣室(9)頂部內(nèi)壁上的孔洞進入中部上升筒(4)，排氣后的儲氣室空間由曝氣室(7)中的水來填充；進入中部上升筒( 4)的氣體結(jié)合成一個大的氣彈阻塞整個上升管斷面，并迅速上浮，形成上升活塞流，推動中部上升筒(4)中的水體加速上升，直至氣彈沖出第一出口(18);隨后，中部上升筒(4)中的水流在慣性力作用下加速上升，直至下一個氣彈形成，如此循環(huán)上下層水體。
【文檔編號】C02F7/00GK103922493SQ201410140365
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】孫昕, 李丹, 黃廷林 申請人:西安建筑科技大學