CN102583796A - 扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，包括垂直放置于扬水曝气器密封舱之上的无动力投加装置和通过安装孔放入扬水曝气器筒体内的自动定量投加装置，无动力投加装置由上部药液储藏箱、恒压稳压管、药液输送水平管、药液输送垂直管和药液输送管固定支架组成，自动定量投加装置由推进式螺旋桨、药液释放锥形开关、底部药液储藏腔、连接套筒、药液防泄漏装置和限位销组成，实现了该类污染物的钝化和稳定化，抑制底泥中的磷及其它污染物向水中的释放扩散。具有结构紧凑、使用灵活、无需外加动力、便于安装、易与原有扬水曝气技术结合、工程投资小、功能强大等优点。

Description

扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置

技术领域

本发明属于水环境治理技术范围，涉及抑制湖泊、水库底泥磷释放同时兼备短期应急去除大水深水库高负荷磷含量的水质改善装置，尤其涉及一种基于扬水曝气技术的强化化学除磷无动力自动定量投加的水质改善装置。

背景技术

目前我国大多数城市已经或者正在逐步将水库、湖泊等地表水做为城市的主要供水水源，湖泊和水库等水源地在我国城市供水中起着非常重要的作用，而由于水体磷含量较高引发的富营养化等问题日益突出，不仅直接影响到了城市饮用水的水质安全和城市水源的可持续利用，也大大增加了水处理成本。水库和湖泊水体具有容量大、水深大、流动性小等特点，容易形成水体分层现象，使下层水体溶解氧减少，处于缺氧或无氧状态，导致底泥中磷向水体溶解释放，引起上覆水磷含量升高。另一方面，当上游来水含磷量较高进入库区水体时，无论是植物吸收利用还是自然沉降速率都较为缓慢，无法将高浓度磷负荷快速降低。两方面因素引起的高含磷量给藻类等浮游植物提供了充足营养，加剧了水体富营养化。因此如何抑制底泥磷释放及快速安全有效降低水体磷含量成为控制湖泊、水库等水源水体水环境质量的一个关键。

现有的化学除磷技术(对于水源水体，考虑到饮用水的特殊性，所添加的药剂具有很大局限性，主要以水厂目前常用的混凝剂、助凝剂为主)，是指通过投加化学药剂使水中溶解态磷与所投加药剂重新结合生成溶解度较小的沉淀物沉淀从而达到去除的目的。混凝除磷是化学除磷的一种，指投加混凝剂、助凝剂等化学药剂，使水中颗粒物失稳、溶解态磷与铝盐、铁盐等重新结合聚集生长分离，最终达到去除的目的。现有的混凝技术用于水处理工艺单元，需设置特定的构筑物，由于该技术的应用必须保证必要充分的水体混合流动，使所投加药剂均匀混合，此外若使用混凝除磷法还需满足混凝动力学所需的流场条件，因此对于水源水库、湖泊等天然大水深水体，若没有有效的混合方式和混凝动力学所需流场条件保证则无法应用。申请人已授权的中国专利(专利号ZL200310117900.6)，名称为“多功能扬水曝气器”是一个竖直安装的直筒体，筒体进口接近水库(湖泊)底部，出口接近水面。在直筒体的下端附带一个曝气室和一个气室，曝气室中充满水，将压缩空气以小气泡的形式连续通入曝气室下部，气泡在曝气室上升的过程中与水接触，将氧气溶解到水中。气室位于曝气室的上部，为一半封闭腔室，收集来自曝气室的气泡，当气室充满空气后，气室中的气体在瞬间向直筒体释放，形成一个大的气弹，并迅速上浮，推动筒体中水体向上流动，从而使底层水流向表面，表层水被向下抽吸，形成上下层水体间的循环交换，达到混合上下水层的目的。该扬水曝气器能将表层水与底层水充分混合，破坏水体分层，同时向水体充氧，改善水体缺氧状态。

发明内容

本发明的目的在于，在现有技术基础上提供一种基于扬水曝气技术的强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，该装置不仅可以利用马氏瓶原理实现化学药剂的无动力定量投加和与扬水曝气运行相结合的投药自动控制；还可以充分利用扬水曝气技术的混合作用，实现所投加药剂的快速均匀混合，同时利用上升气弹携带水流对其周边水体的脉冲混合作用，且混合强度随半径及深度增大逐渐衰减的特征，保证了混凝反应所需的动力学条件，从而实现对水中磷的有效去除；随着水中胶体颗粒的失稳和聚集生长，形成的絮体随水体一起运动，混合扩散到整个流场。最终形成的大颗粒絮体均匀沉降覆盖在沉积物表面，在上覆水体与沉积物之间形成一层絮体隔离层，通过阻拦、吸附、改变底泥氧化还原性质等多重功效，实现对底泥中的磷、铁、锰及其它金属的稳定与钝化，抑制底泥中的磷及其它污染物的释放。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，其特征在于，包括垂直放置于扬水曝气器密封舱之上的无动力投加装置和通过安装孔放入扬水曝气器筒体内的自动定量投加装置，其中；

所述的无动力投加装置由上部药液储藏箱、恒压稳压管、药液输送水平管、药液输送垂直管和药液输送管固定支架组成，其中：

上部药液储藏箱为封闭箱体，位于扬水曝气器密封舱之上，恒压稳压管垂直插入上部药液储藏箱底部，恒压稳压管顶端与大气相通，底端与药液输送水平管左端位于同一水平线，临近但不接触相连，保证药液输送管入口的恒定压力；

药液输送水平管水平位于上部药液储藏箱底部，与药液输送垂直管相连；

药液输送垂直管穿过上部药液储藏箱底部，并穿过软性保护垫，经由安装孔垂直吊于扬水曝气器筒体内，药液输送垂直管与上部药液储藏箱相连；

药液输送管固定支架通过焊接与药液输送垂直管和底部药液储藏腔同时相连，用于固定药液输送垂直管；

所述的自动定量投加装置由推进式螺旋桨、药液释放锥形开关、底部药液储藏腔、连接套筒、药液防泄漏装置和限位销组成，其中；

所述的推进式螺旋桨和药液释放锥形开关焊接于连接套筒上，可随连接套筒一起旋转上升，推进式螺旋桨在上，药液释放锥形开关在下；

所述的底部药液储藏腔为底部尖的锥形腔，通过药液输送管固定支架与药液输送垂直管相连，用于储藏通过药液输送垂直管输送至下部的药液；

所述的限位销为安装于药液输送垂直管中部的销体，用于阻挡与连接套筒连接在一起的推进式螺旋桨和药液释放锥形开关继续上升，限制其所能达到的最大上升高度。

本发明的扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，带来的有益效果是：

将扬水曝气与强化化学除磷有机结合，扬水曝气技术提供混合条件和混凝反应所需水力、流场条件，充分发挥化学混凝强化除磷的功效，并利用马氏瓶原理实现药液的恒定投加，利用扬水曝气器运行过程中间歇释放的气弹对水流的带动作用，推动螺旋桨及其相连的锥形开关阀沿导流筒径向运动，其上下运动的方向和幅度取决于导流筒水流的上升流速的高低，亦即利用筒内上升流速自动控制投药量的大小：流速越高，反应所需的药量越大，开关开启度就越大，投加的药量就越多，反之亦然。上述功能的有效结合，实现了化学除磷药剂的无动力自动定量投加。

投加的药剂在扬水曝气器提水混合作用下迅速混合均匀，且喷射出流与周边水体的混合强度随混合半径和水深的增大逐渐衰减的特性恰恰为混凝反应过程的顺利进行提供了适宜和必备的动力学条件，促进了水中磷的混凝去除，实现了对大体积水体中磷负荷的原位有效削减，可作为大体积水源水体周期性或突发性高负荷磷污染的应急处理技术。另一方面，混凝过程中形成的大颗粒絮体在重力作用下均匀沉降在底泥表面，在上覆水体与底泥之间形成覆盖层，阻截了底泥中的磷、铁、锰及其它金属污染物的释放扩散，对这些污染物起到了钝化和稳定作用，抑制了内源污染对上覆水质的影响。实验室研究表明，强化化学混凝除磷技术用于水体原位除磷具有作用时间短、除磷效率高等优点；形成的絮体覆盖层对于钝化和稳定底泥、抑制底泥中磷、铁、锰等的释放，具有抑制率高、效果保持时间长久、不易二次释放等优点。因此，将强化化学混凝除磷技术与扬水曝气技术相结合，并通过本发明的无动力自动定量投加装置，可将此技术广泛用于大体积水源水体的水质改善，应对周期性及突发性高负荷磷污染。具有结构紧凑、使用灵活、无需外加动力、便于安装、易与原有扬水曝气技术结合、工程投资小、功能强大等优点。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构图，其中，图A为药液释放锥形开关5关闭时状态，图B为药液释放锥形开关5打开时状态。

图中的标记表示：1、无动力投加装置，2、上部药液储藏箱，3、恒压稳压管，4、药液输送水平管，5、药液输送垂直管，6、药液输送管固定支架，7、自动定量投加装置，8、推进式螺旋桨，9、药液释放锥形开关，10、底部药液储藏腔，11、套筒，12、药液防泄漏装置，13、限位销，14、软性保护垫，15、安装孔，16、导流孔，17、密封舱，18、导流装置，19、扬水曝气器筒体。

图2为自动定量投加装置结构大样图，其中，图C1为药液释放锥形开关关闭时状态，图C2为推进式螺旋桨7旋转上升带动药液释放锥形开关8打开药液释出状态，图C3为推进式螺旋桨7旋转下降带动药液释放锥形开关8关闭药液停止释出状态。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明解决上述问题的设想是：在扬水曝气器安装孔安装强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，扬水曝气器在下，无动力自动投加水质改善装置在上，利用马氏瓶原理，采用恒压稳压管传递大气压力，通过药液输送管将储存于上部药液储藏箱的药液输送至底部药液储藏腔。扬水曝气器运行时，当气室充满空气后，气室中的气体瞬间释放，在导流筒中形成一个大的气弹，并迅速上浮，带动筒体中水体向上流动，带动推进式螺旋桨旋转上升同时将药液释放锥形开关打开，底部药液储藏腔内的药液释出。通过扬水曝气器的剧烈混合作用，实现药液与水体的均匀混合，并通过筒体上部导流孔喷射进入外部水体。扬水曝气器运行产生的间歇气弹与其周边水体进行脉冲混合，且混合反应强度沿径向和深度衰减，为释出药液的充分混合与混凝反应提供了必要的动力与流场条件；由扬水曝气器喷射出的水流在与周边水体的混合过程中，水中脱稳胶体颗粒逐渐凝聚成长，水中的磷通过混凝反应得以有效去除。随着絮体粒径的增大和水流紊动强度的减弱，絮体沉降性能大大提高，不断均匀沉积在底泥表面，在上覆水体与底泥之间形成一层絮体隔离层，该隔离层通过吸附、络合、螯合作用，以及改变底泥氧化还原性质等多重功效，将底泥中释放出的磷、铁、锰及其它金属再次拦截，实现了该类污染物的钝化和稳定化，抑制底泥中的磷及其它污染物向水中的释放扩散。

参见图1和图2，本实施例给出一种扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，包括垂直放置于扬水曝气器密封舱17之上无动力投加装置1和通过安装孔15放入扬水曝气器筒体19内的自动定量投加装置7，无动力投加装置1在上，自动定量投加装置7在下。

无动力投加装置1由上部药液储藏箱2、恒压稳压管3、药液输送水平管4、药液输送垂直管5和药液输送管固定支架6组成，其中：

上部药液储藏箱2为封闭箱体，位于扬水曝气器密封舱17之上；恒压稳压管3为垂直插入上部药液储藏箱2底部的管道，恒压稳压管3顶端与大气相通，底端与药液输送水平管4左端位于同一水平线，临近但不接触相连，保证药液输送管4入口的恒定压力；

药液输送水平管4水平放于上部药液储藏箱2底部，与药液输送垂直管5相连；

药液输送垂直管5穿过上部药液储藏箱2底部，并穿过软性保护垫14，经由安装孔15垂直吊于扬水曝气器筒体19内，药液输送垂直管5通过焊接与上部药液储藏箱2相连，药液输送水平管4与药液输送垂直管5通过90度弯头连接；

药液输送管固定支架6为穿孔不锈钢板，通过焊接与药液输送垂直管5和底部药液储藏腔10同时相连，起到固定药液输送管作用。

自动定量投加装置7由推进式螺旋桨8、药液释放锥形开关9、底部药液储藏腔10、连接套筒11、药液防泄漏装置12和限位销13组成。其中：

推进式螺旋桨8和药液释放锥形开关9焊接于连接套筒11上，可随连接套筒一起旋转上升。推进式螺旋桨8在上，药液释放锥形开关9在下。

推进式螺旋桨8用于在扬水曝气器运行产生间歇气弹向上运动产生水流推力作用下自动旋转上升，该推进式螺旋桨8也可采用其他在水流推力作用下可旋转上升的装置。

底部药液储藏腔10为底部尖的锥形腔，通过药液输送管固定支架6与药液输送垂直管5相连，用于储藏通过药液输送垂直管5输送至下部的药液。底部尖细的锥形腔结构设计，有助于加强对上升水流的导流作用，降低阻力，提高水流推力作用。

药液防泄漏装置12为弹性材料，固定于药液输送垂直管接近底部处，当药液释放锥形开关9下落关闭底部药液储藏腔10时，用于堵塞药液输送垂直管与套筒之间的空隙，防止药液泄漏。

限位销13为安装于药液输送垂直管5中部的销体，用于阻挡与连接套筒11连接在一起的推进式螺旋桨8和药液释放锥形开关9继续上升，限制其所能达到的最大上升高度。

本发明的扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置的工作过程如下：

药液储存于上部药液储藏箱2内，插于药液储藏箱2内部的恒压稳压管3顶端与大气相连，通过大气压提供恒定压力实现药液无动力投加。

在大气压作用下，药液经由药液输送水平管4送至药液输送垂直管5，垂直向下流入底部药液储藏腔10，通过药液输送管固定支架6上的穿孔扩散注满整个底部药液储藏腔10。

扬水曝气器运行时，当气室充满空气后，气室中的气体在瞬间向扬水曝气器筒体19内释放，形成一个大气弹，并迅速上浮，带动筒体中水体向上流动，在这股向上流动水体的推动作用下，带动推进式螺旋桨8连同与其连接在连接套筒11上的药液释放锥形开关旋转上升，药液释放锥形开关打开，底部药液储藏腔内的药液释出，随上升水流一起向上流动，到达扬水曝气器筒体19顶部导流装置11下底部后，通过两侧导流孔16扩散至扬水曝气筒体19外部水体。扬水曝气器运行产生的间歇气弹及其带动的高速水流与其周边水体及释出的药液进行脉冲混合，混合强度随混合半径及深度增大逐渐衰减，为混凝反应提供了必需的动力条件，水中的磷通过混凝反应得以有效去除。另一方面，沉降在底泥表面的絮体形成的隔离层，通过吸附、络合、螯合等多种作用，抑制了底泥中的磷及其它污染物向上覆水体的释放与迁移扩散，对污染物起到了钝化与稳定作用。

由连接套筒11连接的推进式螺旋桨8和药液释放锥形开关9在向上流动水体推动作用旋转上升过程中到达限位销13停止上升，当向上水流推动力小于套筒连接11连接的推进式螺旋桨8和药液释放锥形开关9的自身重力时，药液释放锥形开关9带动推进式螺旋桨8在自身重力作用下旋转下降直至关闭底部药液储藏腔10。

药液释放锥形开关9关闭底部药液储藏腔10后，固定于药液输送垂直管5底部的药液防泄漏装置12将连接套筒11与药液输送垂直管5中间的空隙堵严，防止药液泄漏。至此，一次完整无动力定量自动投加过程完成。因整个过程完全靠恒定大气压重力出流和扬水曝气器运行产生的气弹来完成，无需任何其他外加动力，因此为无动力过程。一旦扬水曝气器运行产生气弹的间歇条件确定，对应的药液释放锥形开关启闭时间和开启程度就相应确定，由此随气弹带动水流上升的非恒定流过程即可对相应的投药量进行自动控制，实现药液的自动定量投加。因此，整个过程为无动力定量自动投加过程。

Claims (7)

1.一种扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，其特征在于，包括垂直放置于扬水曝气器密封舱(17)之上的无动力投加装置(1)和通过安装孔(15)放入扬水曝气器筒体(19)内的自动定量投加装置(7)，其中；

所述的无动力投加装置(1)由上部药液储藏箱(2)、恒压稳压管(3)、药液输送水平管(4)、药液输送垂直管(5)和药液输送管固定支架(6)组成，其中：

上部药液储藏箱(2)为封闭箱体，位于扬水曝气器密封舱(17)之上，恒压稳压管(3)垂直插入上部药液储藏箱(2)底部，恒压稳压管(3)顶端与大气相通，底端与药液输送水平管(4)左端位于同一水平线，临近但不接触相连，保证药液输送管(4)入口的恒定压力；

药液输送水平管(4)水平位于上部药液储藏箱(2)底部，与药液输送垂直管(5)相连；

药液输送垂直管(5)穿过上部药液储藏箱(2)底部，并穿过软性保护垫(14)，经由安装孔(15)垂直吊于扬水曝气器筒体(19)内，药液输送垂直管(5)与上部药液储藏箱(2)相连；

药液输送管固定支架(6)通过焊接与药液输送垂直管(5)和底部药液储藏腔(10)同时相连，用于固定药液输送垂直管(5)；

所述的自动定量投加装置(7)由推进式螺旋桨(8)、药液释放锥形开关(9)、底部药液储藏腔(10)、连接套筒(11)、药液防泄漏装置(12)和限位销(13)组成，其中；

所述的推进式螺旋桨(8)和药液释放锥形开关(9)焊接于连接套筒(11)上，可随连接套筒(11)一起旋转上升，推进式螺旋桨(8)在上，药液释放锥形开关(9)在下；

所述的底部药液储藏腔(10)为底部尖的锥形腔，通过药液输送管固定支架(6)与药液输送垂直管(5)相连，用于储藏通过药液输送垂直管(5)输送至下部的药液；

所述的限位销(13)为安装于药液输送垂直管(5)中部的销体，用于阻挡与连接套筒(11)连接在一起的推进式螺旋桨(8)和药液释放锥形开关(9)继续上升，限制其所能达到的最大上升高度。

2.如权利要求1所述的扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，所述的推进式螺旋桨(8)用于在扬水曝气器运行产生间歇气弹向上运动产生水流推力作用下自动旋转上升。

3.如权利要求2所述的扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，其特征在于，所述的推进式螺旋桨(8)由所有可在扬水曝气器运行产生间歇气弹向上运动产生水流推力作用下自动旋转上升的装置替代。

4.如权利要求2所述的扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，其特征在于，所述的推进式螺旋桨(8)旋转上升同时带动药液释放椎体开关(9)旋转上升，底部药液储藏腔(10)打开，药液自动释出。

5.如权利要求1所述的扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，其特征在于，所述的固定于药液输送垂直管(5)中部的限位销(13)用于限制推进式螺旋桨(8)上升所达到的最大高度控制药液释放椎体开关(9)的开启度。

6.如权利要求1所述的扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，其特征在于，所述的药液防泄漏装置(12)位于药液输送垂直管(5)下端，用于堵塞连接套筒(11)与药液输送垂直管(5)之间的空隙，当药液释放椎体开关(9)关闭后，防止药液泄露。

7.如权利要求1所述的扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置，其特征在于，所述的药液输送管固定支架(6)为穿孔不锈钢板，药液通过穿孔扩散注满整个底部药液储藏腔(10)。

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