CN203360212U

CN203360212U - 一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统

Info

Publication number: CN203360212U
Application number: CN 201320433137
Authority: CN
Inventors: 李檬; 邓国际; 李阳; 于海明; 孙井梅
Original assignee: TIANJIN MACHINERY EQUIPMENT COMPLETE SET BUREAU; Tianjin University
Current assignee: TIANJIN MACHINERY EQUIPMENT COMPLETE SET BUREAU; Tianjin University
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2023-07-18

Abstract

本实用新型公开了一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统，通过电场作用强化了水力旋流器的运行效果，能够有效地去除雨水夹带的悬浮物(尤其是粒径较小的、胶体态的上壤颗粒)。系统中的阳电极选用钛合金材料，阴电极选用碳素钢板，电极板间的电压在60～100v之间。本实用新型解决了生态系统净化时间长、承受负荷较低的缺陷，不但具有良好的净化效果，还可以很好的回收富营养的土壤，实现雨水净化和水土保持等功效，为农田沟渠径流的预处理提供了新思路。

Description

一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统

技术领域

本实用新型是关于雨水预处理与河流水质控制的，特别涉及一种以面源形式汇集的农田雨水径流在进入河道前对颗粒污染物具有分离和土壤回收的拦截系统。

背景技术

目前，面源污染引起的湖泊水库富营养化问题非常严重，如在巢湖、滇池、三峡库区的统计资料表明，90%的悬浮物来自农田径流，氮、磷大部分来源于农田径流的颗粒污染物（土壤颗粒为主），可见农田非点源污染源在水体污染中占据重要地位。目前较为常见的农田面源污染控制技术以生态技术为主，包括湿地技术、滨岸缓冲带、人工塘和生态农业技术等。

但是生态处理技术具有占地面积大、处理效率较低以及负荷承受能力差等明显的缺陷。相比生态的截留与降解技术，应用物理分离技术具有简单、快速高效等优势，对雨水径流短时间高负荷的特点更有使用价值。已有研究表明，雨水径流中的悬浮物带有不同程度的负电位，并且其电位绝对值大小与暴雨流量存在正相关性，这说明雨水径流条件有利于微电场强化作用。

水力旋流器是一种应用非常广泛的两相或多相物理分离设备，是在离心力场作用下分离不同密度混合物的高效分离设备。由于其结构简单、占地面积小、分离效率高、运行维护费用低、易于自控化等优点，与其他物理分离设备相比，水力旋流器具有无可比拟的优势。一方面，水力旋流器目前已在选矿工业、非金属矿加工与粉体加工、高岭土生产、食品加工、造纸、石油工业等领域有较为广泛和成熟的应用，但在雨水预处理领域的应用仍处于起步阶段。但利用微电场强化作用处理雨水径流的水力旋流系统，目前尚不曾有过报道。

发明内容

本实用新型的目的，为解决生态系统净化时间长，承受负荷较低的缺陷；针对农田沟渠径流悬浮颗粒态污染物为主的特点，提供一种简单、高效的污染物分离的微电场水力旋流系统。

本实用新型通过如下技术方案予以实现。

一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统，包括进水口、旋流工作室和泥浆室，其特征在于，所述进水口1的前面设置有汇流沟渠2，汇流沟渠2的末端通过变径管3与进水口1相连通，变径管3的前端为呈45°向下倾斜的跌水坡；汇流沟渠2的另一端与农田径流雨水的渠道相连通；所述汇流沟渠2为密闭式结构，其底部为U型渠底，U型渠底的后部设置有拦水坎4，拦水坎4的下面设置有流量调节管5；

所述进水口1的后面与旋流工作室6相连通，旋流工作室6为设置在进水口1水平之下的地下装置，其下面设置有倒锥体管7，倒锥体管7的下面设置有泥浆室8，泥浆室8通过另一个倒锥体结构设置有泥浆排出口9；所述旋流工作室6、倒锥体管7和泥浆室8的外面设置有混凝土保护层10；

旋流工作室6为金属桶形结构，亦作为正电极板；旋流工作室6的中心位置设置有溢流管11，溢流管11也为金属桶形结构，亦作为负电极板；通过电场的作用来强化水力旋流系统的运行效果，有效去除雨水夹带的悬浮物；

泥浆室8也为金属桶形结构，即为边壁极板12，泥浆室8的中心位置还设置有中心电极13，其内部也存在电场以强化静置作用；

旋流工作室6的顶部设置有钢板15和溢流室16，溢流室16与溢流管11相连通，用以排除去除悬浮物之后的雨水；

泥浆室8与倒锥体管7的接口处设置有伞形罩14，用以防止进入泥浆室的大颗粒悬浮物在扰动作用下返回进入内旋流；

泥浆室8通过流量调节管5与汇流沟渠2相连通；

所述旋流工作室6的内径为200～300mm，其高度与内径之比为1:1；倒锥体管7的高度为300mm，锥角为15°，底流口直径为40mm；溢流管11的直径为50mm，其插入深度为0.9倍旋流工作室6的高度；泥浆室8的直径为旋流工作室6直径的1.2倍，高度为旋流工作室6与倒锥体管7总高度的0.4～0.6倍。

所述水力旋流系统中的阳极选用钛合金材料，阴极选用碳素钢板。

所述混凝土保护层10采用C45号水泥，厚度为20mm。

所述汇流沟渠2与流量调节管5的前端设置有筛网。

所述泥浆室8的顶部设置有环形布水管，可用溢流水对泥浆室边壁进行冲洗，冲洗水随底流排出。

本实用新型有益效果如下：

（1）通过电场强化了水力旋流器的运行效果，能够有效地去除雨水夹带的悬浮物（尤其是粒径较小的、胶体态的土壤颗粒）。

（2）在水力旋流器电极板外层设置混凝土保护层，以保证整个系统运行的安全性。

（3）拦水坎的设计可以合理分配雨水，可分别应对大、小雨量的径流雨水污染物的去除。

（4）充分利用暴雨的流速，通过设计使系统重力自流，使得系统本身的能耗降低。

（5）较长的溢流管方便了电极的布置，同时也降低了水力旋流器中短流现象的发生。

本实用新型解决了生态系统净化时间长、承受负荷较低的缺陷，不但具有良好的净化效果，还可以很好的回收富营养的土壤等功能，实现初期雨水净化和水土保持等功效，为农田沟渠径流的预处理提供了新思路。

附图说明

图1为本实用新型微电场水力旋流系统的结构示意图；

图2为图1的汇流沟渠部分的局部放大图；

图3为本实用新型微电场水力旋流系统的顶部结构示意图。

本实用新型附图标记如下：

1 ——— 进水口 2 ——— 汇流沟渠

3 ——— 变径管 4 ——— 拦水坎

5 ——— 流量调节管 6 ——— 旋流工作室

7 ——— 倒锥体管 8 ——— 泥浆室

9 ——— 泥浆排出口 10 ——— 混凝土保护层

11 ——— 溢流管 12 ——— 边壁极板

13 ——— 中心电极 14 ——— 伞形罩

15 ——— 钢板 16 ——— 溢流室

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

该系统依据实际农田降雨总汇流径流水量进行设计，可服务面积达20000平方米。

如图1所示，本实用新型用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统，其进水口1的前面设置有汇流沟渠2，进水口1为矩形结构，断面为30mm(宽)×35mm（高）；汇流沟渠2的前端与农田径流雨水的渠道相连通，汇流沟渠2的末端通过变径管3与进水口1相连通。变径管3的前端为呈45°向下倾斜的跌水坡，跌水高度约为1.5m，所述汇流沟渠2为密闭式结构，其底部为U型渠底，U型渠底的后部设置有拦水坎4，一般设置高度为200mm；拦水坎4的下面设置有流量调节管5，流量调节管5的直径为50mm；拦水坎4的最上沿与出水管渠末端出口底部的高差为5m，以保证灌水期间的正常溢流和正常运行过程的压力损失。

所述拦水坎4的主要功能有两个：

（1）对于小型降雨可以直接通过拦水坎底部铺设的流量调节管流入泥浆室，在静置沉淀和静电分离的作用下去除水中的悬浮物质；

（2）在暴雨初期汇流流量还较小时，这部分雨水流速不足以有效地产生水力旋流，可以经流量调节管对系统进行一定量的补水，使水力旋流系统提前进入满水状态；当雍水水位抬升，水量较大时，雨水进入系统进行悬浮物的旋流去除。

汇流沟渠2与流量调节管5的前端可以设置筛网，如图2所示，用以拦截农田径流雨水夹带的各种杂物。

进水口1与旋流工作室6相连通，旋流工作室6为设置在进水口1水平之下的地下装置，其高度与直径比为1:1，取250mm；旋流工作室6的下面设置有倒锥体管7，其高度为300mm，锥角为15°，底流口直径为40mm；倒锥体管7的下面设置有泥浆室8，泥浆室直径为0.5m，高度为1m；泥浆室8通过另一个倒锥体结构设置有泥浆排出口9，泥浆排出口9处于常闭状态，在暴雨停止一段时间后，将其打开，排出泥浆室中的泥浆液，可用来回灌农田；泥浆室的顶部设置环形布水管，可用溢流水对泥浆室边壁进行冲洗，冲洗水随底流排出。所述旋流工作室6、倒锥体管7和泥浆室8的外面设置有混凝土保护层10，既可起到结构性保护作用，又可防止电极板与外界相接触，混凝土保护层采用C45号水泥，厚度为20mm。

旋流工作室6为钢制钛合金的桶形结构，亦作为正电极板；旋流工作室6的中心位置设置有溢流管11，溢流管11也为钢制碳素钢板的管形结构，亦作为负电极板；通过电场的作用来强化水力旋流系统的运行效果，有效去除雨水夹带的悬浮物；旋流工作室6内电极板间的电压在60～100v之间。溢流管11的直径为50mm，其插入深度为0.9倍的旋流工作室的高度。

泥浆室8也为钛合金的桶形结构，即为边壁极板12，泥浆室8的中心位置还设置有碳素钢板的中心电极13，其内部也存在电场以强化静置作用，泥浆室中悬浮物的停留时间较长，中心电极与边壁电极间的电压为50V左右。

旋流工作室6的顶部设置有钢板15和溢流室16，如图3所示，溢流室16与溢流管11相连通，用以排除去除悬浮物之后的雨水。

泥浆室8与倒锥体管7的接口处设置有伞形罩14，用以防止进入泥浆室的大颗粒悬浮物在扰动作用下返回进入内旋流。

泥浆室8通过流量调节管5与汇流沟渠2相连通；

本实用新型的微电场水力旋流系统，不但能保证大小降雨径流中悬浮物的去除，同时还能起到土壤保持的作用。

本实用新型的微电场水力旋流系统的工作原理如下：

农田雨水径流在重力作用沿切线方向进入旋流工作室6，在工作室内部做旋流运动，并向下形成螺旋流。当进入倒锥体管7时，旋流半径收缩，受到向中心的挤压。内部被挤压的旋流会形成同向的内旋流向上运动。在外部径流中的粗颗粒一部分细颗粒及胶体受到离心力作用，向外迁移，并随外旋流向下流动，最终从底流口排出进入泥浆室8；在电场的作用下，静电力与离心力同向作用可以加速颗粒及胶体的迁移速率，强化分离效果。仍有一部分极微小悬浮物质受到的离心力和静电力均较小，处于内旋流向上运动，由溢流口排出。

泥浆在泥浆室8中处于静置沉淀的状态，粗颗粒会慢慢下沉至泥浆室底部。其中的微电场作用可以进一步将泥浆中的土壤胶体向边壁收集聚集为较大颗粒，最终随水流冲刷沉入底部。微电场的加入可以加快泥浆室中悬浮物的富集，避免底流口处的扰动将泥浆带回内旋流。

水力旋流系统中的阳极选用钛合金，阴极选用碳素钢板。混凝土保护层采用C45号水泥20mm厚。

系统中的阴阳极板外接小型汽油发电机，当降雨开始后，发电机工作为极板进行施加电压，降雨停歇后，关闭发电机。

此系统适用于2万平米农田内降水不超过30mm/h的农田径流排水。

Claims

1.一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统，包括进水口、旋流工作室和泥浆室，其特征在于，所述进水口（1）的前面设置有汇流沟渠（2），汇流沟渠（2）的末端通过变径管（3）与进水口（1）相连通，变径管（3）的前端为呈45°向下倾斜的跌水坡；汇流沟渠（2）的另一端与农田径流雨水的渠道相连通；所述汇流沟渠（2）为密闭式结构，其底部为U型渠底，U型渠底的后部设置有拦水坎（4），拦水坎（4）的下面设置有流量调节管（5）；

所述进水口（1）的后面与旋流工作室（6）相连通，旋流工作室（6）为设置在进水口（1）水平之下的地下装置，其下面设置有倒锥体管（7），倒锥体管（7）的下面设置有泥浆室（8），泥浆室（8）通过另一个倒锥体结构设置有泥浆排出口（9）；所述旋流工作室（6）、倒锥体管（7）和泥浆室（8）的外面设置有混凝土保护层（10）；

旋流工作室（6）为金属桶形结构，亦作为正电极板；旋流工作室（6）的中心位置设置有溢流管（11），溢流管（11）也为金属桶形结构，亦作为负电极板；通过电场的作用来强化水力旋流系统的运行效果，有效去除雨水夹带的悬浮物；

泥浆室（8）也为金属桶形结构，即为边壁极板（12），泥浆室（8）的中心位置还设置有中心电极（13），其内部也存在电场以强化静置作用；

旋流工作室（6）的顶部设置有钢板（15）和溢流室（16），溢流室（16）与溢流管（11）相连通，用以排除去除悬浮物之后的雨水；

泥浆室（8）与倒锥体管（7）的接口处设置有伞形罩（14），用以防止进入泥浆室的大颗粒悬浮物在扰动作用下返回进入内旋流；

泥浆室（8）通过流量调节管（5）与汇流沟渠（2）相连通；

所述旋流工作室（6）的内径为200～300mm，其高度与内径之比为1:1；倒锥体管（7）的高度为300mm，锥角为15°，底流口直径为40mm；溢流管（11）的直径为50mm，其插入深度为0.9倍旋流工作室（6）的高度；泥浆室（8）的直径为旋流工作室（6）直径的1.2倍，高度为旋流工作室（6）与倒锥体管（7）总高度的0.4～0.6倍。

2.根据权利要求1的一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统，其特征在于，所述水力旋流系统中的阳极选用钛合金材料，阴极选用碳素钢板。

3.根据权利要求1的一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统，其特征在于，所述混凝土保护层（10）采用C45号水泥，厚度为20mm。

4.根据权利要求1的一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统，其特征在于，所述汇流沟渠（2）与流量调节管（5）的前端设置有筛网。

5.根据权利要求1的一种用于处理农田径流雨水的微电场水力旋流系统，其特征在于，所述泥浆室（8）的顶部设置有环形布水管，可用溢流水对泥浆室边壁进行冲洗，冲洗水随底流排出。