CN1323040C - 多功能扬水曝气器 - Google Patents

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Abstract

本发明展示了一种高效的水体混合、充氧装置。该装置主要由中心上升筒、曝气室、气室、空气释放管组成。中心上升筒为一段圆管,能自动根据水位调节长度,在其下端的外侧,由同心的大直径管壁与其围成了曝气室和气室。在曝气室下方进口处安装有穿孔的空气释放管。压缩空气经空气释放管进入曝气室充氧,尾气进入气室,气室充满后,气体集中向中心上升筒释放,形成大气泡,推动中心上升筒水流向上流动。多功能扬水曝气器由浮子悬浮,竖直安装于水中,底部由锚固墩锚固。该多功能扬水曝气器可用于混合水库、湖泊的上下水层,抑制藻类生长;给底部水体充氧,改善底部水生生态环境,抑制底泥中磷、氨氮、铁、锰等物质向水中溶解扩散。

Description

多功能扬水曝气器
所属技术领域
本发明涉及一种水力混合曝气装置,特别适用于混合由于水深大而水力分层的水库水和湖泊水,并向水中补充氧气。
背景技术
水库和湖泊水体的容量大、水深大、流动性小,由此带来一些负面的影响。由于流动性小,使许多有机质、氮、磷等营养物质在水库和湖泊沉积聚集,给藻类等浮游植物提供了充足的营养,同时由于水的流动性小,使藻类能稳定地停留在表层水中,接受充足的光照而大量繁殖,带来了水体富营养化问题,影响了水质。由于水深大、流动性小,容易形成水体分层现象,即在夏季,温度高而密度轻的水体稳定分布在上层,温度低密度大的水体下沉到库(湖)底;冬季则相反,温度特别低(小于4℃)密度轻的水体分布于水体上层,温度较高(接近4℃)密度大的水体下沉到库(湖)底,造成上下层水体间相对静止。这会使下层水体溶解氧减少,处于缺氧状态,使水生生态环境恶化,底泥中氮、磷、铁、锰等物质向水体溶解释放,使水质恶化。有资料介绍,国外有一种“扬水筒”装置,利用压缩空气混合上下水层,但该装置本身不具备水位自动调节和充氧功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种能充氧和扬水混合的曝气装置,该装置能将表层水与底层水充分混合,同时向水体充氧。它能自动调节自身长度,以适应水位的变化。
本发明解决上述问题的设想是:在水库(湖泊)中竖直安装一个直筒体,筒体进口接近水库(湖泊)底,出口接近水面。为适应水位的变化,该直筒体分为上下独立的两节,两节为套筒式连接,下一节位置固定,上一节能随水位涨落而上下浮动,从而调节整个直筒的长度。在简体的下端附带一个曝气室和一个气室,曝气室中充满水,将压缩空气以小气泡的形式连续通入曝气室下部,气泡在曝气室上升的过程中与水接触,将氧气溶解到水中。气室位于曝气室的上部,为一半封闭腔室,收集来自曝气室的气泡,当气室充满空气后,气室中的气体在瞬间向直简体释放,形成一个大的气弹,并迅速上浮,推动筒体中水体向上流动,从而使底层水流向表面,表层水被向下抽吸,形成上下层水体间的循环交换,达到混合上下水层的目的。
解决上述问题的技术方案是:所提供的多功能扬水曝气器为圆筒形结构,由上升筒、曝气室、气室、空气释放管、浮子、锚固墩等组成。所说的上升筒为一段直管道,进口为喇叭形,出口为蘑菇形,出口能将自下向上流动的水流导向水平方向,使水流向四周扩散。上升筒为相对独立的上下两节,上一节直径比下一节稍大,且能套在下一节的外面,相互间能相对滑动,当滑动到平衡位置时由定位插销自动定位。所说的曝气室和气室为一环形空间,是在上升筒下段的外面外包一段直径更大的直筒,内外直筒间围成一个环形空间,下部开口,上部由顶板封闭。该环形空间的下半段为曝气室,上半段为气室。气室的环形空间又被环形水封板和溢流板分隔成三层环形空间,水封板在内,溢流板在外。三层环形空间由外向内依次为储气室、水封室和出气狭缝,三室依次相通。气室和曝气室的内壁上均开有孔洞与上升筒相通。所说的空气释放管为一圆环形管道,位于曝气室的下方进口处,该管道向上的一侧开设一排2mm直径的小孔。所说的浮子为合成树脂或浮筒等能在水中漂浮的物体,用于提供浮力,保证多功能扬水曝气器竖直悬浮与水中,浮子可直接捆绑固定于上升筒上。所说的锚固墩为一重物,沉于水库(湖泊)底,用于锚固多功能扬水曝气器。
多功能扬水曝气器的运行方式是:压缩空气通入空气释放管后,从管道上的小孔向水中释放,气泡上升经过曝气室,此过程中,气泡中的氧气溶解扩散到水中。气泡上升时能带动水流向上流动,该部分充氧水流经过曝气室上端内壁上的孔洞进入上升筒,上升到水面。充氧后的尾气泡直接上升进入储气室,储气室收集了来自曝气室的气泡,气量逐步积累,排挤出水体,迫使其中水面不断下降。当水封室中的水面下降到水封板下沿时,储气室中的气体通过水封室在瞬间翻过水封板,进入出气狭缝,由出气狭缝顶部内壁上的孔洞进入上升筒,排气后的储气室空间由曝气室中的水来填充。进入上升筒的气体结合成一个大的气弹,堵塞了上升筒整个横断面,并迅速上浮,形成了上升的活塞流,推动上升筒中的水体加速上升,直至气弹冲出上升筒出口。随后,上升筒中的水流在惯性作用下降速上升,直至下一个气弹形成。上升筒下一节固定在锚固墩上,位置相对固定,上一节浮于水中,顶面与水面持平。当水位下降时,在重力作用下,位于上一节上升筒下端的定位插销被压缩,上一节上升筒沿下一节上升筒向下滑动。当滑到平衡位置时,插销弹出,插进下一节筒体的滑槽内,保持上下筒体的相对固定,否则,在脉动的上升水流推动下,上一节筒体会不停地上下往复运动,影响正常使用。当水位涨高,上升筒的淹没深度加大,定位插销在水压作用下回缩,上一节筒体在浮力作用下上浮,上升筒伸长。当上升至水面时,插销处水压减小,插销弹出,两节上升筒又处于锁住状态。当上升筒伸长到最大长度时,相互间通过挂钩拉结,保证上下节不脱节。
本发明的有益效果是:
由于本发明在底部高水压、低含氧量的位置设置了曝气室,充氧效率高。上升筒设计成可伸缩结构,可自动调节自生长度,以适应水位变化,始终将出水输送到表层,混合充分。充氧后的余气以集中、间歇方式释放,形成活塞流,提水效率高。本发明解决了扬水曝气器随水位变化的自动调节问题,而且将充氧和扬水混合有机地结合在一起,实现了两大功能的统一,混合了上下水层,破坏了藻类的漂浮状态,迫使其向深水迁移,抑制其生长;给底部水体充氧,改变了缺氧环境,改善底部水生生态环境,抑制了底泥中磷、氨氮、铁、锰等物质向水中溶解扩散,稳定了水质。
附图说明
附图1是本发明一个实施例的结构图。
附图2是本实施例中上下节上升筒的连接定位结构图。
附图3是国际上类似设备“扬水筒”的结构图。
具体实施方式
如附图1所示:上升筒6、15、17为刚性直筒,下部进口41为喇叭状,上部出口42为蘑菇状,蘑菇出口的顶盖20由4块固定板18固定在底板19上。上升筒17套在上升筒15的外面,相互间能上下滑动。下部上升筒15的顶端有上导向密封圈30,上部上升筒17的底端有下导向密封圈29。上部上升筒17下端的外侧安装有两个定位插销箱16,左右对称布置。下部上升筒15的外侧有水密仓27、28,上部上升筒17的顶端设有水密仓32,水密仓用于提供浮力,保持多功能扬水曝气器悬浮于水中。上升筒可分段制作,用法兰10、13、14连接。下段上升筒6的外围有直径更大的直筒5,大小直筒由固定板7连接固定,围成了曝气室21和储气室23,储气室由顶板12封闭。顶板12下固定有水封板11,下段上升筒6上固定有溢流板9,水封板11和溢流板9围成了水封室25和出气狭缝24。出气狭缝24的顶端内壁上开有环向缝隙26,曝气室的内壁上开有孔洞22,孔洞的外面设有裙摆状挡板8,阻止曝气室21中的气泡直接进入上升筒6。曝气室21的下方进口处安装有环形空气释放管4,其上表面开有2mm直径的小孔。空气释放管4上连接有压缩空气管3。上升筒6由锚固链2固定在混凝土锚固墩1上。
附图2所示:下部上升筒15的顶端有上导向密封圈30,上部上升筒17的底端有下导向密封圈29,导向密封圈为橡胶材料。上部上升筒17下端的外侧安装有两个定位插销箱16,左右对称布置。下部上升筒15筒壁上与定位插销箱16对应位置处设有插销滑槽33,滑槽33内有一系列滚轮34,滚轮34能绕其中心轴滚动。插销箱16由气腔36和插销滑道39组成,均为圆柱形,两者用螺栓43固定,其间垫有弹性橡胶膜37。气腔36为密闭空间。滑道39内有插销35和两个环向滚动轴承38。插销35为圆柱形,根部固定在橡胶膜37上,端部削成锐三角斜面,斜面在下。在正常状态下,插销35端部伸入插销滑槽33内任意两滚轮34之间。
运行时,压缩空气经供气管3进入空气释放管4,并向曝气室21释放小气泡,气泡继续上升进入储气室23及水封室25。气泡上升时带动的水流绕过裙摆状挡板8,经孔洞26进入上升筒6内。随着气泡的积累,储气室23及水封室25的水位不断下降,当水位下降到水封板11的下沿时,气体在瞬间翻过水封板11,经出气狭缝24和环向缝隙26进入上升筒15。气体在上升筒15中很快聚拢成一个大的气泡40,充满了上升筒15的整个横断面,并形成上升的活塞流。上升水流经蘑菇状出口导向水平方向扩散。此运行过程中,曝气室中上升的充氧水流连续进入上升筒6,而气室中的气体是间歇式进入上升筒15,并形成活塞流。上升筒17由水密仓30提供浮力漂浮在水中,顶部基本与水面持平,此时插销35端部伸入插销滑槽33内任意两滚轮34之间。当水位下降时,顶部上升筒17下降,插销35的锐角斜面被其下的滚轮34挤压,插销35被挤入滑道39内,顶部上升筒17得以顺利下降。当水位上升时,橡胶膜37处水压加大,橡胶膜37被水压压向气腔36内(如图中虚线所示),从而拉回插销35,顶部上升筒17在浮力作用上浮。当上升筒伸长到最大长度时,上下导向密封圈29、30挂住,保证上下节上升筒不脱节。
附图3所示为国际上类似设备“扬水筒”的结构图。在上升筒15的下部外侧设置有气室44,顶部设有浮室45,下部锚固在锚固墩1上,供气管3将空气直接送入气室44中。与本发明的相似处是:均设置有能产生气弹的气室44。本发明与之相比,主要创新点在于:在气室下部增设了曝气室21,并在曝气室进口处设置穿孔管4布气,在曝气室中产生小气泡,将氧气溶解到水中,溶氧水流通过孔洞26进入上升筒6内;将上升筒设计成能相互滑动的两节,能自动调节上升筒长度以适应水位的变化,尽可能将下层水体提升到表层,上下节上升筒间采用定位插销16自动定位。

Claims (2)

1、一种多功能扬水曝气器,包括上升筒(15、17)、曝气室(21)、气室(23)、空气释放管(4),其特征是所说的上升筒为直筒状,由上下套接的两节直筒组成,两节间采用套筒式连接,上一节上升筒(17)直径大于下一节上升筒(15),并套在下一节上升筒(15)外面,两段上升筒间有插销箱(16)定位;所说的曝气室和气室为半封闭环形空间,位于上升筒下端的外侧四周,曝气室在下,气室在上,两室相通,曝气室下端开口,气室顶端封闭,气室和曝气室与上升筒间有孔洞相通,空气释放管(4)为环形穿孔管,位于曝气室下端开口处;所说的插销箱(16)的插销(35)固定在弹性膜(37)上,而弹性膜(37)的一侧临水,另一侧为密闭的气腔(36),插销(35)在滑道(39)内滑动,滑道内安装有滚动轴承(38),在下一节上升筒的外壁上开有滑槽(33)与插销(35)对应,滑槽(33)内有一系列滚轮(34)。
2、如权利要求1所说的扬水曝气器,其特征是在上升筒的外侧和顶部设置水密仓(27、28、32)。
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