[發明專利]一種分層混合充氧水質改善裝置

有效

• 申請號: 201210118486.X
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102616950A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 黃廷林;史建超;楊霄
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C02F7/00
• 分類號: C02F7/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及一種充氧裝置，特別涉及一種分層混合充氧水質改善裝置，適用于混合大水深、分層現象明顯的水庫和湖泊水體，并向水中充氧。

背景技術

目前水庫和湖泊已逐步成為我國大中城市的主要供水水源，在我國城市供水中起著非常重要的作用。而大部分水庫的水深大、流動性小、水體更新慢，由此帶來一些負面的影響。由于流動性小，使許多有機質、氮、磷等營養物質在水庫和湖泊沉積聚集，給藻類等浮游植物提供了充足的營養，同時由于水的流動性小，使藻類能穩定地停留在表層水中，接受充足的光照而大量繁殖，帶來了水體富營養化問題。由于水深大、流動性小，容易形成水體分層現象。分層后，上下層水體間相對靜止，缺乏交換傳質，加之水體和底泥的耗氧，導致底層水體處于缺氧狀態，還原條件下底泥中氮、磷、鐵、錳等物質向水體溶解釋放，硫酸鹽還原為硫化物，有機物厭氧分解為有機酸等，造成底層水體的二次污染，水生生態環境惡化。

申請人已授權的中國專利，名稱為“多功能揚水曝氣器”(專利號ZL200310117900.6)，是解決上述問題研究的專門技術。多功能揚水曝氣器是一個豎直安裝的直筒體，在直筒體的下端附帶一個曝氣室和一個氣室。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。該專利已經在國內多處水庫水質改善工程中推廣應用。由于揚水曝氣器所需的壓縮空氣的釋放壓力隨水深增加而增大，從而能耗和混合充氧效果隨之提高，但當水庫水深增大到一定程度后(水深＞60m)，揚水曝氣的水力混合效果不再隨之提高。從流體運動力學角度分析，這種現象是易于理解的：即壓縮空氣所形成的氣彈在上升過程中，隨著水深的減小，水壓逐漸降低，氣彈體積不斷膨脹，氣彈與其所帶動的水柱加速上升，流速不斷加快；但與此同時，氣彈體積的膨脹也增大與曝氣器上升筒的接觸面積和摩擦力，且隨筒內氣彈與水流上升速度的加快，阻力不斷增大；阻力隨流速增大的結果是，在水深足夠大的情況下，氣彈上升的浮力與摩擦力最終達到平衡，氣彈與其帶動水流的上升速度亦即達到極限流速，揚水曝氣器的水力混合效果趨于穩定，隨水深增大，上升流速和混合效果基本不再提高。此時對應的水深即為壓縮空氣釋放管和曝氣室的最大安裝深度。繼續增大深度，能耗增大，但混合效果不再提高。

另外，對于穩定分層的水庫，等溫層尤其是等溫層底部的厭氧和強還原環境是造成底泥中污染物釋放和內源污染的主要原因，而且對于藻類低發季節深水型水庫也存在同樣的內源污染問題。在此情況下，只需解決等溫層的充氧混合問題，就能有效抑制水庫底層的內源污染，亦即僅對水庫等溫層進行充氧混合即可。等溫層充氧混合的特征條件是：需氧量小、能耗低、不需混合整個水層。

當表層藻類大量繁殖和底層厭氧引發的內源污染并存時，需求的壓縮空氣量大大提高，此時需要運行揚水曝氣器，通過揚水曝氣作用實現對表層藻類生長和底層內源污染的抑制。

發明內容

本發明的目的在于，在已有技術基礎上提供一種分層混合充氧的曝氣裝置，該裝置可以根據需要在全層混合充氧和等溫層混合充氧兩種工作模式下自動切換。該裝置既具有揚水曝氣器全層混合充氧的基本功能，又具有直接對等溫層混合充氧的功能；其運行是根據水庫水質改善的具體需求，分別實現等溫層混合充氧和全層混合充氧的功能，從而在保證水質改善效果的前提下，大大降低空壓機的運轉負荷、降低能耗、節省運行成本。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：

一種分層混合充氧水質改善裝置，包括直筒體，其特征在于，所述的直筒體由四節上升筒組成，其中，第一節上升筒接近水面，第四節上升筒位于水庫底部，并通過錨固鏈和錨固墩相連接；第三節上升筒(25)和第四節上升筒為伸縮管，用于調節整個裝置的長度；

在第四節上升筒外圍分布有第一水密艙和微孔曝氣器，微孔曝氣器通過柔性壓縮空氣管道連接無動力自動切換裝置；

在第二節上升筒外圍分布有曝氣室、儲氣室、第二水密艙和第三水密艙；其中，曝氣室和儲氣室(18)通過連接板與第二節上升筒連接固定，第二水密艙位于儲氣室的外圍，第三水密艙位于儲氣室上方；

曝氣室安裝有下導流板和穿孔板，曝氣室內設置空氣釋放管；其中，穿孔板為一環形穿孔圓盤，用于充氧水的氣水分離；空氣釋放管是下側表面開設若干排小孔的環形穿孔圓管，導流板為喇叭形擋板，與曝氣室外壁下端連接；

儲氣室安裝有上導流板，儲氣室內部設置有溢流板和水封板，將儲氣室分割成不同的部分，并通過第二上升筒的筒壁上開設的環向縫隙與第二上升筒內部相聯通，并通過孔洞與外部水體相聯通，上導流板為喇叭形擋板，與儲氣室外壁下端連接；