CN104944604B - 一种深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，包括设置在水库湖底的造流装置，所述造流装置的上方设置气体导流装置，所述气体导流装置的上方设置曝气装置。设置造流装置，向水库湖底水体中充入空气，利用深水中水压较大使氧气溶于水中，使水中溶解氧含量升高，从而改善水体生态环境。设置曝气装置，将空气中不溶于水的气体通过气体导流装置进入曝气装置中，在变温层与水温跃层交界处对水体进行曝气，从而促进表层水体向下输送，使上下水层混合，保持水温平均，抑制表层水藻生长。

Description

一种深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置

技术领域

本发明涉及一种充氧曝气装置，特别涉及一种深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置。

技术背景

湖泊和水库的汇水和水体面积较大、水体较深、水体更新较慢、接纳氮、磷等负荷较大，这一系列因素为藻类等浮游生物在水中提供充足营养，使其稳定于水中接受光照射而大量繁殖，导致水体富营养化而破坏水体水质。又由于湖泊水库等水深大，存在水体分层情况，造成下层水体长期处于缺氧状态，底泥中的氮磷等物质向水体释放，更加剧了水体生态环境的恶化。水体自身水质污染情况不能解决，使水体水质情况难以改善。

早期，湖泊水库利用水泵和水喷射的人工循环，随着技术的提升，采用在水体放入曝气装置利用释放压缩空气扩散气体的方式破坏水温分层，起到了良好的效果，但在水中通过电力循环缺乏经济便利性，同时，单一的曝气并不能很好的改善湖泊水库水底含氧量低的问题，如何节能有效的混合表层水体，并向深层水体及底泥充氧破坏其缺氧环境即是当下要解决的问题。

根据调查资料，现有的造流曝气装置如下：早期国外有一种“扬水筒”装置，利用压缩空气混合上下水层，满足了节能的要求，但是不能对底层水体进行充氧；中国专利，“多功能扬水曝气器”(专利号ZL200310117900.6)，使用压缩空气为水体充氧，尾气进入气室，充满后形成大气泡，利用大气泡造成上下层水体交换，使上下水层混合、向下部水体充氧，改善水体缺氧状态，但该装置适用于水深不大的水库或湖泊，大水深时长期高强度冲击，往往会对设备造成破坏；中国专利“深水型水源水库扬水曝气水质改善装置”(专利号201210090207.3)，对上述“多功能扬水曝气器”进行了改善，在中间滑动调节部分采取了减震和紧固抗冲击措施；然而上述设备设计利用下层抽水、上层扬水进行水体交换，对下层水体的充氧并不是十分理想。此外，日本有类似“水体混合”装置，向装置中充入纯氧，形成高含氧水在底部释放，改善底层水体缺氧状态，同时剩余未溶解氧气从上部排出，对上层水体进行搅动，但纯氧的制备能耗较大，且表层水体混合仅通过气体搅动将水面上气体带入变温层水体，并中和变温层水温，无需纯氧的充入，既是对纯氧的一种浪费。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本发明的目的在于，提供一种能够将变温层体水充分混合，并向下层水体中充氧的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置。

为了实现上述任务，本发明采取如下技术方案：

一种深水型湖泊水库复合式造流充氧装置，包括设置在水库湖底的造流装置，所述造流装置的上方设置气体导流装置，所述气体导流装置的上方设置曝气装置。

具体地，所述造流装置包括设备主体，所述设备主体的底面设置有拍门，所述拍门两侧分别设置一曝气头，所述曝气头通过进气分管连接进气管，所述进气管一端伸出设备主体外接空气压缩机，所述进气管上设置有进气阀门；

所述设备主体的底部设置有一出水总管，所述出水总管伸出设备主体外接出水盘管，所述出水盘管上均布有多个出水支管，所述出水总管上设置有出水阀门。

具体地，所述气体导流装置包括设置在设备主体内部的浮子，所述浮子上方固设有至少一个支杆和至少一根软绳，所述软绳上端连接套管，所述套管内设置有可相对于套管沿竖直方向运动的气管，所述气管底部侧壁上设置有进气孔。

具体地，所述气管下端设置有卡箍，所述气管下端伸入套管内，且所述卡箍位于套管内部；所述套管顶端设置有与卡箍配合的挡板。

具体地，所述曝气装置包括曝气盘，所述曝气盘上分布有曝气分管，所述曝气分管与所述气管连接；所述曝气分管上安装有多个曝气器；

所述曝气盘上方连接大浮球，曝气盘下方安装多个小浮球。

具体地，所述进气阀门包括设置在进气管内部的进气阀门板，所述进气阀门板垂直于进气管轴线方向设置；

所述进气阀门板连接进气阀门轴承，所述进气阀门轴承一端伸出进气管，且安装进气阀门齿轮；

所述进气管的内壁上位于进气阀门板的两侧分别固设一弹簧桩，每个所述的弹簧桩连接一定位弹簧，所述定位弹簧另一端与进气阀门板固连；两个所述与进气阀门板固连的定位弹簧的端部的连线与所述进气阀门轴承的轴线垂直；

所述进气管的内壁上位于进气阀门板的两侧均设置有多个定位桩；

所述出水阀门包括设置在出水总管内部的出水阀门板，所述出水阀门板垂直于出水总管轴线方向设置；所述出水总管的内壁上位于出水阀门板的两侧均设置有多个定位桩；

所述出水阀门板连接出水阀门轴承，所述出水阀门轴承一端伸出出水总管，且安装出水阀门齿轮；

所述的进气阀门齿轮和出水阀门齿轮均与连接齿轮啮合。

进一步地，所述套管底部的管壁上设置有多个排水孔，所述排水孔的轴线方向垂直于套管的轴线方向。

进一步地，所述拍门下方设置有滤网。

进一步地，所述造流装置的下方通过至少一个锚固链安装有锚固墩，所述锚固链上套装有拉伸弹簧,所述拉伸弹簧两端分别连接造流装置和锚固墩。

进一步地，所述进气阀门板与定位桩之间，出水阀门板与定位桩之间均设置有缓冲垫。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、设置造流装置，向水库湖底水体中充入空气，利用深水中水压较大使氧气更多的溶于水中，使水中溶解氧含量升高，从而改善水体生态环境。

2、设置曝气装置，将空气中不溶于水的气体及部分未溶解的氧气通过气体导流装置进入曝气装置中，在变温层与水温跃层水体交界处附近进行曝气，从而促进变温层水体循环交换，使水层混合，抑制表层藻类生长。

3、设置进气阀门和出水阀门，二者之间通过齿轮的连动作用，实现对二者开闭的自动控制。

附图说明

图1为本发明的装置进水进气状态的结构示意图；

图2为本发明的装置出水曝气状态的结构示意图；

图3(a)为设备主体底部俯视图；图3(b)进气阀门和出水阀门的连接示意图；图3(c)为进气阀门剖视图；图3(d)为进气阀门关闭状态示意图，图3(e)为进气阀门开启状态示意图，图3(f)为出水阀门关闭状态示意图，图3(g)为出水阀门开启状态示意图；

图4(a)为拍门关闭状态示意图；图4(b)为拍门开启状态示意图；

图5为气体导流装置结构示意图；

图6为曝气盘结构示意图。

图中标号代表：1—曝气装置，2—气体导流装置，3—造流装置，4—大浮球，5—曝气器，6—曝气盘，7—固定链，8—绳索，9—连接管，10—法兰，11—小浮球，12—软管，13—气管，14—套管，15—进气孔，16—卡箍，17—垫圈，18—软绳，19—支杆，20—浮子，21—设备主体，22—进气分管，23—进气阀门，24—进气阀门齿轮，25—进气管，26—出水支管，27—出水盘管，28—锚固墩，29—曝气头，30—拍门，31—拉伸弹簧，32—滤网，33—锚固链，34—出水总管，35—出水阀门，36—出水阀门齿轮，37—连接齿轮，38—定位桩，39—定位弹簧，40—弹簧桩，41—进气阀门轴承，42—进气阀门板，43—出水阀门板，44—挡板，45—排水孔，46—曝气分管，47—出水阀门轴承，48—缓冲垫。

下面结合附图和具体实施方式对本发明的方案做进一步详细地解释和说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，参见图1和2，本发明的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，包括设置在水库湖底的造流装置3，所述造流装置3的上方设置气体导流装置2，所述气体导流装置2的上方设置曝气装置1。

所述的造流装置3用于向水库湖底水体中充入空气，利用深水中水压较大氧气更易溶于水的特点，使水中溶解氧含量升高，从而改善水体生态环境；同时空气中为溶解于水中的部分氧气及不溶解于水的气体，如氮气等，通过气体导流装置2进入曝气装置1中，在变温层与水温跃层水体交界处附近进行曝气，从而促进变温层水体循环交换，使上层水体向下迁移从而混合水层，将表层藻类迁移至下层无光区，然而，下层无光区缺乏光照而使藻类生长受限，从而起到抑制表层水藻生长的作用。

具体地，参见图3(a),所述造流装置3包括设备主体21，所述设备主体21的底面设置有拍门30，所述拍门30两侧分别设置一曝气头29，所述曝气头29通过进气分管22连接进气管25，所述进气管25一端伸出设备主体21外接空气压缩机，所述进气管25上设置有进气阀门23；所述设备主体21的底部设置有一出水总管34，所述出水总管34伸出设备主体21外接出水盘管27，所述出水盘管27上均布有多个出水支管26，所述出水总管34上设置有出水阀门35。可选地，所述的出水支管26在出水盘管27上设置有6～8个。

参见图4(a)和图4(b),所述拍门30在设备主体21内部水位较低时开启，外部水体进入设备主体21内部；所述空气压缩机用于通过进气管25向设备主体21内输送空气，并由曝气头29进行曝气，对设备主体21内部的水进行充氧；所述溶解了氧的水体由出水总管34到达出水盘管27，并由出水支管26流入水库湖底，从而改善水体生态环境。

具体地，参见图5，所述气体导流装置2包括设置在设备主体21内部的浮子20，所述浮子20上方固设有至少一个支杆19和至少一根软绳18，所述软绳18上端连接套管14，所述套管14内设置有可相对于套管14沿竖直方向运动的气管13，所述气管13底部侧壁上设置有进气孔15。可选地，所述的支杆19设置有2个，所述的软绳18设置有2根。进一步地，所述浮子20设计为锥形，为了保证其在水位下降时，依靠自身重力将套管14拉下；且在水位上升后可在浮力的作用下能够将套管14顶回原位，并确保浮子20在浮力作用下也不会过多部分浮在水面，同时倒锥形下部流线型对水流、气流的运动影响较小。

进一步地，所述气管13下端设置有卡箍16，所述气管13下端伸入套管14内，且所述卡箍16位于套管14内部；所述套管14顶端设置有与卡箍16配合的挡板44。

所述浮子20随水位向上运动，通过支杆19将套管14向上顶起，使气管13上的进气孔15进入套管14内部，达到密封进气孔15的目的，防止水位上升过程中，水进入气管13中；

当浮子20随水位向下运动时，进气孔15脱离套管14；然而，由于气管13下方设置有卡箍16，挡板44用于限制卡箍16向上的位移，使得气管13始终与套管14保持连接，防止气管13脱离套管14；同时，不溶解于水的氮气等气体，由进气孔15进入气管13中。

具体地，参见图6，所述曝气装置1包括曝气盘6，所述曝气盘6上分布有曝气分管46，所述曝气分管46与所述气管13连接；所述曝气分管46上安装有多个曝气器5；曝气盘6上方连接大浮球4，曝气6盘下方安装多个小浮球11。所述小浮球11设置有4～6个，可选地，所述的曝气器5采用微孔曝气器。

具体地，所述的曝气分管46呈网格状分布在曝气盘6上，其上均匀分布所述曝气器5。所述曝气盘6通过绳索8连接所述大浮球4，大浮球4浮于水面上，所述小浮球11通过固定链7固定在曝气盘5的下方。

所述进入气管13中的氮气等气体进入曝气分管46中，由曝气器5进行曝气，从而促进变温层水体循环交换，使水层混合，保持水温平均，抑制表层水藻生长。所述大浮球4用于保证曝气盘6悬浮在变温层与水温跃层水体的拐点处，在此处曝气可以在分层水体中诱导产生内波，即分层水体内部的巨浪，借助内波的混合作用破坏水体分层，使水温跃层逐步下降、提高变温层水体中溶解氧向下传递的性能，从而降低对变温层水体的曝气量，提高曝气装置的曝气效率；所述小浮球11为曝气盘6提供浮力。

进一步地，所述的曝气分管46下方与连接管9连通，所述连接管9通过法兰10连接软管12，所述软管12通过法兰10连接所述气管13，所述软管12用于保证本发明的曝气装置1当水库深度不同时，始终能够安装在变温层与水温跃层交界处附近。

具体地，参见图3(b)和图3(c),所述进气阀门23包括设置在进气管25内部的进气阀门板42，所述进气阀门板42垂直于进气管25轴线方向设置；所述进气阀门板42连接进气阀门轴承41，所述进气阀门轴承41一端伸出进气管25，且安装进气阀门齿轮24；所述进气管25的内壁上位于进气阀门板42的两侧分别固设一弹簧桩40，每个所述的弹簧桩40连接一定位弹簧39，所述定位弹簧39另一端与进气阀门板42固连；两个所述的与进气阀门板42固连的定位弹簧39的端部的连线与所述进气阀门轴承41的轴线垂直，用于保证进气阀门板42在转动过程中，可带动进气阀门轴承41转动。

所述进气管25的内壁上位于进气阀门板42的两侧均设置有多个定位桩38，所述定位桩38分别位于进气阀门板42的两侧，且每侧的定位桩38设置有2～3个，且两侧的定位桩38分别处于进气阀门板42沿进气阀门轴承41轴线的纵切面的两侧。所述定位桩38用于固定进气阀门板42的位置，当外界停止进气时，进气阀门板42恢复到原位置，使得进气阀门23关闭。

所述出水阀门35包括设置在出水总管34内部的出水阀门板43，所述出水阀门板43垂直于出水总管34轴线方向设置；所述出水总管34的内壁上位于出水阀门板43的两侧均设置有多个定位桩38；所述定位桩38的设计与上述进气管25中定位桩38的结构相同，用于保证在设备主体21内部水位较低时，出水阀门35处于关闭状态。

所述出水阀门板43连接阀门轴承47，所述出水阀门轴承47一端伸出出水总管34，且安装出水阀门齿轮36；所述的进气阀门齿轮24和出水阀门齿轮36均与连接齿轮37啮合。

空气压缩机向进气管25输送气体，当进气压力积累达到一定值后，气体推动进气阀门板42顺时针转动，同时压缩定位弹簧39，进气阀门23打开，空气由进气管25进入设备主体21内部,进气阀门板42由图3(d)到达图3(e)状态；同时，进气阀门轴承41转动，带动进气阀门齿轮24顺时针转动。由于进气阀门齿轮24与连接齿轮37的啮合，连接齿轮37逆时针转动，由于出水阀门齿轮36与连接齿轮37的啮合，出水阀门齿轮36顺时针转动，由于定位桩38的作用，出水阀门35始终处于关闭状态，如图3(f)所示状态；

当设备主体21内水位上升到一定高度，控制空气压缩机，停止进气，定位弹簧39回复原状，导致进气阀门板42逆时针转动，进气阀门23关闭，同时带动进气阀门齿轮24逆时针转动，进气阀门板42由图3(e)到达图3(d)状态，并带动连接齿轮37顺时针转动，且出水阀门35逆时针转动，出水阀门板43由图3(f)到达图3(g)状态，出水阀门35打开，设备主体21内的水由出水阀门35流出。

本发明通过齿轮之间的连动作用，实现对进气阀门23和出水阀门35开闭的自动控制。

进一步地，所述进气阀门板42与定位桩38之间，出水阀门板43与定位桩38之间均设置有缓冲垫48，当进气阀门板42和出水阀门板43到达定位桩时，起到缓冲作用，防止硬性碰撞组件受损。

进一步地，所述套管14底部的管壁上设置有多个排水孔45，所述排水孔45的轴线方向垂直于套管14的轴线方向。所述排水孔45用于排除由进气孔15进入到套管14内部的水。

进一步地，所述套管14底部设置有垫圈17，采用橡胶垫圈，用于对卡箍16进行缓冲。

进一步地，所述拍门30下方设置有滤网32，所述滤网32用于防止水库中较大杂物进入设备主体21内部，影响设备运行。

进一步地，所述造流装置3的下方通过至少一个锚固链33安装有锚固墩28，锚固墩28将设备主体21固定在水库底部，使本发明的装置竖直悬浮于水体中。所述锚固链33上套装有拉伸弹簧31，所述拉伸弹簧31两端分别连接设备主体21底部和锚固墩28，所述拉伸弹簧31对设备主体21起到缓冲的作用。可选地，所述的锚固链33设置有2～4个。

本发明的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其具体工作过程如下：

当设备主体21内水位降低时，设备主体21外部水压大于其内部水压，拍门30开启，水体进入设备主体21内部，水位上升，同时，开启空气压缩机，进气管25处气体压力大于设备主体21内部压力，进气阀门23开启，出水阀门35关闭，空气由进气分管22进入曝气头29进行曝气，给水体充氧；

随着水位的上升，浮子20向上运动，其上方的支杆19将套管15向上顶起，所述气管13上的进气孔15进入套管14内部，进气孔15被封住；

当设备主体21内水位上升到一定高度时，其内部压力增大到与外部压力相同，拍门30关闭，停止进水，控制空气压缩机，停止进气，进气阀门23关闭，同时出水阀门35开启，设备主体21内的水由出水总管34进入到出水盘管27中，并由出水支管26流出；同时，浮子20随水位下降，气管13上的进气孔15脱离套管14，设备主体21上方的氮气等气体由进气孔15进入气管13中，经由曝气分管46进入曝气器5中进行曝气；

当设备主体21中水位下降后，重复上述过程。

Claims (9)

1.一种深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，包括设置在水库湖底的造流装置(3)，所述造流装置(3)的上方设置气体导流装置(2)，所述气体导流装置(2)的上方设置曝气装置(1)；

所述造流装置(3)包括设备主体(21)，所述设备主体(21)的底面设置有拍门(30)，所述拍门(30)两侧分别设置一曝气头(29)，所述曝气头(29)通过进气分管(22)连接进气管(25)，所述进气管(25)一端伸出设备主体(21)外接空气压缩机，所述进气管(25)上设置有进气阀门(23)；

所述设备主体(21)的底部设置有一出水总管(34)，所述出水总管(34)伸出设备主体(21)外接出水盘管(27)，所述出水盘管(27)上均布有多个出水支管(26)，所述出水总管(34)上设置有出水阀门(35)。

2.如权利要求1所述的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，所述气体导流装置(2)包括设置在设备主体(21)内部的浮子(20)，所述浮子(20)上方固设有至少一个支杆(19)和至少一根软绳(18)，所述软绳(18)上端连接套管(14)，所述套管(14)内设置有可相对于套管(14)沿竖直方向运动的气管(13)，所述气管(13)底部侧壁上设置有进气孔(15)。

3.如权利要求2所述的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，所述气管(13)下端设置有卡箍(16)，所述气管(13)下端伸入套管(14)内，且所述卡箍(16)位于套管(14)内部；所述套管(14)顶端设置有与卡箍(16)配合的挡板(44)。

4.如权利要求3所述的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，所述曝气装置(1)包括曝气盘(6)，所述曝气盘(6)上分布有曝气分管(46)，所述曝气分管(46)与所述气管(13)连接；所述曝气分管(46)上安装有多个曝气器(5)；

所述曝气盘(6)上方连接大浮球(4)，曝气盘(6)下方安装多个小浮球(11)。

5.如权利要求1至4任一所述的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，所述进气阀门(23)包括设置在进气管(25)内部的进气阀门板(42)，所述进气阀门板(42)垂直于进气管(25)轴线方向设置；

所述进气阀门板(42)连接进气阀门轴承(41)，所述进气阀门轴承(41)一端伸出进气管(25)，且安装进气阀门齿轮(24)；

所述进气管(25)的内壁上位于进气阀门板(42)的两侧分别固设一弹簧桩(40)，每个所述的弹簧桩(40)连接一定位弹簧(39)，所述定位弹簧(39)另一端与进气阀门板(42)固连；两个所述与进气阀门板(42)固连的定位弹簧(39)的端部的连线与所述进气阀门轴承(41)的轴线垂直；

所述进气管(25)的内壁上位于进气阀门板(42)的两侧均设置有多个定位桩(38)；

所述出水阀门(35)包括设置在出水总管(34)内部的出水阀门板(43)，所述出水阀门板(43)垂直于出水总管(34)轴线方向设置；所述出水总管(34)的内壁上位于出水阀门板(43)的两侧均设置有多个定位桩(38)；

所述出水阀门板(43)连接出水阀门轴承(47)，所述出水阀门轴承(47)一端伸出出水总管(34)，且安装出水阀门齿轮(36)；

所述的进气阀门齿轮(24)和出水阀门齿轮(36)均与连接齿轮(37)啮合。

6.如权利要求2、3或4所述的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，所述套管(14)底部的管壁上设置有多个排水孔(45)，所述排水孔(45)的轴线方向垂直于套管(14)的轴线方向。

7.如权利要求1至4任一所述的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，所述拍门(30)下方设置有滤网(32)。

8.如权利要求1至4任一所述的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，所述造流装置(3)的下方通过至少一个锚固链(33)安装有锚固墩(28)，所述锚固链(33)上套装有拉伸弹簧(31),所述拉伸弹簧(31)两端分别连接造流装置(3)和锚固墩(28)。

9.如权利要求5所述的深水型湖泊水库复合式造流曝气充氧装置，其特征在于，所述进气阀门板(42)与定位桩(38)之间，出水阀门板(43)与定位桩(38)之间均设置有缓冲垫(48)。