CN102815800A

CN102815800A - 一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置

Info

Publication number: CN102815800A
Application number: CN2012102864841A
Authority: CN
Inventors: 张晨; 许洁; 高学平
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: CN102815800B

Abstract

本发明公开了一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置，浮板上设置有太阳能电池板，浮板下部与主箱相连；主箱的两侧设置有进水管和出水管；主箱内设置有动力部件；主箱的中间顶部位置设置有进气管，进气管贯穿浮板；太阳能电池板吸收太阳能并转换为电能，将电能传输至动力部件，动力部件转动并形成负压，进水管的水被吸入，通过动力部件实现能量转换；进气管吸入空气，空气和水混合后通过出水管排入湖中。该装置综合利用太阳能电池技术和曝气技术，使湖区局部水域在静水时能够通过人工机械方式增加水体流动性、提高复氧率，流动促进了水体污染物的对流交换和稀释，曝气充氧加快了水体复氧，有利于增强水体自净能力，加快了污染物降解，改善了水体水质。

Description

一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置

技术领域

本发明属于建筑和环境工程领域，特别涉及一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置。

背景技术

人工景观湖泊作为改善人居环境的一项水利工程设施，在水域面积不断缩小的今天显得至关重要。例如：城市建设规划中的人工湖泊水系、公园中修建的景观湖泊、环绕商业贸易区的湖泊和高档居民生活区的湖泊等等，这些人工湖泊提供适宜的景观气息，提高城市环境品质，提供更丰富的娱乐和休闲环境，缓解城市热岛效应，改善局部大气状况，满足人们的亲水需求，推动区域社会经济效益。

随着中国经济的迅速发展，人工景观湖已成为城市公共场所和居住环境的重要组成部分。例如：北京玉泉山景观湖、天津东丽湖、北京欢乐谷景观湖、成都两河公园景观湖、上海鲁迅公园景观湖、北京大学校内未名湖和广州华南新城居民区内景观湖等。一方面，人工景观湖的修建增大了对生态环境用水量的需求；另一方面，人工景观湖通常位处城市居民日常活动区域，其观赏功能对水体颜色、透明度、气味、有毒物质和大肠杆菌等理化指标有一定要求。只有水量丰富、感观优美和健康无害的人工景观湖才能实现环境和景观功能。

然而，与天然湖泊和河流等水体相比，人工景观湖有流动性相对缓慢、湖体水量较小、水体更新时间较长、与周边水系的连通性较差和环境容量较小的特点，而且对冲击负荷抵抗能力弱，水质容易恶化。大量调查结果表明，我国有些景观湖水质普遍恶化，水体透明度低，夏季易爆发水华，散发恶臭，不但丧失了景观功能，甚至破坏环境，危害人体健康。近年来，北京市中心区景观水体22个监测湖泊中只有13个达标（吴秋丽等，2010）^[1]；上海市的10个城市公园中4个湖体达到国家地表水环境质量标准的Ⅳ类标准，4个达到Ⅴ类标准，2个为劣Ⅴ类水体（程婧蕾等，2009）^[2]；南京若干高校生活园区的景观都处于中度至重度富营养状态，具备水华爆发的基本条件（王琳等，2010）^[3]；西安市城区7个景观水体中5个达到Ⅴ类水质，其余2个水体富营养化严重（王云中等，2010）^[4]。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

人工景观湖的湖水水质无法持续保持良好，补水水源污染负荷控制不当，致使人工景观湖降低或失去景观功能，甚至影响城市生态系统和周边水域水环境。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于人工景观湖的既能加速水流又能曝气充氧的装置，该装置加大了湖区局部水体流动性、提高了水体复氧率和水质。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置，包括：浮板，所述浮板上设置有太阳能电池板，所述浮板下部与主箱相连；所述主箱的两侧设置有进水管和出水管；所述主箱内设置有动力部件；所述主箱的中间顶部位置设置有进气管，所述进气管贯穿所述浮板；所述水流加速曝气装置根据人工景观湖局部水域水流和水质状况，确定安装位置，由索锚固定漂浮于湖面；

所述太阳能电池板吸收太阳能并转换为电能，将所述电能传输至动力部件，所述动力部件转动并形成负压，所述进水管的水被吸入，通过所述动力部件实现能量转换；所述进气管吸入空气，空气和水混合后通过所述出水管排入湖中。

所述动力部件包括：电机和叶轮，所述电机接收所述电能带动所述叶轮转动，所述叶轮的中心形成负压；同时，所述进水管的水被吸入，当水体达到所述叶轮的外周时，实现能量转换；所述叶轮做功后，流速增大，通过所述进气管吸入空气，空气和水混合后通过所述出水管排入湖中。

所述太阳能电池板呈莲花状，根据人工景观湖所在地区的太阳直射角调整开启角度。

所述进水管处设拦污栅；通过所述拦污栅实现了对水体中杂物的拦截。

本发明提供的技术方案的有益效果是：该装置综合利用太阳能电池技术和曝气技术，使湖区局部水域在静水时能够通过人工机械方式增加水体流动性、提高复氧率，流动促进了水体污染物的对流交换和稀释，曝气充氧加快了水体复氧，有利于增强水体自净能力，加快污染物的降解，改善水体水质，促进水生生态系统保持良好。

附图说明

图1为本发明提供的水流加速曝气装置的结构示意图；

图2为本发明提供的水流加速曝气装置的侧视图；

图3为本发明提供的水流加速曝气装置的俯视图；

图4为本发明提供的水流加速曝气装置的安装示意图。

附图中所列部件列表如下所示：

1：太阳能电池板；2：浮板；

3：进水管； 4：主箱；

5：动力部件； 6：进气管；

7：出水管； 5-1：电机；

5-2：叶轮； 3-1：拦污栅。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

根据一般认识，人工景观湖中水体经过长期静置后，易变黑、发臭，失去景观功能，因此需要定期更替湖中水体，此更替时期称为换水期。换水期水体流动性较强，依靠水动力将水体更替。然而，一般的人工景观湖换水条件受水源限制，换水周期和每次换水时间有限，大部分时间处于非换水期，即静水期。在静水期水流常处于静置状态，流动性较弱。

以往的湖泊等水域的水质保持措施，通常是单一的水力循环和自然跌水曝气，尚未见水力循环与曝气技术相结合的应用。因此，针对人工景观湖的水力特点，本发明实施例提供了一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置，该装置依据水力学原理，综合利用太阳能电池技术和曝气技术，使湖区局部水域在静水时能够通过人工机械方式增加水体流动性、提高复氧率，流动促进了水体污染物的对流交换和稀释，曝气充氧加快了水体复氧，有利于增强水体自净能力，加快污染物的降解，改善水体水质，促进水生生态系统保持良好。

请参见图1-图4，一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置，包括：浮板2，浮板2上设置有太阳能电池板1，浮板2下部与主箱4相连；主箱4的两侧设置有进水管3和出水管7；主箱4内设置有动力部件5；主箱4的中间顶部位置设置有进气管6，进气管6贯穿浮板2；水流加速曝气装置根据人工景观湖局部水域水流和水质状况，确定安装位置，由索锚固定漂浮于湖面；

太阳能电池板1吸收太阳能并转换为电能，将电能传输至动力部件5，动力部件5转动并形成负压，进水管3的水被吸入，通过动力部件5实现能量转换；进气管6吸入空气，空气和水混合后通过出水管7排入湖中。

其中，水流加速曝气装置的水上部分包括：太阳能电池板1、浮板2和进气管6；水下部分包括：进水管3、主箱4和出水管7，主箱4内配有动力部件5，装置性能参数列于表1中。

其中，动力部件5包括：电机5-1和叶轮5-2，电机5-1接收电能带动叶轮5-2转动，叶轮5-2的中心形成负压；同时，进水管3的水被吸入，当水体达到叶轮5-2的外周时，实现能量转换；叶轮5-2做功后，流速增大，通过进气管6吸入空气，空气和水混合后通过出水管7排入湖中。

其中，出水管7流出的加速水流将推动周围水体运动，提高该区域水体流动性，同时进行水平和垂向的水体交换，促使氧气充分均匀溶于湖水，抑制厌氧性生物生存，从而有利于保持水质良好。

其中，该水流加速曝气装置的整体尺寸具体为：当太阳能电池板1展开至150°时，水上部分水平方向最大直径5100mm，高850mm（含浮板2的水上厚度100mm）；水下部分长4500mm，宽1000mm，高840mm（含浮板2的水下厚度200mm）；装置总高1690mm。

其中，装置各部分尺寸具体为：

太阳能电池板1吸收太阳能为装置提供能量，电池板呈莲花状，分为6瓣，每瓣功率6KW，长1500mm，面积1.48m²，启闭角度30°-150°。

浮板2上表面直径2500mm，下表面直径2000mm，厚度300mm，可根据太阳能电池板1的重量由不同材质构成，为其提供足够的浮力，使之浮于湖面，形如出水芙蓉，给人以美的视觉享受。

水流从进水管3流入，进水管3直径380mm，长1000mm，进水管3处设拦污栅3-1；通过拦污栅3-1实现了对水体中杂物的拦截。

主箱4长2500mm，宽1000mm，高640mm，两侧与进水管3和出水管7连通，中间顶部位置通过进气管6与大气相通。

动力部件5由电机5-1和叶轮5-2组成，电机5-1最大输出功率30KW，叶轮5-2的外径340mm，内径210mm，轴径35mm，叶片数为8片，叶片宽度650mm，叶片出口角（叶片外侧点的切线与轴心连线的夹角）22°，叶轮5-2高速转动，使水体不断经进水管3流入。

进气管6贯穿浮板2，将空气与主箱4连通，直径300mm，高400mm。经动力部件5做功后，获得较大流速的水体通过进气管6将空气吸入，充分混合形成水气混合体。

出水管7直径380mm，长1000mm，水体经出出水管7排入湖中。

其中，当采用上述的规格尺寸时，水流加速曝气装置的进水管3流速1-3m/s，出水管7流速2-4m/s，复氧率提高80％，流速影响范围500m。本装置综合利用太阳能电池技术和曝气技术，将太阳能转化为电能，通过人工机械方式增加人工景观湖静水期局部水域的水体流动性，实现曝气充氧，有利于水质保持。

表1装置性能参数

本装置的使用方法：

（1）使用本装置时，根据人工景观湖局部水域水流和水质状况，先确定安装位置，然后布设水流加速曝气装置，由索锚固定使其漂浮于湖面，参见图4。

（2）太阳能电池板1根据景观湖所在地区的太阳直射角调整开启角度，为本装置提供能源。

（3）水流经进水管3流入，动力部件5做功后，水流流速增大，经进气管6将空气吸入，自出水管7流出的水体中含有气泡，曝气充氧，参见图4。

（4）装置周围的水体流速显著提高，流出水体含氧率提高，影响范围500m。

参考文献：

[1]吴秋丽，全昌明，许晓波，北京市城市中心区景观水体水质状况调查及改善策略[J].安徽：农业科学，2010，38(5)：2556-2557.

[2]程婧蕾，王丽卿，季高华等，上海市10个城市公园景观水体富营养化评价[J].上海海洋大学学报，2009，18(4)：435-442.

[3]王琳，李敬伟，宫朝举等，高校景观水体水质调查与富营养化状态评价[J].安徽农学通报，2010，16(9)：154-157.

[4]王云中，杨成建，陈兴都，西岸市景观水体营养状态调查及浮游藻类多样性研究[J].环境监测管理与技术，2010，22(3)：22-26.

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置，其特征在于，包括：浮板(2)，所述浮板(2)上设置有太阳能电池板(1)，所述浮板(2)下部与主箱(4)相连；所述主箱(4)的两侧设置有进水管(3)和出水管(7)；所述主箱(4)内设置有动力部件(5)；所述主箱(4)的中间顶部位置设置有进气管(6)，所述进气管(6)贯穿所述浮板(2)；所述水流加速曝气装置根据人工景观湖局部水域水流和水质状况，确定安装位置，由索锚固定漂浮于湖面；

所述太阳能电池板(1)吸收太阳能并转换为电能，将所述电能传输至动力部件(5)，所述动力部件(5)转动并形成负压，所述进水管(3)的水被吸入，通过所述动力部件(5)实现能量转换；所述进气管(6)吸入空气，空气和水混合后通过所述出水管(7)排入湖中。

2.根据权利要求1所述的一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置，其特征在于，所述动力部件(5)包括：电机(5-1)和叶轮(5-2)，

所述电机(5-1)接收所述电能带动所述叶轮(5-2)转动，所述叶轮(5-2)的中心形成负压；同时，所述进水管(3)的水被吸入，当水体达到所述叶轮(5-2)的外周时，实现能量转换；所述叶轮(5-2)做功后，流速增大，通过所述进气管(6)吸入空气，空气和水混合后通过所述出水管(7)排入湖中。

3.根据权利要求1所述的一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置，其特征在于，所述太阳能电池板(1)呈莲花状，根据人工景观湖所在地区的太阳直射角调整开启角度。

4.根据权利要求1所述的一种用于人工景观湖的水流加速曝气装置，其特征在于，所述进水管(3)处设拦污栅(3-1)；通过所述拦污栅(3-1)实现了对水体中杂物的拦截。