CN110902798A - 一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置及方法，属于河道修复技术领域。所述装置主要包括水质改善箱体、负压充氧元件、潜水泵、智能控制元件、电源；通过负压充氧元件将河道内的水体都可抽至水体表层的水质改善箱体内进行充氧处理，解决了现有的曝气充氧只能在河道水底进行，需要大型空压机提供压力大的气压，造成能耗高的问题；通过将水质改善箱体内分成多个负压腔体，且在每个负压腔体上端设有负压吸套，利用多个负压吸套使对应的负压腔体内产生负压，相较于对整个水质改善箱体内产生负压，该分腔体产生的负压的效率更快，工作效率更高。

Description

一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置及方法

技术领域

本发明属于河道修复技术领域，具体涉及一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置及方法。

背景技术

随着城市化进程的加快，城市生活污染大量增加，对城市水环境保护带来巨大挑战，特别是在江南平原河网闸控水体地区，城市断头河和盲肠河道因河水长期滞留普遍存在水质污染问题，造成河道污染主要是污染源的侵入，如天然降雨、大气中的扬尘、生活垃圾的侵入，长期积累的河底淤泥及淤泥释放的有害物质。加上水体缺少必要的循环，溶解氧过低，缺少水生动、植物生存的环境，使水体逐渐失去自净能力，加上河道底泥长期未清，使底泥不断释放分解为N、P等营养盐，导致水体富营养化，水体逐渐变绿，藻类疯长，最终导致“水华”现象，产生异味，容易发黑发臭，严重影响了城市整体水环境。

通过向河道水体中充氧增加水体的溶解氧，可解决上述问题，现有的充氧式水体净化装置对水体充氧主要是对底部水体充氧，仅仅具有混合功能，不对水体充氧，且现有的充氧式原位水质改善装置容易随着水流流动方向漂浮，无法固定，若某处水流污染严重，水质改善装置却无法长时间固定在此处长时间进行水体净化，导致净化效率降低，且水质改善装置漂浮方向随机，无法定位和导航；充氧只能在河道水底进行，需要大型空压机提供压力大的气压，造成能耗高的问题，且装置处于水底时，维修困难，增加工作人员的工作量。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置及方法。

本发明的技术方案是：一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置，主要包括上端设有固定安装架且底端沿周向设有多个进水柱以及下端设有将所有进水柱包覆其中的固定圆环底座的水质改善箱体、设于所述水质改善箱体与固定安装架之间且对河道内水体进行充氧操作的负压充氧元件、用于驱动本水质改善装置在水体中移动的潜水泵、智能控制元件、为各个电气元件提供电源的电源；

水质改善箱体内部设有多个与进水柱一一对应的负压腔，每个负压腔内分别通过连接管延伸至液面上端，且位于液面上端的连接管处设有进气盘，水质改善箱体外壁对应所述负压腔位置处均匀设有多个出液口，每个所述出液口处均设有电磁阀，所述进水柱侧壁均匀设有多个进水口，所述固定圆环底座上端通过电动伸缩杆连接有伸缩电机一，固定圆环底座底端均匀设有多个固定插钩；

所述负压充氧元件包括与各个负压腔一一对应且贯穿设于所述负压腔外部上端的负压吸套、与多个负压吸套上端连接的升降安装板、通过电动伸缩杆与所述升降板上端连接的伸缩电机二；

所述智能控制元件包括设于固定安装架上端的控制器、通过无线信号与外部控制平台连接的无线通信单元、对该水质改善装置进行定位或对装置运行路线进行预设定的定位导航单元、设于各个负压腔内且对负压腔内的水体含氧量进行检测以及外部设有防水罩的氧气传感器。

进一步地，所述进水柱内部贯穿底端设有拱形腔体，所述多个进水口均匀设在所述拱形腔体侧壁，且拱形腔体侧壁内侧设有拱形过滤网，通过多个进水口均匀设在所述拱形腔体侧壁上，既能保证水体从拱形腔体内部进入水质改善箱体内的速率，又能避免对水质改善箱体进行充氧操作时，水体未及时充氧而从进水柱外壁流出的问题，安全可靠，运行稳定。

进一步地，每个所述进水口处与拱形过滤网相对侧设有单向进水阀，所述单向进水阀包括设于进水口内的卡接环，径向设于进水口处且位于卡接环外部的安装柱，相对设置在所述安装柱两端且可沿安装柱转动的两个半圆形阻挡片，所述半圆形阻挡片的半径大于所述卡接环的半径，当河道水流要进入进水口处时，将两个半圆形阻挡片冲击开进入进水柱内部，当对进水柱内部的进行充氧操作时，内部水流冲击两个半圆形阻挡片与进水口贴合，阻止内部底端为充分充氧处理的水流从进水口流出，增加充氧处理的可靠性。

进一步地，所述固定圆环底座侧壁沿周向均匀设有多个混层桨叶，且每个所述混层桨叶上设有多个通过孔，当固定圆环底座在伸缩电机一驱动下上下移动时，通过设有多个通过孔的各个混层桨叶对水体各层进行混层搅拌，破坏水体的分层，增加水体溶解氧，能够避免水体底泥不断释放分解为N、P等营养盐，使水体富营养化，严重影响了城市整体水环境。

进一步地，所述水质改善箱体上端外壁套设有漂浮圈，所述漂浮圈上设有充气口，且所述充气口内设有气嘴，通过气嘴向漂浮圈内充气，保证充气过程的气密性，增加充气效率。

进一步地，所述进气盘处均设有抽风机，且进气盘外部罩设有过滤罩，通过抽风机增加充氧速率，通过过滤罩避免外部空气中的杂质进入进气盘造成堵塞，影响充氧效率。

利用上述充氧式原位水质改善装置对河道水环境进行修复的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

(1)利用定位导航单元对本装置运行路线进行提前设定，通过气嘴连接外部充气筒，向漂浮圈内充气，然后将本装置放入待处理河道并对该河道的水质进行原位处理；

(2)当本装置放入河道中，由于漂浮圈的浮力，使装置漂浮在水面，然后，启动潜水泵，利用潜水泵将本装置驱动至需要处理的水域，启动伸缩电机一，利用伸缩电机一带动固定圆环底座上下升降，在升降的过程中，通过设有多个通过孔的各个混层桨叶对水体各层进行混层搅拌，破坏水体的分层，增加水体溶解氧，然后，关闭伸缩电机一，使多个固定插钩插接于河道底端，对装置进行固定，关闭潜水泵，启动伸缩电机二，利用伸缩电机二带动升降安装板上下升降，从而带动负压吸套在对应的负压腔上端上下压缩和展开产生负压，利用负压经河道中的水经进水柱进入水质改善箱体，当水经进水柱进入水质改善箱体的过程中，首先进入拱形腔体内，然后经拱形过滤网去除水中固体杂质，最后经多个进水口进入水质改善箱体中，此时，启动抽风机，利用抽风机增加充氧速率，通过过滤罩避免外部空气中的杂质进入进气盘造成堵塞，空气经进气盘、连接管进入负压腔内，然后进入喷气分盘、多个喷气嘴对进入连接管的空气进行分散，经过各个倾斜桨叶之间存在缝隙流出，使气体成螺旋状流出，对进入水质改善箱体的水体进行充氧操作，当氧气传感器检测到水体中的氧气量充足时，打开各个出液口处的电磁阀，水流从出液口流出即可；

(3)当某一区域内的水体充氧处理完成后，重新打开潜水泵，利用定位导航单元将本装置运行的下个区域进行导航，利用潜水泵将本装置移动至下一区域，然后重复步骤的过程即可。

更进一步地，每个所述负压腔内设有与上述连接管连接且由上至下分别设有多个喷气分盘的充氧喷气主盘，且每个喷气分盘底端均匀设有多个喷气嘴，每个所述喷气嘴处沿中心固定设有中心轴，所述中心轴处沿轴向设有多个倾斜桨叶，且各个倾斜桨叶之间存在缝隙，通过多个喷气嘴对进入连接管的空气进行分散，经过各个倾斜桨叶之间存在缝隙流出，使气体成螺旋状流出，增加空气与水体的接触面积，从而加快水体充氧速率。

本发明的有益效果是：本发明提供一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置及方法，本发明具备以下的优点：

1、本发明通过设置定位导航单元对装置的运行路线提前设定并对该装置的实时位置进行监测，方便远程控制，减少人工劳力,构建高效的水质改善装置的管理体系，提升装置的安全性、稳定性。

2、本发明通过负压充氧元件将河道内的水体都可抽至水体表层的水质改善箱体内进行充氧处理，解决了现有的曝气充氧只能在河道水底进行，需要大型空压机提供压力大的气压，造成能耗高的问题，且装置处于水底时，维修困难，增加工作人员的工作量。

3、本发明通过将水质改善箱体内分成多个负压腔体，且在每个负压腔体上端设有负压吸套，利用多个负压吸套使对应的负压腔体内产生负压，相较于对整个水质改善箱体内产生负压，该分腔体产生的负压的效率更快，工作效率更高。

4、本发明通过在每个负压腔内设置多个喷气分盘，且每个喷气分盘底端均匀设有多个喷气嘴，通过多个喷气嘴对进入连接管的空气进行分散，经过各个倾斜桨叶之间存在缝隙流出，使气体成螺旋状流出，增加空气与水体的接触面积，从而加快水体充氧速率。

5、本发明通过在进水柱内部设置拱形腔体，且拱形腔体上的进水口设有单向进水阀，通过单向进水阀既能保证河道水流进进水柱内部，又能阻止内部底端为充分充氧处理的水流从进水口流出，增加充氧处理的可靠性。

6、本发明通过设置侧壁沿周向均匀设有多个混层桨叶的固定圆环底座，在本发明的装置在水体中移动时，通过伸缩电机一驱动固定圆环底座上下移动时，通过设有各个混层桨叶对水体各层进行混层搅拌，破坏水体的分层，增加水体溶解氧，能够避免水体底泥不断释放分解为N、P等营养盐，使水体富营养化，严重影响了城市整体水环境。

附图说明

图1是本发明的外部结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是本发明的水质改善箱体的外部结构示意图；

图4是本发明的进水柱的结构示意图；

图5是本发明的单向进水阀的结构示意图；

图6是本发明的固定圆环底座的结构示意图；

图7是本发明的充氧喷气主盘的结构示意图；

图8是本发明的喷气嘴的结构示意图；

图9是本发明的漂浮圈的结构示意图；

图10是本发明的电气连接图。

其中，1-水质改善箱体、10-固定安装架、11-进水柱、110-进水口、1100-卡接环、1101-安装柱、1102-半圆形阻挡片、111-拱形腔体、1110-拱形过滤网、112-单向进水阀、12-固定圆环底座、120-伸缩电机一、121-固定插钩、122-混层桨叶、1220-通过孔、13-负压腔、130-进气盘、1300-抽风机、131-充氧喷气主盘、1301-过滤罩、1310-喷气分盘、1311-喷气嘴、1312-中心轴、14-出液口、15-漂浮圈、150-充气口、2-负压充氧元件、20-负压吸套、21-升降安装板、22-伸缩电机二、3-潜水泵、4-智能控制元件、40-控制器、41-无线通信单元、42-定位导航单元、43-氧气传感器。

具体实施方式

实施例：如图1、2所示的一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置，主要包括上端设有固定安装架10且底端沿周向设有4个进水柱11以及下端设有将所有进水柱11包覆其中的固定圆环底座12的水质改善箱体1、设于水质改善箱体1与固定安装架10之间且对河道内水体进行充氧操作的负压充氧元件2、用于驱动本水质改善装置在水体中移动的潜水泵3、智能控制元件4、为各个电气元件提供电源的电源；

水质改善箱体1内部设有4个与进水柱11一一对应的负压腔13，每个负压腔13内分别通过连接管延伸至液面上端，且位于液面上端的连接管处设有进气盘130，水质改善箱体1外壁对应负压腔13位置处均匀设有20个出液口14，每个出液口14处均设有电磁阀，如图4所示，进水柱11侧壁均匀设有15个进水口110，固定圆环底座12上端通过电动伸缩杆连接有伸缩电机一120，固定圆环底座12底端均匀设有4个固定插钩121，进水柱11内部贯穿底端设有拱形腔体111，15个进水口110均匀设在拱形腔体111侧壁，且拱形腔体111侧壁内侧设有拱形过滤网1110，通过15个进水口110均匀设在拱形腔体111侧壁上，既能保证水体从拱形腔体111内部进入水质改善箱体1内的速率，又能避免对水质改善箱体1进行充氧操作时，水体未及时充氧而从进水柱11外壁流出的问题，安全可靠，运行稳定，每个进水口110处与拱形过滤网1110相对侧设有单向进水阀112，如图5所示，单向进水阀112包括设于进水口110内的卡接环1100，径向设于进水口110处且位于卡接环1100外部的安装柱1101，相对设置在安装柱1101两端且可沿安装柱1101转动的两个半圆形阻挡片1102，半圆形阻挡片1102的半径大于卡接环1100的半径，当河道水流要进入进水口110处时，将两个半圆形阻挡片1102冲击开进入进水柱1101内部，当对进水柱1101内部的进行充氧操作时，内部水流冲击两个半圆形阻挡片1102与进水口110贴合，阻止内部底端为充分充氧处理的水流从进水口110流出，增加充氧处理的可靠性，如图6所示，固定圆环底座12侧壁沿周向均匀设有8个混层桨叶122，且每个混层桨叶122上设有8个通过孔1220，当固定圆环底座12在伸缩电机一120驱动下上下移动时，通过设有8个通过孔1220的各个混层桨叶122对水体各层进行混层搅拌，破坏水体的分层，增加水体溶解氧，能够避免水体底泥不断释放分解为N、P等营养盐，使水体富营养化，严重影响了城市整体水环境，如图7、8所示，每个负压腔13内设有与上述连接管连接且由上至下分别设有3个喷气分盘1310的充氧喷气主盘131，且每个喷气分盘1310底端均匀设有10个喷气嘴1311，每个喷气嘴1311处沿中心固定设有中心轴1312，中心轴1312处沿轴向设有4个倾斜桨叶1313，且各个倾斜桨叶1313之间存在缝隙，通过10个喷气嘴1311对进入连接管的空气进行分散，经过各个倾斜桨叶1313之间存在缝隙流出，使气体成螺旋状流出，增加空气与水体的接触面积，从而加快水体充氧速率，水质改善箱体1上端外壁套设有漂浮圈15，如图9所示，漂浮圈15上设有充气口150，且充气口150内设有气嘴，通过气嘴向漂浮圈15内充气，保证充气过程的气密性，增加充气效率，进气盘130处均设有抽风机1300，且进气盘130外部罩设有过滤罩1301，通过抽风机1300增加充氧速率，通过过滤罩1301避免外部空气中的杂质进入进气盘130造成堵塞，影响充氧效率；

如图3所示，负压充氧元件2包括与各个负压腔13一一对应且贯穿设于负压腔13外部上端的负压吸套20、与4个负压吸套20上端连接的升降安装板21、通过电动伸缩杆与升降板21上端连接的伸缩电机二22；

智能控制元件4包括设于固定安装架10上端的控制器40、通过无线信号与外部控制平台连接的无线通信单元41、对该水质改善装置进行定位或对装置运行路线进行预设定的定位导航单元42、设于各个负压腔13内且对负压腔13内的水体含氧量进行检测以及外部设有防水罩的氧气传感器43，其中，伸缩电机一120、伸缩电机二22的型号为R-FFK10VAV-08130；控制器40的型号为STM32单片机；氧气传感器43的型号为GX-4OX。

利用上述充氧式原位水质改善装置对河道水环境进行修复的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

(1)利用定位导航单元42对本装置运行路线进行提前设定，通过气嘴连接外部充气筒，向漂浮圈15内充气，然后将本装置放入待处理河道并对该河道的水质进行原位处理；

(2)当本装置放入河道中，由于漂浮圈15的浮力，使装置漂浮在水面，然后，启动潜水泵3，利用潜水泵3将本装置驱动至需要处理的水域，启动伸缩电机一120，利用伸缩电机一120带动固定圆环底座12上下升降，在升降的过程中，通过设有8个通过孔1220的各个混层桨叶122对水体各层进行混层搅拌，破坏水体的分层，增加水体溶解氧，然后，关闭伸缩电机一120，使4个固定插钩121插接于河道底端，对装置进行固定，关闭潜水泵3，启动伸缩电机二22，利用伸缩电机二22带动升降安装板21上下升降，从而带动负压吸套20在对应的负压腔13上端上下压缩和展开产生负压，利用负压经河道中的水经进水柱11进入水质改善箱体1，当水经进水柱11进入水质改善箱体1的过程中，首先进入拱形腔体111内，然后经拱形过滤网1110去除水中固体杂质，最后经15个进水口110进入水质改善箱体1中，此时，启动抽风机1300，利用抽风机1300增加充氧速率，通过过滤罩1301避免外部空气中的杂质进入进气盘130造成堵塞，空气经进气盘130、连接管进入负压腔13内，然后进入喷气分盘1310、10个喷气嘴1311对进入连接管的空气进行分散，经过各个倾斜桨叶1313之间存在缝隙流出，使气体成螺旋状流出，对进入水质改善箱体1的水体进行充氧操作，当氧气传感器43检测到水体中的氧气量充足时，打开各个出液口14处的电磁阀，水流从出液口14流出即可；

(3)当某一区域内的水体充氧处理完成后，重新打开潜水泵3，利用定位导航单元42将本装置运行的下个区域进行导航，利用潜水泵3将本装置移动至下一区域，然后重复步骤2的过程即可。

试验例

取城市周边河道水作为原水，取样量为100L，分6次重复取样，其中3组为实验组，另外3组为对照组，测定主要水质指标为：COD＝30-40mg/L，NH3-N＝15-30mg/L，TN＝10-35mg/L，TP＝5-7mg/L，利用本发明的提供充氧式原位水质改善装置对实验组的河道水进行处理，利用现有的水质改善装置对对照组的污水进行处理，3个实验组各自测定20℃、25℃、30℃水温下的污水处理情况，3个对照组同上，得到河道水净化处理效果表。

其中，表1是本发明充氧式原位水质改善装置对河道水质处理效果表：

表1：河道水质处理效果表

结论，由表1中数据可知，使用本发明的河道水质改善装置对实验组原水进行处理后，原水中各项指标含量明显低于对照组，且在水温为25℃的情况下处理，水质中各项指标含量更接近于标准指标参数含量。

Claims (7)

1.一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置，其特征在于，主要包括上端设有固定安装架(10)且底端沿周向设有多个进水柱(11)以及下端设有将所有进水柱(11)包覆其中的固定圆环底座(12)的水质改善箱体(1)、设于所述水质改善箱体(1)与固定安装架(10)之间且对河道内水体进行充氧操作的负压充氧元件(2)、用于驱动本水质改善装置在水体中移动的潜水泵(3)、智能控制元件(4)、为各个电气元件提供电源的电源；

水质改善箱体(1)内部设有多个与进水柱(11)一一对应的负压腔(13)，每个负压腔(13)内分别通过连接管延伸至液面上端，且位于液面上端的连接管处设有进气盘(130)，水质改善箱体(1)外壁对应所述负压腔(13)位置处均匀设有多个出液口(14)，每个所述出液口(14)处均设有电磁阀，所述进水柱(11)侧壁均匀设有多个进水口(110)，所述固定圆环底座(12)上端通过电动伸缩杆连接有伸缩电机一(120)，固定圆环底座(12)底端均匀设有多个固定插钩(121)；

所述负压充氧元件(2)包括与各个负压腔(13)一一对应且贯穿设于所述负压腔(13)外部上端的负压吸套(20)、与多个负压吸套(20)上端连接的升降安装板(21)、通过电动伸缩杆与所述升降板(21)上端连接的伸缩电机二(22)；

所述智能控制元件(4)包括设于固定安装架(10)上端的控制器(40)、通过无线信号与外部控制平台连接的无线通信单元(41)、对该水质改善装置进行定位或对装置运行路线进行预设定的定位导航单元(42)、设于各个负压腔(13)内且对负压腔(13)内的水体含氧量进行检测以及外部设有防水罩的氧气传感器(43)。

2.根据权利要求1所述的一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置，其特征在于，所述进水柱(11)内部贯穿底端设有拱形腔体(111)，所述多个进水口(110)均匀设在所述拱形腔体(111)侧壁，且拱形腔体(111)侧壁内侧设有拱形过滤网(1110)。

3.根据权利要求2所述的一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置，其特征在于，每个所述进水口(110)处与拱形过滤网(1110)相对侧设有单向进水阀(112)，所述单向进水阀(112)包括设于进水口(110)内的卡接环(1100)，径向设于进水口(110)处且位于卡接环(1100)外部的安装柱(1101)，相对设置在所述安装柱(1101)两端且可沿安装柱(1101)转动的两个半圆形阻挡片(1102)，所述半圆形阻挡片(1102)的半径大于所述卡接环(1100)的半径。

4.根据权利要求1所述的一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置，其特征在于，所述固定圆环底座(12)侧壁沿周向均匀设有多个混层桨叶(122)，且每个所述混层桨叶(122)上设有多个通过孔(1220)。

5.根据权利要求1所述的一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置，其特征在于，所述水质改善箱体(1)上端外壁套设有漂浮圈(15)，所述漂浮圈(15)上设有充气口(150)，且所述充气口(150)内设有气嘴。

6.根据权利要求1所述的一种河道水环境修复用的充氧式原位水质改善装置，其特征在于，所述进气盘(130)处均设有抽风机(1300)，且进气盘(130)外部罩设有过滤罩(1301)。

7.利用权利要求1至6任意一项所述的充氧式原位水质改善装置对河道水环境进行修复的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

(1)利用定位导航单元(42)对本装置运行路线进行提前设定，通过气嘴连接外部充气筒，向漂浮圈(15)内充气，然后将本装置放入待处理河道并对该河道的水质进行原位处理；

(2)当本装置放入河道中，由于漂浮圈(15)的浮力，使装置漂浮在水面，然后，启动潜水泵(3)，利用潜水泵(3)将本装置驱动至需要处理的水域，启动伸缩电机一(120)，利用伸缩电机一(120)带动固定圆环底座(12)上下升降，在升降的过程中，通过设有多个通过孔(1220)的各个混层桨叶(122)对水体各层进行混层搅拌，破坏水体的分层，增加水体溶解氧，然后，关闭伸缩电机一(120)，使多个固定插钩(121)插接于河道底端，对装置进行固定，关闭潜水泵(3)，启动伸缩电机二(22)，利用伸缩电机二(22)带动升降安装板(21)上下升降，从而带动负压吸套(20)在对应的负压腔(13)上端上下压缩和展开产生负压，利用负压经河道中的水经进水柱(11)进入水质改善箱体(1)，当水经进水柱(11)进入水质改善箱体(1)的过程中，首先进入拱形腔体(111)内，然后经拱形过滤网(1110)去除水中固体杂质，最后经多个进水口(110)进入水质改善箱体(1)中，此时，启动抽风机(1300)，利用抽风机(1300)增加充氧速率，通过过滤罩(1301)避免外部空气中的杂质进入进气盘(130)造成堵塞，空气经进气盘(130)、连接管进入负压腔(13)内，然后进入喷气分盘(1310)、多个喷气嘴(1311)对进入连接管的空气进行分散，经过各个倾斜桨叶(1313)之间存在缝隙流出，使气体成螺旋状流出，对进入水质改善箱体(1)的水体进行充氧操作，当氧气传感器(43)检测到水体中的氧气量充足时，打开各个出液口(14)处的电磁阀，水流从出液口(14)流出即可；

(3)当某一区域内的水体充氧处理完成后，重新打开潜水泵(3)，利用定位导航单元(42)将本装置运行的下个区域进行导航，利用潜水泵(3)将本装置移动至下一区域，然后重复步骤(2)的过程即可。

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