揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置的製作方法

2023-05-14 09:46:16

專利名稱：揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於水環境治理技術範圍，涉及抑制湖泊、水庫底泥磷釋放同時兼備短期應急去除大水深水庫高負荷磷含量的水質改善裝置，尤其涉及一種基於揚水曝氣技術的強化化學除磷無動力自動定量投加的水質改善裝置。
背景技術：
目前我國大多數城市已經或者正在逐步將水庫、湖泊等地表水做為城市的主要供水水源，湖泊和水庫等水源地在我國城市供水中起著非常重要的作用，而由於水體磷含量較高引發的富營養化等問題日益突出，不僅直接影響到了城市飲用水的水質安全和城市水源的可持續利用，也大大增加了水處理成本。水庫和湖泊水體具有容量大、水深大、流動性小等特點，容易形成水體分層現象，使下層水體溶解氧減少，處於缺氧或無氧狀態，導致底泥中磷向水體溶解釋放，引起上覆水磷含量升高。另一方面，當上遊來水含磷量較高進入庫區水體時，無論是植物吸收利用還是自然沉降速率都較為緩慢，無法將高濃度磷負荷快速降低。兩方面因素引起的高含磷量給藻類等浮遊植物提供了充足營養，加劇了水體富營養化。因此如何抑制底泥磷釋放及快速安全有效降低水體磷含量成為控制湖泊、水庫等水源水體水環境質量的一個關鍵。現有的化學除磷技術(對於水源水體，考慮到飲用水的特殊性，所添加的藥劑具有很大局限性，主要以水廠目前常用的混凝劑、助凝劑為主)，是指通過投加化學藥劑使水中溶解態磷與所投加藥劑重新結合生成溶解度較小的沉澱物沉澱從而達到去除的目的。混凝除磷是化學除磷的一種，指投加混凝劑、助凝劑等化學藥劑，使水中顆粒物失穩、溶解態磷與鋁鹽、鐵鹽等重新結合聚集生長分離，最終達到去除的目的。現有的混凝技術用於水處理工藝單元，需設置特定的構築物，由於該技術的應用必須保證必要充分的水體混合流動， 使所投加藥劑均勻混合，此外若使用混凝除磷法還需滿足混凝動力學所需的流場條件，因此對於水源水庫、湖泊等天然大水深水體，若沒有有效的混合方式和混凝動力學所需流場條件保證則無法應用。申請人已授權的中國專利(專利號ZL200310117900. 6)，名稱為「多功能揚水曝氣器」是一個豎直安裝的直筒體，筒體進口接近水庫(湖泊)底部，出口接近水面。在直筒體的下端附帶一個曝氣室和一個氣室，曝氣室中充滿水，將壓縮空氣以小氣泡的形式連續通入曝氣室下部，氣泡在曝氣室上升的過程中與水接觸，將氧氣溶解到水中。氣室位於曝氣室的上部，為一半封閉腔室，收集來自曝氣室的氣泡，當氣室充滿空氣後，氣室中的氣體在瞬間向直筒體釋放，形成一個大的氣彈，並迅速上浮，推動筒體中水體向上流動， 從而使底層水流向表面，表層水被向下抽吸，形成上下層水體間的循環交換，達到混合上下水層的目的。該揚水曝氣器能將表層水與底層水充分混合，破壞水體分層，同時向水體充氧，改善水體缺氧狀態。

發明內容
本發明的目的在於，在現有技術基礎上提供一種基於揚水曝氣技術的強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，該裝置不僅可以利用馬氏瓶原理實現化學藥劑的無動力定量投加和與揚水曝氣運行相結合的投藥自動控制；還可以充分利用揚水曝氣技術的混合作用，實現所投加藥劑的快速均勻混合，同時利用上升氣彈攜帶水流對其周邊水體的脈衝混合作用，且混合強度隨半徑及深度增大逐漸衰減的特徵，保證了混凝反應所需的動力學條件，從而實現對水中磷的有效去除；隨著水中膠體顆粒的失穩和聚集生長，形成的絮體隨水體一起運動，混合擴散到整個流場。最終形成的大顆粒絮體均勻沉降覆蓋在沉積物表面，在上覆水體與沉積物之間形成一層絮體隔離層，通過阻攔、吸附、改變底泥氧化還原性質等多重功效，實現對底泥中的磷、鐵、錳及其它金屬的穩定與鈍化，抑制底泥中的磷及其它汙染物的釋放。為了實現上述任務，本發明採取如下的技術解決方案一種揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，其特徵在於，包括垂直放置於揚水曝氣器密封艙之上的無動力投加裝置和通過安裝孔放入揚水曝氣器筒體內的自動定量投加裝置，其中；所述的無動力投加裝置由上部藥液儲藏箱、恆壓穩壓管、藥液輸送水平管、藥液輸送垂直管和藥液輸送管固定支架組成，其中上部藥液儲藏箱為封閉箱體，位於揚水曝氣器密封艙之上，恆壓穩壓管垂直插入上部藥液儲藏箱底部，恆壓穩壓管頂端與大氣相通，底端與藥液輸送水平管左端位於同一水平線，臨近但不接觸相連，保證藥液輸送管入口的恆定壓力；藥液輸送水平管水平位於上部藥液儲藏箱底部，與藥液輸送垂直管相連；藥液輸送垂直管穿過上部藥液儲藏箱底部，並穿過軟性保護墊，經由安裝孔垂直吊於揚水曝氣器筒體內，藥液輸送垂直管與上部藥液儲藏箱相連；藥液輸送管固定支架通過焊接與藥液輸送垂直管和底部藥液儲藏腔同時相連，用於固定藥液輸送垂直管；所述的自動定量投加裝置由推進式螺旋槳、藥液釋放錐形開關、底部藥液儲藏腔、 連接套筒、藥液防洩漏裝置和限位銷組成，其中；所述的推進式螺旋槳和藥液釋放錐形開關焊接於連接套筒上，可隨連接套筒一起旋轉上升，推進式螺旋槳在上，藥液釋放錐形開關在下；所述的底部藥液儲藏腔為底部尖的錐形腔，通過藥液輸送管固定支架與藥液輸送垂直管相連，用於儲藏通過藥液輸送垂直管輸送至下部的藥液；所述的限位銷為安裝於藥液輸送垂直管中部的銷體，用於阻擋與連接套筒連接在一起的推進式螺旋槳和藥液釋放錐形開關繼續上升，限制其所能達到的最大上升高度。本發明的揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，帶來的有益效果是將揚水曝氣與強化化學除磷有機結合，揚水曝氣技術提供混合條件和混凝反應所需水力、流場條件，充分發揮化學混凝強化除磷的功效，並利用馬氏瓶原理實現藥液的恆定投加，利用揚水曝氣器運行過程中間歇釋放的氣彈對水流的帶動作用，推動螺旋槳及其相連的錐形開關閥沿導流筒徑向運動，其上下運動的方向和幅度取決於導流筒水流的上升流速的高低，亦即利用筒內上升流速自動控制投藥量的大小流速越高，反應所需的藥量越大，開關開啟度就越大，投加的藥量就越多，反之亦然。上述功能的有效結合，實現了化學除
5磷藥劑的無動力自動定量投加。投加的藥劑在揚水曝氣器提水混合作用下迅速混合均勻，且噴射出流與周邊水體的混合強度隨混合半徑和水深的增大逐漸衰減的特性恰恰為混凝反應過程的順利進行提供了適宜和必備的動力學條件，促進了水中磷的混凝去除，實現了對大體積水體中磷負荷的原位有效削減，可作為大體積水源水體周期性或突發性高負荷磷汙染的應急處理技術。 另一方面，混凝過程中形成的大顆粒絮體在重力作用下均勻沉降在底泥表面，在上覆水體與底泥之間形成覆蓋層，阻截了底泥中的磷、鐵、錳及其它金屬汙染物的釋放擴散，對這些汙染物起到了鈍化和穩定作用，抑制了內源汙染對上覆水質的影響。實驗室研究表明，強化化學混凝除磷技術用於水體原位除磷具有作用時間短、除磷效率高等優點；形成的絮體覆蓋層對於鈍化和穩定底泥、抑制底泥中磷、鐵、錳等的釋放，具有抑制率高、效果保持時間長久、不易二次釋放等優點。因此，將強化化學混凝除磷技術與揚水曝氣技術相結合，並通過本發明的無動力自動定量投加裝置，可將此技術廣泛用於大體積水源水體的水質改善，應對周期性及突發性高負荷磷汙染。具有結構緊湊、使用靈活、無需外加動力、便於安裝、易與原有揚水曝氣技術結合、工程投資小、功能強大等優點。


圖I是本發明一個實施例的結構圖，其中，圖A為藥液釋放錐形開關5關閉時狀態，圖B為藥液釋放錐形開關5打開時狀態。圖中的標記表示1、無動力投加裝置，2、上部藥液儲藏箱，3、恆壓穩壓管，4、藥液輸送水平管，5、藥液輸送垂直管，6、藥液輸送管固定支架，7、自動定量投加裝置，8、推進式螺旋槳，9、藥液釋放錐形開關，10、底部藥液儲藏腔，11、套筒，12、藥液防洩漏裝置，13、限位銷，14、軟性保護墊，15、安裝孔，16、導流孔，17、密封艙，18、導流裝置，19、揚水曝氣器筒體。圖2為自動定量投加裝置結構大樣圖，其中，圖Cl為藥液釋放錐形開關關閉時狀態，圖C2為推進式螺旋槳7旋轉上升帶動藥液釋放錐形開關8打開藥液釋出狀態，圖C3為推進式螺旋槳7旋轉下降帶動藥液釋放錐形開關8關閉藥液停止釋出狀態。以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式本發明解決上述問題的設想是在揚水曝氣器安裝孔安裝強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，揚水曝氣器在下，無動力自動投加水質改善裝置在上，利用馬氏瓶原理，採用恆壓穩壓管傳遞大氣壓力，通過藥液輸送管將儲存於上部藥液儲藏箱的藥液輸送至底部藥液儲藏腔。揚水曝氣器運行時，當氣室充滿空氣後，氣室中的氣體瞬間釋放， 在導流筒中形成一個大的氣彈，並迅速上浮，帶動筒體中水體向上流動，帶動推進式螺旋槳旋轉上升同時將藥液釋放錐形開關打開，底部藥液儲藏腔內的藥液釋出。通過揚水曝氣器的劇烈混合作用，實現藥液與水體的均勻混合，並通過筒體上部導流孔噴射進入外部水體。 揚水曝氣器運行產生的間歇氣彈與其周邊水體進行脈衝混合，且混合反應強度沿徑向和深度衰減，為釋出藥液的充分混合與混凝反應提供了必要的動力與流場條件；由揚水曝氣器噴射出的水流在與周邊水體的混合過程中，水中脫穩膠體顆粒逐漸凝聚成長，水中的磷通過混凝反應得以有效去除。隨著絮體粒徑的增大和水流紊動強度的減弱，絮體沉降性能大大提高，不斷均勻沉積在底泥表面，在上覆水體與底泥之間形成一層絮體隔離層，該隔離層通過吸附、絡合、螯合作用，以及改變底泥氧化還原性質等多重功效，將底泥中釋放出的磷、 鐵、錳及其它金屬再次攔截，實現了該類汙染物的鈍化和穩定化，抑制底泥中的磷及其它汙染物向水中的釋放擴散。參見圖I和圖2，本實施例給出一種揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，包括垂直放置於揚水曝氣器密封艙17之上無動力投加裝置I和通過安裝孔 15放入揚水曝氣器筒體19內的自動定量投加裝置7，無動力投加裝置I在上，自動定量投加裝置7在下。無動力投加裝置I由上部藥液儲藏箱2、恆壓穩壓管3、藥液輸送水平管4、藥液輸送垂直管5和藥液輸送管固定支架6組成，其中上部藥液儲藏箱2為封閉箱體，位於揚水曝氣器密封艙17之上；恆壓穩壓管3為垂直插入上部藥液儲藏箱2底部的管道，恆壓穩壓管3頂端與大氣相通，底端與藥液輸送水平管4左端位於同一水平線，臨近但不接觸相連，保證藥液輸送管4入口的恆定壓力；藥液輸送水平管4水平放於上部藥液儲藏箱2底部，與藥液輸送垂直管5相連；藥液輸送垂直管5穿過上部藥液儲藏箱2底部，並穿過軟性保護墊14，經由安裝孔 15垂直吊於揚水曝氣器筒體19內，藥液輸送垂直管5通過焊接與上部藥液儲藏箱2相連， 藥液輸送水平管4與藥液輸送垂直管5通過90度彎頭連接；藥液輸送管固定支架6為穿孔不鏽鋼板，通過焊接與藥液輸送垂直管5和底部藥液儲藏腔10同時相連，起到固定藥液輸送管作用。自動定量投加裝置7由推進式螺旋槳8、藥液釋放錐形開關9、底部藥液儲藏腔10、 連接套筒11、藥液防洩漏裝置12和限位銷13組成。其中 推進式螺旋槳8和藥液釋放錐形開關9焊接於連接套筒11上，可隨連接套筒一起旋轉上升。推進式螺旋槳8在上，藥液釋放錐形開關9在下。推進式螺旋槳8用於在揚水曝氣器運行產生間歇氣彈向上運動產生水流推力作用下自動旋轉上升，該推進式螺旋槳8也可採用其他在水流推力作用下可旋轉上升的裝置。底部藥液儲藏腔10為底部尖的錐形腔，通過藥液輸送管固定支架6與藥液輸送垂直管5相連，用於儲藏通過藥液輸送垂直管5輸送至下部的藥液。底部尖細的錐形腔結構設計，有助於加強對上升水流的導流作用，降低阻力，提高水流推力作用。藥液防洩漏裝置12為彈性材料，固定於藥液輸送垂直管接近底部處，當藥液釋放錐形開關9下落關閉底部藥液儲藏腔10時，用於堵塞藥液輸送垂直管與套筒之間的空隙， 防止藥液洩漏。限位銷13為安裝於藥液輸送垂直管5中部的銷體，用於阻擋與連接套筒11連接在一起的推進式螺旋槳8和藥液釋放錐形開關9繼續上升，限制其所能達到的最大上升高度。本發明的揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置的工作過程如下藥液儲存於上部藥液儲藏箱2內，插於藥液儲藏箱2內部的恆壓穩壓管3頂端與大氣相連，通過大氣壓提供恆定壓力實現藥液無動力投加。
在大氣壓作用下，藥液經由藥液輸送水平管4送至藥液輸送垂直管5，垂直向下流入底部藥液儲藏腔10，通過藥液輸送管固定支架6上的穿孔擴散注滿整個底部藥液儲藏腔 10。揚水曝氣器運行時，當氣室充滿空氣後，氣室中的氣體在瞬間向揚水曝氣器筒體 19內釋放，形成一個大氣彈，並迅速上浮，帶動筒體中水體向上流動，在這股向上流動水體的推動作用下，帶動推進式螺旋槳8連同與其連接在連接套筒11上的藥液釋放錐形開關旋轉上升，藥液釋放錐形開關打開，底部藥液儲藏腔內的藥液釋出，隨上升水流一起向上流動，到達揚水曝氣器筒體19頂部導流裝置11下底部後，通過兩側導流孔16擴散至揚水曝氣筒體19外部水體。揚水曝氣器運行產生的間歇氣彈及其帶動的高速水流與其周邊水體及釋出的藥液進行脈衝混合，混合強度隨混合半徑及深度增大逐漸衰減，為混凝反應提供了必需的動力條件，水中的磷通過混凝反應得以有效去除。另一方面，沉降在底泥表面的絮體形成的隔離層，通過吸附、絡合、螯合等多種作用，抑制了底泥中的磷及其它汙染物向上覆水體的釋放與遷移擴散，對汙染物起到了鈍化與穩定作用。由連接套筒11連接的推進式螺旋槳8和藥液釋放錐形開關9在向上流動水體推動作用旋轉上升過程中到達限位銷13停止上升，當向上水流推動力小於套筒連接11連接的推進式螺旋槳8和藥液釋放錐形開關9的自身重力時，藥液釋放錐形開關9帶動推進式螺旋槳8在自身重力作用下旋轉下降直至關閉底部藥液儲藏腔10。藥液釋放錐形開關9關閉底部藥液儲藏腔10後，固定於藥液輸送垂直管5底部的藥液防洩漏裝置12將連接套筒11與藥液輸送垂直管5中間的空隙堵嚴，防止藥液洩漏。至此，一次完整無動力定量自動投加過程完成。因整個過程完全靠恆定大氣壓重力出流和揚水曝氣器運行產生的氣彈來完成，無需任何其他外加動力，因此為無動力過程。一旦揚水曝氣器運行產生氣彈的間歇條件確定，對應的藥液釋放錐形開關啟閉時間和開啟程度就相應確定，由此隨氣彈帶動水流上升的非恆定流過程即可對相應的投藥量進行自動控制，實現藥液的自動定量投加。因此，整個過程為無動力定量自動投加過程。
權利要求
1.一種揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，其特徵在於，包括垂直放置於揚水曝氣器密封艙(17)之上的無動力投加裝置(I)和通過安裝孔(15)放入揚水曝氣器筒體(19)內的自動定量投加裝置(7)，其中；所述的無動力投加裝置(I)由上部藥液儲藏箱(2)、恆壓穩壓管(3)、藥液輸送水平管(4)、藥液輸送垂直管(5)和藥液輸送管固定支架(6)組成，其中上部藥液儲藏箱(2)為封閉箱體，位於揚水曝氣器密封艙(17)之上，恆壓穩壓管(3) 垂直插入上部藥液儲藏箱(2)底部，恆壓穩壓管(3)頂端與大氣相通，底端與藥液輸送水平管⑷左端位於同一水平線，臨近但不接觸相連，保證藥液輸送管⑷入口的恆定壓力；藥液輸送水平管(4)水平位於上部藥液儲藏箱(2)底部，與藥液輸送垂直管(5)相連;藥液輸送垂直管(5)穿過上部藥液儲藏箱(2)底部，並穿過軟性保護墊(14)，經由安裝孔(15)垂直吊於揚水曝氣器筒體(19)內，藥液輸送垂直管(5)與上部藥液儲藏箱(2)相連；藥液輸送管固定支架(6)通過焊接與藥液輸送垂直管(5)和底部藥液儲藏腔(10)同時相連，用於固定藥液輸送垂直管(5)；所述的自動定量投加裝置(7)由推進式螺旋槳(8)、藥液釋放錐形開關(9)、底部藥液儲藏腔(10)、連接套筒(11)、藥液防洩漏裝置(12)和限位銷(13)組成，其中；所述的推進式螺旋槳(8)和藥液釋放錐形開關(9)焊接於連接套筒(11)上，可隨連接套筒(11) 一起旋轉上升，推進式螺旋槳(8)在上，藥液釋放錐形開關(9)在下；所述的底部藥液儲藏腔(10)為底部尖的錐形腔，通過藥液輸送管固定支架(6)與藥液輸送垂直管(5)相連,用於儲藏通過藥液輸送垂直管(5)輸送至下部的藥液；所述的限位銷(13)為安裝於藥液輸送垂直管(5)中部的銷體，用於阻擋與連接套筒(11)連接在一起的推進式螺旋槳(8)和藥液釋放錐形開關(9)繼續上升，限制其所能達到的最大上升高度。
2.如權利要求I所述的揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，所述的推進式螺旋槳(8)用於在揚水曝氣器運行產生間歇氣彈向上運動產生水流推力作用下自動旋轉上升。
3.如權利要求2所述的揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，其特徵在於，所述的推進式螺旋槳(8)由所有可在揚水曝氣器運行產生間歇氣彈向上運動產生水流推力作用下自動旋轉上升的裝置替代。
4.如權利要求2所述的揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，其特徵在於，所述的推進式螺旋槳(8)旋轉上升同時帶動藥液釋放椎體開關(9)旋轉上升，底部藥液儲藏腔(10)打開，藥液自動釋出。
5.如權利要求I所述的揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，其特徵在於，所述的固定於藥液輸送垂直管(5)中部的限位銷(13)用於限制推進式螺旋槳(8)上升所達到的最大高度控制藥液釋放椎體開關(9)的開啟度。
6.如權利要求I所述的揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，其特徵在於，所述的藥液防洩漏裝置(12)位於藥液輸送垂直管(5)下端，用於堵塞連接套筒(11)與藥液輸送垂直管(5)之間的空隙，當藥液釋放椎體開關(9)關閉後，防止藥液洩露。
7.如權利要求I所述的揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，其特徵在於，所述的藥液輸送管固定支架(6)為穿孔不鏽鋼板，藥液通過穿孔擴散注滿整個底部藥液儲藏腔(10)。
全文摘要
本發明公開了一種揚水曝氣強化化學除磷無動力自動定量投加水質改善裝置，包括垂直放置於揚水曝氣器密封艙之上的無動力投加裝置和通過安裝孔放入揚水曝氣器筒體內的自動定量投加裝置，無動力投加裝置由上部藥液儲藏箱、恆壓穩壓管、藥液輸送水平管、藥液輸送垂直管和藥液輸送管固定支架組成，自動定量投加裝置由推進式螺旋槳、藥液釋放錐形開關、底部藥液儲藏腔、連接套筒、藥液防洩漏裝置和限位銷組成，實現了該類汙染物的鈍化和穩定化，抑制底泥中的磷及其它汙染物向水中的釋放擴散。具有結構緊湊、使用靈活、無需外加動力、便於安裝、易與原有揚水曝氣技術結合、工程投資小、功能強大等優點。
文檔編號C02F1/52GK102583796SQ20121003364
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者柴蓓蓓, 黃廷林 申請人:西安建築科技大學