[发明专利]一种防止水库富营养化装置和方法

权利要求书

1.一种防止水库富营养化装置，其特征在于，包括：设置在形成温度分层的水库库底的曝气器，所述的曝气器通过输气管道与设置在岸上的空气压缩机连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的曝气器包括：两个半球形或两个半圆柱形的开合体，所述的开合体的一侧设有合页并与底座连接，所述的底座固定在水库的库底。

3.根据权利要求要求3所述的装置，其特征在于，所述的开合体的截面形状为圆形、正方形或长方形中的一种。

4.根据权利要求要求2或3所述的装置，其特征在于，所述的开合体上设有使开合体关闭的弹簧。

5.根据权利要求要求4所述的装置，其特征在于，所述的开合体上设有排水泵。

6.一种使用权利要求1所述装置的防止水库富营养化的方法，其特征在于，所述的方法的步骤如下：

利用空气压缩机将空气通过输气管道输送到水库底部设置的曝气器中；

当曝气器内的气压力矩和开合体自重力矩之和大于外部水压力力矩和弹簧拉力力矩之和时：

P_气×h_0气＋G_重×h_0重＞P_水×h_0水＋F_弹簧×h_0弹簧（1）

开合体打开，释放压缩空气，向水体中强制加入空气；

式中，P_气为开合体打开的最小内部空气压力，用公式（2）计算；h_0气为轴o至P_气的垂直距离；G_重为曝气器左或右开合体重量，h_0重为轴o至G_重的水平距离；P_水作用于曝气器的水压力，是水平方向水压力P_x水和垂直方向水压力P_z水的合力，P_x水、P_z水和P_水分别用公式（3）、（4）和（5）计算；h_0水为轴o至P_水的垂直距离；F_弹簧为连接左右两侧开合体的弹簧拉力，h_0弹簧为轴o至F_弹簧的垂直距离；

P_气= p_气×A_气（2）

式中，P_气为曝气器内部气压，A_气为曝气器内部在水平方向投影面积；

P_x水=γ h_c×A_x水（3）

式中，γ为水的容重，h_c为曝气器形心处水深，A_x水为曝气器外部在水平投影面积；

P_z水=1/2γ V_p（4）

式中，V_p为曝气器的体积；

（5）

当曝气器开合体打开之后水体进入曝气器内，开合体左右水压力达到平衡，同时弹簧拉力力矩大于开合体重力力矩，开合体开始关闭；完全关闭之后，排水泵开始工作，排出曝气器内部的水体，同时岸上的空气压缩机将空气通过输气管道输送到水库底部设置的曝气器中，过程用公式：

F_弹簧×h_弹簧＞G_重×h_重（6）

式中，h_弹簧为轴o至F_弹簧的垂直距离，h_重为轴o至G_重的水平距离；

从曝气器中释放的空气将周围的水卷入其中；

卷入空气中的低温水团随气体上升到水面，空气散发到大气中；

上升到水面的水迅猛地横向扩散，在水库水面形成横向水流流动；

上升扩散的底层低温水与温度较高的上层水混合后发生急剧下降；

急剧下降之后，在相同密度的水层处横向扩散；

密度较大的水体在下沉过程中，周围密度较小的表层部分的温水也被卷入，从底层卷入的和从上层卷入的不同密度的水混合后，向下沉降并横向扩散；

曝气器长时间持续反复开合时，使中间层的水体上侧部分上升，下侧部分下降，最后，上层整体成为混合层；中间层往下流动时，下层整体形成混合层；混合层破坏了各种藻类的生长条件，抑制了藻类的生长。