专利名称：一种过水坝面上复合插板的受污水体增氧装置及其增氧方法
技术领域：
本发明涉及环境保护领域，具体地说是环境工程学科中的一种通过特殊设计的过 水坝面溢流增氧修复河道受污水体的装置及其增氧方法。
背景技术：
近年来，随着我国社会经济的飞速发展，城市化进程的加快，人类活动对城市河流 的污染情势日益严峻，城市河流水质总体上呈恶化趋势，部分河段甚至出现了季节性和常 年性水体黑臭现象，水体中溶解氧(DO)很低，极大地影响了周边居民的生活质量和城市景 观。河流中溶解氧含量是衡量水质状况的一个重要指标，溶解氧含量的高低直接影响 着水生生物的生长，以及河流中有机污染物的输移、扩散和降解能力，进而影响到整个水体 的自净过程，提高河道水体的溶解氧含量能够增强好氧菌种群活性，有利于水生动植物生 长，对于消除河道水体黑臭，钝化河床底泥，减缓底泥污染物释放具有良好的效果，是增强 水体自净能力，改善河流水质的有效措施。目前国内外普遍采用压气复氧的方式来提高城市河流溶解氧含量，其技术手段多 样，主要可归纳为如下几种(1)纯氧增氧技术。目前英国泰晤士河、德国莱因河与我国上 海市的苏州河应用这项技术给河道增氧，这种方法充氧效率较高，但需向专门制氧工厂购 置液态氧或安装专门制氧设备制氧，导致成本较高；(2)鼓风机-微孔布气管曝气技术。上 海市徐汇区上澳塘河道采用了这一曝气系统，增氧效果良好，但是其布气管安置在河底，安 装工程量较大且难以维护，同时也可能对航运产生一定的影响，另外为了降低鼓风机噪声 的影响，风机房一般设置在地下，从而增加了投资费用。(3)采用旋浆负压吸氧并随水射入 河中。韩国汉城的汉江与我国北京的清河体院河段曾应用这项增氧技术，效果较为显著，但 存在浆叶易被水中漂浮物缠绕堵塞、在水深较小的河流中使用时容易搅动底泥、深水充氧 能力较差，影响航运等问题。(4)水下射流充氧技术。该技术设备安装简单，易于维护，但 充氧效率相对较低，并且在适用水深上也受到一定的限制。此外，对于压气复氧技术自身而 言，需要配套大功率的专门设备来给河道外加能源供氧，从长期运行角度上看，额外的能源 消耗与运行费用较高，对环境也会产生一定的影响，制约着此类技术的推广。我国城市河流流量普遍较小，通常沿河分段建设有坝、堰等过水建筑物，拦蓄水 流，提高河床水位，满足旅游、通航等目的。当河道水流溢过坝、堰等过水建筑物时，将会与 空气发生卷吸掺混，使水体中溶解氧含量增加，这已为工程实践所证实。如果能够对城市河 道过水坝面进行插板加糙设计与改造，以充分利用河道水流的机械能，使水流溢过复合插 板的坝面时，夹带更多的空气进入水体，从而能够有效地提高过坝水体的溶解氧含量，将是 一种节能、绿色的河道复氧方法。此外，当水流溢过插板坝面，水花晶莹跳跃，富于动韵，也 可为城市建设增添一道优美的风景。然而，这方面的设计与运用迄今尚鲜见报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特殊设计的过水坝面上复合插板的受污水体增氧装 置及其增氧方法。具体地说是在溢流坝过水坝面上布设垂直于坝面的插板，通过改变过坝 水流流态来增强坝面水体的复氧能力，这样无需另外安装供能、充氧设施，即可达到给河道 复氧，改善河流水质的目的。—种过水坝面上复合插板的受污水体增氧装置，该装置是在溢流坝1的过水坝面 2上，每隔相同的宽度，顺着过坝水流方向以等间距布设垂直于坝面的插板3，其中插板3 的坝面突出部分呈正方形，相邻插板3间横向距离与插板宽度相同，通常为0. 24m到0. 8m ； 上、下各层插板3间的坝面纵向曲线距离为插板3宽度的1.5倍；插板3的宽厚比为10 1。上述的插板3上、下各层的排列布置方式为平行式排列布置或相互交错式排列布 置。上述的插板3用混凝土预制板或PVC板制成。上述的增氧装置对受污水体的增氧方式，其方法步骤如下1、将插板3等间距地布设在溢流坝1的过水坝面2上，插板3的坝面突出部分呈 正方形，与过水坝面2相垂直，插板3之间的横向距离与插板宽度相同，上、下层插板的坝面 纵向曲线距离为插板宽度的1.5倍，插板3的宽度比为10 1，插板3上、下层排列布置方 式为平行式排列或相互交错式排列2、当河水溢流过水坝面下泄时，过坝水流受到各层插板3的扰动，使水体剧烈紊 动，甚至发生破碎、分离，从而提高了坝面水体的掺气能力，增加水体中水气界面面积；3、过坝水流受到各层插板3的不间断的扰动，从而夹带更多的空气进入水体，提 高过坝水流的溶解氧含量，实现下游河道长期不间断的受污水体的自动增氧。将本发明装置垂直于河道水流方向布置，一方面起到拦蓄水流，提高河床水位的 作用，另一方面当水流经过坝面下泄时，插板扰动过坝水流，使水体剧烈紊动甚至发生破 碎、分离，从而提高了坝面水体的掺气能力，增加水体中的水气界面面积，有效提高下游河 流的溶解氧浓度。本发明的优点和积极效果是①该增氧装置结构简单，外形美观，易于维护，管理方便，无需另外安装向河道供 能与充氧的设备，可节约大量能源，投资及运行成本相对低廉，适用于我国城市中小型受污 河流的增氧，具有良好的工程应用前景。②该装置的增氧方法能够充分利用河流本身所蕴含的机械能，使水流溢过复合插 板的过水坝面时，受到插板扰动而发生剧烈紊动甚至破碎、分离，从而夹带更多的空气进入 水体，能够显著提高过坝水流的溶解氧含量，并可以实现长期不间断的河道自动增氧。
图1是一种过水坝面上复合插板的受污水体增氧装置的示意图其中(a)为本发明的侧视图，(b)为平行式插板布置示意图，(C)为交叉式插板布 置示意图。图2是不同形式溢流坝复氧能力对比试验布置图。图3是试验坝面坐标尺寸图
其中(a)为光滑坝面，(b)为复合插板坝面。附图标记1_溢流坝，2-过水坝面，3-插板。
具体实施例方式现结合附图对本发明实施方式作进一步说明。实施例1一种过水坝面上复合平行式插板的受污水体增氧装置及其增氧方法。具体实施方 式是在图1中，插板3通过坝面钻孔粘贴手段，安装在溢流坝1的过水坝面2上。插板3 由PVC板材制成，尺寸为0. 8mX0. 5mX0. 05m(长X宽X厚)；插板3插入过水坝面2的 深度为0.3m，坝面突出部分尺寸为0.5mX0.5mX 0.05m (长X宽X厚)；插板3垂直于过 水坝面2布设，其中，沿溢流坝宽方向以等间距的形式共布设40列插板，相邻插板间横向距 离与插板宽度相同，为0.5m;顺过坝水流方向以等间距连续排列(平行式)的形式共布设 7层插板，上、下两层插板间的纵向坝面曲线距离是插板宽度的1. 5倍，为0. 75m。将复合插板的溢流坝垂直于河道水流方向布置，当河水流到坝前，由于溢流坝的 拦蓄作用，水面线不断抬高，当水流溢过坝面下泄时，受到坝面插板的阻隔与扰动，水体发 生剧烈紊动甚至破碎、分离，从而显著提高了坝面水体的掺气能力，加大水体中的水气界面 面积，增强了溢流坝过水坝面的复氧效率，有效提高下游河流的溶解氧浓度。实施例2一种过水坝面上复合交叉式插板的受污水体增氧装置及其增氧方法。在具体实施 方式当中，插板3在顺过坝水流方向上，以等间距相互交错(交叉式)的形式进行布设，其 余同实施例1。实施例3我们设计了三种形式的溢流坝进行复氧能力对比实验，提出本发明的实验依据1、光滑坝面溢流坝2、复合平行式插板坝面溢流坝3、复合交叉式插板坝面溢流坝不同形式溢流坝复氧能力对比实验在室内进行。整个试验设备总长度为400. 0cm， 包括进水系统(坝前水渠)，试验过水坝面，出水系统(尾水渠)，试验布置见图2。试验过水 坝面部分采用有机玻璃制作，其余部分采用PVC板材制作。溢流坝跌水高度为80. 0cm，过水 宽度为20. 0cm，光滑坝面与平行式、交叉式插板型坝面的坐标尺寸见图3，其中插板坝面突 出部分的尺度为2. OcmX 2. OcmXO. 2cm，上、下两层插板间的坝面纵向曲线距离为3. Ocm, 是插板宽度的1.5倍。试验前将坝上水体溶解氧浓度维持在2. 0 3. Omg/1，经过水渠后水流从试验坝 面跌落进入尾水渠出水。试验在坝前1. Ocm处和坝后90. Ocm处(图2中@标记处)分别 设置监测断面，采用HACH公司生产的HQ LD0TMHQ30d便携式溶解氧测定仪，对水体中的溶
解氧含量实施同步量测。采用过坝水流的氧亏恢复率r来表征过水坝面的复氧能力
C —Cr = s 1
5
式中C1是坝前溶解氧浓度，C2是坝后溶解氧浓度，Cs是相应温度下的饱和溶解氧 浓度，单位均为mg/1。根据溢流坝上、下游水体溶解氧浓度实时同步量测数据统计分析，得出不同流量 下光滑型、平行式插板型与交叉式插板型过水坝面氧亏恢复率如表1所示，对比结果表明， 在实验室条件下，当过水流量一致时，平行式与交叉式插板型过水坝面复氧能力明显高于 光滑型过水坝面，复合插板过水坝面的氧亏恢复率可达光滑坝面的1. 93 2. 01倍，过坝水 流溶解氧含量可提升至6. 5mg/l以上(溶解氧饱和浓度在10. 41 10. 61之间)，可以达到 《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) II类标准要求。表1不同过水坝面形态氧亏恢复率
权利要求
一种过水坝面上复合插板的受污水体增氧装置，其特征在于该装置是在溢流坝(1)的过水坝面(2)上，每隔相同的宽度，顺着过坝水流方向以等间距布设垂直于坝面的插板(3)，其中插板(3)的坝面突出部分呈正方形，相邻插板(3)间横向距离与插板宽度相同，通常为0.24m到0.8m；上、下各层插板(3)间的坝面纵向曲线距离为插板(3)宽度的1.5倍；插板(3)的宽厚比为10∶1。
2.根据权利要求1所述的增氧装置，其特征在于所述的插板(3)上、下各层的排列布置 方式为平行式排列布置或相互交错式排列布置。
3.根据权利要求1所述的增氧装置，其特征在于所述的插板(3)用混凝土预制板或 PVC板制成。
4.一种用权利要求1所述的增氧装置对受污水体的增氧方式，其方法步骤如下(1)、将插板(3)等间距地布设在溢流坝(1)的过水坝面(2)上，插板(3)的坝面突出 部分呈正方形，与过水坝面(2)相垂直，插板(3)之间的横向距离与插板宽度相同，上、下层 插板的坝面纵向曲线距离为插板宽度的1.5倍，插板(3)的宽厚比为10 1，插板(3)上、 下层排列布置方式为平行式排列或相互交错式排列；(2)、当河水溢流过水坝面下泄时，过坝水流受到各层插板(3)的扰动，使水体剧烈紊 动，甚至发生破碎、分离，从而提高了坝面水体的掺气能力，增加水体中水气界面面积；(3)、过坝水流受到各层插板(3)的不间断的扰动，从而夹带更多的空气进入水体，提 高过坝水流的溶解氧含量，实现下游河道长期不间断的受污水体的自动增氧。
全文摘要
一种过水坝面上复合插板的受污水体增氧装置及其增氧方法，属于环境保护领域。在溢流坝过水坝面上，每间隔相同宽度，沿着水流方向布设垂直于坝面的平行式或交叉式插板。相邻插板间横向距离与插板宽度相同，根据实际河宽来确定，一般不超过0.24m～0.8m；插板沿水流方向上的布设原则为上、下两层插板间的坝面纵向曲线距离为坝面插板突出深度的1.5倍。插板的宽厚比为10∶1。将复合插板的溢流坝垂直于河道水流方向布置，当水流经过坝面下泄时，插板扰动过坝水流，使水体剧烈紊动甚至发生破碎、分离，从而大大提高了坝面水体的掺气能力，增加水体中的水气界面面积，有效提高下游河流的溶解氧浓度，从而实现长期不间断的下游河道受污水体的自动增氧。
文档编号C02F7/00GK101913715SQ20101024842
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者刘晓东, 华祖林, 季丽君, 褚克坚, 顾莉 申请人:河海大学