三維水體循環增氧淨化裝置的製作方法

2023-10-10 18:58:49

專利名稱：三維水體循環增氧淨化裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水處理裝置，尤其是一種可對多種大水體進行三維循環、 增氧、改變水體水質的靜態分層現象，使水體水質得到淨化的裝置。
背景技術：
在水處理領域中，通過對水體曝氣增氧，提高水體的溶解氧含量，從而淨化 水質的作法並不少見，但如何提高設備的水體循環能力、增加溶氧率、降低投資 及開發新能源卻是眾多生產廠商和研究人員關心的問題。
目前公知的水質淨化裝置，通過設置在岸上或水體中的裝置對氣體或水體進 行加壓，然後將加壓流體輸送至水下的噴射裝置中，經過一級或多級噴射，對水 體進行曝氣。該裝置在提高水體溶解氧方面確實起到了積極作用，但仍存在以下 不足1、進水、進氣和排水等通道不但結構複雜，製造成本較高，且操作不靈活、 適用範圍較小；2、由於溶氧方法是多級喉管噴射，運行時能量損耗較高，工作效 率下降。
為克服上述問題，人們又提出了另一種結構的水質淨化裝置，如中國專利申 請號為92101176.8，名稱為《使淺水域的全部水循環流動的裝置和方法》，是曰本 國海洋工業株式會社在中國申報的一項發明專利，該專利所述方法是在壓力作用 下產生向上的液體射流，而壓力是作用到底部水體上，通過垂直安裝的管道向頂 部上升形成向上的水流，從而增大水流的上升速度，並在管道頂端噴出。該專利 技術確實作到了簡化結構，但其作為水下造流設備，又不可避免地使用了加壓設 備，導致設備投資及運行成本的增加，致使能量損耗較高，設備的工作效率下降； 其水循環流動裝置的加壓射流方式限制了管道的尺寸，出流量較小，增氧效果差； 其動力較大且仍使用了傳統的電力能源。
又如中國實用新型專利申請號為90200914. 1，名稱為《淺水域水質改良裝置》， 該專利是一種在較淺水域的湖沼、池、河川，或供淨水用儲水池使用的水質改良 裝置，包括一揚水筒以及下端的間歇供氣裝置。工作流程是有壓空氣通過送氣 管進入揚水筒設置的空氣室頂部逐漸積存，使外筒室內的水位下降，同時經設置 在隔開筒上部的貫空孔進入中間室且使其水位降低，當水位降低到一定位置時中間室內的加壓空氣經過內筒下端部的連通孔再進入內筒室，空氣在內筒室內上升 並由其上部連通孔噴入揚水筒內，此時加壓空氣成為空氣團在揚水筒內上升使水 體流動。該專利技術確實技術新穎，但裝置結構複雜，導致有壓空氣在流動、逐漸 積存、噴射釋放和形成空氣團的過程中致使能量損耗較高，設備的工作效率下降; 其水循環流動裝置的空氣加壓噴射形成空氣團以及間隙運行的實施方式限制了管 道的尺寸和工作連續性，出流量小且穩定性差；水體流動過程增氧效果差；其加 壓空氣需較大動力，仍需使用了傳統的電力能源。
本設計人根據多年來在本領域的經驗和知識積累，為克服公知的技術存在的 上述缺陷，經過艱苦的研發，終於開發出本實用新型的風光互補型三維水體循環 增氧淨化裝置。
發明內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、利用清潔能源、產生 較大流量、實現水體三維循環流動、溶氧效果好、工作效率高的三維水體循環增 氧淨化裝置。
為此，本實用新型提出一種三維水體循環增氧淨化裝置，其包括電源、充 氣裝置、出水導流管、工作管段、微氣泡發生器、進水導流管、輸氣管、浮體和 浮體支架，其中，該電源通過電路分別與該充氣裝置相連；該充氣裝置產生的氣 體經輸氣管進入容置於工作管段中的微氣泡發生器，有壓氣體通過微氣泡發生器 上的細孔產生微氣泡流；該工作管段上端連接出水導流管，下端連接進水導流管； 該太陽能發電裝置、風力發電裝置、充氣裝置和出水導流管由該浮體支架承載， 該浮體支架與浮體連接。
上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該充氣裝置可以為充氣泵或空壓機。
上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該微氣泡發生器可以為微孔尺度為 5 200u m的曝氣管、曝氣頭或曝氣盤。
上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該微氣泡發生器的截面積優選為所 述工作管段截面積的40 90%。
上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該出水導流管的出口可以為一段漸 擴圓錐型導流面。
上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該出水導流管的出口可低於水平面。 上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該出水導流管的直徑優選為10 300cm。
上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該電源可以為太陽能發電裝置和/或風力發電裝置。
上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該風力發電裝置可包括風車裝置、 風力發電機、控制器、蓄電池和電路電纜線。
上述三維水體循環增氧淨化裝置，其中，該太陽能發電裝置可包括至少一套 太陽能電池板、控制器、蓄電池和電路電纜線。
由於上述技術方案的運用，本實用新型具有下列優點-
1、 本實用新型提供了一種新型的氣動提水裝置，提水裝置中的微氣泡發生器 產生大量的微小氣泡流，由於微小氣泡具有一定的浮力至使氣泡向水體上方浮動， 此時氣泡帶動周圍水體被推動向上形成水氣混合流動。此裝置可以通過增加出水
導流管直徑(出水導流管的直徑為10 300cm)，增大輸水面積，實現在較大出水 導流管內形成匯集多股小流量提水成為總體大流量的提水裝置，高效地利用了能 量，提高了工作效率。
2、 由於本實用新型的出水導流管有足夠長的管段(微氣泡發生器一般安裝在 出水導流管出水口下方20 300cm左右)，提升水流動的微氣泡逐漸增大，水氣 混合流加速上升，水體流出時圓錐形導流管出水口又強制向管口四周擴散，在水 面上形成大面積的表層流，同時在更遠更大範圍內表面水體又向水體下部流動實 現了水體三維循環；由此，在工作管段的微小氣泡與水充分混合使底部上升的水 體溶氧率大大提高，同時較大範圍的表面水體流動又充分擴大了水體與空氣的接 觸面積，使水體再次增大溶氧效率，從而達到充分溶氧的目的。
3、 本實用新型採用了微氣泡發生系統，利用微氣泡直接提升水體；大大減少 了能量轉換的損耗。微氣泡發生器裝置突出特點 一是大大降低了設備能耗，設 備一般功率在30 1000瓦，電壓在12 24伏左右，即可高效運行；二是由此低 能耗的設備完全可以實現太陽能和風力作為動力源使設備正常高效運行。
4、 本實用新型與加壓水噴射裝置結構的曝氣設備相比，降低了氣動系統的工 作壓力、減少了有壓氣量，由於使用了微氣泡發生器，使結構大為簡化，其突出 效益不但降低了能耗、提高了工作效率，且有效地避免了工作時通道堵塞的情 況，確保了設備的正常工作。
5、 本實用新型採用了微氣泡發生器裝置，設備運行功率小，並充分利用蘊量 巨大，可以再生，分布廣泛，沒有汙染的太陽能和風力作為能源，所以，其設備 運行無須能源費用；設備結構簡單、無須操作人員，從而降低了運行費用。
6、 本實用新型的一個優選實施方式採用太陽能和風力作為能源，充分利用自 然資源，強化水體自淨能力，而實現本實用新型的生態淨化水體新工藝。其水質 淨化過程是潔淨、安全、高效的，無二次汙染。屏棄了其他化學水質淨化方案，無須其他水質淨化額外的費用。晴天光照強，陰雨天一般風能較大；夏天太陽照 射強，冬天風力大。利用太陽能和風能的互補性，就可以設立獨立電源系統，實
現水體持續循環淨化。


圖1為本實用新型風光互補型三維水體循環增氧淨化裝置整體結構示意圖。
圖2為本實用新型的工作管段結構示意圖。
圖3為本實用新型的下進水導流管段結構示意圖。
附圖標號說明
1、風力發電機組 2、風車風葉 3、風車軸 4、接線盒 5、電路電纜線
6a、太陽能電池板 6b、控制器 7、蓄電池 8、充氣裝置 9、出水口導流 面 10、出水導流管段11、工作管段12、輸氣管 13、微氣泡發生器 14、
微氣泡發生器支架 15a、上進水導流管段 15b、下進水導流管段 15c、 進水導流管段橫管15d、進水導流管段尾管 15e、進水尾管內配重 15f、
進水尾管排沙孔 16、進水口過濾網 17、浮體 18、浮體支架 19、 設備保護盒
具體實施方式
為了讓本實用新型的目的、特徵與優點能更明顯被了解，下文特舉本實用新 型的具體實施例並配合附圖作詳細說明。
圖l所示為本實用新型風光互補型三維水體循環增氧淨化裝置的一種實施方
案，其包括
風力發電裝置，其為一種垂直軸向風車裝置，其中，風車軸3上端與風車風 葉2連接，風車軸3下端與風力發電機組1連接；接線盒4固定在風力發電機組1 外，電路電纜線5與接線盒4連接；風力發電機組1發出的電通過電路電纜線5
和控制器6b輸入蓄電池7儲存和利用；
太陽能發電裝置，由太陽能電池板6a、控制器6b和蓄電池7組成，多組太陽 能電池板6a水平固定在浮體支架18上，太陽能電池板6a發出的電通過電路電纜 線5和控制器6b輸入蓄電池7儲存和利用；
充氣裝置8，它是通過電力驅動來提供有壓氣體輸出的設備或裝置，如充氣
泵、空壓機等，其利用蓄電池7中儲存的電力驅動充氣；
工作管段ll (請參照圖2)， 一微氣泡發生器13通過微氣泡發生器支架14固定在工作管段11中間，且微氣泡發生器13截面積為工作管段11截面積的40 90
%;充氣裝置8產生的有壓氣體通過輸氣管12進入微氣泡發生器13內工作；微
氣泡發生器一般採用有機高分子材料的曝氣管、曝氣頭或曝氣盤，其上面有無數
個微孔，微孔的直徑為5 200nm。有壓氣體通過微小的孔洞形成連續的細小氣 泡流，微氣泡的直徑為10 500u m;
出水導流管段10，其上端設有一段出水口漸擴圓錐導流面9;下端與工作管 段11連接，該出水導流管段10截面積與氣泡發生器13截面積之和約等於該工作 管段ll的截面積；出水導流管段10的長度可以為20 300cm，在本實施例中出水 導流管段10的長度為100cm;該出水導流管段10的直徑可以為10 300cm,在本 實施例中出水導流管段10的直徑為40cm;
進水導流管段15，其上進水導流管段15a上端與工作管段ll連接；如圖3所 示，該進水導流管下端包括下進水導流管段15b、進水導流管段橫管15c、進水導 流管段尾管15d、進水尾管內配重15e、進水尾管排沙孔15f和進水口過濾網16;
浮體支架18，其上承載風力發電裝置、作為太陽能電池組的太陽能電池板6a、 控制器6b、設備保護盒19和出水導流管段IO;設備保護盒19內放置有控制器6b、 蓄電池7和充氣裝置8;浮體17連接浮體支架18並為其提供浮力；
本實施方案中的太陽能板6a、控制器6b、蓄電池7、充氣裝置8是多於一套， 方便使用和維護。
本實施方案的工作原理是在風力的作用下，風車風葉2開始旋轉，從而帶
動風車軸3轉動，此時與風車軸用傳動方式連結的風力發動機組1也隨之轉動發 電，電力通過電路電纜線5和控制器6b輸入蓄電池7儲存和利用；太陽能電池板 6a所發電力通過電路電纜線5和控制器6b輸入蓄電池7儲存和利用。充氣裝置8 使用蓄電池7提供的電力運行，有壓氣體經過輸氣管12進入工作管段11內的微 氣泡發生器13中產生大量微小氣泡流。微氣泡發生器的截面積與工作管段截面積 的比例一般為40 90% (使微氣泡的氣量與水量體積比約為40 90%)時提水效果 較好，當比例小於40%時由於氣量較小致使提出的水量少或不出水，當比例大於 90%時出氣量大而出水量小使效率降低達不到提水循環之目的。
由於微小氣泡比重遠小於水的比重，因此，微小氣泡在工作管段11內向上升 起並帶動管段內水體隨之上升流動。微小氣泡上升隨著水壓的減小逐漸變大浮力
也隨之增大，氣泡和水體上升速度也隨之加快。由於導流管直徑的增加不會對多 組微小氣泡流的產生和運動造成影響，因而可以通過增加出水導流管直徑(出水 導流管的直徑為10 300 cm)來增大輸水量。提升後的水經過出水導流管段10的 一段漸擴圓錐面導流面9的導流作用，水體向四周沿水體表面流動、逐漸擴散；同時，進水導流管15進水口的水又連續不斷的補充到導流管內，這樣遠端水體表 面流動的水也開始向下流動，最終形成大面積的水體三維循環流動。
使用本實用新型既可以通過加大微氣泡發生器的數量或面積同時增加導流管 的直徑增加工作面積，還可以通過增加提水設備系統配套數量等多個方面實現了 水體大面積、大流量的循環流動，這樣水體大面積的表面流動又使水能充分溶解 氧氣，由循環的水體攜帶更多的溶解氧流向低部水體，提高了水體的均勻性，強 化了水體的自淨能力。
應用事例一在相對封閉的水域中，通過本實用新型的運行，營造三維水體 的人工循環對流，從而改善水體中的溫度、溶解氧等靜態分層現象，促進上下層 水體交換，提高水中的溶解氧含量，破壞形成水華的藻類的生存環境，實現抑制 藻類繁殖、激活並強化水體自淨機能的目的。
應用事例二 通過本實用新型的運行，營造水體的人工循環對流，促進上下 層水體交換的這一效果，證實其應用範圍更加廣泛。如冬季用於景觀水體時可 以實現景觀水體不結冰，創造北方冬季新水景；冬季用於蓄水、引水工程中，可 有效的防止水工建築物受凍融破壞，增加安全性和耐久性。
以上所述僅為本實用新型的具體實施方案，不能以此限定本實用新型實施的 範圍；即凡依本實用新型權利要求書所作的任何變化與修改，皆屬本實用新型專 利保護的範圍。
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權利要求1、一種三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於包括電源、充氣裝置、出水導流管、工作管段、微氣泡發生器、進水導流管、輸氣管、浮體和浮體支架，其中，該電源通過電路分別與該充氣裝置相連；該充氣裝置產生的氣體經輸氣管進入容置於工作管段中的微氣泡發生器，有壓氣體通過微氣泡發生器上的細孔產生微氣泡流；該工作管段上端連接出水導流管，下端連接進水導流管；該太陽能發電裝置、風力發電裝置、充氣裝置和出水導流管由該浮體支架承載，該浮體支架與浮體連接。
2、 如權利要求l所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於所述充氣 裝置為充氣泵或空壓機。
3、 如權利要求2所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於所述微氣 泡發生器為微孔尺度為5 200u m的曝氣管、曝氣頭或曝氣盤。
4、 如權利要求3所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於所述微氣 泡發生器的截面積為所述工作管段截面積的40 90% 。
5、 如權利要求4所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於所述出水導流管的出口為一段漸擴圓錐型導流面。
6、 如權利要求5所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於所述出水導流管的出口低於水平面。
7、 如權利要求6所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於所述出水 導流管的直徑為10 300cm。
8、 如權利要求1 7中任一項所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在 於所述電源為太陽能發電裝置和/或風力發電裝置。
9、 如權利要求8所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於所述風力發電裝置包括風車裝置、控制器、風力發電機、蓄電池和電路電纜線。
10、 如權利要求8所述的三維水體循環增氧淨化裝置，其特徵在於所述太陽能發電裝置包括至少一套太陽能電池板、控制器、蓄電池和電路電纜線。
專利摘要本實用新型在水體治理與修復領域提供了一種氣動提水裝置，實現了在大水域中使水體大流量循環增氧淨化功能。該裝置包括電源、充氣裝置、出水導流管、工作管段、微氣泡發生器、進水導流管、輸氣管、浮體和浮體支架。在水域中，把充氣裝置產生的有壓氣體通過輸氣管送入固定在工作管段內的微氣泡發生器中並產生向上流動的微氣泡流，在出水導流管中微氣泡流又推動水體向頂部上升流動，同時進水導流管底部水體進入導流管後也隨之快速向管頂部流動噴出，向四周擴散，通過表面復氧後在遠端向下又回流至導流管底部作循環流動，實現水體交換循環增氧淨化之目的。
文檔編號C02F3/12GK201264941SQ20082011039
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月16日 優先權日2008年9月16日
發明者井豔文, 操 劉, 劉虎城, 廖日紅, 李其軍, 華 顧 申請人:北京市水利科學研究所;北京新奧水科技術開發有限公司