CN104150620B - 一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，主箱通过升降系统与浮船相连，升降系统用于控制主箱在水下的工作深度；主箱两侧设置有进水管和出水管，且与进水管和出水管连通，主箱的顶部置有可伸缩的进气管与大气相通；内设置有动力部件，动力部件上设置有叶轮；浮船顶部设置有太阳能电池板，浮船的舱内置有电池箱、控制投放抑藻剂的智能监测投放系统、鼓风机；智能监测投放系统上设置有侧式喷洒口；太阳能电池板吸收太阳能转换为电能，储存在电池箱中；电池箱为智能监测投放系统和鼓风机供电；并将电能传输至动力部件使叶轮高速转动。本发明加速中下层水体的纵向流速，实现曝气增氧，集成化学水质处理方法，从而改善河道水质状况。

Description

一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置

技术领域

本发明涉及曝气装置领域，尤其涉及一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置。

背景技术

近年来，营造或修护城市景观河道已是各大城市竞相追逐的目标。尤其是“十八大”后，建设“美丽中国”成为生态文明建设的宏伟目标，而水以其特有的灵性成为城市规划中不可或缺的重要元素。城市的建设和发展着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展。当然，只有水量丰富、感观优美、健康无害的水体(景观河道、人工湖泊等)才能良好实现其景观和生态调节的功能。

然而，城市景观河道由于河宽较窄(10-20m)、水深较浅(2-5m)、与周边水系的连通性较差、水量较少，故水体流动相对缓慢、水体更新时间较长，自净能力往往不足以应对外界的水质干扰、破坏，容易恶化。更甚者，当夏季高温时，水体富营养化极易诱发水华，藻类繁生，厌氧黑臭，严重影响城市景观和人居环境。

以天津市为例，天津的“母亲河”海河在夏秋高温季节，部分河段(如三岔口)时常出现水华现象，影响市民生活。此问题得到市委市政府和相关部门的高度重视，应急采取加大海河调水量将水藻冲至下游海口。同时，配合其他生物、化学措施以抑制藻类的生长。但是，这些方法运行费用较高，且浪费了天津原本就稀缺的水资源。而对于一些二级河道，如卫津河，受水系水资源的限制，其流动性较差，基本为死水，夏秋时河水黑臭的现象更为严重。

因此，控制河道水体中的有机污染物和氮、磷等营养类物质的含量以及藻类的生长，保持水体的清澈、洁净是保障城市河道美丽景观的主要途径，而水质处理技术是较有效的方法手段。目前，原位水质处理技术应用较为广泛，常见的有加强水力循环^[1]、生物浮床^[2]、喷泉扰流曝气^[3,4]、跌水曝气^[5,6]等。该技术除降解污染物质外，还能增强水体的自净能力和改善水力条件，对水体中污染物迁移转化规律影响较大。

但是，现有的水质处理技术通常存在耗费水资源、运行费用高、持续性差等不足。现有技术中公开的水流加速曝气装置，只能在水面以下0.5m工作，对于水深3m以上河道，此工作深度尚属表层，装置加速水流的作用降低，从而减小了改善水质的效果；另一方面，该装置仅采用单一的物理方法曝气增氧。

发明内容

本发明提供了一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，本发明通过加速纵向(水流方向)流速促进水体流动，采用吸气和鼓风式曝气提高水体复氧率，以及智能监测投放系统按需喷洒抑藻剂抑制藻类生长，改善了城市河道中流动性较弱的局部水域水质状况，详见下文描述：

一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，包括：太阳能电池板、电池箱，所述装置还包括：主箱，

所述主箱通过升降系统与浮船相连，所述升降系统用于控制所述主箱在水下的工作深度；所述主箱两侧设置有进水管和出水管，所述主箱与所述进水管和所述出水管连通，所述主箱的顶部置有可伸缩的进气管与大气相通；所述主箱内设置有动力部件，所述动力部件上设置有叶轮；

所述浮船顶部设置有太阳能电池板，所述浮船的舱内置有电池箱、控制投放抑藻剂的智能监测投放系统、增加掺气量的鼓风机；所述智能监测投放系统上设置有侧式喷洒口；

所述太阳能电池板吸收太阳能转换为电能，储存在所述电池箱中；所述电池箱为所述智能监测投放系统和所述鼓风机供电；所述电池箱并将电能传输至所述动力部件使所述叶轮高速转动。

所述智能监测投放系统由采集分析部件、控制部件和投放部件三部分组成。

所述采集分析部件由吸水管和分析室组成，所述控制部件由单片机组成，所述投放部件由储剂室和喷头组成。

按照设定好的监测频率，所述单片机下达监测指令，所述吸水管经所述侧式喷洒口吸取水样至所述分析室；所述分析室采用电化学法自动测定溶解氧后将测值反馈给所述单片机；所述单片机根据测值和存储的阈值进行判断是否需投放抑藻剂，如投放，则计算抑藻剂的投放量，之后对下达投放指令；所述喷头根据投放量将所述储剂室中的抑藻剂投放至水体中。

所述装置还包括：拦污栅和可收纳脚轮，

所述主箱上设置有拦污栅，所述主箱下部设置有可收纳脚轮。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

(1)装置工作深度可控。受来水影响，城市河道水位年际、年内变化不一。为实现有效地促进中下层水体流动，设计可以调节深度的装置部件。通过加速处于水下不同深度的水流，从而有针对性的加速中、下层水体流动。

(2)智能投放抑藻剂。设计智能监测投放系统，实时监测水体溶解氧、叶绿素等水质指标，系统根据监测数据的反馈下达投放抑藻剂(量)的指令，装置按需喷洒抑藻剂至水体。

(3)增加掺气量。本装置增设鼓风机加大水体的掺气量，从而改善曝气效果、提高水体复氧率。

本装置不仅具有绿色低碳、可循环、美观等优点，而且在加速、曝气效果上进一步提升，同时引入了智能投放抑藻剂的功能，使装置集物理(加速水流、曝气)、化学(投放抑藻剂)方法于一体改善河道水质、更有效地服务于城市景观河道。

附图说明

图1a为一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置的结构示意图；

图1b为升降系统的示意图；

图1c为智能监测投放系统的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：太阳能电池板；2：电池箱；

3：智能监测投放系统；3-1：侧式喷洒口；

4：鼓风机；5：浮船；

6：升降系统；7：伸缩进气管；

8：主箱；9：动力部件；

9-1：叶轮；10：进水管；

10-1：拦污栅；11：出水管；

12：可收纳脚轮；3-2：吸水管；

3-3：分析室；3-4：单片机；

3-5：储剂室；3-6：喷头。

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，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，参见图1a、图1b和图1c，包括：太阳能电池板1，电池箱2，智能监测投放系统3，侧式喷洒口3-1，鼓风机4，浮船5，升降系统6，伸缩进气管7，主箱8，动力部件9，叶轮9-1，进水管10，拦污栅10-1，出水管11，可收纳脚轮12。

主箱8通过升降系统6与浮船5相连，升降系统6用于控制主箱8在水下的工作深度。主箱8两侧设置有进水管10和出水管11，主箱8与进水管10和出水管11连通，主箱8的顶部置有可伸缩的进气管7与大气相通。主箱8内设置有动力部件9，动力部件9上设置有叶轮9-1。浮船5顶部设置有太阳能电池板1，浮船5的船舱为露天式，舱内置有电池箱2、控制投放抑藻剂的智能监测投放系统3、增加掺气量的鼓风机4，智能监测投放系统3上设置有侧式喷洒口3-1。太阳能电池板1吸收太阳能转换为电能，储存在电池箱2中。电池箱2为智能监测投放系统3和鼓风机4供电。电池箱2并将电能传输至动力部件9使叶轮9-1高速转动。

其中，智能监测投放系统3包括：侧式喷洒口3-1、吸水管3-2、分析室3-3、单片机3-4、储剂室3-5和喷头3-6，

智能监测投放系统3由采集分析部件、控制部件、投放部件三部分组成。采集分析部件由吸水管3-2和分析室3-3组成，控制部件由单片机3-4组成，投放部件由储剂室3-5、喷头3-6组成。单片机3-4是智能监测投放系统的“大脑”，具有下达监测和投放指令、储存阈值、计算投放量的功能。按照设定好的监测频率(如每日8:00)，单片机3-4对采集分析部件下达监测指令，吸水管3-2经侧式喷洒口3-1吸取水样至分析室3-3；分析室内采用电化学法自动测定溶解氧后将测值反馈给单片机3-4，后将水排出。单片机3-4根据测值和存储的阈值进行判断是否需投放抑藻剂，如投放，则计算抑藻剂的投放量，之后对投放部件下达投放指令。喷头3-6根据投放量将储剂室3-5中的抑藻剂投放至水体中。为保证水质处理效果，此喷洒动作也可人为远程控制。

(1)装置工作原理

装置放置于河道中，以清洁能源太阳能作为动力能源，折叠式梅花状太阳能电池板1位于浮船5顶部。浮船5的船舱为露天式，舱内置有储能设备电池箱2、控制投放抑藻剂的智能监测投放系统3、增加掺气量的鼓风机4。电池箱2为智能监测投放系统3、鼓风机4、动力部件9供电。浮船5利用升降系统6与主箱8相连，升降系统6可控制主箱在水下的工作深度。主箱8两侧与进水管10和出水管11连通，顶部置有可伸缩的进气管7与大气相通。主箱8内置有动力部件9。太阳能电池板1吸收太阳能转换为电能，储存在电池箱2中。电池箱2将电能传输至动力部件9使叶轮9-1高速转动。当动力部件9工作时，推动水流源源不断的经进水管10进入主箱，由于主箱内水体流速增大将空气吸入，同时鼓风机4工作，两者通过进气管7为主箱内水体提供新鲜空气，充分混合后使水体中含有气泡，最后经出水管11将水射出。出水管流出的加速水流推动周围水体运动，升降系统6根据河道实际水深调节装置工作深度，提高中下层水体的纵向水流流速，促进水平和垂向水体交换。

具体实现时，智能监测投放系统3实时监测水体溶解氧DO指标，且配有环保型高效抑藻剂。当智能监测投放系统监测到水体溶解氧DO<2mg/L时，根据实际监测值估算抑藻剂的投放量，然后控制侧式喷洒口3-1将适量的抑藻剂投放至水体中。

本装置通过吸气和鼓风曝气提高主箱8中水体掺气量，装置出流后促使氧气充分均匀溶于河水，提高水体复氧率，抑制厌氧性生物生存。

本发明公开的水体智能加速曝气装置通过控制工作深度、智能投放抑藻剂、增加掺气量3方面改进，较原装置增强了水质改善效果。由于河道的水域范围与湖泊相比小的多，此装置在城市景观河道中的效果更为突出。

(2)装置尺寸

装置整体尺寸，长2500mm，宽2000mm，高2000mm，重量约172.6kg。各部件具体尺寸和重量列于表1。

表1装置尺寸表

(3)装置的性能参数

本发明公开的水体智能加速曝气装置性能参数列于表2。本装置可以看出，在流量、转速、总效率、工作时间、充电时间、工作深度、掺气量、水质处理方法、水质改善效果等方面，都有显著提高。

表2装置性能参数

使用本装置的最佳实施方式为：

(1)使用本发明装置时，根据河道水流和水质状况，先确定安装位置，然后布设水体智能加速曝气装置，由索锚固定使其漂浮于水面。

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

(3)根据河道的实际水深，调节升降系统6使装置主箱8处于水体中层或下层。装置工作，动力部件9运转，水流经进水管10流入，再由出水管11射出，流速增大，从而促进中、下层水体流动。由于主箱8内水体流速增大，空气经进气管吸入，鼓风机4同步工作，进一步增大主箱8内的掺气量，达到曝气充氧的效果。

(4)当智能监测投放系统3监测到水体溶解氧DO<2mg/L时，根据实际监测值估算抑藻剂的投放量，然后智能监测投放系统3控制侧式喷洒口3-1将适量的抑藻剂投放至水体中。为保证水质处理效果，此喷洒动作也可人为远程控制。

(5)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200m～500m。

本发明公开的水体智能加速曝气装置克服了以往曝气装置的不足，通过控制工作深度加速不同水深处的纵向(流动方向)水流流速，促进局部水体流动，同时实现曝气增氧，并且集成智能投放抑藻剂的化学水质处理方法，从而改善河道水质状况，具有“动、透、节、美、省、便”6点有益效果。

(1)动，促进水体流动。由于河道水体表层流速受风等外界作用较中、下层水体流速大，故提高中、下层水体流速对改善河道水流状况至关重要；一般的垂直流曝气机的工作范围(深度)较小，为中、下层水体提供的充氧量有限。基于以上两方面，本发明装置通过升降系统实现了装置工作深度可控，从而实现加速处于水下不同深度的水流流速，更直接有效的促进中、下层水体流动及提高充氧量。由于工作深度范围为水面以下0.875-4.025m(表2)，故装置适用于1-8m水深的大部分城市景观河道。

(2)透，尽可能使水体清澈。以往的曝气装置均采用单一的物理方法曝气增氧。本发明装置不仅促进水体流动、曝气增氧，而且集成智能投放抑藻剂的化学处理方法，实现自动监测、按需定量、智能投放的物化综合一体机，从而提高改善水质的效果，有效地抑制或缓解河道水华现象，提高水体透明度，尽可能使水体清澈。

(3)节，绿色低碳可循环。装置以绿色清洁太阳能为能源，实现了太阳能供电系统循环利用的高能效，章显节能减排低碳的技术推广模式。

(4)美，景观河道中的新元素。浮船可根据时下流行元素进行二次外观设计，太阳能板成梅花状，保证面积的同时兼顾外形美观。因此，本发明装置外观美丽，符合城市景观河道的观赏性需求。迎合清婉流动的河水，形如柔中带刚，呈现景观河道中的新元素，提高景观效果。

(5)省，造价低。目前市场上提水式曝气机的价格在3万元左右，本发明装置初步估算成本约1-2万，价格具有明显优势。

(6)便，便携可移动。装置的太阳能板、浮船、升降系统、主箱各主要部件均采用可拆卸组装设计，未使用焊接等工艺，便于移动安置。此外，主箱下部的脚轮也可增加其检修时在地上移动的便捷性。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

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 (5)

1.一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，包括：太阳能电池板、电池箱，其特征在于，所述装置还包括：主箱，

所述主箱通过升降系统与浮船相连，所述升降系统用于控制所述主箱在水下的工作深度；所述主箱两侧设置有进水管和出水管，所述主箱与所述进水管和所述出水管连通，所述主箱的顶部置有可伸缩的进气管与大气相通；所述主箱内设置有动力部件，所述动力部件上设置有叶轮；

所述浮船顶部设置有太阳能电池板，所述浮船的舱内置有电池箱、控制投放抑藻剂的智能监测投放系统、增加掺气量的鼓风机；所述智能监测投放系统上设置有侧式喷洒口；

所述太阳能电池板吸收太阳能转换为电能，储存在所述电池箱中；所述电池箱为所述智能监测投放系统和所述鼓风机供电；所述电池箱并将电能传输至所述动力部件使所述叶轮高速转动。

2.根据权利要求1所述的一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，其特征在于，所述智能监测投放系统由采集分析部件、控制部件和投放部件三部分组成。

3.根据权利要求2所述的一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，其特征在于，

所述采集分析部件由吸水管和分析室组成，所述控制部件由单片机组成，所述投放部件由储剂室和喷头组成。

4.根据权利要求3所述的一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，其特征在于，

按照设定好的监测频率，所述单片机下达监测指令，所述吸水管经所述侧式喷洒口吸取水样至所述分析室；所述分析室采用电化学法自动测定溶解氧后将测值反馈给所述单片机；所述单片机根据测值和存储的阈值进行判断是否需投放抑藻剂，如投放，则计算抑藻剂的投放量，之后对下达投放指令；所述喷头根据投放量将所述储剂室中的抑藻剂投放至水体中。

5.根据权利要求1所述的一种用于城市景观河道的水体智能加速曝气装置，其特征在于，所述装置还包括：拦污栅和可收纳脚轮，

所述主箱上设置有拦污栅，所述主箱下部设置有可收纳脚轮。