专利名称：深水型水源水库扬水曝气水质改善装置的制作方法
技术领域：
本发明属于水源水质微污染控制治理技术范围，涉及一种原水混合充氧装置，特别适用于水深大、分层稳定以及水位变幅大的水源水库及湖泊的水质原位改善。
背景技术：
一般水库及湖泊水体容量大、流动性小，诸多营养物质如有机碳、氮、磷在底部沉积聚集，常年为水生藻类等浮游生物提供充足的营养，同时藻类能稳定停留在水中接受光照而大量繁殖，引起水体的富营养化而影响水质。深水型水源水库及湖泊，由于水体分层更加稳定，造成下层水体长时间处于厌氧或缺氧状态，生态环境恶化，底部沉积物中污染物大量释放，造成水体的二次污染。国内现有的混合充氧技术，有申请人已授权的中国专利“多功能扬水曝气器”(专利号ZL 200310117900. 6)，是利用形成的气弹，造成上下层水体交换，达到混合上下水层的目的，同时向水体充氧，改善水体缺氧状态。但该装置适用于水深不大的水库或湖泊。对于深水型水源水库及湖泊，其水深较大^Om以上)，设备运行时产生的气弹及水流在长距离上升过程中产生巨大的动量和冲击力，长期高强度冲击，往往会对设备造成破坏或解体，影响扬水曝气系统的正常运行和功能的有效发挥。因此，必须采取有效的技术措施削减或消除高强度冲击对原有扬水曝气设备造成损毁，才能保证系统的正常运行。
发明内容
为了有效解决目前混合充氧技术应用于深水型水源水库及湖泊水质改善存在的上述问题，本发明的目的是在原有“多功能扬水曝气器”的基础上，提供一种新型的深水型水源水库扬水曝气水质改善装置。该装置在保证对大水深水体进行混合充氧的功能基础上，在结构上能承受长期高强度的冲击，并且设备高度能自动调节适应水库水位的大幅变动；同时，设计了与“扬水曝气强化化学/生物制剂无动力自动定量投加的水质改善装置” 进行技术集成的预留条件。为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案一种深水型水源水库扬水曝气水质改善装置，包括在水体中依次由上至下连接的蘑菇状导流出口部分、滑动调节部分、非滑动部分、主体曝气设备和沉于水底的锚固墩；其特征在于蘑菇状导流出口部分包括直筒体，直筒体上有蘑菇状出水口，蘑菇状出水口下方直筒体侧壁上开设导流孔，蘑菇状出水口的上部设置有用于提供浮力的第一浮体，第一浮体的下方为倒锥型的导流装置，在第一浮体及导流装置开设中心孔；在第一浮体顶板上预设有螺孔；所述的滑动调节部分为多节套筒套接组成的直筒体，上下节之间为套筒式连接， 套接直径能满足相互间自由滑动的要求；其中，最下一节位置固定，与下部非滑动部分筒体相连；最上一节与顶部蘑菇状导流出口相连，能随水位涨落上下浮动自动调节整个伸缩段筒体的长度；所述的非滑动部分包括相互连接的两节筒体，筒体外侧固定有用于提供浮力的第二浮体，最下一节筒体与下部主体曝气设备中的直筒体相连接，筒体内有正在上升的气弹；所述的曝气设备主体包括直筒体，在直筒体外设有曝气室和气室，曝气室和气室之间有出口，气室与直筒体之间留有出气狭缝；气室上部固定有用于提供浮力的第三浮体； 气室内部设有用于气水分离的导流板，水流经导流板后经出口至外部水体中，形成下层水体的循环充氧；气体上升由出气狭缝进入直筒体，曝气室下方进口处设环形空气释放管； 最下端为喇叭状进口，喇叭状进口与锚固墩之间通过锚固链相连接。本发明的深水型水源水库扬水曝气水质改善装置，能够长期安全稳定运行，充分发挥扬水曝气技术的水质改善作用，混合上下层水体并充氧，改善水体环境，抑制藻类生长，控制底泥营养物的释放，有效改善水源水质；消除或大大缓解扬水曝气设备长期运行时的冲击和由此产生的设备磨损或解体，保证系统的安全稳定运行。同时能与“扬水曝气强化化学/生物制剂无动力自动定量投加的水质改善装置”等突发性水质污染控制装置有机集成，实现投加化学或生物药剂的快速均匀混合，提供有利的化学反应或生物化学反应的水动力条件，实现对多种污染条件下的水质改善与控制。
图I是本发明一个实施例结构示意图。图2是实施例中法兰连接方式图。图3是实施例中底部锚固墩与直筒体进口间连接方式图。其中，图3(a)为设备未运行条件下的连接方式图，图3(b)为设备运行中受间歇冲击时的连接方式图。图4是本发明集成组合“扬水曝气强化化学/生物制剂无动力自动定量投加的水质改善装置”时的实施例示意图。下面结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。
具体实施例方式如附图I所示，深水型水源水库扬水曝气水质改善装置，竖直安装于水库中，下端靠近水库(湖泊)底部，上端浮于水面。它由上至下分为4个部分，分别为蘑菇状导流出口部分I，滑动调节部分2，非滑动部分3，主体曝气设备4。蘑菇状导流出口部分I包括直筒体，直筒体上有蘑菇状出水口 9，蘑菇状出水口 9 下方直筒体侧壁上开设导流孔45，蘑菇状出水口 9顶部为浮体5，用于提供浮力，使其能悬浮直立于水中，并随水位高度调整设备高度。浮体5的下方为倒锥型的导流装置6。其表面呈流线型锥面。倒锥型的导流装置6能削减高速上升气弹16及水流的直接冲击，同时利用流线型锥面改变水流方向，使上升水流能以较小的水头损失由四周导流孔45流出，与其周边表层水体混合。在浮体5及导流装置6开设中心孔7。在浮体5外顶板预设螺孔8，以备与其他技术装备集成组合之用。来流上升气弹16及水体经导流至出口 9扩散至外部水体中。在与菇状导流出口 9下方的直筒体侧壁上均匀开设若干导流孔45的作用是，上升水流能通过导流孔45径向流出，一方面增大对上部水层的垂向混合深度，另一方面削弱上升气弹16与水流对整个扬水曝气器造成的间歇拉伸冲击。蘑菇状导流出口 9中心开设中心孔7，其作用为一是满足设备安装及维护时的吊装要求，二是作为与“扬水曝气强化化学/生物制剂无动力自动定量投加的水质改善装置” 集成组合的预留通道。浮体5外顶板预设螺孔8主要用于与其他技术装备集成安装之用。滑动调节部分2的直筒体设计为多节套接结构，套接的节数决定于水库运行的最高与最低水位的变动幅度。上下节之间为套筒式连接，套接直径能满足相互间自由滑动的要求。最下一节位置固定，与下部非滑动部分筒体相连；最上一节与顶部蘑菇状导流出口相连，能随水位涨落上下浮动自动调节整个伸缩段筒体的长度。本实施例中，滑动调节部分2 为4节套筒连接，上一节筒体直径较下一节大。最上一节套筒13由法兰10与上部蘑菇状导流出口 9连接，最下一节套筒14由法兰15与下部的非滑动部分3的筒体连接。相对上一节套筒最下端内侧加强筋环11，相对下一节套筒最上端外侧加强筋箍12，两个加强筋之间相互卡位防止脱落，并在上下滑动时校准筒体圆度。两个加强筋的作用一是防止上下筒体滑动拉脱，二是保证筒体圆度、阻止筒体变形。本实施例中，非滑动部分3包括两节固定筒体，固定筒体之间由法兰18连接，最下一节固定筒体与下部主体曝气设备4由法兰19连接。固定筒体内有正在上升的气弹16。 固定筒体外侧固定有浮体17，用于提供浮力，固定筒体位置相对稳定悬浮于水中。主体曝气设备4包括直筒体，在直筒体外包一层直径更大的筒体围成了气室21和曝气室22。气室21与曝气室22内部构造详见申请人已授权的中国专利“多功能扬水曝气器”(专利号ZL 200310117900.6)。气室21上部固定有浮体20，用于提供浮力，固定直筒体位置相对稳定悬浮于水中。气室21内部设导流板23，经由曝气室上升的气体与水流在气室内气水分流，气体上升由出气狭缝24进入直筒体，水流导流经出口 25至外部水体中，形成下层水体的循环充氧。曝气室22下方进口处设环形空气释放管26。主体曝气设备4最下端为喇叭状进口 27，锚固墩29沉于水库(湖泊)底部。喇叭状进口 27与锚固墩29之间通过锚固链28相连接。曝气室22中充满水，将压缩空气以小气泡的形式连续通入曝气室下部，气泡在曝气室22上升的过程中与水接触，将氧气溶解到水中。气室21位于曝气室的上部，为一半封闭腔室，收集来自曝气室22的气泡，当气室21充满空气后，气室21中的气体在瞬间向直筒体释放，在直筒体形成一个大的气弹16，并迅速上浮，带动筒体中水体向上流动，从而使底层水流向表面，与表层水混合下潜，形成垂向混合流动，造成上下层水体间的循环交换，达到混合上下水层的目的。气室21内部增设导流板23，能使气室21内部气水分离，上升的气泡进入直筒体，曝气室22充氧后的水流经由导流板23流入直筒体外部水体中，形成下层水体的循环充氧，加强设备的曝气效果。锚固链28外圈套接一拉伸弹簧39。锚固链28的拉紧长度控制在拉伸弹簧39的安全拉伸极限长度内；锚固链28的作用主要是承载设备安装时锚固墩29的重量和设备浮力；拉伸弹簧39的作用主要是缓冲和削减设备运行时的冲击力。设备不运行时，由拉伸弹簧39受力，锚固链28在拉伸弹簧39内处于松弛状态；设备运行时，快速上升的气弹16和水流将对设备造成间歇冲击，随上升流速的增大拉伸弹簧39受力拉伸，拉伸长度达到最大时，锚固链28伸展至全长并开始受力。由于拉伸弹簧39的拉伸作用，能缓冲设备运行时的绝大部分冲击力，同时锚固链28能保证拉伸弹簧39受力在安全范围内。如附图2所示为附图I中设备组件之间法兰连接方式上法兰30螺孔处向内凹进形成卡槽32，下法兰31螺孔处向上凸起形成定位销33，卡槽32和定位销33之间能吻合套接，防止法兰盘在设备长时间运行中受冲击错位。在上下法兰间加设一抗震垫片36，减缓法兰受冲击磨损。上下法兰片吻合后，螺孔插入螺栓34，并由自锁螺母35上紧，自锁螺母35 能防止螺母连接长期受冲击松动脱落。如附图3所示预设吊环(37、38)分别与喇叭状进口 27和锚固墩29连接。图(a) 为装置未运行时，图中，拉伸弹簧39承受设备向上浮力，处于未拉伸或拉伸程度较小的收缩状态，拉伸弹簧39套接中的锚固链28处于松弛状态。图(b)为设备运行时，快速上升的气弹16和水流将对设备造成间歇冲击，锚固链28此时处于全长伸展并承受大部分拉力的状态，锚固链28外套拉伸弹簧39此时拉伸最大。拉伸弹簧39拉伸的过程中，能缓冲绝大部分的间歇冲击力。如附图4所示在蘑菇状出水口 9上方集成组合“扬水曝气强化化学/生物制剂无动力自动定量投加的水质改善装置”。储药箱43内装有水质处理生物或化学药剂，与浮体外顶板上预留螺孔8用螺栓连接。储药箱43底部有投药装置44，投药装置44穿入中心孔7至筒体内部。储药箱43及投药装置44具体构造详见申请人另一项专利申请“扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置”(申请号201210033645. 6)。蘑菇状导流出口下方直筒体侧壁上开设导流孔45。在设备运行过程中，上升的气弹16及水流带动打开投药装置44，药液经投药装置44释放。通过曝气的剧烈混合作用，实现药液与水体的均匀混合，经由导流装置6从蘑菇状出水口 9进入外部水体，通过水力脉冲作用扩散至周围上层水体中。
权利要求
1.一种深水型水源水库扬水曝气水质改善装置，包括在水体中依次由上至下连接的蘑菇状导流出口部分(I)、滑动调节部分(2)、非滑动部分(3)、主体曝气设备(4)和沉于水底的锚固墩(29);其特征在于蘑菇状导流出口部分(I)包括直筒体，直筒体上有蘑菇状出水口(9)，蘑菇状出水口(9)下方直筒体侧壁上开设导流孔(45)，蘑菇状出水口(9)的上部设置有用于提供浮力的第一浮体(5)，第一浮体(5)的下方为倒锥型的导流装置￠)，在第一浮体(5)及导流装置(6)开设中心孔(7);在第一浮体(5)顶板上预设有螺孔(8)；所述的滑动调节部分(2)为多节套筒套接组成的直筒体，上下节之间为套筒式连接， 套接直径能满足相互间自由滑动的要求；其中，最下一节位置固定，与下部非滑动部分筒体相连；最上一节与顶部蘑菇状导流出口(I)相连，能随水位涨落上下浮动自动调节整个伸缩段筒体的长度；所述的非滑动部分(3)包括相互连接的两节筒体，筒体外侧固定有用于提供浮力的第二浮体(17)，最下一节筒体与下部主体曝气设备(4)中的直筒体相连接，筒体内有正在上升的气弹(16)；所述的曝气设备主体(4)包括直筒体,在直筒体外设有曝气室(22)和气室(21),曝气室(22)和气室(21)之间有出口(25)，气室(21)与直筒体之间留有出气狭缝(24);气室(21)上部固定有用于提供浮力的第三浮体(20);气室(21)内部设有用于气水分离的导流板(23)，水流经导流板(23)经出口(25)至外部水体中，形成下层水体的循环充氧；气体上升由出气狭缝(24)进入直筒体，曝气室(22)下方进口处设环形空气释放管(26);最下端为喇叭状进口(27)，喇叭状进口(27)与锚固墩(29)之间通过锚固链(28)相连接。
2.如权利要求I所述的深水型水源水库扬水曝气水质改善装置，其特征在于，所述的锚固链(28)外径上套接有拉伸弹簧。
3.如权利要求I所述的深水型水源水库扬水曝气水质改善装置，其特征在于，所述的曝气室(22)中充满水，将压缩空气以小气泡的形式连续通入曝气室(22)下部，气泡在曝气室(22)上升的过程中与水接触，将氧气溶解到水中；气室(21)位于曝气室(22)的上部，为一半封闭腔室，收集来自曝气室(22)的气泡，当气室(21)充满空气后，气室(21)中的气体在瞬间向非滑动部分(3)的筒体释放，形成一个大的气弹(16)，并迅速上浮，带动筒体中水体向上流动，从而使底层水流向表面，与表层水混合下潜，形成垂向混合流动，造成上下层水体间的循环交换，使上下水层达到混合。
全文摘要
本发明公开了一种深水型水源水库扬水曝气水质改善装置，包括在水体中依次由上至下连接的蘑菇状导流出口部分、滑动调节部分、非滑动部分、主体曝气设备和沉于水底的锚固墩，蘑菇状导流出口部分有导流装置和导流孔，中部的滑动调节采取了减震和紧固抗冲击措施，下部主体曝气设备加设导流板，底部锚固链套接拉伸弹簧，有效消除或避免了高强度水流冲击对设备造成的破坏或解体；加强连接的多节套接结构可适应水位大幅变动条件下设备的自动调节。可对深水型水源水库/湖泊上下层分层水体进行混合充氧，改善水体环境，抑制内源污染和藻类生长，实现对深水湖库水质的原位改善。同时，兼顾了与其他设备集成的条件。
文档编号C02F7/00GK102603087SQ20121009020
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者史建超, 杨霄, 黄廷林 申请人:西安建筑科技大学