一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置製造方法
2023-08-06 19:46:16 2
一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，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，導流裝置的頂部設置有用於提供浮力的第一水密倉；中部上升筒的周向設置有若干用於提供浮力水密倉；下部上升筒的頂部周向設置有用於提供浮力第二水密倉，其中部周向設置有由第一氣室、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置有水封板，且水封板靠近第二水密倉一端的周向設置有若干通孔，下部上升筒的下部周向設置有曝氣室，空氣釋放管的開口端設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。本發明能實現基於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原位改善裝置【【技術領域】】
[0001]本發明屬於湖泊水庫水質汙染控制領域，具體涉及一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置。
【【背景技術】】
[0002]傳統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水流混合分層湖泊水庫的上下層水體，並可向等溫層水體補充氧氣。湖泊水和水庫水由於流動性小，使許多有機質、氮、磷等營養物質在湖泊和水庫底部沉積聚集，這些物質給藻類等浮遊植物提供了潛在的充足的營養；同時由於水的弱流動性使藻類能穩定地停留在表層水中，繼而由於水表面充足的陽光和較高的水溫及溶解氧而大量繁殖，造成水體富營養化問題，影響水質。揚水曝氣器的混合功能能夠破壞水體水溫分層現象，形成上下層水體間的循環交換，破壞藻類的漂浮狀態，迫使其向深水區遷移，受深水區弱光照、低水溫和溶解氧濃度等不利生長環境影響，藻類生長受到抑制。夏季，溫度高而密度小的水體穩定分布在上層，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(小於4°C)密度輕的水體分布於水體上層，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，處於缺氧狀態，使水生生態環境惡化，底泥中氮、磷、鐵、錳等物質向水體溶解釋放，使水質惡化。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境，抑制底泥中氮、磷，鐵、錳等物質向水中溶解擴散，改善了水體底部水生生態環境，穩定了水質。但是在有些情況下，例如 湖庫的水體富營養化問題已經得到了有效控制，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於充氧，更少的氧氣釋放進入上升筒而形成循環水流用於混合，提高氧氣的有效利用率。此時，傳統的多功能曝氣器不能滿足這一要求。
【
【發明內容】
】
[0003]本發明的目的在於針對現有技術中的不足，提供了一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，該水質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上，可根據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]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0005]一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，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，導流裝置的頂部設置有用於提供浮力的第一水密倉，其周向設置有第一出口 ；中部上升筒的周向設置有若干用於提供浮力的水密倉；下部上升筒的頂部周向設置有用於提供浮力的第二水密倉，其中部周向設置有由第一氣室、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置有若干通孔，下部上升筒的下部周向設置有曝氣室，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]本發明進一步改進在於，導流裝置通過法蘭與上部上升筒相連接。
[0007]本發明進一步改進在於，上部上升筒為上端開口大於下端開口的圓錐狀結構，其通過從下至上直徑依次增大的若干直筒套接而成。
[0008]本發明進一步改進在於，相連兩個直筒之間通過兩個加強筋環相連接。
[0009]本發明進一步改進在於，中部上升筒由若干直筒通過法蘭連接而成，其周向從下至上設置有第三水密倉和第四水密倉。
[0010]本發明進一步改進在於，中部上升筒與上部上升筒通過可調節高度的插銷箱相連接。
[0011]本發明進一步改進在於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]本發明進一步改進在於，下部上升筒的下端通過鋼絲繩與錨固墩相連接。
[0013]本發明進一步改進在於，水封板上開設有2排通孔，該通孔為圓孔，單個大小為Imm2,總面積為521mm2。
[0014]本發明進一步改進在於，空氣釋放管為環形穿孔管。
[0015]本發明進一步改進在於，壓縮空氣通過空氣釋放管後，從空氣釋放管的小孔向水中釋放形成氣泡，氣泡上升經過曝氣室，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，該部分充氧水經過曝氣室上端第一氣室外側的下降筒和第二出口進入底部水體；充氧後的尾氣泡直接上升進入儲氣室，由於水封板上開有通孔，充氧後的尾氣泡有一部分通過通孔，直接進入第二氣室，由第二氣室頂部內壁上的孔洞進入中部上升筒，其餘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，當第三氣室中的水面下降到水封板下沿時，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壁上的孔洞進入中部上升筒，排氣後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合成一個大的氣彈阻塞整個上升管斷面，並迅速上浮，形成上升活塞流，推動中部上升筒中的水體加速上升，直至氣彈衝出第一出口 ；隨後，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，如此循環上下層水體。
[0016]與現有技術相比，本發明的有效益果是:
[0017]本發明在水封板上開設圓形通孔，與開設通孔之前相比，空氣釋放管釋放相同氣量，開孔時氣彈形成周期大於未開孔時氣彈形成周期，相同時間內儲氣室內積累的尾氣量減少，因而水體混合次數減少，使更多的氣體用於充氧，提高充氧效率。當水體有輕微富營養化問題或無富營養化問題，底部缺氧問題嚴重時，本發明通過在水封板開設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，改變缺氧環境，改善底部水生生態環境，抑制底泥中磷、氨氮、鐵、錳等物質向水中溶解擴散，更好地穩定水質，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是本發明全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置的結構示意圖；
[0019]圖2是本發明全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置的儲氣室處的放大圖；
[0020]圖3是本發明水封板的結構示意圖；
[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]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0023]參見圖1至圖3，本發明一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，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，導流裝置的頂部設置有用於提供浮力第一水密倉17，其周向設置有第一出口 18 ；
[0024]上部上升筒6為上端開口大於下端開口的圓錐狀結構，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，其周向從下至上設置有用於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通過可調節高度的插銷箱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的頂部周向設置有用於提供浮力的第二水密倉11，其中部周向設置有由第一氣室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 一端的周向設置有若干通孔14，下部上升筒2的下部周向設置有曝氣室7，曝氣室7與儲氣室之間為第二出口 19，空氣釋放管I為環形穿孔管，其開口端設置在曝氣室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]相對於現有技術，本發明在水封板3上開設若干圓形通孔，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後，從空氣釋放管I的小孔向水中釋放形成氣泡，氣泡上升經過曝氣室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，該部分充氧水經過曝氣室7上端第一氣室8外側的下降筒和第二出口 19進入底部水體；充氧後的尾氣泡直接上升進入儲氣室，由於水封板3上開有通孔14，充氧後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頂部內壁上的孔洞進入中部上升筒4，其餘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，當第三氣室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頂部內壁上的孔洞進入中部上升筒4，排氣後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的氣體結合成一個大的氣彈阻塞整個上升管斷面，並迅速上浮，形成上升活塞流，推動中部上升筒4中的水體加速上升，直至氣彈衝出第一出口 18 ;隨後，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和本發明全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置所對應的氣彈形成周期。
[0029]表1的試驗結果說明環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隻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:水質原位改善裝置改進前後周期比較
【權利要求】
1.一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，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，導流裝置的頂部設置有用於提供浮力的第一水密倉(17)，其周向設置有第一出口(18);中部上升筒(4)的周向設置有若干用於提供浮力的水密倉；下部上升筒(2)的頂部周向設置有用於提供浮力的第二水密倉(11)，其中部周向設置有由第一氣室(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) 一端的周向設置有若干通孔(14)，下部上升筒(2)的下部周向設置有曝氣室(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.根據權利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，導流裝置通過法蘭與上部上升筒(6)相連接。
3.根據權利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，上部上升筒(6)為上端開口大於下端開口的圓錐狀結構，其通過從下至上直徑依次增大的若干直筒套接而成。
4.根據權利要求3所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，相連兩個 直筒之間通過兩個加強筋環相連接。
5.根據權利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，中部上升筒(4)由若干直筒通過法蘭連接而成，其周向從下至上設置有第三水密倉(12)和第四水密倉(13)。
6.根據權利要求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原位改善裝置，其特徵在於，中部上升筒(4)與上部上升筒(6)通過可調節高度的插銷箱(5)相連接。
7.根據權利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，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.根據權利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，下部上升筒(2)的下端通過鋼絲繩(15)與錨固墩(16)相連接。
9.根據權利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，水封板(3)上開設有2排通孔，該通孔為圓孔，單個大小為1mm2，總面積為521mm2。
10.根據權利要求1所述的一種全層混合和等溫層曝氣自動切換的水質原位改善裝置，其特徵在於，壓縮空氣通過空氣釋放管(I)後，從空氣釋放管(I)的小孔向水中釋放形成氣泡，氣泡上升經過曝氣室(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，該部分充氧水經過曝氣室(7)上端第一氣室(8)外側的下降筒和第二出口(19)進入底部水體；充氧後的尾氣泡直接上升進入儲氣室，由於水封板(3)上開有通孔(14)，充氧後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)頂部內壁上的孔洞進入中部上升筒(4)，其餘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，當第三氣室(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)頂部內壁上的孔洞進入中部上升筒(4)，排氣後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)的氣體結合成一個大的氣彈阻塞整個上升管斷面，並迅速上浮，形成上升活塞流，推動中部上升筒(4)中的水體加速上升，直至氣彈衝出第一出口(18);隨後，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 優先權日:2014年4月9日
【發明者】孫昕, 李丹, 黃廷林 申請人:西安建築科技大學