一种具有水质净化功能的闸堰一体化装置的制作方法

本发明涉及一种具有水质净化功能的闸堰一体化装置，属于水利及水环境保护技术领域。

背景技术：

河渠系统是城市自然环境和农业生态系统中的重要构成因素，也是城市和乡村生态系统中最具活力的因素之一。不但起到了防洪减灾的水利功能，而且营造了和谐的自然景观，在社会经济发展中发挥着极其重要的作用。近年来，随着我国工业化的飞速发展和农业集约化程度的进一步提高，产生的工业污水、农业污水及生活污水对水环境造成了严重的破坏。大量未经处理或处理不完全的污水通过各级河渠系统排入河流、湖泊等水体中，导致河流湖泊水体水质的全面恶化。对各级河渠系统进行污染物的源头截留净化成为了目前水环境保护的一项重要举措。

闸门和拦水堰都是广泛使用的水利设施，闸门主要用于控制河渠过水通道的开闭，具有拦截水流、调节流量等功能。拦水堰的主要功能是拦蓄上游来水、维持上游景观用水和水体交换。目前我国多数河渠中使用的都是升降式平板闸门和固定式挡水堰，升降式平板闸门大都采用下开式结构，控制水位能力较弱，而固定式挡水堰可较好的控制上游水位，但由于多采用混凝土、石块等砌成，高度不可调整，无法根据河渠及其周边的实际水量状态来调整河渠中的水位，且在洪涝期固定式挡水堰阻水现象明显，这就给这些水利设施的设计和应用带来了困难。目前，闸门和挡水堰在河渠中大多是分开建设，且各自独立发挥作用。

水环境治理是我国近年来的重要工作之一，生态净化技术是目前常的用一种河渠生态阻控方法，通过在河渠中种植水生植物或布设一些净化装置，如生物净化箱等，利用水流通过净化装置时发生的一系列物理化学反应来截留和降低污染物浓度。这种方法能有效地减少污染物对下游水体造成的面源污染，且维护较为简单方便，易于实施。

根据我国城市和乡村河渠分布及水质特点，将水利设施和水质净化装置融为一体的方法能更好的适应我国城乡水利建设及水环境保护的特点，并大幅度降低工程建设投资，保护水体环境，具有较好的发展前景和应用价值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种具有水质净化功能的闸堰一体化装置，结构简单，设计巧妙。

为达到上述目的，本发明提供一种具有水质净化功能的闸堰一体化装置，包括闸门框、净化堰装置、闸门机构、限位机构、闸门提升装置和堰体提升装置；所述闸门框包括闸门侧壁（2），所述闸门侧壁（2）的底部固定在渠床（10）上，所述闸门侧壁（2）中相对应的两个内壁上对称地开设有若干个导向槽（7）；

所述闸门机构包括外侧闸门（15）和中间闸门（14），所述外侧闸门（15）设置在所述中间闸门（14）的前侧，所述外侧闸门（15）滑动连接所述中间闸门（14），所述外侧闸门（15）的左壁、右壁滑动连接所述导向槽（7）；所述外侧闸门（15）或所述中间闸门（14）上设置有所述限位机构；

所述净化堰装置包括堰体（8），所述堰体（8）设置在所述中间闸门（14）的后侧，所述堰体（8）滑动连接所述导向槽（7），所述堰体（8）为透水结构，所述堰体（8）内部有用于微生物降解和物理过滤吸附的物质；

所述闸门提升装置和所述堰体提升装置均设置在所述闸门框的上方，所述闸门提升装置和所述堰体提升装置均包括绳索，所述闸门提升装置上的所述绳索下端固定连接所述外侧闸门（15），所述堰体提升装置上的所述绳索下端固定连接所述堰体（8）。

优先地，所述堰体（8）为顶端有一开口的槽型结构；所述堰体（8）包括中心肋板（24）、若干个分隔板（25）、底板（27）和直壁板（26）；所述底板（27）横向设置在所述直壁板（26）的下方，所述底板（27）与所述直壁板（26）垂直形成倒置的T型，所述外侧闸门（15）和所述中间闸门（14）均设置在所述底板（27）上；所述中心肋板（24）沿所述堰体（8）的长边设置在所述堰体（8）内，将所述堰体（8）分隔为两个宽度相同的区域，若干个所述分隔板（25）将两个所述区域分隔为若干个长度相同的仓体，所述仓体的底部均设开设有漏水孔（12），所述仓体中的所述中心肋板（24）上均开设有若干个过水孔（13）。

优先地，还包括闸顶（3）和控制柜（6）；所述闸顶（3）横向设置在所述闸门侧壁（2）的上方，所述控制柜（6）设置在所述闸顶（3）的顶壁上，所述控制柜（6）包括控制器和供电装置。

优先地，所述直壁板（26）滑动连接所述中间闸门（14）；所述外侧闸门（15）和所述中间闸门（14）的后壁上均开设有两条对称分布的T型槽（23），所述中间闸门（14）的前壁上对称设置有若干个配合所述外侧闸门（15）上T型槽（23）的T型螺栓（20），所述直壁板（26）的前壁上对称设置有若干个配合所述中间闸门（14）上T型槽（23）的T型螺栓（20）。

优先地，所述限位机构包括限位板（21）和固定螺栓（22）。

优先地，所述中间闸门（14）上的所述T型槽（23）两侧均开设有凹槽，所述限位板（21）通过所述固定螺栓（22）固定设置在所述凹槽内。

优先地，所述控制柜（6）、所述闸门提升装置和所述堰体提升装置均设置在所述闸顶（3）上；所述闸门提升装置和所述堰体提升装置均包括两个滚筒（4）和两个减速电机（5），所述滚筒（4）的轴心均固定连接所述减速电机（5）的输出轴，所述滚筒（4）上均缠绕着所述绳索，所述绳索的上端均固定连接所述滚筒（4），所述闸门提升装置中的所述减速电机（5）关于外侧闸门（15）的竖直方向对称轴对称设置，所述堰体提升装置中的所述减速电机（5）关于中心肋板（24）的竖直方向对称轴对称设置；所述减速电机（5）的输出端均电连接所述控制器，所述减速电机（5）的供电端均电连接所述供电装置。

优先地，所述外侧闸门（15）和所述分隔板（25）的顶壁设置有配合所述绳索的拉环（17），所述绳索的下端固定连接所述拉环（17）。

优先地，所述物质为生物填料球（11），所述仓体内均设置有所述生物填料球（11）；所述生物填料球（11）为镂空球形，材质为聚烯烃塑料，所述生物填料球（11）内装有聚氨酯基体的生物填料。

优先地，所述中间闸门（14）的顶部高度低于所述直壁板（26）顶部高度10~15cm。

本发明所达到的有益效果：

1、本发明将挡水堰、闸门和水质净化器功能集于一体，结构简单，操作方便，避免了河渠中闸门和挡水堰的重复建设投资，节约了成本，同时还能对水体进行净化处理，实用性强，适合于推广使用。

2、外侧闸门、堰体通过导向槽滑动连接闸门侧壁，使得减速电机在升降外侧闸门和堰体过程中稳定的沿导向槽上下移动，避免了受外侧闸门和堰体自身重力影响产生晃动的情况发生；本发明采用双层活动闸门结构，闸门提升高度通过减速电机可以任意调节，从而灵活控制上游蓄水水位，适应性强，实用价值高。

3、在净化堰工作时，上游的水通过溢流方式进入堰体内，再通过中心肋板底部的过水孔后由弧形板顶部溢出，水在堰体内流动平稳，流速低，停留时间长，从而有效的提高了水质净化效率；从弧形板顶部溢出的水沿弧形板表面滚动流下，弧形板增大了水与空气的接触面积，提高了水中的含氧量；堰体采用开口式结构，仓体内部的生物填料球更换方便，定期更换生物填料球有利于保持堰体较高的净化效率。

4、生物填料球装有聚氨酯基体的生物填料，由于该生物载体的特殊结构，其飞跃性的优点是在曝气池内单个生物载体的外表面实现亚硝化反应，内部实现亚硝酸盐的反硝化，其中不仅有简单的物理吸附，还有正、负电荷的引力，使载体表面带有一定的阳离子活性基团及羟基等亲水性基团，可与污水中带有负电荷的微生物产生键、价的固定结合，从而将微生物及生物酶牢固的固定在载体上，使成活后的微生物不容易在水、气的剪切作用下流失，微生物的负载量大，容积负荷高，从而使污水中的氨氮、总氮达到同时下降的目的，它同时还具有切割气泡能力强，空间体积利用率大、无死区等特点；生物填料球11中的生物膜可截留和吸附农业污水中的N、P等易生物降解的有机物，并能部分去除水体中的重金属元素、游离氯、酚等难降解有机物，同时还可滤除水体中的藻类及部分颗粒悬浮物。

5、中间闸门和外侧闸门上都设置了限位结构，防止发生两个闸门之间产生脱离的情况，使得中间闸门和外侧闸门能够更好更稳定地工作；中间闸门和外侧闸门设置在堰体的底板上，堰体不仅给两个闸门提供了落脚点，同时在闸门全开工作时，堰体能够同时带动中间闸门和外侧闸门上升，结构简单，设计巧妙；若外侧闸门或中间闸门出现故障时，堰体带动闸门浮出水面也方便了技术人员的维修。

6、侧墩和渠床给闸门侧壁提供了稳定的支承，极大地降低了在排涝时期，由于洪水的冲击力造成闸门框产生晃动情况发生的可能性；控制柜、闸门提升装置和堰体提升装置都设置在闸顶上，一定程度上避免了被淹没的可能，保证了本发明装置工作的持续性和稳定性。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的A-A向截面图；

图3是图1中水位低时净化堰工作状态的B-B向截面图；

图4是图1中调节闸门机构后净化堰工作状态的B-B向截面图；

图5是图1中闸门机构完全关闭时的B-B向截面图；

图6是图1中闸门机构完全打开时的B-B向截面图；

图7是本发明中堰体的俯视三维视图的结构示意图；

图8是本发明中堰体的仰视三维视图的结构示意图；

图9是本发明中堰体的内部结构示意图；

图10是本发明中中间闸门的前侧方向爆炸图；

图11是本发明中中间闸门的后侧方向示意图；

图12是T型螺栓的结构图。

附图中标记含义， 1-护坡，2-闸门侧壁，3-闸顶，4-滚筒，5-减速电机，6-控制柜，7-导向槽，8-堰体，9-下游水位，10-渠床，11-生物填料球，12-漏水孔，13-过水孔，14-中间闸门，15-外侧闸门，16-上游水位，17-拉环，18-钢丝绳，19-侧墩，20-T形螺栓，21-限位板，22-固定螺栓，23-T形槽，24-中心肋板，25-分隔板，26-直壁板，27-底板，28-弧形板，29-水流方向，30-侧壁板，31-导向肋板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种具有水质净化功能的闸堰一体化装置，包括闸门框、控制柜6、净化堰装置、闸门机构、限位机构、闸门提升装置和堰体提升装置；

如图1所示，闸门框包括闸门侧壁2和闸顶3，闸门侧壁2采用砖石混凝土砌成，闸门侧壁2的底部固定在渠床10上，如图2所示，闸门侧壁2中相对应的内壁上对称地开设有三个导向槽7，导向槽7采用不锈钢制成，垂直于渠床10嵌入于闸门侧壁2内；导向槽7的长度均大于闸门侧壁2长度15~20cm，为了提高闸门侧壁2的稳定性，闸门侧壁2的外侧固定连接侧墩19；闸顶3为平面结构，采用钢筋混凝土现场浇筑成形，闸顶3扣合在闸门侧壁2顶壁上。

闸门机构包括外侧闸门15和中间闸门14，外侧闸门15设置在中间闸门14的前侧，外侧闸门15的后壁滑动连接中间闸门14的前壁，外侧闸门15的左壁、右壁滑动连接导向槽7；中间闸门14的长度与闸门侧壁的长度相等，中间闸门14的高度低于直壁板26的高度10~15cm，外侧闸门15的长度等于导向槽7的长度，外侧闸门15的高度等于中间闸门14的高度。

净化堰装置包括堰体8，堰体8设置在中间闸门14的后侧，堰体8滑动连接导向槽7，堰体8为透水结构，堰体8内部有用于微生物降解和物理过滤吸附的物质，物质为生物填料球11；如图7-图8所示，堰体8为顶端有一开口的槽型结构；堰体8包括中心肋板24、五个分隔板25、底板27、直壁板26、弧形板28和两个侧壁板30；两个侧壁板30、弧形板24、直壁板26和底板27构成堰体8的外轮廓，底板27与直壁板26垂直形成倒置的T型，外侧闸门15和中间闸门14均设置在底板27上；弧形板28的顶部高度低于直壁板26的顶部高度5~10cm，使得堰体8前后两侧在水流方向29上形成高度差，保证水流能顺利通过堰体8进入下游；侧壁板30的高度等于直壁板26的高度。

如图9所示，中心肋板24与直壁板26平行，中心肋板24沿堰体8的长边将堰体8分隔为两个宽度相同的区域，五个分隔板25将两个区域分隔为十二个长度相同的仓体，仓体内均放置有生物填料球11，仓体的底部即底板27上均设开设有漏水孔12，仓体中的中心肋板24上均开设有若干个过水孔13，过水孔13为多个等间距分布的长条孔。

两个侧壁板30的外侧均设置有两个导向肋板31，两个导向肋板31分别滑动连接设置在堰体8两侧的两个导向槽7，导向肋板31厚度与导向槽7的内宽相同；

控制柜6包括控制器和供电装置；控制柜6、闸门提升装置和堰体提升装置均设置在闸顶3上；闸门提升装置和堰体提升装置均包括两个滚筒4和两个减速电机5，滚筒4的轴心均固定连接减速电机5的输出轴，滚筒4上均缠绕着绳索，绳索的上端均固定连接滚筒4，闸门提升装置中的两个减速电机5关于外侧闸门15的竖直方向对称轴对称设置，堰体提升装置中的两个减速电机5关于中心肋板24的竖直方向对称轴对称设置；减速电机5的输出端均电连接控制器，减速电机5的供电端均电连接供电装置；外侧闸门15和两个分隔板25的顶壁上均设置有配合绳索的拉环17，闸门提升装置上的绳索的下端固定连接外侧闸门15上的拉环17，堰体提升装置上的绳索的下端固定连接两个分隔板25上的拉环17；绳索为钢丝绳。

如图10-图11所示，外侧闸门15和中间闸门14的后壁上均开设有两条对称分布的T型槽23，中间闸门14的前壁上对称设置有共计四个用于配合外侧闸门15上T型槽23的T型螺栓20；直壁板26的前壁上对称设置有共计四个用于配合中间闸门14上T型槽23的T型螺栓20，T型螺栓20垂直安装间距为20~30cm，直壁板26滑动连接中间闸门14；外侧闸门15紧贴中间闸门14，中间闸门14紧贴直壁板26。

限位机构包括限位板21和固定螺栓22，中间闸门14上的T型槽23两侧均开设有凹槽，限位板21通过固定螺栓22固定设置在凹槽内，用于防止直壁板26上的T形螺栓20从中间闸门14上的T型槽23内脱出；同理，外侧闸门15上的T型槽23下端也设置有限位板21，用于防止中间闸门14上的T形螺栓20从外侧闸门15上的T型槽23内脱出。

生物填料球11为镂空球形，材质为聚烯烃塑料，生物填料球11内装有聚氨酯基体的生物填料。

本发明的工作过程：

①当本装置为净化工作状态时，如图3所示，沟渠在日常上流水位低的状态下，堰体提升装置将堰体8沿导向槽7放置在渠床10上，中间闸门14和外侧闸门15均位于底板17上。堰体8拦截了上游的来水，当水位达到直壁板26顶部高度时，水从直壁板26顶部溢流进入堰体8的内，水流流过堰体8内的生物填料球11时，生物填料球11中的生物膜可截留和吸附农业污水中的N、P等易生物降解的有机物，并能部分去除水体中的重金属元素、游离氯、酚等难降解有机物，同时还可滤除水体中的藻类及部分颗粒悬浮物。堰体8前部区域的水通过中心肋板24底部的过水孔13进入到堰体8的后部区域，生物填料球11继续对水进行净化处理，当堰体8后部的水位达到弧形板28顶部高度时，将从弧形板28顶部流出，并沿着弧形板28的弧形外壁平缓流下，水在沿壁面流动过程中可卷入一定量的氧气，从而提高了水中的含氧量。

②当本装置为水位调节工作状态时，在上游水位16高于外侧闸门15的高度时，如图4所示，切换过程如下：堰体8仍降置在渠床10上，根据水位通过减速电机带动滚筒运动从而提升外侧闸门15的高度，当上游水位16达到外侧闸门15顶部高度时才能进入堰体8内，从而达到控制上游水位的目的。

③当处在干旱期时，如图5所示，本装置可切换至闸门关闭工作状态，以完全拦截和保持上游的水。切换过程如下：将堰体8降置于渠床10上，启动闸门提升装置提升外侧闸门15，当外侧闸门15底部的限位板21接触到中间闸门14的T形螺栓20时，中间闸门14将随外侧闸门15一起提升至最高位置。此时上游的来水将被外侧闸门15和中间闸门14拦截，不能流入下游河渠中。

④如图6所示，在排涝期，上游来水量大，河渠需要快速的排水，此时本装置可切换至闸门全开状态。切换过程如下：启动堰体提升装置和闸门提升装置，将堰体8、中间闸门14和外侧闸门15同时提升至最高位置。在堰体8提升过程中，滞留在堰体8内的水可通过漏水孔12流出，以减轻堰体8的重量。此时本装置将不会产生阻水作用，河渠中的水流可快速通过本装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。