CN100408484C - 微波节能净水装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波节能净水装置，它适用于湖泊、水库、鱼塘、水池等缓流或者封闭性水体的水质净化及深层增氧。本发明公开了这种净水装置的提升管至少有一个导流环槽吸水口，在提升管顶端为导流喇叭状排水口，吸水口与排水口均为水平朝向设置，在吸水口与排水口之间的提升管外壁圆周上固定有平直伸向外水域的不少于一层的生物载体。本发明对水质净化效率高，水体深层增氧充沛、投资省、运行成本低、节能、占水域空间小、管理简单、应用范围广、易于推广实施。

Description

微波节能净水装置

技术领域

本发明涉及一种适用于湖泊、水库、鱼塘、水池等缓流或封闭性水体的水质净化装置。

背景技术

湖泊、水库、鱼塘、水池等缓流或封闭性水体，基本上处于静止状态，可谓是“死水一潭”。主要体现在水质分层现象比较严重，上下层水体之间存在着溶解氧梯度、有机污染物浓度梯度等：这是因为表层水直接与空气接触，导致上层水的溶解氧浓度比较高(富氧水)，下层水的溶解氧浓度比较低(缺氧水)；由于有机污染物多沉积在水体的底部，造成下层水的有机物浓度较高，上层水的有机物浓度较低。天然水体中本身存在着多种生物，它们对水体起着自然净化的作用。存在于上层水中的生物主要是好氧生物，它们通过好氧生化降解过程，将水体中的碳、氮、磷、硫等污染物分别转化为对生物无毒害作用的二氧化碳、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等，使水体清澈透明。存在于下层水的生物主要是厌氧生物，他们通过厌氧生化降解过程，将水体中的碳、氮、磷、硫等污染物分别转化为对生物有毒害作用的甲烷、氨、磷化氢、硫化氢等，使水体发黑、发臭。

我们希望在天然水体中大量生存好氧生物，发生好氧生化降解反应，避免厌氧分解现象。为了进行封闭性水体的水质净化，人们设计了多种结构形式的增氧机和曝气设备，以增加水中的溶解氧和消除水质分层现象。现有的增氧、曝气设备品种繁多，概括起来可以分为两大类：一类是水面机械曝气设备，通过机械构件(如：转刷、转盘、叶轮、水车等)的旋转，产生抛水作用，便空气与水接触，以提高水中的溶解氧浓度。这种增氧方式的主要问题在于只能对表层水进行增氧，而严重缺氧的下层水的溶解氧浓度却得不到明显改善，含有较多有机物的下层水也不能够进入含有较少有机物的上层水中，就是说不能够消除水质分层现象；这类曝气设备还存在着结构复杂、价格昂贵、溅水幅度大等缺陷。另外一类是水下鼓风曝气设备，利用鼓风机将空气压缩后送到下层水中，再通过微孔布气设备(如：穿孔管、曝气头等)，将空气以气泡形式鼓入水中，或者利用射流器吸入空气并喷射到下层水中，从而提高下层水的溶解氧浓度；进入下层水的空气泡在浮力作用下上升，会夹带一部分下层水到上层水中；因此，与水面机械曝气设备相比，水下鼓风曝气设备对于提高下层水的溶解氧浓度和消除浓度梯度，效果会好一些，但却存在着设备投资大、运行成本高、占地面积大、噪音大、维修烦琐等弊端。可以想象，如果大型湖泊、水库采用水面机械曝气方法，或者采用水下鼓风曝气方法进行水质净化，其设备投资和运行成本将会大得惊人，这是根本不可行的。

全国许多湖泊、水库都用作饮用水的水源或者观赏水的水源。目前，这些封闭性水体都受到不同程度的氮、磷污染，水体富营养化现象严重，时常发生藻类爆发的“绿水”事件，不仅堵塞饮用水厂的过滤设备，而且也会影响水体的景观效果，甚至一些蓝绿藻类分泌出藻毒素，造成大量水生生物死亡；住宅楼宇中，不论楼顶水池或者低位水池，都属于封闭性水体，自来水送入水池之后，水池中的水因基本上处于静止状态而成为“死水”，因此时常会在水池中滋生红虫，降低了饮用水的质量；房地产业的发展，促进了人造水景(如：人工湖等)的建设，这些水景大多数是封闭性水体，往往会出现人工湖的水质发绿、发臭问题，严重影响了水景的观赏效果。本来，向封闭性水体曝气充氧，并消除其水质分层是解决上述问题的有效措施之一，但是传统的增氧、曝气技术与设备因效率低、成本高、占地多、管理复杂，成为限制其应用的一个重要因素。如何既提高曝气设备的增氧效率和消除水质分层，又降低投资费用、运行成本、占地面积和噪音，一直是许多生产厂商和研究人员关心的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波节能净水装置，它适用于湖泊、水库、鱼塘、水池等缓流或者封闭性水体的水质净化，本发明水质净化效率高、水体深层增氧充沛、投资省、运行成本低、节能、占水域空间小、管理简单、应用范围广、易于推广实施。

本发明的技术解决方案是，它在现有技术的竖式提升管，带有动力系统的叶轮装置，浮水支承装置的基础上，本发明特别是提升管至少有一个导流环槽吸水口，在提升管顶端为导流喇叭状排水口，吸水口与排水口均为水平朝向设置，在吸水口与排水口之间的提升管外壁圆周上固定有平直向外伸出的不少于一层的生物载体。

以上本发明所述的提升管底端的导流环槽吸水口位于提升管底端口处，或者是位于提升管身的多处。

本发明所述提升管底端的导流环槽吸水口是由提升管底端的喇叭口，以及与该喇叭口下方相隔一定距离处固定的与之形状相适应的锥头状导流圆板，该提升管底端的喇叭口与导流圆板之间构成导流环槽，该提升管底端的喇叭口边缘与导流圆板边缘处共同构成吸水口。

以上本发明所述的提升管身的导流环槽吸水口是提升管身的喇叭口，以及与该喇叭口下方相隔一定距离处固定的与之形状相近的喇叭状导流板，该提升管身的喇叭口与喇叭状导流板之间构成导流环槽，其边缘处共同构成吸水口。

以上本发明的提升管顶端导流喇叭状排水口是由提升管顶端喇叭口，以及与该喇叭口上方相隔一定距离处固定的一个圆拱形顶，该提升管顶端喇叭口边缘与圆拱形顶边缘共同构成排水口，或者是只有提升管顶端的导流的喇叭口。

本发明的生物载体层是污水处理用的刚性生物填料层、软性生物填料层或者是半软性生物填料层。

本发明的工作原理简单地说，微波节能净水装置依据“流水不腐”的原理进行设计。就是利用很小的能量(可采用太阳能或者风能)，使静止的封闭性水体流动起来，并在流动过程中实现水体增氧和水质净化的目的。

具体地说，就是借助动力系统，通过转轴带动叶轮旋转，将水体下层水经过提升管送到水体表面。由于排水口位于水面的位置，而且处于水平状态，所以提升上来的下层水在排水口处形成“源流”，水平地排向周围的水面。叶轮旋转的过程中，会在水面形成一圈一圈微小的波浪，这些波浪“后浪推前浪”地沿着水面向外推进，并带动上层水一起水平地向岸边流动。吸水口呈水平方向布置，引导下层水水平地流向吸水口，并在吸水口处形成“汇流”；根据水流连续性原理，上层水与下层水方向相反地进行水平流动，必将在岸边汇合，上层水向下流入下层水中，以补充被吸走的下层水，这样就在上、下层水体之间形成了大“环流”。从“汇流”、“源流”开始，到最终形成水体的上、下大“环流”，使静止的“死水”，变成了流动的“活水”。这样，缺氧的下层水被提升到水体表面之后，不断进行表面更新，一方面迅速增氧，另一方面将水体中的代谢产物(如：二氧化碳等)释放到大气中，还将下层丰富的有机质带到上层水中；与此同时，富氧的上层水环流到下层水中，也提高了下层水的溶解氧浓度。结果，整个水体的溶解氧浓度都得到提高，有效地消除了水质分层现象，解决了水体发黑、发臭、藻类爆发等现象，使水体清澈透明。

水质净化的速度与效率，除了与水体的溶解氧浓度有关之外，还与水体中的好氧生物浓度有关。天然水体中存在着一定数量的好氧生物，能够对水体产生一定程度的自净作用；水体的溶解氧浓度整体增高，水体的自净功能也会因此得到强化。为了进一步提高水质净化的速度与效率，可以在水体中设置表面积很大的生物载体，让好氧生物在载体上高密度生长与繁殖；当水流过生物载体时，水中的有机污染物就被载体上高密度生长的好氧生物所摄取，并将其进行生化降解。生物载体上好氧生物的净化作用协同水体本身的自净作用，实现高效率地进行水质净化的目的。

对于浅层水体来说，采用一个吸水口、形成一层环流，就可以使上、下水层迅速增氧，并彻底消除水质分层现象；对于较深的水体，则必须设置多个吸水口，以便于形成多层环流，才可以较快地达到理想的水质净化效果。

微波节能净水装置运行期间的能耗，一部分用于将下层水提升到高于水面一定的高程(水头)，另一部分用于克服水流过装置时的摩擦阻力损失。为了达到节能的目的，本方案采取了如下特殊设计：

1、采用很小的提升扬程(一般不超过10毫米)，只产生微小的水流波浪。根据水力提升能耗的计算公式：W＝γQH/η………………………(1)

式(1)中，W——能耗，kW

γ——水的容重，kN/m³

Q——流量，m³/s

η——提升效率(与设备结构形式有关)

从公式(1)可以看出，对于同一种水力提升设备来说，同样的流量Q情况下，扬程H越小，能耗W越小；也可以说，对于同一种水力提升设备，同样的能耗W情况下，扬程H越小，流量Q越大。

2、尽量增大提升管、排水口及吸水口的尺寸，以降低水流速度；保持提升管、排水口及吸水口的内表面光滑，并借助导流环槽和导流喇叭，实现吸水口及排水口与提升管之间流线型圆滑连接，以减少摩擦阻力系数。

导流环槽吸水口能水平地吸入下层的水，将水流由水平方向转为竖直方向，并且将进水阻力降到最小。

导流喇叭状排水口能将从下层提升上来的水，水平地排向外围水面，使水流由竖直方向转为水平方向，而且将排水阻力降到最小。

根据水流摩擦阻力计算公式：h_摩擦＝ζv²/2g……………………(2)

式(2)中，h_摩擦——水流摩擦阻力损失，kW

ζ——摩擦阻力系数

v——水流速度，m/s

g——重力加速度，m/s²

从公式(2)可以看出，水流速度v的数值越小，水流摩擦阻力损失h_摩擦就越小；摩擦阻力系数ζ的数值越小，水流摩擦阻力损失h_摩擦就越小。

本发明由于一般不超过10毫米的极小的扬程，再加之极大限度地降低了水流摩擦阻力，所以只需用很低功率电机运作，减少了能源消耗。

本发明的优点是它适用于湖泊、水库、鱼塘、水池等缓流或封闭性水体的水质净化，本发明水质净化效率高、水体深层增氧充沛、投资省、运行成本低、节能、占水域空间小、管理简单、应用范围广、易于推广实施。

附图说明

图1是本发明的构造示意图；

图2是本发明的浅水型应用例构造示意图；

图3是本发明的俯视构造示意图；

图4是本发明的仰视构造示意图。

具体实施方式

实施例一

根据图1所示，本发明有一个竖式提升管3，在提升管3的底端有导流环槽吸水口，导流环槽吸水口是提升管底端的喇叭口，以及与该喇叭口下方相隔一定距离处固定的与之形状相适应的锥头状导流圆板9，该提升管底端的喇叭口与导流圆板9之间构成导流环槽，该提升管底端的喇叭口边缘与导流圆板边缘处共同构成吸水口。在提升管3身的外圆周壁上有二层导流环槽吸水口，在提升管3身的导流环槽吸水口是提升管身的喇叭口，以及与该喇叭口下方相隔一定距离处固定的与之形状相适应的喇叭状导流板8，该提升管身的喇叭口与喇叭状导流板8之间构成导流环槽，其边缘处共同构成吸水口。提升管3的顶端为导流喇叭状排水口，是由提升管顶端喇叭口，以及与该喇叭口上方相隔一定距离处固定的一个圆拱形顶1，该提升管顶端喇叭口边缘与圆拱形顶1边缘共同构成排水口，本发明的吸水口与排水口均为水平朝向设置，圆拱形顶1上固定有电机6，电机6通过转轴5与叶轮4相连接。提升管3由浮水支承装置7托起，浮水支承装置7由三个浮子成角度等分的固定在提升管顶端喇叭口上。在提升管3身处，固定有围绕提升管外壁圆周呈放射状平直向外伸出的多层生物载体2，生物载体2可采用北京市桑德环保集团公司制造的SNP用于污水处理的悬浮型半软性生物填料，这种生物填料呈球状，便于用绳子串起来固定，其比重与水的比重接近，容易悬浮在水中，这种生物填料比表面积较大，为800m²/m³，有利于好氧生物在其上面密集地生长。

实施例二

见图2，本发明用在浅水的水池、湖泊时，除了提升管身不设吸水口外，其它同实施例一。

实施例三

本发明在某些现场，也可不设置提升管3顶端上方的拱形顶，其它同实施例一或二。

Claims (6)

1. 微波节能净水装置，它包括竖式提升管，带有动力系统的叶轮装置，浮水支承装置，其特征是提升管至少有一个导流环槽吸水口，在提升管顶端为导流喇叭状排水口，吸水口与排水口均为水平朝向设置，在吸水口与排水口之间的提升管外壁圆周上固定有平直向外伸出的不少于一层的生物载体。

2. 根据权利要求1所述的微波节能净水装置，其特征是提升管的导流环槽吸水口位于提升管底端口处，或者位于提升管身的多处。

3. 根据权利要求1或2所述的微波节能净水装置，其特征是提升管底端的导流环槽吸水口的构成是由提升管底端的喇叭口，以及在喇叭口下方相隔一定距离处设置的一个与喇叭口形状相适应的锥头状导流圆板，该提升管底端的喇叭口与导流圆板之间构成导流环槽，该提升管底端的喇叭口边缘与导流圆板边缘处共同构成吸水口。

4. 根据权利要求1或2所述的微波节能净水装置，其特征是提升管身的导流环槽吸水口的构成是由提升管身的喇叭口，以及在喇叭口下方相隔一定距离处设置的一个与喇叭口形状相适应的喇叭状导流板，该提升管身的喇叭口与喇叭状导流板之间构成导流环槽，导流环槽边缘处构成吸水口。

5. 根据权利要求1所述的微波节能净水装置，其特征是提升管顶端的导流喇叭状排水口的构成，是由提升管顶端喇叭口，以及在喇叭口上方相隔一定距离处，设置的一个圆拱形顶，该提升管顶端的喇叭口边缘与圆拱形顶边缘共同构成排水口，或者是提升管顶端只有导流喇叭状排水口。

6. 根据权利要求1所述的微波节能净水装置，其特征是生物载体层是污水处理用的刚性生物填料层、软性生物填料层或者是半软性生物填料层。

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