CN113332908A - 富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置 - Google Patents

Abstract

一种富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，包括有主体管和分别连接在主体管外侧两端的两个平衡水箱，主体管内中部空间设置有能够左右移动的配重钢珠，主体管内的两端对称的分别设置有用于吸引配重钢珠左右移动的左电磁铁和右电磁铁，左电磁铁和右电磁铁通过电缆连接能够使左电磁铁和右电磁铁不在同一时间对配重钢珠产生吸引力的控制电路。本发明具有构造简单、体型较小、易于运输、能量损失小、作用范围大、机动性高、掺混效率高、经济高效、能够解决水库富营养化等优点，并通过水动力扰动，在分层水体的跃温层附近进行机械混合增加垂向水动力紊动，且反复穿越温跃层能够诱导产生水体内波，更进一步缓解水体分层。

Description

富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置

技术领域

本发明涉及一种水体掺混装置。特别是涉及一种富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置。

背景技术

随着现代化进程的加快，水库、湖泊等地表水已经成为绝大多数城市的主要饮用水水源，内源污染是目前大多数水库亟需解决的水质问题之一；而富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和或者水中溶解氧过少，都对水生动物有害；同时，水体富营养化会导致水体表面生长以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解，产生大量有害气体。同时，一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，所以人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。

解决水体富营养化问题是水生态水质改善的重要一环，而对大型水库来说，水体热分层是导致水体富营养化的重要因素。水体热分层现象即水体由于受到气温变化的影响，在水体垂直方向上出现温度分布不均，进而导致溶解氧的分层。在热分层状态下，水体的能量交换和物质迁移受到抑制，使得不同水层具有不同的水环境状态，引起水库水体的水质分层甚至生态分层；同时，溶解氧分层现象的存在也会导致表面的水体溶解氧浓度较高，而底层的溶解氧浓度较低，破坏水体的生态平衡，致使水体富营养化。其形成及消散阶段改变了沉积物的营养盐释放及供给水体的强度，对水体水质形成冲击，对水库水的应用产生重要影响，其下泄水进一步影响下游河道水质和生态安全，是内源污染的主要诱因之一。因而，解决热分层水体掺混问题具有显著的理论与现实意义。

长期以来，水体热分层现象都是深水水库亟待解决的问题之一，国内外学者对此开展了大量研究。目前解决水体分层的主流方法为扬水曝气系统，通过扬水曝气器的混合、充氧作用，使下层水体溶解氧下降的趋势得到遏制。但传统扬水曝气装置仅通过单一的水力搅拌、机械混合、曝气等方式在湖泊和水库内形成一定循环水流，破坏水体分层，以促使表层富氧水体和底部缺氧水体进行混合。单一曝气充氧、机械混合技术破坏分层的能量效率均比较低下，一般在10％以下，且具有装置体积过大、运输不易、成本高昂等局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够解决水库富营养化的掺混效率高的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置。

本发明所采用的技术方案是：一种富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，包括有主体管和分别连接在所述主体管外侧两端的两个平衡水箱，所述主体管内中部空间设置有能够左右移动的配重钢珠，所述主体管内的两端对称的分别设置有用于吸引所述的配重钢珠左右移动的左电磁铁和右电磁铁，所述左电磁铁和右电磁铁通过电缆连接能够使左电磁铁和右电磁铁不在同一时间对所述的配重钢珠产生吸引力的控制电路。

所述主体管两端的端盖为密封连接，主体管内在左电磁铁和右电磁铁临近配重钢珠的一侧分别设置有缓冲弹簧。

所述主体管内沿长度方向设置有连接左电磁铁、右电磁铁和控制电路的电缆通道，对应所述的电缆通道的主体管的管壁上形成有电缆引出口，所述电缆通过电缆引出口连接外部供电电源，所述电缆引出口形成有密封防水结构。

所述主体管的管壁外侧设置有用于连接外部浮球的浮球连接环。

两个所述的平衡水箱上分别设置有用于注水的注水口。

两个所述的平衡水箱上分别设置有用于连接外部固定装置的锚连接环。

两个所述的平衡水箱与所述主体管的两端是通过卡扣或螺纹相互固定连接。

所述的控制电路包括有：一端与所述左电磁铁的一端相连接的左继电开关，所述左继电开关的另一端连接左角度控制开关的一端，以及一端与所述右电磁铁的一端相连接的右继电开关，所述右继电开关的另一端连接右角度控制开关的一端，所述左角度控制开关的另一端和右角度控制开关的另一端均通过贯穿形成在主体管的管壁上的电缆引出口的电缆连接设置在外部的电源开关的一端，所述电源开关的另一端连接外部供电电源的一端，所述左电磁铁的另一端和右电磁铁的另一端以及外部供电电源的另一端共同接地。

本发明的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，具有构造简单、体型较小、易于运输、能量损失小、作用范围大、机动性高、掺混效率高、经济高效、能够解决水库富营养化等优点，并通过水动力扰动，在分层水体的跃温层附近进行机械混合增加垂向水动力紊动，且反复穿越温跃层的设计能够诱导产生水体内波，更进一步缓解水体分层，装置的机动性有效提高、作用范围增大、掺混效率提升，大大减少人力物力的消耗，可有效促进内波效应在水库的应用。

附图说明

图1是本发明的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置的主视图；

图2是图1的A-A剖示图；

图3是本发明的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置的俯视图；

图4是图3的B-B剖示图；

图5是本发明中控制电路的电路原理图。

图中

1：主体管 2：平衡水箱

3：配重钢珠 4a：左电磁铁

4b：右电磁铁 5：缓冲弹簧

6：电缆通道 7：电缆引出口

8：浮球连接环 9：注水口

10：锚连接环 11a：左继电开关

11b：右继电开关 12a：左角度控制开关

12b：右角度控制开关 K：电源开关

E：外部供电电源

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置做出详细说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，包括有主体管1和分别连接在所述主体管1外侧两端的两个平衡水箱2，两个所述的平衡水箱2与所述主体管1的两端是通过卡扣或螺纹相互固定连接。所述主体管1内中部空间设置有能够左右移动的配重钢珠3，即配重钢珠3可以在横梁内部滚动。所述主体管1内的两端对称的分别设置有用于吸引所述的配重钢珠3左右移动的左电磁铁4a和右电磁铁4b，所述左电磁铁4a和右电磁铁4b通过电缆连接能够使左电磁铁4a和右电磁铁4b不在同一时间对所述的配重钢珠3产生吸引力的控制电路。所述主体管1内沿长度方向设置有连接左电磁铁4a、右电磁铁4b和控制电路的电缆通道6，对应所述的电缆通道6的主体管1的管壁上形成有电缆引出口7，所述电缆通过电缆引出口7连接外部供电电源，所述电缆引出口7形成有密封防水结构。

所述主体管1两端的端盖为密封连接，主体管1内在左电磁铁4a和右电磁铁4b临近配重钢珠3的一侧分别设置有缓冲弹簧5。所述主体管1的管壁外侧设置有用于连接外部浮球的浮球连接环8。浮球与主体管中部通过浮球连接环以线绳相连，作用为在水面上标定装置的位置，便于寻找。

两个所述的平衡水箱2上分别设置有用于注水的注水口9。两个所述的平衡水箱2上分别设置有用于连接外部固定装置的锚连接环10。连接锚的作用一是将本发明的装置锚固在温跃层中某一点，使之不会顺水流移动；二是限制本发明的装置在水平方向的转动。每根锚根据水库深度、装置工作深度及锚固位置计算其长度，在放锚时，尽可能将其以三角形式固定，以加强其稳定性。

如图5所示，所述的控制电路包括有：一端与所述左电磁铁4a的一端相连接的左继电开关11a，所述左继电开关11a的另一端连接左角度控制开关12a的一端，以及一端与所述右电磁铁4b的一端相连接的右继电开关11b，所述右继电开关11b的另一端连接右角度控制开关12b的一端，所述左角度控制开关12a的另一端和右角度控制开关12b的另一端均通过贯穿形成在主体管1的管壁上的电缆引出口7的电缆连接设置在外部的电源开关K的一端，所述电源开关K的另一端连接外部供电电源E的一端，所述左电磁铁4a的另一端和右电磁铁4b的另一端以及外部供电电源E的另一端共同接地。

本发明的实施例中，左角度控制开关和右角度控制开关可采用型号为BL-3645H或BL-3827或角度滚珠开关1808等；左继电开关和右继电开关可采用型号为YX202或G6CK-2114P-US-U等。

当本发明的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置一端下沉到达相应的设计工作角度时(约30°～45°)，左角度控制开关或右角度控制开关通过接通右继电开关或右继电开关给左电磁铁或右电磁铁供电，在电磁力和弹力的联合作用下，令配重钢珠移向另一端并固定，使该端的配重增加而下沉，通过配重钢珠的往复运动来使整个装置在温跃层上下搅动，从而实现在温跃层引起内波，使水体进行掺混的目的。

本发明的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置的工作原理如下：

本发明的装置入水后悬浮于水体跃温层，上面连一小型浮示平台，下两端各有三根锚链一字排开固定于水底，实心钢球配重可在中空的主体管内自由滑动。角度控制开关控制电路的通断。角度控制开关以一定检测频率实时监测本发明的装置在水中的倾角，当本发明的装置一端运行到预设最低或最高深度时，发出信号使控制电路供电，电磁铁在通电状态下产生强大的电磁吸力，以控制配重钢珠的运动状态。

本发明的装置工作时，配重钢珠到达一端时被角度控制开关感应到，控制电路做出反应启动电磁铁将配重钢珠约束住，并压缩这一端的缓冲弹簧，从而配重钢珠缓冲并积蓄一部分弹力；配重钢珠所在端下降到一定程度时，该端角度控制开关使控制电路断电，另一的角度控制开关使控制电路通电，缓冲弹簧的弹力和电磁吸引力作用使配重钢珠向装置的另一端移动，被另一端电磁铁俘获；以此达到使装置得以自动来回的目的，实现持续性的掺混。

例：夏季某水库出现严重水体热分层现象，水体垂向温度分布不均，导致底层水的溶解氧浓度较低，水体富营养化。若不加以解决，将对水库水的应用产生重要影响。因此通过本发明的装置，对在分层水体的跃温层附近进行机械混合诱导产生内波，从而缓解水体分层现象。该水库库面温水层和库下冷水层的温度差为15℃～20℃。现场实施方法如下：

第一，施工前进行岸上测量分析预设，利用温度传感器垂向多点测量，确认水库深度及温跃层位置，确定锚绳长度，做好施工前准备。

第二，主体管、电磁铁和平衡水箱从加工厂直接运输到施工现场，进行现场装配。注意事项：(1)调节两端平衡水箱注水量，使其达到设计使装置整体恰好悬浮水中的重量，并在注水后对装置进行止水操作。(2)平衡水箱两端固定三根已计算长度并测量核验完毕的锚绳，校验好控制电路，用船将装置运送到水库中央，缓慢放下，使装置刚没入水中，此时放锚。(3)抛锚时三只锚的位置按一条直线排开，以此来固定装置。(4)装置安装完毕后，利用水中传感器监控装置的运动直至稳定。

Claims (8)

1.一种富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，其特征在于，包括有主体管(1)和分别连接在所述主体管(1)外侧两端的两个平衡水箱(2)，所述主体管(1)内中部空间设置有能够左右移动的配重钢珠(3)，所述主体管(1)内的两端对称的分别设置有用于吸引所述的配重钢珠(3)左右移动的左电磁铁(4a)和右电磁铁(4b)，所述左电磁铁(4a)和右电磁铁(4b)通过电缆连接能够使左电磁铁(4a)和右电磁铁(4b)不在同一时间对所述的配重钢珠(3)产生吸引力的控制电路。

2.根据权利要求1所述的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，其特征在于，所述主体管(1)两端的端盖为密封连接，主体管(1)内在左电磁铁(4a)和右电磁铁(4b)临近配重钢珠(3)的一侧分别设置有缓冲弹簧(5)。

3.根据权利要求1所述的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，其特征在于，所述主体管(1)内沿长度方向设置有连接左电磁铁(4a)、右电磁铁(4b)和控制电路的电缆通道(6)，对应所述的电缆通道(6)的主体管(1)的管壁上形成有电缆引出口(7)，所述电缆通过电缆引出口(7)连接外部供电电源，所述电缆引出口(7)形成有密封防水结构。

4.根据权利要求1所述的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，其特征在于，所述主体管(1)的管壁外侧设置有用于连接外部浮球的浮球连接环(8)。

5.根据权利要求1所述的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，其特征在于，两个所述的平衡水箱(2)上分别设置有用于注水的注水口(9)。

6.根据权利要求1所述的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，其特征在于，两个所述的平衡水箱(2)上分别设置有用于连接外部固定装置的锚连接环(10)。

7.根据权利要求1所述的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，其特征在于，两个所述的平衡水箱(2)与所述主体管(1)的两端是通过卡扣或螺纹相互固定连接。

8.根据权利要求1所述的富营养化水温分层水库水质提升的垂向水体掺混装置，其特征在于，所述的控制电路包括有：一端与所述左电磁铁(4a)的一端相连接的左继电开关(11a)，所述左继电开关(11a)的另一端连接左角度控制开关(12a)的一端，以及一端与所述右电磁铁(4b)的一端相连接的右继电开关(11b)，所述右继电开关(11b)的另一端连接右角度控制开关(12b)的一端，所述左角度控制开关(12a)的另一端和右角度控制开关(12b)的另一端均通过贯穿形成在主体管(1)的管壁上的电缆引出口(7)的电缆连接设置在外部的电源开关(K)的一端，所述电源开关(K)的另一端连接外部供电电源(E)的一端，所述左电磁铁(4a)的另一端和右电磁铁(4b)的另一端以及外部供电电源(E)的另一端共同接地。

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