CN102942259A

CN102942259A - 一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置

Info

Publication number: CN102942259A
Application number: CN2012105050510A
Authority: CN
Inventors: 江峰
Original assignee: SICHUAN QIANTAIREN INVESTMENT CO Ltd
Current assignee: SICHUAN QIANTAIREN INVESTMENT CO Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-02-27

Abstract

本发明为一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，是针对环境水域因水中溶解氧消耗而引发水质恶化所采用的水质保护和修复装置。如图1所示，主要由高压潜水泵1、涵道式高压气液溶解仓3、高压氧气溢出发散组件11和尾部富氧水喷射器15组成。缺氧水区域的缺氧水通过高压潜水泵吸入并加压进入涵道式高压气液溶解仓；缺氧水在通过高压气液溶解仓的涵道时，同高压氧溢出发散管发散出的氧气混合；在高压下氧在高压气液溶解仓的涵道内可较快溶解，形成富氧水；富氧水通过较狭窄的尾部喷射器，水平喷射到同层的缺氧水区域，从而改善和修复水质生态。同时，由于富氧水向后喷射的反作用力，将推动本装置缓慢前行，使更多区域的水质得到改善和修复。

Description

一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置

技术领域

本发明涉及一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，主要是针对环境水域水质因水中溶解氧消耗而引发的水质恶化所采用的保护和修复措施，属于环境保护中水域水质保护领域。

背景技术

近年来，环境水质污染在世界各国日益加剧，在我国也日趋严重。在很多水库、湖泊以及海洋等封闭和半封闭水域里，由于环境污染的加剧，伴随着有机物的分解等过程，水域中的溶解氧被逐渐消耗。最终，在一些封闭或半封闭的水域底部，形成大量的缺氧水区域，从而引发环境水质恶化，影响环境和生态的保护，若任其持续发展，可能带来环境和生态的灾难。本发明提供了一种可连续运行的涵道式高压高浓度气液溶解装置，为缺氧水区域扩散注入高压高浓度的富氧水，从而改善和消除缺氧水区域的缺氧状况，恢复缺氧水区域的生态活性，实现水库、湖泊以及海洋等封闭和半封闭水域的水质保护和修复。

发明内容

本发明涉及一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，主要是针对环境水域水质因水中溶解氧消耗而引发的水质恶化所采用的保护和修复措施。通过可持续运行的涵道式高压高浓度气液溶解装置，为缺氧水区域扩散注入高压高浓度的富氧水，从而改善和消除缺氧水区域的缺氧状况，恢复缺氧水区域的生态活性，实现水库、湖泊以及海洋等封闭和半封闭水域的水质保护和修复。

本发明装置如图1所示，装置由高压潜水泵1、涵道式高压气液溶解仓4、高压氧气溢出发散组件11和尾部富氧水喷射器15等四大主要组件构成。缺氧水区域的缺氧水通过高压潜水泵吸入，加压进入涵道式高压气液溶解仓，缺氧水在通过涵道式高压气液溶解仓时，同高压氧溢出棒发散出的高压氧气混合，由于高压气液溶解仓内绝对压力可达20个大气压甚或以上，高压氧在气液溶解仓的涵道内可较快溶解到流过涵道的缺氧水中形成富氧水，最后通过可控制流量的狭窄尾部喷射器，水平喷射到同层的缺氧水区域，达到改善和修复水质生态的目的，同时由于向后喷射的反作用力，推动本装置缓慢前行，进而使更多区域的水质得到改善和修复。

高压潜水泵的主要功能有两个：一是在缺氧水区域吸入缺氧水；另一个主要功能是给高压气液溶解仓加压，同尾部喷射口处的调节阀配合，控制稳定溶解仓内的压力。由于环境水域的水质状况的不确定性，高压水泵需选用具有防污防沙功能、流量匹配的高扬程高压潜水泵。潜水泵和涵道式气液溶解仓之间可采用法兰等方式连接。

涵道式高压气液溶解仓根据水域情况不同，主要可采用圆筒形和长方形两种不同外形方式，相应的内部涵道可采用螺旋式涵道和折返式涵道。图1所示为长方形外形及对应的折返式涵道的图示。此两种方式除外形和涵道的几何形状不同外，其工作原理、过程和方式均相同。本发明文件主要以图1所示的长方形外形和对应的折返式涵道对本发明进行说明和阐述。

涵道式高压气液溶解仓内部可设计为不同的涵道方式，主要是为了延长水在高压气液溶解仓内流经的距离和滞留时间，以便高压氧和高压缺氧水能充分混合溶解。图1中，.高压气液溶解仓4内部通过涵道隔板5将整个涵道设计为七次折返，根据不同的情况，可设计制造不同的折返次数。同样，螺旋式涵道亦可设计不同的回旋次数。

在涵道式高压气液溶解仓内部，涵道的设计使水流过涵道的平均过流横截面积S1远大于出口调节阀门工作时的开启过流横截面积S2，通常设计其横截面积比可高达50—100倍，甚至更高。因其水的流动速度与其过流横截面积成反比关系，涵道内水流的平均速度V1和出口阀门处水的喷射速度V2之间的关系为：

V1=S2/S1×V2

因此，V1只有V2的50—100分之一，甚至更低。可见，通过这种涵道设计后，涵道内水的流速相对缓慢，也有利于高压氧在水中的充分溶解。

图1中涵道式高压气液溶解仓中还有一个重要组成部分就是高压氧气溢出发散组件，其主要部件是多根平行固定于溶解仓的每个涵道底部、表面分布有很多小孔的高压氧气溢出发散管（其布置图见图2）。高压氧气溢出发散组件由高压氧气溢出发散管、高压氧气输送管道、止回阀和高压氧气管道连接头组成。

高压氧气通过连接头和止回阀进入高压氧连接管，然后进入各条固定于溶解仓底部的氧气溢出发散管，当调节高压氧的输送压力大于溶解仓内水的压力时，高压氧通过溢出发散管管壁上的小孔溢出高压氧气气泡，氧气泡进入气液溶解仓内涵道与缺氧水混合并溶解，使缺氧水转变为富氧水。为了减少对环境水域的扰动，本发明尽量避免气态氧被直接排入环境水域。如图1所示，靠近喷射出口的最后一个折返涵道底部不敷设氧气溢出发散管，同时可将喷射出口设置于溶解仓的靠下部位置，可进一步防止气态氧直接进入环境水域。

止回阀的作用在于防止高压水进入高压氧气输送管道、与高压氧气输送管道相连接的制氧设备或等和防止涵道式高压气液溶解仓内的高压水向入口处回流。

本发明为了提高和保持涵道式高压气液溶解仓内部的压力，在高压潜水泵加压的同时，还可利用气液溶解仓出口处的出口调节阀门，通过对出口流量的调节，调节和保持气液溶解仓内的压力值。因溶解仓内部过流涵道的横截面相对很大，其流动引发的压力梯度变化相对较小，可视为仓内各处压力趋同。

本发明涉及的水域修复装置，为了使修复过程中尽量减少对水域中各水层之间的人为扰动，特设计尾部的富氧水尾部喷射口为水平喇叭形喷口(图3)。通过喷射口导流板的引导，使喷射过程中既减少对上下层水域的扰动，又使喷射的富氧水到达的范围尽量的广。同时，因向后喷射使整个装置向前缓慢移动，使修复的水域范围自动延伸。根据环境水域的具体要求，亦可针对性调整喷射口形式。

本发明涉及的装置可方便的安装于专门的水域治理船舶的底部，根据实际水域治理的要求，随船下潜到相应的水下深度，对相应深度的水域进行治理和修复，通过船舶对设备提供动力和高压氧气。

本发明涉及的装置也可将涵道式高压气液溶解仓安装于船舶上面或设计为专用船舶的一部分，通过分别在涵道式高压气液溶解仓前部和尾部的连接法兰盘之间加装延伸连接管道的方法，将潜水泵和尾部喷射口分别连接延伸到需要修复治理的水域即可，在运行时只需注意保持尾部喷射口在喷射时的水平喷射方向，以减少对环境水域的扰动。

设备所需高压氧可在船舶上加装制氧机供氧或直接使用氧气瓶供氧。

本发明的气液溶解装置亦可根据特殊需要，为水域中溶解注入除纯氧气以外的其他气体或混合气体。

本发明涉及的一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，是一种在环境水域条件下可连续运行的气液溶解装置，运行方便高效，适应性强，对环境水域的保护和修复有较好的作用，为美丽中国提供了较为有效的设备保障。

附图说明

图1是一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置结构原理示意图。该图示装置为方形折返式涵道装置的主纵向横截面结构示意图，图中：1．高压潜水泵；2．连接法兰；3．止回阀；4．涵道式高压气液溶解仓；5．涵道隔板；6．高压氧气调节阀门；7．高压氧气输送管道；8．高压氧气管道连接头；9．止回阀；10．仓内氧气输送管道；11．高压氧气溢出发散管；12．氧气泡；13．出口调节阀门；14．连接法兰；15．尾部喷射口。

图2是高压氧气溢出发散管俯视布置示意图。图中：10．仓内氧气输送管道；11．高压氧气溢出发散管。

图3是尾部喷射口的俯视图（示意图）。

具体实施方式

以下结合附图所示，对一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置的具体实施过程和方式进行描述。所举实例及描述只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

　如图1所示，是一种用于水环境修复的方形折返式涵道高压高浓度气液溶解装置结构原理示意图。在实际环境水域修复和治理时，可将该装置安装在专用的环境水治理船的船体上，由环境水治理船向该装置提供动力电源和高压氧气。根据环境水域治理修复的需要，将该装置下潜至相应深度的水域进行治理和修复作业。

该装置设备部分由高压潜水泵1、涵道式高压气液溶解仓4、高压氧气溢出发散组件11和尾部富氧水喷射器15等四大主要组件构成。本发明装置内部又分为两个流体通道：在图1中用实心箭头“→”指示流向的环境水通道；用空心箭头“ ”指示流向的高压氧气通道。气、液两个通道在气液溶解仓的涵道内交汇混合，高压氧气（O₂）溶解于高压水（H₂O）形成富氧水（H₂O+O₂），最后喷射回到环境水域。

水通道的运行过程为：设备进入运行状态时，置于设备前端的高压潜水泵1工作，将环境水域的缺氧水吸入涵道式高压气液溶解仓4的涵道内，并对高压气液溶解仓内加压。

从环境水域吸入并被加压的缺氧水在压力作用下，如“→”所示路径，经过多次折返后，缓慢通过全部7个折返式涵道，最后到达涵道式高压气液溶解仓的尾部出口。

在气液溶解仓尾部设计有一较小口径的出口调节阀门13，通过出口调节阀门的限流作用，使气液溶解仓内的压力维持在一个预设的高压范围内。同时由于尾部调节阀门的过流横截面积和气液溶解仓内涵道的过流横截面积相比非常小，从而保证了水在高压气液溶解仓涵道内的压力和滞留时间。

设备进入运行状态时，在整个高压氧气通道中，因为设计了止回阀9，从而保证在整个设备装置运行过程中，涵道内的高压水均不会进入气液溶解仓以外的输氧管道以及与输氧管道相连接的制氧设备或氧气瓶等。

高压氧气通道的运行过程为：调整高压氧气调节阀门6，使送入高压氧气输送管道7的氧气压力略高于气液溶解仓内流水的压力。

高压氧气沿“

”所示路径，通过高压氧气输送管道7、高压氧气管道连接头8和止回阀9进入仓内氧气输送管10，然后进入高压氧气溢出发散管11（高压氧气溢出发散管布置图如图2所示）。因为高压氧气溢出发散管的管内氧气压力略高于涵道内水的压力，管道内的氧气将从管壁的小孔内溢出并形成微小氧气泡12发散到涵道内。

发散到涵道内的氧气泡（O₂）与涵道内的缺氧水（H₂O）充分混合，在高压的作用下快速溶解，形成富氧水（H₂O+O₂）。

在整个涵道内溶入大量溶解氧的富氧水流到气液溶解仓尾部，通过尾部出口调节阀门13和连接法兰14后，从尾部喷射口15水平向后喷射入缺氧水域，达到改善环境水质的目的。

本装置设计从前部吸入环境水，在产生富氧水后向后喷射，喷射后的反作用力将使整个装置向前缓慢移动，调整船舶的行进速度与本装置的的速度匹配，将使修复的水域范围自动延伸，使环境水域修复船作业范围广泛，同时操作运行简单方便，运行成本相对其他治理方法更低廉高效。

Claims

1. 一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，其特征在于：在可连续运行的涵道式高压高浓度气液溶解装置的涵道内，高压氧气和从缺氧水区域吸入的高压缺氧水充分混合并溶解，使缺氧水转化为富氧水，并将转化后的富氧水喷射入缺氧水域，达到改善和修复环境水域的目的。

2. 一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，其特征在于：采用高压水泵吸入水环境中的缺氧水，并对气液溶解仓的内部加压，同时配合出口调节阀的开启大小，保持和调节气液溶解仓内的压力。

3. 一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，其特征在于：在气液溶解仓内部，采用折返式或螺旋式涵道设计，有效的延长水在气液溶解仓内流经的距离和滞留时间，以便高压氧和高压缺氧水能充分混合溶解。

4. 一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，其特征在于：大比例设计涵道过流横截面积和出口调节阀门过流横截面积的比例，使涵道内水的流速相对缓慢，有利于高压氧在水中的充分溶解。

5. 一种用于水环境修复的涵道式高压高浓度气液溶解装置，其特征在于：在气液溶解仓内涵道的底部，敷设氧气溢出发散管，使高压氧气能更充分的与涵道内流过的水混合溶解，提高氧气溶解效果。

6. 根据权利要求书1所述的气液溶解装置，其特征在于：在高压输氧管道上加装止回阀，有效的防止高压水进入输氧管道及制氧设备等。

7. 根据权利要求书1所述的气液溶解装置，其特征在于：在涵道式高压高浓度气液溶解装置的尾部，采用水平导流喷射口，使喷射过程中既减少对上下层水域的扰动，又使喷射的富氧水到达的范围尽量的广。

8.根据权利要求书1所述的气液溶解装置，其特征在于：可方便的安装于专门的水域治理船舶的底部，根据实际水域治理的要求，随船下潜到相应的水下深度，通过船舶对设备提供动力和氧气。

9.根据权利要求书1所述的气液溶解装置，其特征在于：可将涵道式高压气液溶解仓安装于船舶上面或设计为专用船舶的一部分，通过分别在涵道式高压气液溶解仓前部和尾部的连接法兰盘之间加装延伸连接管道的方法，将潜水泵和尾部喷射口分别连接延伸到需要修复治理的水域。

10. 根据权利要求书1所述的气液溶解装置，其特征在于：可根据特殊需要，为水域中溶解注入纯氧气以外的其他气体或混合气体。