CN110668623A - 一种促进表层底层间水导流的装置及水质净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种促进表层底层间水导流的装置及水质净化方法,其包括：第一浮筒；第二浮筒，设置在第一浮筒内部，并将第一支持物内部分成第一水域以及第二水域；曝气装置，位于第二水域中，所述曝气装置的上端与第二水域连通，所述曝气装置的任意一侧穿过第二浮筒与第一水域连通，与第一水域连通的一侧设有可开启/关闭的盖板，所述曝气装置底部设有导向机构，所述第二浮筒上方设有角度可调节的导向板组件。本发明通过改变导向机构以及导向板组件的状态，可以实现同一个装置，上层水向下导流或底层水向上导流的功能切换，使得多个相同的装置能够形成一个完整上下水导流的循环系统。

Description

一种促进表层底层间水导流的装置及水质净化方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种用于水域水质恶化的治理技术，特别是涉及一种能够简单切换进行上层水与下层水导流或下层水与上层水导流的促进上下水层导流装置以及水质净化方法，适用于改善水域下层常年缺氧环境，控制底泥中磷等污染物释放或者改善水域上层富营养化状态。

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。

黑臭及富营养化的形成首先是由于大量有机质或营养盐诱发特定微生物类群大量繁殖，引发水体溶解氧的急剧下降造成的。当水体长期处于缺氧/厌氧的环境时，原本的好氧型代谢将逐步向厌氧型代谢转化。因为有机物的厌氧代谢速率远小于好氧代谢速率，水体的自净能力也将消失殆尽。此时，大量污染物与营养盐在沉积作用下形成河道的表层底泥。并且在厌氧条件下，污染物与营养盐逐渐向还原态物质转化，例如H2S、FeS等。这些还原态物质容易使河流水体产生令人不悦的色、味。

而水体内含氮磷含量过高导致藻类突然性过度增殖，容易发生蓝藻水华现象，而蓝藻水华频发，内陆江河、湖泊水体及近海水域受到严重污染，降低了水资源利用效能；大量死亡藻类释放的有毒物质、致臭物质和有机物使局部水质和空气质量严重恶化，影响了水体的生态、渔业、景观等功能，甚至威胁到饮用水的安全。

湖泊表层水体产生的藻类等有机质不断沉降至深层水体，伴随着有机质降解等耗氧过程，下层水体溶解氧含量逐步下降，从而导致深层水体处于缺氧状态。在深水湖泊中(水深一般大于10-15m)，温跃层的形成阻碍了上层水体中氧气向下转移，下部静水层缺氧情况更为严重(溶解氧＜2mg/L)。深水湖泊一旦形成严重缺氧环境，就会形成“下层水体缺氧→沉积物磷等内源污染物释放增强→湖泊初级生产力提高→下层水体缺氧加剧”的正反馈效应，湖泊水质将明显恶化，主要表现为水体富营养化加剧、有毒气体硫化氢含量超标、有害重金属含量超标等，危害水生态系统，危及饮用水安全。近年来，因下层水体缺氧所导致的突发性水质恶化事件时有发生，直接威胁着区域供水及生态环境的安全，湖泊水环境生态系统保护、综合功能修复以及水资源可持续利用俨然已成为目前我国经济建设和社会发展迫切需要解决的热点问题。

为了解决富营养化现象，目前我国在工业污水和生活污水水处理领域大量使用各种曝气设备来增加水体溶解氧；河流、湖泊、水库、池塘、人工景观水体等地表水域的生态修复和水质改善中也经常用到各种曝气设备来曝气增氧。这些普通曝气设备种类繁多，包括各种鼓风曝气设备、射流曝气设备、气浮曝气设备、各种机械曝气设备(含各种叶轮曝气设备、水车曝气设备等)。但这些传统的普通曝气设备都存在一些问题，具体如下：

各种鼓风曝气设备、射流曝气设备、气浮曝气设备等都是通过制造微气泡使气泡中的氧气转移到水中来实现曝气增氧的，由于气泡具有强烈的上浮特性，一旦从曝气设备中溢出就迅速上浮，使得被充氧水体主要局限在水体上层，而水体的深层溶解氧不易增加。如果把各种鼓风曝气设备、射流曝气设备、气浮曝气设备等安装到深水区的水底进行曝气，虽然水体底层溶解氧可以增加，但水压加大，需要安装高扬程的鼓风机，能耗加大，运行成本加大，并不经济。

各种机械曝气设备(含各种叶轮曝气设备、水车曝气设备等)是通过将表层水搅起飞溅到空中进行气液接触曝气的。曝气充氧过程也是局限在水体上层，水体的深层溶解氧不易增加。

虽然在加竖向导流板的情况下，上述传统曝气设备能在水池中形成纵向环流，将溶解氧带到池底，但这只限于在较小的曝气池内才能实现，对于面积庞大的地表水以及大型的污水处理曝气池来说，纵向环流只局限在小范围内，更广泛的深水区域不能波及到。

另外现有的曝气装置大多只是通过将表层水向下导流，来对底层水进行充氧，其循环仅仅依靠向下压缩空气的方式，其并不能很好的利用底层水。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种促进表层底层间水导流的装置及水质净化方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种促进表层底层间水导流的装置，其包括：

第一浮筒，适用于浮置于水面上，其底部设有导管；

第二浮筒，设置在第一浮筒内部，并将第一浮筒内部分成第一水域以及第二水域；

曝气装置，由第二浮筒固定设置，且位于第二水域中，所述曝气装置的上端与第二水域连通，所述曝气装置的任意一侧穿过第二浮筒与第一水域连通，与第一水域连通的一侧设有可开启/关闭的盖板，

所述曝气装置底部设有导向机构，所述导向机构具有封闭曝气装置底部的第一状态以及将曝气装置底部与导管连通的第二状态，所述第二浮筒上方设有角度可调节的导向板组件，所述导向板组件具有曝气装置工作时，隔离第一水域与第二水域的第一状态以及曝气装置工作时，将第二水域与第一水域连通的第二状态。

所述曝气装置包括第三浮筒、电机以及离心泵，离心泵与电机电连接，所述离心泵的泵叶置于第三浮筒内。

所述导管为伸缩式导管。

沿第二浮筒的周向设置紫外杀菌装置。

所述第一浮筒的出水口处设置呈水平放射状分布的圆形管路。

所述导管的底部周向设置呈水平放射状分布的圆形管路。

所述导向机构包括可开启或关闭的曝气装置的底板以及可上下滑移的密封套筒。

一种基于上述促进表层底层间水导流的装置的水质净化方法，其包括以下步骤：

1）将多个促进表层底层间水导流的装置装设与待净化水域，且其中促进表层底层间水导流的装置被设置为两种模式；

2）利用处于上往下导流模式的促进表层底层间水导流的装置将表层高溶解氧及包含蓝藻的表层水通过导管导流至底层附近，利用表层高溶解氧来填充底层水中的溶解氧含量，并且利用底层的低水温使导流的表层水中的蓝藻进入休眠期；

3）利用下往上导流模式的促进表层底层间水导流的装置将底层低温低溶解氧的底层水通过导管导流至表层附近，利用底层水的低溶解氧来降低表层水的溶解氧含量，且利用底层水的低温降低表层水的温度；

4）通过多个促进表层底层间水导流的装置实现待净化水域的水体的垂直方向上的循环，完成待净化水域的水体净化。

本发明的有益效果：通过改变导向机构以及导向板组件的状态，可以实现同一个装置，上层水向下导流或底层水向上导流的功能切换，使得多个相同的装置能够形成一个完整的上下水导流的循环系统。

附图说明

图1为本发明的下往上导流的结构示意图。

图2为本发明的上往下导流的结构示意图。

图3为第一水域与第二水域的划分示意图。

图中，1、第一浮筒；2、第二浮筒；3、曝气装置；4、第一水域；5、第二水域；6、离心泵；7、盖板；8、导向板组件；9、底板；10、导管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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作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。

本发明公开了一种促进表层底层间水导流的装置，其包括：

第一浮筒1，适用于浮置于水面上，其底部设有导管10；

第一浮筒1的上表面略微低于水面，便于表层水进入第一浮筒1，且可漂浮设置，而其底部与导管10连接，该导管10可以是伸缩式，根据水体内需要填充氧气的深度，调节导管10的长度，另外为了便于安装，该导管10与第一浮筒1底部可拆卸连接，如螺旋配合或卡箍卡接等方式固定，便于拆卸运输。

第二浮筒2，设置在第一浮筒1内部，并将第一浮筒1内部分成第一水域4以及第二水域5；

第二浮筒2通过底部与第一浮筒1相连，将第一浮筒1内的水域分成内外两个水域，即第一浮筒1与第二浮筒2之间的第一水域4以及第二浮筒2内的第二水域5；

曝气装置3，由第二浮筒2固定设置，且位于第二水域5中，所述曝气装置3的上端与第二水域5连通，所述曝气装置3的任意一侧穿过第二浮筒2与第一水域4连通，与第一水域4连通的一侧设有可开启/关闭的盖板7，

曝气装置3则被固定设置在第二浮筒2内，且其自身也具有一定的浮力，因此只需要单边支撑即可，而整个曝气装置3被设置在第二水域5中，其工作时会导致第二水域5的压强变化；

而为了使得该装置能够简单切换水传输方向，将所述曝气装置3与第二浮筒2固定连接的结果设置为管道结构，使得曝气装置3能够直接与第一水域4连接，而出于切换考虑，在与第一水域4连通的一侧设置可开启或关闭的盖板7，利用盖板7的开启与关闭切换曝气装置3与第一水域4的连通状况。

另外在所述曝气装置3底部设有导向机构，所述导向机构具有封闭曝气装置3底部的第一状态以及将曝气装置3底部与导管10连通的第二状态。

该导向机构为可开启或关闭的曝气装置3的底板9，该底板9在开启时能够将曝气装置3与第二水域5隔离，使得导管10直接与曝气装置3的第三浮筒连通。

所述导向机构也可以包括可开启或关闭的曝气装置3的底板9以及可上下滑移的密封套筒；

即曝气装置3的底部是可开启或封闭的底板9设计，可以通过底板9的打开与否，使得曝气装置3的底部是否与导管10处相连，而由于曝气装置3与导管10之间具有一定的间距，因此利用可上下滑移的密封套筒的结构，将底板9处于打开的曝气装置3的底部直接与导管10相连，并在曝气装置3底部与第二水域5隔开，从而实现了第一水域4、第二水域5以及曝气装置3的内部水域；

另外在第一浮筒1与导管10的连接处，可以设置限位件，用于对下滑的密封套筒的限位，同时也能起到一定的密封配合。

所述第二浮筒2上方设有角度可调节的导向板组件8，所述导向板组件8具有曝气装置3工作时，隔离第一水域4与第二水域5的第一状态以及曝气装置工作时，将第二水域5与第一水域4连通的第二状态。

其中导向板组件8可以是多块导向板周向排列设置，且每一个导向板均可独立角度调整，且在倾斜角度较小时通过相互之间的叠合实现第二水域5与第一水域4连通，可以利用导向板将曝气装置带动的水沿导向板导流至第一水域4。

所述曝气装置3包括第三浮筒、电机以及离心泵6，离心泵6与电机电连接，所述的泵叶置于第三浮筒内。第三浮筒的内径均大于泵叶的外径，以便于泵叶与第三浮筒形成间隙配合，该间隔使得旋转的泵叶通过搅拌第三浮筒中的水以产生向上或向下的水流。

该装置具有将表层水导流至底层的功能：

打开盖板7，使得曝气装置3与第一水域4连通，关闭底板9，使得曝气装置3内部为独立的水域，而后调整导向板组件8的位置，完全隔离第一水域4与第二水域5，两者仅仅依靠曝气装置3相连通。此时通过启动曝气装置3，利用离心泵6对第三浮筒内的水进行搅拌，产生冲击，改变第三浮筒内的压强，将第一水域4中的水吸入第三浮筒，并将其通过导管10打入至底层，利用表层水的高溶解氧去填充底层的溶解氧，同时由于吸入的水中富含大量的蓝藻，吸入的蓝藻也被打入至底层，利用底层水的低温强行使得蓝藻进入休眠状态，从而降低表层水的蓝藻含量。

经过简单切换，该装置具有将底层水导流至表层的功能：

关闭盖板7，使得曝气装置3与第一水域4隔离，打开底板9，使得导管10直接与第三浮筒连通，调整导向板组件8的角度，使得曝气装置3启动时产生的浪花会被导向板组件8导引至第一水域，此时第一水域4与第二水域5完全隔离，第三浮筒与导管10连通，启动曝气装置3，利用曝气装置3对第三浮筒内的水进行搅拌，产生冲击，使得水被导向板组件8导引至第一水域4，降低第二水域5中的压强，从而带动底层水上升，并被导引至第一水域4，利用底层水的低温以及低溶解氧，去稀释表层水的温度以及高溶解氧。

通过多个不同功能的该装置，可以实现水域中的上下水自循环，利用表层水以及底层水完成对水域的净化。

沿第二浮筒2的周向设置紫外杀菌装置，将紫外杀菌装置沿第二浮筒2的侧壁周向设置，利用紫外线降低吸入第二浮筒2的蓝藻的活性。

所述第一浮筒1的出水口处设置呈水平放射状分布的圆形管路，在表层通过水平设置的使水扩散的圆形管路，利用表层水温以及太阳能加热被导引至表层的底层水，减小底层水的密度，以抑制其再次潜入底层的现象发生，有效的利用了底层水，改善表层水水质。

所述导管10的底部周向设置呈水平放射状分布的圆形管路，利用底层水的低温对导流的表层水进行冷却，增加其比重，可促进污浊底泥的改善。

通过简单的调整，该装置可以进行两种功能切换，可以依据待净化水域的特点进行功能选择，做到因地制宜。

另外可以设置太阳能电池，用于对曝气装置提供电能，便于野外设置本装置时的电源供给。

位于底部的导管10的进水口处周向设置过滤网，为了避免下往上导流模式启动时，杂物、鱼虾或石头等物质进入该装置，对其造成损坏。

导管10周向可以设置若干喷嘴，以加强喷出的水压或调整出水流量，以达到更好的曝气效果。

此外，曝气装置3位于水面上的部分更设置有一外饰体。该外饰体可为装置艺术、或广告物、或不同的景观造型、或警示物等，使本发明的曝气装置3，除作曝气以保持池内水质外，同时兼具娱乐及广告 效果。

一种基于上述促进表层底层间水导流的装置的水质净化方法，其包括以下步骤：

1）将多个促进表层底层间水导流的装置装设与待净化水域，且其中促进表层底层间水导流的装置被设置为两种模式；

根据待净化水域的特征，选择上往下导流模式或下往上导流模式的单一模式或者两个模式，将调整好的装置置于待净化水域中，构成一个净化网络；

2）利用处于上往下导流模式的促进表层底层间水导流的装置将表层高溶解氧及包含蓝藻的表层水通过导管导流至底层附近，利用表层高溶解氧来填充底层水中的溶解氧含量，并且利用底层的低水温使导流的表层水中的蓝藻进入休眠期；

位于表层附近的池水温度较高，且随着水深往中层、底层递减，底层的淤积物由于发酵速度快，因此需要较高的生物需氧量(BOD)及化学需氧量(COD)。故可利用抽取表层附近温度较高的池水送至底层，温度较高的水往水底层移动，使底层水温高于中层水，产生对流而增加表层、中层至 底层的水循环交换，借通过水流的强制循环及水温差异形成对流的双重作用，将溶氧浓度较高的表层水送至中层、底层，以提高曝气效率。

3）利用下往上导流模式的促进表层底层间水导流的装置将底层低温低溶解氧的底层水通过导管导流至表层附近，利用底层水的低溶解氧来降低表层水的溶解氧含量，且利用底层水的低温降低表层水的温度；

4）通过多个促进表层底层间水导流的装置实现待净化水域的水体的垂直方向上的循环，完成待净化水域的水体净化。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种促进表层底层间水导流的装置，其特征在于：其包括：

第一浮筒（1），适用于浮置于水面上，其底部设有导管（10）；

第二浮筒（2），设置在第一浮筒（1）内部，并将第一浮筒（1）内部分成第一水域（4）以及第二水域（5）；

曝气装置（3），由第二浮筒（2）固定设置，且位于第二水域（5）中，所述曝气装置（3）的上端与第二水域（5）连通，所述曝气装置（3）的任意一侧穿过第二浮筒（2）与第一水域（4）连通，与第一水域（4）连通的一侧设有可开启/关闭的盖板（7），

所述曝气装置（3）底部设有导向机构，所述导向机构具有封闭曝气装置（3）底部的第一状态以及将曝气装置（3）底部与导管（10）连通的第二状态，所述第二浮筒（2）上方设有角度可调节的导向板组件（8），所述导向板组件（8）具有曝气装置（3）工作时，隔离第一水域（4）与第二水域（5）的第一状态以及曝气装置（3）工作时，将第二水域（5）与第一水域（4）连通的第二状态。

2.根据权利要求1所述的一种促进表层底层间水导流的装置，其特征在于：所述曝气装置（3）包括第三浮筒、电机以及离心泵（6），离心泵（6）与电机电连接，所述离心泵（6）的泵叶置于第三浮筒内。

3.根据权利要求1所述的一种促进表层底层间水导流的装置，其特征在于：所述导管（10）为伸缩式导管。

4.根据权利要求1所述的一种促进表层底层间水导流的装置，其特征在于：沿第二浮筒（2）的周向设置紫外杀菌装置。

5.根据权利要求1所述的一种促进表层底层间水导流的装置，其特征在于：所述第一浮筒（1）的出水口处设置呈水平放射状分布的圆形管路。

6.根据权利要求1所述的一种促进表层底层间水导流的装置，其特征在于：所述导管（10）的底部周向设置呈水平放射状分布的圆形管路。

7.根据权利要求1所述的一种促进表层底层间水导流的装置，其特征在于：所述导向机构包括可开启或关闭的曝气装置（3）的底板（9）以及可上下滑移的密封套筒。

8.一种基于上述权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的促进表层底层间水导流的装置的水质净化方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1）将多个促进表层底层间水导流的装置装设与待净化水域，且其中促进表层底层间水导流的装置被设置为两种模式；

2）利用处于上往下导流模式的促进表层底层间水导流的装置将表层高溶解氧及包含蓝藻的表层水通过导管导流至底层附近，利用表层高溶解氧来填充底层水中的溶解氧含量，并且利用底层的低水温使导流的表层水中的蓝藻进入休眠期；

3）利用下往上导流模式的促进表层底层间水导流的装置将底层低温低溶解氧的底层水通过导管导流至表层附近，利用底层水的低溶解氧来降低表层水的溶解氧含量，且利用底层水的低温降低表层水的温度；

4）通过多个促进表层底层间水导流的装置实现待净化水域的水体的垂直方向上的循环，完成待净化水域的水体净化。

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