CN110526407B - 一种脉冲配水装置 - Google Patents

Abstract

本发明保护一种脉冲式配水装置，包括配水箱和管式自动进出水器。管式自动进出水器包括进水管、软管、出水管和挡水结构。出水管设于配水箱底部，开孔穿出；进水管通过软管与出水管，重力小于或等于其所受的浮力。挡水结构设置在进水管中，可随进水管位置变化而开闭。在一个存水期内，进水管随箱内液面上升而上浮，当上浮至最高高度，挡水结构闭合，液面高过进水管的前端管口，流入进水管进行短暂存水，使得进水管自重增加而开始下沉，挡水结构开启，当进水管下沉至配水箱底部，液面低于进水管的管口，完成一个排水期，如此循环，形成脉冲式配水。本发明结构简单，效率高，性能稳定，可实现水力自动调节，调节人工湿地进水流量、控制进水周期。

Description

一种脉冲配水装置

技术领域

本发明属于水污染处理装置技术领域，具体是水污染处理的配水技术。

背景技术

随着农村生活水平的不断提高，农村生活污水的排放量也逐渐增加。针对农村住户分散，农村生活污水排放分散、水量和水质波动大、水质污染严重（尤其是农村厕所污水）等特点，人工湿地等分散式农村生活污水处理技术因其造价和运行费用低、运行管理方面、净化效果好等优点而广泛应用。这些技术的应用过程中，进水的周期性和稳定性很大程度上决定了处理设施的污染负荷和处理效果。

利用脉冲配水的间歇进水方式，不但能够克服农村生活污水水量和水质波动大的缺点，并且人工湿地单元配合间隙式运行模式，在排水期空气随着湿地内水位下降通过通气管进入基质层，形成好氧基质环境，提高人工湿地处理效果。现有脉冲配水装置一般是采用复杂的液位传感装置及电磁控制阀门控制，利用水泵或闸门等动力装置，通过人工操作或程序远程控制进行周期性配水，通常系统比较复杂，这样就导致了故障率高，维修管理困难，不适用农村生活污水处理。也有部分虹吸式脉冲配水系统，虽然没有复杂的液位传感装置及电磁控制阀门控制，但是在进水为小流量的情况下往往产生连续的溢流而不能形成虹吸，从而失去脉冲配水的功能，不能稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械式的脉冲式配水装置，结构简单、安全稳定、无须复杂的液位传感装置及电磁控制阀门控制、不受进水流量影响、无须人工操作即可实现周期性进水，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种脉冲式配水装置，包括配水箱和装于箱内的管式自动进出水器；所述配水箱设有进水口。所述管式自动进出水器包括进水管、软管、出水管和可开闭挡水结构。所述出水管设于配水箱底部，从配水箱底部的开孔穿出。所述进水管通过软管与出水管，为自由可移动状态，所述进水管的重力小于或等于其所受的浮力，进水管上浮的最高高度受软管限制，其上浮的最高高度低于配水箱进水的最高水位。所述可开闭挡水结构设置在进水管中，可随进水管位置变化而开闭。在配水箱一个存水期内，进水管随箱内液面上升而上浮，当上浮至最高高度后，液面高过进水管的管口，挡水结构闭合，箱内水开始流入进水管，在进水管前部形成存水空间，进行短暂存水，使得进水管自重增加而开始下沉，挡水结构开启，污水即通过进水管、软管和出水管排出配水装置，当进水管下沉至配水箱底部，液面低于进水管的管口，完成一个排水期，进水管又开始随液位上浮，开始下一个存水期，如此循环，形成脉冲式配水。

作为本发明进一步的方案，所述可开闭挡水结构包括挡板和限位器。以进水管水平状态为基准，所述挡板下端为挡水部，上端与进水管的内壁上侧连接，并保证能够前后自由转动。限位器固定在进水管内壁下侧，并位于挡板后方，朝挡板方向倾斜，与挡板配合形成一定的存水空间。在进水管进水初期，进水管处于斜向上漂浮状态，挡板受自身重力作用是向后倾斜的，挡板的挡水部周边和限位器贴合，即挡水结构关闭，短暂阻断进水流向出水管，开始短暂存水。进水管因存水增加重量，开始下沉，使进水超过挡水部高度，流向出水管，装置开始排水，存水状态结束。同时在进水管下沉过程中，挡板受自身重力作用，逐渐由倾斜状态变成垂直状态，与限位器脱开，挡水结构开启，迅速排水；在进水管下沉至水平状态后，液面低于进水管的管口，完成一个排水期。

作为本发明进一步的方案：所述限位器具有与挡板闭合时倾角相同角度的倾角，以保证在水箱达到最高水位时，挡板与限位器贴合，形成短暂的存水空间。

优选地，所述挡板和限位器闭合时，相对于进水管管壁的倾角为60～80度。

作为本发明进一步的方案，所述进水管为弯管结构，其进口向上弯折，弯折角度为110～150度，在箱体中水位达到最高时，液面与进水前端管口基本平齐，实现快速进水。

优选地，所述挡板在进水管的进口弯折处之后5～10cm处。

优选地，所述进水管的管径大于进水管软管和出水管的管径，管径比例为2:1～3:1。

本发明中，所述软管为波纹管，能够保证进水管顺利上浮至低于液面上升的最高水位的位置。

本发明中，所述管式自动进水器的长度和进水管的进口弯折角度决定脉冲进水的周期。

本发明的工作原理是：污染原水进入脉冲配水装置的配水箱，管式自动进水器随液面上升，当水位达一定高度后在管式自动进水器内完成进水、短暂存水、排水过程，管式自动进水器再次随水位下降沉至箱底，实现调节污水进水量波动。具体是，在存水期，管式自动进水器随着配水装置内液面上升而上浮，当液面上升至最高水位时，污水通过进水弯管流入装置，使得管式自动进水器自重增加，此时浮力与重力的平衡被打破，管式自动进水器开始快速下沉，污水便通过软管不断排出；当管式自动进水器沉至底部，配水装置内液面下降至最低水位，此时排水期结束，下一个存水周期开始。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明用在人工湿地系统中，利用浮力进行机械式脉冲配水的结构，实现了将连续性进水转化为周期性进水的目的。本发明利用装置本身浮力以及巧妙设置挡水结构，可实现水力自动调节，调节人工湿地进水流量、控制进水周期，其结构简单，整体效率高，不需要动力，性能稳定，无需人工操作就可实现周期性配水，并且也便于模块化设计及安装，低能耗、低成本、占地小，基本无日常管理。

附图说明

图1是本发明脉冲式配水装置的结构图（液位最低状态）；

图2是本发明脉冲式配水装置的结构图（液位最高状态）；

图中，1为配水箱；2为进水口；3为进水管；4为软管；5为出水管；6为挡板；7为限位器。

具体实施方式

下面将结合附图和本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，本实施例中，脉冲式配水装置包括配水箱1和装于箱内的管式自动进出水器。配水箱1上设有配水箱进水口2，用于接入污水，如农村化粪池的污水。

管式自动进水器包括依次连接的进水管3、波纹软管4和出水管5。

出水管5设于配水箱底部，从配水箱底部的开孔穿出箱体，开孔处保证密封。出水管5最佳的位置是水平或接近于水平设置，便于顺利排水。

进水管3和出水管5之间通过波纹软管4连接，这样可以保证进水管3在受到水的浮力时自由移动。并且软管4能够保证进水管顺利上浮至低于液面上升的最高水位的位置。

进水管3总体的重力要设计得小于水的浮力，两者差值约为进水管3短暂存水时，水的重力的75%～90%，以保证在存水期时，进水管具有足够的浮力能够上浮，同时实现存水周期结束后，具有足够的重量能够迅速沉到进水箱底端。但是进水管上浮的最高高度要受软管延伸的长度限制，应设计为其上浮的最高高度低于配水箱进水的最高水位，这样，在配水箱一个存水期内，开始时，进水管会随箱内液面上升而上浮，当上浮至最高高度后，液面会逐渐高于进水管，参见图2，箱内污水就开始流入进水管，使得进水管自重增加，从而下沉至配水箱底部。

进水管3中设有由挡板6和限流器7组成的挡水结构，在挡水结构关闭时，实现短暂存水，使进水管力矩大于浮力力矩，进而下沉。以进水管水平状态为基准，挡板6上端与进水管3的内壁上侧可转动连接，能够自由地前后翻转，实现开启关闭。挡板6下端为挡水部，用于关闭时，在进水管前部短暂存一部分水。限位器7固定在进水管3内壁下侧，并位于挡板6后方（沿水流的方向），朝挡板6方向倾斜，倾角最好为60～80度。当挡板6向后翻转，挡水部与限位器7接触后，相互配合即挡水结构就形成闭合关系。

对于挡板6在进水管3内壁上的可转动连接形式可以是本领域技术人员都知道的铰链连接、转动销连接等各种形式。对于下端为挡水部，其是整个进水管截面形状的一部分，可以随截面形状，是半圆形、方形等形状。只要满足在与限位器结合后局部阻断进行管部分通道即可。

挡水结构的工作方式为：在进水管3进水初期，进水管3处于斜向上漂浮状态，挡板6受自身重力作用向后倾斜一定角度，挡板6的挡水部周边和限位器7贴合，即挡水结构关闭，短暂阻断进水流向出水管，开始短暂存水。当进水管3因存水增加重量，开始迅速下沉，同时进水也超过挡水部的高度，流向出水管，装置开始排水，存水状态结束。在进水管3下沉过程中，挡板6受自身重力作用，逐渐由倾斜状态变成垂直状态，与限位器7脱开，在进水管3下沉至水平状态即到配水箱底部后，液面低于进水管3的管口，完成一个排水期。

在本发明进一步实施例中，所述进水管5前端最好设计为弯管结构，其进口向上弯折，弯折角度为110～150度，该结构能更好地保证在配水相中水位达到最高时，液面与进水管口基本平齐。

在本发明进一步实施例中，所述进水管5的管径也要设计得大于进水管软管4和出水管5的管径，最好比例为2:1～3:1，这样更容易适配软管，同时增大出水的流速，满足后续处理过程中布水系统的流速需求。

另外，管式自动进水器的长度和进水管3的角度决定脉冲进水的周期。

本发明的工作过程：来自上游处理单元（如化粪池）的污水进入脉冲配水箱1，存水期管式自动进水器会随着配水箱内液面上升而上浮，浮力主要通过大管径的进水弯管3给装置提供，管式自动进水器自身重力与浮力维持平衡，随水位升高而上升。当水位达一定高度后，在管式自动进水装置内完成进水、短暂存水、排水过程，管式自动进水器再次随水位下降沉至箱底，实现调节污水进水量波动。存水期管式自动进水装置随着配水装置内液面上升而上浮，当液面上升至最高水位时，装置因结构以及自重约束（同上）不再上浮，箱内污水通过进水弯管流入装置，使装置自重增加，此时浮力与重力产生的力矩平衡被打破，装置开始快速下沉，污水便通过软管不断排出；当装置沉至底部，配水装置内液面下降至最低水位，此时排水期结束，下一个存水周期开始。如此实现了配水箱1中的连续进水转换为脉冲式周期性配水的功能。

对于本领域的技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，并且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明说的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种脉冲式配水装置，包括配水箱（1）和装于配水箱内的管式自动进出水器；所述配水箱设进水口（2）；其特征在于，所述管式自动进出水器包括进水管（3）、软管（4）、出水管（5）和可开闭挡水结构；所述出水管（5）设于配水箱底部，从配水箱底部的开孔穿出；软管（4）的两端分别连接所述进水管（3）与出水管（5），进水管（3）能够自由移动，所述进水管的重力小于其所受的浮力，进水管受软管限制，其上浮的最高高度低于配水箱进水的最高水位；所述可开闭挡水结构设置在进水管（3）中，可随进水管（3）位置变化而开闭；在配水箱一个存水期内，进水管随配水箱内液面上升而上浮，当上浮至最高高度，挡水结构闭合，液面高过进水管（3）的管口，配水箱内水开始流入进水管，在进水管（3）前部形成存水空间，进行短暂存水，使得进水管自重增加而开始下沉，挡水结构开启，污水即通过进水管（3）、软管（4）和出水管（5）排出配水装置，当进水管下沉至配水箱底部，液面低于进水管（3）的管口，完成一个排水期，进水管又开始随液位上浮，开始下一个存水期，如此循环，形成脉冲式配水；

所述可开闭挡水结构包括挡板（6）和限位器（7）；所述挡板（6）下端为挡水部，上端与进水管（3）的内壁上侧连接，并能够在没有限位器（7）的情况下自由来回翻转；所述限位器（7）固定在进水管（3）内壁下侧，并位于挡板（6）后方，朝挡板（6）方向倾斜，与挡板（6）的挡水部配合；在进水管（3）进水初期，进水管（3）处于斜向上漂浮状态，挡板（6）受自身重力作用向后倾斜一定角度，挡水部周边和限位器（7）贴合，即挡水结构关闭，短暂阻断进水流向出水管，开始短暂存水；进水管（3）因存水增加重量，开始下沉，进水超过挡水部高度，存水状态结束；在进水管（3）下沉过程中，挡板（6）受自身重力作用，逐渐由倾斜状态变成垂直状态，与限位器（7）脱开，即挡水结构打开，快速排水，在进水管（3）下沉至接近水平状态后，液面低于进水管（3）的管口，完成一个排水期。

2.根据权利要求1所述的脉冲式配水装置，其特征在于，所述挡板（6）和限位器（7）闭合时，相对于进水管（3）管壁的倾角为60～80度。

3.根据权利要求1或2所述的脉冲式配水装置，其特征在于，所述进水管为弯管结构，其进口向上弯折，弯折角度为110～150度，在配水箱体中水位达到最高时，液面与进水前端管口平齐，实现快速进水。

4.根据权利要求3所述的脉冲式配水装置，其特征在于，所述挡板（6）设在进水管（3）的进口弯折处之后5～10cm处。

5.根据权利要求4所述的脉冲式配水装置，其特征在于，所述进水管的管径大于软管（4）和出水管（5）的管径，管径比例为2:1～3:1。

6.根据权利要求4所述的脉冲式配水装置，其特征在于，所述软管（4）为波纹管，能够保证进水管（3）顺利上浮至低于液面上升的最高水位的位置。

7.根据权利要求4所述的脉冲式配水装置，其特征在于，所述管式自动进出水器的长度和进水管（3）的进口弯折角度决定脉冲进水的周期。

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