一种风光耦合新能源河水净化系统的制作方法

1.本发明涉及一种风光耦合新能源河水净化系统，属于水利水电工程领域。


背景技术：

2.常用的河道治理技术方式为人工曝气法。
[0003][0004]
人工曝气法是指向处于缺氧（或厌氧）状态的河道进行人工充氧以增强河道的自净能力，改善水质、改善或恢复河道的生态环境。河道曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式。该工艺具有设备简单、机动灵话、安全可靠、投资省、见效快、操作便利、适应性广、对水生生态不产生任何危害等优点，但由于水体水质是动态的，常态曝气的充氧量几乎是定值，溶解氧时有不足。适合于城市景观河道和微污染源水的治理。
[0005]
在一般河道治理水质净化工程施工中，物理曝气施工中，由于河道水流的影响，曝气管的安装非常困难，支承桩既无法定位又易集聚浮游生物阻碍防洪排涝，支承桩根部往往需要人工潜入水下固定并绑定曝气管，不但劳动强度大，而且存在严重的施工安全隐患；溶解氧也不达到浓度要求，水质难以达标，拼命加大曝气量，又加大了能耗，等于变相地增加了co2的排放量，对环境不友好，又对河道治理项目实施不利。


技术实现要素：

[0006]
本发明要解决的技术问题是提供一种一种风光耦合新能源河水净化系统，在河道水质净化工程施工时，采用模块化系统组合，既可以降低劳动强度和保障安全，又能满足水质达标，还能降低能耗、美化环境。
[0007]
本发明采用的技术方案是：一种风光耦合新能源河水净化系统，包括：曝气模块1、阀形接口2、曝气头3、支管4、送气管5、静压箱6、泵站19、沉浮桩10、进水管11、落水管12、河床20、水流导向井18，水流导向井18抽水端采用潜水泵21，进水端安装微动力水力发电机22；所述曝气模块1周边设有阀形接口2，其底部通过沉浮桩10固定在河床20底部的上方，曝气头3通过支管4阵列安装在曝气模块1中，泵站19顶部设有太阳能屋顶光伏14，上部设有垂直轴风力发电机15，中部设有氢能蒸汽发电机13、汇流整流器17、耦合器16、电解水氢机9，底部设有静压箱6、空气泵7、增氧混合器8；送气管5包括模块内管和模块外管，模块内管5固定在曝气模块1内部且与支管4连通，模块内管5通过阀形接口2与模块外管的出气端连接，模块外管的进气端与静压箱6连接；电解水氢机9进水端分别与进水管11出水端、落水管12出水端连接，进水管11的进水端与水流导向井18中的潜水泵21连接，太阳能屋顶光伏14、垂直轴风力发电机15、氢能蒸汽发电机13、水流导向井18中的微动力水力发电机22所产生的电能均接入汇流整流器17中，汇流整流器17与耦合器16双向连接，汇流整流器17的直流电输出端、交流电输出端分别与电解水氢机9、空气泵7连接，电解水氢机9的出氢气端、出氧气端分别与氢能蒸汽发电机13、增氧混合器8连接，增氧混合器8与空气泵7连接，空气
泵7与静压箱6连接。
[0008]
具体地，所述曝气模块1采用钢框架结构，且采用耐候钢反u型槽形式制作，反u型槽中安放模块内管5。
[0009]
具体地，所述曝气头3阵列安装在钢框架中，曝气头3通过支管4与反u型槽中的模块内管5连接。
[0010]
优选地，所述阀形接口2为阀门与管接接口的总成。
[0011]
优选地，所述沉浮桩10上嵌有圆形钢板。
[0012]
优选地，多个曝气模块1通过阀形接口2可按需任意组合拼接。
[0013]
优选地，所述水流导向井18由玻璃轻石混凝土建成。
[0014]
本发明的有益效果是：本发明风光耦合新能源河水净化系统采用曝气模块，组合方便，适用性强，定位方便，减少了现场作业劳动强度，提高了施工安全性，应用高含氧混合气体，增大了微小气泡比表面积能，加速气泡散射混合到水体中，在水中存留时间长，提高了水中溶解氧含量，能增强水中好氧微生物、浮游生物以及水生动物的生物活性，加速其对水体及底泥中污染物的生物降解过程，对cod、氨氮及总磷具有较好的去除效果，同时，系统电能自发自用，余电并网，节能环保，能节省投资，并产生较高的经济收益，为河道治理的财力减负开辟了新的途径。
附图说明
[0015]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0016]
图1是本发明的河道平面布置系统图；图2是本发明的曝气模块构造示意图；图3是本发明的曝气模块侧面构造示意图；图4是本发明的水流导向井示意图；图5是本发明的泵站系统构造示意图；图6是本发明反u型槽剖面示意图。
[0017]
图中：1.曝气模块，2.阀形接口，3.曝气头，4.支管，5.送气管，6.静压箱，7.空气泵，8.增氧混合器，9.电解水氢机，10.沉浮桩，11.进水管，12.落水管，13.氢能蒸汽发电机，14.太阳能屋顶光伏，15.垂直轴风力发电机，16.耦合器，17.汇流整流器，18.水流导向井，19.泵站，20.河床，21.潜水泵，22.微动力水力发电机。
具体实施方式
[0018]
下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0019]
实施例1：如图1至图5所示，一种风光耦合新能源河水净化系统，包括：曝气模块1、阀形接口2、曝气头3、支管4、送气管5、静压箱6、泵站19、沉浮桩10、进水管11、落水管12、河床20、水流导向井18，水流导向井18抽水端采用潜水泵21，进水端安装微动力水力发电机
22；所述曝气模块1周边设有阀形接口2，其底部通过沉浮桩10固定在河床20底部的上方，曝气头3通过支管4阵列安装在曝气模块1中，泵站19顶部设有太阳能屋顶光伏14，上部设有垂直轴风力发电机15，中部设有氢能蒸汽发电机13、汇流整流器17、耦合器16、电解水氢机9，底部设有静压箱6、空气泵7、增氧混合器8；送气管5包括模块内管和模块外管，模块内管5固定在曝气模块1内部且与支管4连通，模块内管5通过阀形接口2与模块外管的出气端连接，模块外管的进气端与静压箱6连接；电解水氢机9进水端分别与进水管11出水端、落水管12出水端连接，进水管11的进水端与水流导向井18中的潜水泵21连接，太阳能屋顶光伏14、垂直轴风力发电机15、氢能蒸汽发电机13、水流导向井18中的微动力水力发电机22所产生的电能均接入汇流整流器17中，汇流整流器17与耦合器16双向连接，汇流整流器17的直流电输出端、交流电输出端分别与电解水氢机9、空气泵7连接，电解水氢机9的出氢气端、出氧气端分别与氢能蒸汽发电机13、增氧混合器8连接，增氧混合器8与空气泵7连接，空气泵7与静压箱6连接。
[0020]
进一步地，所述曝气模块1采用钢框架结构，且采用耐候钢反u型槽形式制作，反u型槽中安放模块内管5，结构简单，加工方便。如图6所示，中间的圆形表示模块内管5，安放在反u型槽里面。
[0021]
进一步地，所述曝气头3阵列安装在钢框架中，曝气头3通过支管4与反u型槽中的模块内管连接。
[0022]
进一步地，所述阀形接口2为阀门与管接接口的总成，连接方便。
[0023]
进一步地，所述沉浮桩10上嵌有圆形钢板，圆形钢板平形于河床且增加了受力面积（相对于模块下的固定桩），减小了压强，浮在河床的污泥面上，从而支撑并保持了横块的空间距离，不至于陷到河床污泥中去。
[0024]
进一步地，多个曝气模块1通过阀形接口2可按需任意组合拼接，便于相同曝气模块1的连接，成为更大的组合模块。
[0025]
进一步地，所述水流导向井18由玻璃轻石混凝土建成，进水端与抽水端形成分流与抽水洪流，抽水端可选用潜水泵21抽水经进水管11送入电解水氢机，进水端安装微动力水力发电机22，流水驱动微动力水力发电机22所产生的电流进入汇流整流器17。玻璃轻石采用江苏晶瑞特环保新材料有限公司生产的通孔型玻璃轻石。
[0026]
进一步地，所述曝气模块1在河道施工中船载以入，便于定位与移动，无需定位桩，由沉浮桩10固定在河床20底部，且与河床20中的污泥保持一定的高度空间，不阻挡浮游生物。
[0027]
进一步地，所述泵站19的太阳能屋顶光伏14不需要常规的“控制器、逆变器、蓄电池”等系统部件，光生伏特效应产生的电流直接进入汇流整流器17。
[0028]
进一步地，所述垂直轴风力发电机15优选螺旋型风叶，可根据泵站19空间布置多个，风力驱动所产生的电流进入汇流整流器17。
[0029]
进一步地，所述耦合器16为磁电共振工作方式，由汇流整流器17引入电流，不同种电流驱动各自对应的励磁线圈组工作，峰值电流返储到耦合器16的超级电容与飞轮储能系统中，谷值电流则调用储能系统电能补充，削峰填谷，耦合并平衡电流输送回汇流整流器17。
[0030]
进一步地，所述泵站19通过自身的光伏、风电、水电、氢能所产生的耦合电能为绿色能源，自循环驱动空气泵，无需外接电力，余电可并网。
[0031]
本发明的工作原理是：所述汇流整流器17汇集太阳能、风能、水能、氢能等电流传输给耦合器16平衡后产生强大稳定的电流，再返回汇流整流器17形成交、直流两种电能输出。电解水氢机9由汇流整流器17引入直流电，将屋面排水或河水经落水管12及进水管11中的水送入电解水氢机9中进行电离产生氢气和氧气。氢能蒸汽发电机13由电解水氢机9引入氢气，氢气燃烧水锅炉产生蒸汽驱动氢能蒸汽发电机13，所产生的电流进入汇流整流器17。增氧混合器8由电解水氢机9引入氧气，经与空气混合后，混合气体含氧量高出正常空气60%。空气泵7由汇流整流器17引入交流电，空气泵7由增氧混合器8输入混合气体，经加压后送入静压箱6，由送气管5输入到曝气模块1中。
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启动空气泵7，通过送气管5将混合气体送入曝气模块1，经支管4由各曝气头3产生气泡，由静压箱6与曝气头3气压联动产生微米气泡，根据斯托克斯定律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比。气泡直径越小则气泡的上升速度越慢；气泡直径1mm的气泡在水中上升的速度为6m/min，而直径10μm的气泡在水中的上升速度为3mm/min，后者是前者的1/2000。如果考虑到比表面积的增加，微米气泡的溶解能力比常规气泡增加20万倍。通过空气泵7、静压箱6与曝气头3联合控制，尽可能多地产生微米气泡，提高水的动力粘滞系数，增大气泡比表面积能，阻隔微米气泡快速聚集成大泡而破裂，持续的微米气泡能对水体发生冲击、搅拌、逐流，加速气泡散射混合到水体中，由增氧混合器8产生的混合气体高出常规气体含氧量60%，在水中存留时间长，内部气体释放到水中的过程较缓慢，呈悬浊液特征，提高水中溶解氧含量，能增强水中好氧微生物、浮游生物以及水生动物的生物活性，加速其对水体及底泥中污染物的生物降解过程。
[0033]
本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。