[發(fā)明專利]分層湖泊水庫曝氣誘導產(chǎn)生內(nèi)波破壞水溫分層的裝置及方法

有效

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• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103922492A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫昕;李選龍;葉麗麗
• 申請（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C02F7/00
• 分類號: C02F7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于湖泊水庫水體污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種分層湖泊水庫曝氣誘導產(chǎn)生內(nèi)波破壞水溫分層的裝置及方法。

【背景技術(shù)】

水深較大的湖泊、水庫易發(fā)生由于劇烈垂向溫度梯度的存在而引起的水溫分層，使得水體自上而下分成三個不同溫度和密度的水團層：變溫層、躍溫層和等溫層。處于中間的躍溫層阻止了熱量和氧氣在表層和底層之間的垂向傳輸，其結(jié)果是，由于表層藻類大量繁殖以及底層因為缺氧條件引起底泥污染物的釋放，加速水體富營養(yǎng)化。破壞水溫分層可以使表層和底層水體混合，降低表層水體藻類含量，并能有效控制底泥中內(nèi)源污染物的釋放。

目前湖泊水庫水溫分層的破壞的技術(shù)主要包括揚水筒混合、機械混合、空氣管充氧和揚水曝氣四種，但上述破壞水溫分層技術(shù)都存在效率低、能耗高等共性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種分層湖泊水庫曝氣誘導產(chǎn)生內(nèi)波破壞水溫分層的裝置及方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

分層湖泊水庫曝氣誘導產(chǎn)生內(nèi)波破壞水溫分層的裝置，包括模型水庫以及安裝在模型水庫底部的空調(diào)冷凝管和曝氣器，其中，空調(diào)冷凝管與外部空調(diào)機相連接，溫度控制器用于控制外部空調(diào)機工作，曝氣器的進氣口與設(shè)置在模型水庫外部的空氣壓縮機的出氣口相連通。

本發(fā)明進一步改進在于，還包括若干測溫儀，該若干測溫儀的測量探頭在模型水庫的垂直方向上從下至上依次分布。

本發(fā)明進一步改進在于，測溫儀采用四通道TYPEK數(shù)顯測溫儀。

本發(fā)明進一步改進在于，空氣壓縮機與曝氣器之間還依次連接有集氣罐、穩(wěn)壓裝置和流量計。

本發(fā)明進一步改進在于，空調(diào)冷凝管通過冷凝管支架固定在模型水庫的底部。

本發(fā)明進一步改進在于，曝氣器包括上升筒，上升筒的頂部周向設(shè)置有用于提供浮力的水密倉，其中部周向從上至下依次設(shè)置有氣室、回流室和曝氣室，上升筒的中部周向還設(shè)有溢流板，且溢流板位于氣室內(nèi)，溢流板與上升筒之間設(shè)有水封板，水封板的上端連接在水密倉上，其下端懸空，上升筒的底部設(shè)有空氣釋放管，空氣釋放管通過供氣管路與模型水庫外部的空氣壓縮機的出氣口相連通；空氣依次經(jīng)曝氣室、回流室及氣室后進入上升桶，并在上升筒內(nèi)形成氣彈。

本發(fā)明另一個目的，分層湖泊水庫曝氣誘導產(chǎn)生內(nèi)波破壞水溫分層的方法，包括以下步驟：利用溫度控制器來控制外部空調(diào)機的啟動和停止，以對模型水庫中水的溫度精確調(diào)控，進而通過空調(diào)冷凝管實現(xiàn)對模型水庫中的底部水體進行降溫；同時，空氣壓縮機將空氣輸送至曝氣器的進氣口，再經(jīng)曝氣器擴散孔，將氣體輸送至曝氣室，當未溶解的殘余氣體逐漸累積到曝氣室水封板下緣時，曝氣室內(nèi)氣體會迅速溢入中間上升筒，攜帶底部水體上升，同時曝氣室內(nèi)氣體又重新累積，如此在上升筒內(nèi)形成周期性的上升水流，設(shè)定曝氣器出口位于存在溫度梯度的躍溫層內(nèi)，曝氣器出口的周期性出流作為一種擾動源，在模型水庫的躍溫層內(nèi)誘導產(chǎn)生內(nèi)波。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明利用揚水曝氣產(chǎn)生的周期性氣水兩相流作為擾動源，在躍溫層內(nèi)誘導產(chǎn)生內(nèi)波，借助內(nèi)波的強大混合作用，使躍溫層逐步下潛，變溫層與等溫層的水溫差別逐漸減小，直至水體分層被完全破壞。相對傳統(tǒng)的循環(huán)水流破壞分層技術(shù)，在溫度梯度0.32～0.46℃/m和曝氣量0.07～0.28m3/(m2.h)條件下，曝氣誘導內(nèi)波混合技術(shù)可將破壞水溫分層效率提高25.0%～60.0%，具有能耗低、效率高的明顯優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣泛。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明分層湖泊水庫曝氣誘導產(chǎn)生內(nèi)波破壞水溫分層的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是曝氣器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3（a）是等溫層水溫為5℃時不同室溫下的水溫結(jié)構(gòu)圖；附圖3（b）是等溫層水溫為10℃時不同室溫下的水溫結(jié)構(gòu)圖。

圖4（a）是等溫層水溫為5℃、曝氣量為100L/h以及出口高度45cm時中試曝氣誘導形成的內(nèi)波的波形圖；圖4（b）是等溫層水溫為5℃、曝氣量為100L/h以及出口高度90cm時試曝氣誘導形成的內(nèi)波的波形圖。

圖5（a）是等溫層水溫為5℃時中試有無內(nèi)波情況下的破壞分層所需時間與曝氣量的關(guān)系圖；圖5（b）是等溫層水溫為10℃時中試有無內(nèi)波情況下的破壞分層所需時間與曝氣量的關(guān)系圖。