[发明专利]一种分层混合充氧水质改善装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种充氧装置，特别涉及一种分层混合充氧水质改善装置，适用于混合大水深、分层现象明显的水库和湖泊水体，并向水中充氧。

背景技术

目前水库和湖泊已逐步成为我国大中城市的主要供水水源，在我国城市供水中起着非常重要的作用。而大部分水库的水深大、流动性小、水体更新慢，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。由于水深大、流动性小，容易形成水体分层现象。分层后，上下层水体间相对静止，缺乏交换传质，加之水体和底泥的耗氧，导致底层水体处于缺氧状态，还原条件下底泥中氮、磷、铁、锰等物质向水体溶解释放，硫酸盐还原为硫化物，有机物厌氧分解为有机酸等，造成底层水体的二次污染，水生生态环境恶化。

申请人已授权的中国专利，名称为“多功能扬水曝气器”(专利号ZL200310117900.6)，是解决上述问题研究的专门技术。多功能扬水曝气器是一个竖直安装的直筒体，在直筒体的下端附带一个曝气室和一个气室。该扬水曝气器能将表层水与底层水充分混合，破坏水体分层，同时向水体充氧，改善水体缺氧状态。该专利已经在国内多处水库水质改善工程中推广应用。由于扬水曝气器所需的压缩空气的释放压力随水深增加而增大，从而能耗和混合充氧效果随之提高，但当水库水深增大到一定程度后(水深＞60m)，扬水曝气的水力混合效果不再随之提高。从流体运动力学角度分析，这种现象是易于理解的：即压缩空气所形成的气弹在上升过程中，随着水深的减小，水压逐渐降低，气弹体积不断膨胀，气弹与其所带动的水柱加速上升，流速不断加快；但与此同时，气弹体积的膨胀也增大与曝气器上升筒的接触面积和摩擦力，且随筒内气弹与水流上升速度的加快，阻力不断增大；阻力随流速增大的结果是，在水深足够大的情况下，气弹上升的浮力与摩擦力最终达到平衡，气弹与其带动水流的上升速度亦即达到极限流速，扬水曝气器的水力混合效果趋于稳定，随水深增大，上升流速和混合效果基本不再提高。此时对应的水深即为压缩空气释放管和曝气室的最大安装深度。继续增大深度，能耗增大，但混合效果不再提高。

另外，对于稳定分层的水库，等温层尤其是等温层底部的厌氧和强还原环境是造成底泥中污染物释放和内源污染的主要原因，而且对于藻类低发季节深水型水库也存在同样的内源污染问题。在此情况下，只需解决等温层的充氧混合问题，就能有效抑制水库底层的内源污染，亦即仅对水库等温层进行充氧混合即可。等温层充氧混合的特征条件是：需氧量小、能耗低、不需混合整个水层。

当表层藻类大量繁殖和底层厌氧引发的内源污染并存时，需求的压缩空气量大大提高，此时需要运行扬水曝气器，通过扬水曝气作用实现对表层藻类生长和底层内源污染的抑制。

发明内容

本发明的目的在于，在已有技术基础上提供一种分层混合充氧的曝气装置，该装置可以根据需要在全层混合充氧和等温层混合充氧两种工作模式下自动切换。该装置既具有扬水曝气器全层混合充氧的基本功能，又具有直接对等温层混合充氧的功能；其运行是根据水库水质改善的具体需求，分别实现等温层混合充氧和全层混合充氧的功能，从而在保证水质改善效果的前提下，大大降低空压机的运转负荷、降低能耗、节省运行成本。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种分层混合充氧水质改善装置，包括直筒体，其特征在于，所述的直筒体由四节上升筒组成，其中，第一节上升筒接近水面，第四节上升筒位于水库底部，并通过锚固链和锚固墩相连接；第三节上升筒(25)和第四节上升筒为伸缩管，用于调节整个装置的长度；

在第四节上升筒外围分布有第一水密舱和微孔曝气器，微孔曝气器通过柔性压缩空气管道连接无动力自动切换装置；

在第二节上升筒外围分布有曝气室、储气室、第二水密舱和第三水密舱；其中，曝气室和储气室(18)通过连接板与第二节上升筒连接固定，第二水密舱位于储气室的外围，第三水密舱位于储气室上方；

曝气室安装有下导流板和穿孔板，曝气室内设置空气释放管；其中，穿孔板为一环形穿孔圆盘，用于充氧水的气水分离；空气释放管是下侧表面开设若干排小孔的环形穿孔圆管，导流板为喇叭形挡板，与曝气室外壁下端连接；

储气室安装有上导流板，储气室内部设置有溢流板和水封板，将储气室分割成不同的部分，并通过第二上升筒的筒壁上开设的环向缝隙与第二上升筒内部相联通，并通过孔洞与外部水体相联通，上导流板为喇叭形挡板，与储气室外壁下端连接；