CN104478094B - 潜流推进器水体循环改善及净化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种潜流推进器水体循环改善及净化装置及方法，浮岛设置在浮筒上，太阳能发电系统安装在浮岛上。潜流推进器通过连接支架与浮筒连接并位于浮筒之下；太阳能发电系统与潜流推进器连接以为潜流推进器提供工作电源；所述导流罩固定安装在潜流推进器外围，其轴线与潜流推进器的轴线共线，导流罩出口为喇叭形。本发明具有水质改善效果明显、结构简单、系统运行稳定可靠，维护管理方便、经济环保、外观上人工干预痕迹少等一系列优点。
Description
技术领域
本发明涉及水体净化技术，具体指一种基于潜流推进器的水体循环改善及净化装置及方法，本装置及方法特别适合对自然湖泊中的水体进行强制水体循环以提高湖泊水质，属于水环境保护技术领域。
背景技术
我国湖泊类型众多，分布广泛，大大小小湖泊总共有几千个，其中三分之一为淡水湖泊，且主要分布在东部沿海和长江中下游地区。近年来随着经济的发展和不适当的湖泊资源开发利用，导致湖泊出现了各种水污染和生态问题，其中尤为突出的是水华等湖泊富营养化问题。
湖泊富营养化问题是湖泊水体在自然环境因子和人类活动的双重影响下，大量营养盐输入湖泊水体逐步由生产力水平低的贫营养状态向生产力水平较高的富营养状态变化的一种现象，这种现象经常以爆发水华的形式表现出来。水华的爆发既严重影响了以此湖库为饮用水源的广大居民的身体健康，又给当地带来巨大的经济损失。湖泊随着自然环境条件的变迁，有其自身发生、发展、衰老和消亡的必然过程，由湖泊形成初始阶段的贫营养逐渐向富营养过渡，直至最后消亡。在自然状态下，湖泊的这种演变过程极为缓慢，但在人类活动的影响下，这种演变过程大大加快，富营养化引起的环境问题日益严重，湖泊富营养化已经成为世界性水污染治理的难题。
引起富营养化问题的因素很多，除与营养盐含量、光照等条件有关外，还和水体的流速等水温条件有关。要改善湖库水质条件，恢复其自身的功能，可运用人工方法来影响，潜水推流是一种主要的水体强化流动技术，它通过水下推动设备的运行，增加水体流动性，保持水体处于流动的紊流区，增加溶解氧，抑制藻细胞生长速度，防止水华发生。
人工植物浮岛又称水生植物生态浮床、人工浮床、生态浮岛，是一种长有水生植物或陆生植物、可为野生生物提供生活环境的漂浮岛。在水体中设置人工植物岛，浮岛上的水生植物利用表面积很大的植物根系吸附水体中的氮、磷等物质，同时在发达的植物根系表面形成生物膜，膜中微生物通过代谢活动，将水中的有机污染物降解为无机物。部分浮岛植物（如乳风眼莲、水花生、芦苇等）在生长过程中能分泌克藻化学物质，有效抑制藻类生长繁殖，具有防止和缓解水体富氧化功能。
通常用于湖库水质改善的设备不仅造价高，而且功率大，常常需要很大的电耗。目前我国常用的水处理设备均是以市政电网的电能为主要驱动能源，而市政电网多采用火力发电，每发一度电将产生1.008Kg二氧化碳，5.425K二氧化硫。对于一个10KW的发电系统，如果每天运行四个小时，每年将产生14.717T二氧化碳，产生79.2Kg二氧化硫。因此目前的设备既不经济，也不环保。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种针对湖泊用的水体循环改善及净化装置及方法，本装置及方法模仿自然河流循环自净，保持水体处于紊流状态，增加溶解氧，抑制藻类生长以保持或改善水体水质，本装置运行基本不消耗电能，环保经济。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
潜流推进器水体循环改善及净化装置，它包括太阳能发电系统、浮岛、浮筒、潜流推进器和导流罩，浮岛设置在浮筒上，太阳能发电系统安装在浮岛上；潜流推进器通过连接支架与浮筒连接并位于浮筒之下；太阳能发电系统与潜流推进器连接以为潜流推进器提供工作电源；所述导流罩固定安装在潜流推进器外围，其轴线与潜流推进器的轴线共线，导流罩出口为喇叭形。
太阳能发电系统由依次连接的太阳能电池板、充电控制器、蓄电池组和逆变器组成。太阳能发电系统和潜流推进器之间通过控制器连接，用于控制潜流推进器的运行时间。
所述浮岛上种植有水生植物，水生植物位于太阳能电池板周围，并掩盖除太阳能电池板覆盖区域之外的浮岛；该水生植物为菖蒲。
一种利用潜流推进器改善湖泊水体水质的方法，本方法采用本发明设计的任一潜流推进器水体循环改善及净化装置，将该装置安装在湖泊中，使浮岛及其上的太阳能发电系统浮于水面，潜流推进器没于水中，由太阳能发电系统为潜流推进器提供工作电源，使潜流推进器运行以推动水体流动；潜流推进器和导流罩的安装高度及方向以避免潜流推进器运行时将湖泊底泥搅动起来和扰动水面。
所述菖蒲采用无土栽培，菖蒲强大的根系伸入水中后吸附水体中的N、P富营养化元素，同时在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物通过代谢活动降解有机物。
所述菖蒲用来遮蔽浮筒和太阳能发电系统仅使太阳能电池板外露，以使整套装置融入自然环境。
该装置安装在湖泊死水区更加明显的湖湾内，并使潜流推进器推动水体向湖心流动。
本发明模仿自然河流循环自净，利用潜流推进器将湖湾内的死水推向湖中央进行水体交换，增加水体流动性，形成封闭循环，保持水体处于紊流状态，提高水中溶解氧、抑制藻类生长，能有效改善水质并防止死水区水质恶化。
本发明对死水区水质改善效果明显、结构简单、系统运行稳定可靠、绿色节能。
附图说明
图1为本发明结构正视图。
图2为本发明结构侧视图。
图中标记说明如下：1-太阳能发电系统；2-浮岛；3-浮筒；4-连接支架；5-V型固定座；6-导流罩；7-潜流推进器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
参见图1和图2，从图上可以看出，本发明潜流推进器水体循环改善及净化装置主要的构成部件有太阳能系统1、浮岛2、浮筒3、潜流推进器7、导流罩6、连接支架4和V型固定座5。浮筒作为浮岛的支撑，使整套装置漂浮在水面上。浮岛2设置在浮筒3上，太阳能发电系统1安装在浮岛2上。在浮筒3下方安装有连接支架4，连接支架4下端再与V型固定座5固定连接，潜流推进器7就固定安装在V型固定座5上。太阳能发电系统1与潜流推进器7连接以为潜流推进器提供工作电源。所述导流罩6固定安装在潜流推进器7外围，其轴线与潜流推进器的轴线共线，导流罩6出口为喇叭形。导流罩用于改善潜流推进器进出水的水力性能，同时能避免将底泥搅动起来和扰动水面。
所述太阳能发电系统由依次连接的太阳能电池板、充电控制器、蓄电池组和逆变器组成。太阳能电池板转存的电能通过充电控制器向蓄电池组充电，由蓄电池组进行存储，再通过逆变器将蓄电池的直流电转换为潜流推进器可以直接使用的交流电。
所述太阳能发电系统和潜流推进器之间通过控制器连接，用于控制潜流推进器的供电和运行时间。比如可以根据特点要求设定潜流推进器的运行月份，该月份每天的运行时段，实现定时自动控制目的。
由于潜流推进器主要在夏季或高温季节运行，而夏季往往光照十分充足，所以本发明利用太阳能设备将太阳能转化为电能以供潜流推进器运行，这样不仅简便、可靠，而且还十分经济、环保。实际设计时，将每年最热的6、7、8、9月作为设备运行月份，每天开启时段为6:00-8:00、12:00-14：00、17:00-19:00。
所述浮岛上种植有水生植物，水生植物位于太阳能电池板周围，并掩盖除太阳能电池板覆盖区域之外的浮岛，以尽量遮蔽人工痕迹。该水生植物优选菖蒲。
使用时，将上述装置通过连接于岸上的绳子或者锚杆安装在湖泊中，使其不能因为潜流推进器的反作用力而移动。安装时，浮岛及其上的太阳能发电系统浮于水面，潜流推进器没于水中，由太阳能发电系统为潜流推进器提供工作电源，使潜流推进器运行以推动水体流动。潜流推进器和导流罩的安装高度及方向以避免潜流推进器运行时将湖泊底泥搅动起来和扰动水面。通常安装时，潜流推进器和导流罩距离湖底以1.5-2米为宜，如果湖泊较浅，不能达到上述距离，此时潜流推进器若继续水平安装，可能会将湖泊底泥搅动起来，此时可以将潜流推进器出水口轴向抬升5°左右。如果湖泊较深，直接水平安装潜流推进器即可。潜流推进器出水口轴向抬升5°安装时，可能会使整个浮岛前端抬升起来，此时可以在前端再设置一横向浮筒，与后面两平行的浮筒一起按π型布置，从而使整个浮岛依然处于水平状态。
所述菖蒲采用无土栽培，菖蒲强大的根系伸入水中后吸附水体中的N、P富营养化元素，因此菖蒲对水体中的总氮、总磷、氨氮有一定的去除效果。同时在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物通过代谢活动降解有机物，以净化水体，也可以抑制藻类的生长，防止水华的爆发。
本发明浮岛不仅作为太阳能发电系统的安装平台，同时在浮岛上位于太阳能发电系统周围种植菖蒲，一方面菖蒲可以用来进化水体，另一方面菖蒲可以用来遮蔽浮筒和太阳能发电系统仅使太阳能电池板外露，从外观上减少人工干预过的痕迹，以使整套装置更好地融入自然环境，特别是公园内的湖泊，这样可以尽量减少对整体景观的破坏。
实际安装时，本装置往往安装在湖泊湖湾内，因为湖湾死水区更加明显，水流交换更少，并使潜流推进器推动水体向湖心流动，使湖湾内死水区的水与外界水体产生对流，同时可增加溶解氧含量，抑制藻类生长。
所述潜流推进器为推进式搅拌机，用于推动水体流动，强化水体循环，增加水体溶解氧含量，抑制藻类生长繁殖，改善湖泊水质。
表1为本装置运行前后进出水水质指标对比情况。
表1设备运行前后水质指标对比
| 污染物 | 设备运行前 | 设备运行后 | 去除率 |
| 叶绿素A(μg/L) | 75.075 | 30.874 | 58.9% |
| 总氮(mg/L) | 1.521 | 0.717 | 52.9% |
| 总磷(mg/L) | 0.04 | 0.018 | 55.0% |
| 氨氮(mg/L) | 0.250 | 0.117 | 53.2% |
| COD(mg/L) | 5.038 | 2.174 | 56.8% |
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.潜流推进器水体循环改善及净化装置，其特征在于，它包括太阳能发电系统、浮岛、浮筒、潜流推进器和导流罩，浮岛设置在浮筒上，太阳能发电系统安装在浮岛上；潜流推进器通过连接支架与浮筒连接并位于浮筒之下；太阳能发电系统与潜流推进器连接以为潜流推进器提供工作电源；所述导流罩固定安装在潜流推进器外围，其轴线与潜流推进器的轴线共线，导流罩出口为喇叭形。
2.根据权利要求1所述的潜流推进器水体循环改善及净化装置，其特征在于：所述太阳能发电系统由依次连接的太阳能电池板、充电控制器、蓄电池组和逆变器组成。
3.根据权利要求1所述的潜流推进器水体循环改善及净化装置，其特征在于：所述太阳能发电系统和潜流推进器之间通过控制器连接，用于控制潜流推进器的运行时间。
4.根据权利要求1所述的潜流推进器水体循环改善及净化装置，其特征在于：所述浮岛上种植有水生植物，水生植物位于太阳能电池板周围，并掩盖除太阳能电池板覆盖区域之外的浮岛；该水生植物为菖蒲。
5.一种利用潜流推进器改善湖泊水体水质的方法，其特征在于：采用权利要求4所述的潜流推进器水体循环改善及净化装置，将该装置安装在湖泊中，使浮岛及其上的太阳能发电系统浮于水面，潜流推进器没于水中，由太阳能发电系统为潜流推进器提供工作电源，使潜流推进器运行以推动水体流动；潜流推进器和导流罩的安装高度及方向以避免潜流推进器运行时将湖泊底泥搅动起来和扰动水面。
6.根据权利要求5所述的利用潜流推进器改善湖泊水体水质的方法，其特征在于：所述菖蒲采用无土栽培，菖蒲强大的根系伸入水中后吸附水体中的N、P富营养化元素，同时在植物根系表面形成生物膜，膜中微生物通过代谢活动降解有机物。
7.根据权利要求6所述的利用潜流推进器改善湖泊水体水质的方法，其特征在于：所述菖蒲用来遮蔽浮筒和太阳能发电系统仅使太阳能电池板外露，以使整套装置融入自然环境。
8.根据权利要求5所述的利用潜流推进器改善湖泊水体水质的方法，其特征在于：该装置安装在湖泊死水区更加明显的湖湾内，并使潜流推进器推动水体向湖心流动。
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