CN105417740A - 一种深水湖泊分层增氧的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深水湖泊、水库分层增氧的方法和装置，属于环保水处理技术领域。主要应用于深水湖泊、水库等水体的生态修复和水质改善。装置由一个大的侧面系列开口的容器箱、浮筒、水流上升管、侧面系列开口的水流下降管、曝气装置、潜水泵、表层水体（气体）交换口，以及岸上的气体发生装置等组成。系统为实现水体分层供氧，而又不打破水体分层，提高各层水体的溶解氧，为深水、中水、表水生物提供生境，定制供氧，在河湖生态恢复等领域有较大的发展空间。

Description

一种深水湖泊分层增氧的方法和装置

技术领域

本发明属于环保水处理技术领域，主要应用于湖泊、河流、水库、池塘、景观水体等地表水的水体复氧。

背景技术

我国的河流、湖泊、水库、池塘等地表水大都存在着严重的污染。大量的未经处理的工业污水、生活污水、农业灌溉后水直接排入江、河、湖、海，造成水体污染和富营养化的频繁发生。污染物由于比重比水大，大多沉降于水底，大量的污染物降解超过了水体的自净能力，消耗底层水体的氧气，使底层水体长期处于缺氧状态。溶解氧不足，厌氧分解产生臭气和黑液，造成水体发黑发臭。同时由于底层水体缺氧，促进了底泥内磷的释放，进一步提高了水华发生的可能性。

湖泊分层，也叫做温度分层，是由于水质量的不同，造成水体分为不同物理、化学、生物性质的多个层面，通常分为表层、中层、底层。表层水体是与水表空气交换的水体，其溶解氧量较高；中层水体是温度随水深度变化最剧烈的水体，底层水体是温度较低，溶氧量相对较少，水流速度相对较慢的水体。在不进行交换的情况下，每层水体有其自己的物理化学特性。由于湖泊分层造成的“温跃层”是指温度和密度有巨大变化的一层，是上层的表面水层与底层之间的过渡层。湖泊分成造成溶解氧、温度、密度、物理、化学性质不同的三层水体。

中国实用新型专利（ZL200920025078.3）采用的专置，将水体底部的缺氧水吸到水体顶部，与水体顶部的富氧水进行交换，但是这种打破分层的增氧方法可能增加表层水体的磷含量，也可能增加水体的混浊度，使表层水体的水质质量下降，从而造成蓝藻爆发。同时底泥由于水体流动的带动，可能造成整个水体的水质下降，也可能对水体生物的生境产生影响，比如有些深水鱼类/底栖动物适应于深层水体，而另外一些鱼类和浮游生物适应于表层水体。有些水体虽然具有较低溶解氧的底层，但是中层仍然富氧，为鱼类的聚集区，打破分层必然影响这些鱼类的生境。有时，底层溶解氧的降低不断扩大，有可能造成底层、中层、表层水体的底部同时缺氧的情况。

本发明提供了一个能为特定深度的湖泊或水库进行造流和增氧的装置。该装置利用表层水体由于植物的光合作用造的氧来补偿深层水体的氧缺失。因此，需求的能量损耗要比其他的增氧方式小。该装置特别适用深水湖泊的溶解氧需求扩大到高于“温跃层”，引起低温深水生境（鱼类、底栖动物）的损失，以及水库的高质量的水体抽取，修复适应于深层水体的生境，同时降低营养盐的内循环，减少蓝藻暴发的发生。

发明内容

该装置包括：一个容器箱，箱体内的水流上升管、水流下沉管、容器箱侧面的用于水流进出的开口，容器箱内的对应于每个水体分层的可打开或关闭的门，容器箱底部有微孔或其他形式的曝气装置，容器箱顶部可安装有的潜水泵，以及容器箱侧面的帮助调节装置在水中位置的浮力桶。

1.上述装置中，容器箱和水流上升、下沉管的材料可以是聚乙烯、聚丙烯、不锈钢、玻璃钢、铝锰合金等耐腐蚀、抗氧化、耐低温及抗紫外线的材料，容器箱形状优选为圆桶状。容器箱的大小和高度可以跟据湖泊需氧量、曝气设备的大小、湖泊底层的高度、湖泊的深度、底泥层的高度、表层、中层、底层水体的高度进行设计和调节。

2.上述装置中，水体上升管、水体下沉管的材料也可以是聚乙烯、聚丙烯、不锈钢、玻璃钢、铝锰合金等耐腐蚀、抗氧化、耐低温及抗紫外线的材料，水体上升管底部与曝气系统的曝气管（盘）相连接。水体下沉管的出水口应位于湖泊的底层，且与底泥层有一定的距离，避免搅动底泥，水体上升管一般应高于水体下沉管，从而使增氧后的水流沿重力流向底层。

3.上述装置中，容器箱的侧面对应于每个水体的分层（表层、中层、底层）至少有一个可打开或关闭的门（通道），用于容器箱内外水体的交换，水流可以从门外流入容器箱内，也可以从容器箱内排出门外，门上可装有金属网罩，防止容器箱外部水体的杂质进入箱内。

4.上述装置中，水流上升、下降管在容器箱的内侧也具有对应于每个水体分层（表层、中层、底层）至少一个可打开或关闭的门，用于调节回流水的释放层，关闭最上一道门（表层水的门），水流可以释放到表层水体的底部；打开最上一道门，关闭中层水的内门，关闭表层的外侧进出门，水流可以释放到中层；打开表层、中层的内门，关闭表层、中层的外侧进出门，水流可以释放到底层。（见实施例）

5.上述装置中，容器箱底部的曝气器可以是微孔管式曝气器，也可以是微孔盘式曝气器，也可以是其他常见的曝气装置，曝气器通过气嘴与空气输送管相连，气体发生装置（空气压缩机或氧气发生器）通过空气输送管与本装置相连，通过曝气器产生的微小气泡与周围水体充分交换后，使周围水体的含氧量上升，同时带动水体上行，再由水体下沉管回流到指定的水层。

6.上述装置中，容器箱中部上方有较大的开口，开口用金属网罩封闭，用于剩余气体排出及容器箱内的水体与表层水体交换，同时防止外来杂物污染。

7.上述装置中，容器箱外侧可装有浮筒，浮筒的数量可以是2个，也可以是4个、8个等的对称布置，浮筒中空，可以装入沙子和其他重物等，对装置在水中的深度进行微调。

8.上述装置中，容器箱顶部可以装两个或多个潜水泵，用于推动表层水体与下层水体的交换，由于表层水体多富氧，从而可以减少对容器箱底部曝气系统的依赖。

9.上述装置中，容器箱可以有锚定装置，用于将整个装置固定在水体的特定部位。

10.上述装置中，对水体进行充氧的装置可以是空气压缩机，也可以是氧气发生器等，充气装置位于岸上，使水体中无动力装置，以保证安全。由于空气中的含氧量远小于纯氧的含氧量，对于有较大需氧量的湖泊水体，可以考虑用纯氧发生器来造氧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.不打破湖泊分层：本发明采用分层增氧造流，曝气产生的增氧水以及潜水泵产生的造流水体可根据容器箱内、外侧的门的开合引导进入不同的水体层，不会打破水体的自然分层。

2.分层定制增氧造流：本发明的装置可以对底层、中层、表层水体分别进行增氧，也可对某两个水层进行增氧，或可以对三个水层同时进行增氧，灵活适应不同水体的需要。

3.高效低耗：本装置充分利用表层水体光合作用造氧，通过与容器箱底部的增氧设备协同作用，降低了对底部增氧设备的依赖；同时可针对不同水层的水体增氧需求以定制供氧，降低了能量损耗。

4.减少系统失效：本发明用金属网罩将水中的杂物与进水口分离，减少了由于水中的杂质进入装置，造成装置损坏。同时使用“双曝气/多曝气”的方式，一个曝气系统失效，而其它的系统能够连续工作。

5.成本低廉：本发明的容器箱，水流上升管／下降管等部件均可采用市场上常见的材料，构造简单，替换容易，曝气盘和空气压缩机、纯氧发生器等均可以在市场上购买到，易于批量生产，整个系统不易腐蚀，便于长期使用。

附图说明

本发明的上述优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:

图1是整个装置的结构说明，图中标记：1.容器箱2.水流上升管3.水流下降管4.侧门（通道）5.侧门金属网罩6.曝气设备7.气嘴8.浮筒9.浮筒开口10.容器箱顶金属网罩11.潜水泵12.锚定绳13.表层内侧截止门14.中层内侧截止门15.底层内侧截止门图中箭头为水流的方向。

具体实施方式

下面描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“上”，“下”，“底”，“顶”，“前”，“后”，“内”，“外”，“横”，“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有的特定方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

1.在本实施例中（见附图1），容器箱体由不锈钢制成，圆桶状，长10米，箱底圆托盘半径3.4米，即直径6.8米。容器箱体开圆口，由蜂窝状金属网封闭，半径1米，便于剩余气体排出和水体交换。容器箱体两侧根据事先测量的表层、中层、底层水体的高度，依次在容器箱对应的位置（水体底部）开0.5米（出）入水口，（出）入水口有提拉式门封闭，同时内侧可安装金属网罩。两根水流上升管、一根下沉管由同样的材料制成，上升管高9米，下沉管高8米，直径同为2.2米。对应的，在水流下沉管内侧安装单向截止门，依次为表层截止门，中层截止门和底层截止门，截止门为半圆，直径1.1米，能够分隔各个水层。三个水体运行的管件可焊接，然后固定在容器箱上。两个曝气管架由市场上常见的8根长1米管状曝气器呈辐射状排列，置于容器箱底部，管架通过统一的气嘴与空气输送管相连，空气输送管再与岸上的压缩机或氧气发生装置相连。容器箱体用聚乙烯塑料的中空浮筒作为浮体装置，浮筒直径2米，封闭，上开口，可装入沙子等重物，然后用塞子封闭，可对整个装置在水中的位置进行微调。容器箱顶部安装两部潜水泵，排水口在容器箱内。本实施例适用于底层水体的增氧，即打开表层13、中层14、底层15水体的内侧截止门，关闭表层、中层水体两侧的进（出）水门，打开底层水体的外侧进（出）水门，水体由于曝气设备的介入，水流从底层水体进入本发明的设备，从水流上升管上升，混合潜水泵抽取的富氧表层水，然后增氧后的水从水流下沉管下沉到底层，从而使底层水体增氧。

2.在本实施例中，装置的描述与实施例1相同，适用于底层水体和中层水体的增氧（见附图1）。即打开底层、中层容器箱两侧的水流进（出）门，关闭表层水体两侧的水流进（出）门，打开表层的水体内侧截止门13，45°角打开中层水体的内侧截止门14，完全打开底层内侧截止门15。水流在曝气系统的帮助下，从水流上升管上升，混合潜水泵的富氧表层水，然后增氧后的水部分流入中层水体，部分流入底层水体，从而使中层和底层水体增氧。

3.在本实施例中，装置的描述与实施例1相同，适用于表层水体下部，和中层水体、底层水体的增氧（见附图1）。即打开底层、中层、表层容器箱两侧的水流进（出）门，45°角打开表层水体的内侧截止门13，45°角打开中层水体的内侧截止门14，完全打开底层水体的内侧截止门15。曝气增氧后的水体从上升管上升，混合潜水泵的富氧表层水，然后增氧后的水部分流入表层水体的底层，部分流入中层水体的底层，部分流入底层水体的底层。从而使3层水体都增氧。

本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围内。具体的，在前述公开，附图以及权利要求的范围内，可以在零部件和（或）从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.一种适用于深水河流、湖泊分层造流增氧的方法和装置，可满足深水湖泊不同水层的需氧要求，应用于分层的水体具有表层、中层和底层，包括一个大的容器箱，容器箱内至少有一个水流上升管、一个水流下沉管；容器箱侧面有用于水流进出的开口；容器箱内的对应于每个水体分层内有至少一个可打开或关闭的门，容器箱底部有微孔或其他曝气装置，容器箱顶部可安装有潜水泵，容器箱侧面有帮助调节装置在水中位置的浮力桶。

2.根据权利要求1所述的装置，容器箱和水流上升、下沉管的材料可以是聚乙烯、聚丙烯、不锈钢、玻璃钢、铝锰合金等耐腐蚀、抗氧化、耐低温及抗紫外线的材料，容器箱形状优选为圆桶状。

3.根据权利要求1所述的装置，容器箱的侧面对应于每个的水体分层（表层、中层、底层）至少有一个可打开或关闭的门（通道），用于容器箱内外的水体的交换，门上可装有金属网罩。

4.根据权利要求1所述的装置，水流下降管在容器箱的内侧也具有对应于每个的水体分层（表层、中层、底层）至少一个可打开或关闭的门，用于调节回流水的释放位置。

5.根据权利要求1所述的装置，容器箱底部的曝气器可以是微孔管式曝气器，也可以是微孔盘式曝气器，也可以是其他常见的曝气装置，动力装置如压缩机、氧气发生器等可置于岸上。

6.根据权利要求1所述的装置，浮筒是使容器箱漂浮在湖泊中的装置，浮筒中空，可装入沙子等重物，以微调节装置在水中的深度。

7.根据权利要求1所述的装置，容器箱顶部有较宽的开口，开口上有金属网罩，便于箱体内外的水流交换及防止杂物进入。

8.根据权利要求1所述的装置，水体下沉管的开口应位于湖泊的底层，且与底泥层具有一定的距离，以避免搅起底泥。

9.根据权利要求1所述的装置，容器箱顶部可装有潜水泵，用于助流表层水体与下层水体的交换。

10.根据权利要求1所述的装置，容器箱体可使用锚定装置，使容器箱固定于水体的指定部位。