可移动式扬水曝气水质原位改善系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种移动式扬水曝气水质原位改善系统，其主要由浮动动力平台、扬水曝气系统、压缩空气制备系统和空气管路系统组成。该系统可根据水质改善要求调节水下安置深度：当水体同时存在底部厌氧和表层藻类高发时，设备安置于底部水层；当仅有水体表层藻类高发时，设备安置于中上部水层。该系统可采用悬挂或定位两种运行方式，移动运行为主时，可采用悬挂方式；当系统需短期定位运行时，设备和平台锚固于水体底部，实现定位运行。该系统主要应用于小型水体、动力供应困难、水库水深较大、温度分层明显、藻类大量繁殖、短期底部厌氧、内源污染严重如铁、锰、氨氮、磷、有机物、硫化物、嗅味、色度等的湖泊水库的水质原位改善。
【专利说明】可移动式扬水曝气水质原位改善系统
所属【技术领域】
[0001]本发明涉及一种移动式混合曝气水质原位改善系统，特别适用于库容较小、水深较大、分层明显、底层厌氧、短期内源污染严重的水源水库的污染控制与水质改善。
【背景技术】
[0002]大水深湖泊、水库水体分层及其内源污染导致沉积物中氮/磷/铁/锰/硫化物等厌氧释放、藻类大量繁殖、水生生态环境恶化等系列问题，严重影响供水安全。 申请人:已授权的中国专利“多功能扬水曝气器”(专利号ZL200310117900.6)，可用于混合水库、湖泊的上下水层抑制藻类生长，向底部水体充氧，抑制沉积物释放，有效改善底部水体的水生生态环境；发明专利“一种分层混合充氧水质改善装置”(专利号:ZL201210118486.X)，通过对多功能扬水曝气器的改进，可根据水库水质改善需求，分别进行全层混合充氧和等温层混合充氧，以更低的能耗解决水库水质污染问题，实现了环境效益和经济效益的有机统一；发明专利“深水型水源水库扬水曝气水质改善装置”(专利号:ZL201210090207.3)，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。
[0003] 申请人:已授权上述发明专利主要应用于库容大、分层明显、内源污染重且持续时间长、电力配套条件良好的水源水库的水质原位改善。对于库容较小、内源污染持续时间较短、动力供应困难的中小型水源水库，就很难、也没必要建设上述固定式的扬水曝气水质原位改善系统。因此，如何针对中小型水源水库的水质进行改善，是当前本领域技术人员十分关注的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种可移动式扬水曝气水质原位改善系统。该系统在保证对水体进行混合充氧及水体上下层混合的功能基`础上，将扬水曝气设备、浮动动力平台、压缩空气制备系统及空气管路系统有机集成，可根据水源水库的水质变化与分布情况灵活调节扬水曝气设备水下安置深度，实现扬水曝气系统的定位运行及扬水曝气系统的移动运行。有效解决库容较小、内源污染持续时间较短、动力供应困难的中小型水源水库的水质原位改善问题。
[0005]为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现:
[0006]一种移动式扬水曝气水质原位改善系统，包括扬水曝气主体设备,该扬水曝气主体设备通过浮动平台的中心吊装孔垂直安装于水体中，中心吊装孔为“凹”字型浮动平台上的三边封闭构成的凹陷口 ；在远离浮动平台凹陷口的一端设置有电动挂桨机的电动推进器，在浮动平台上还分别设置有发电机、空气压缩机、管道卷盘机和设备吊装卷扬机，发电机分别与电动推进器、空气压缩机、管道卷盘机及设备吊装卷扬机相连通；在浮动平台上且位于扬水曝气主体设备上方四周设置有起吊支架，起吊支架底部设置有双滑吊钩，双滑吊钩的两侧分别通过吊装钢丝绳连接有设备吊装卷扬机和扬水曝气主体设备的导流筒；空气压缩机的一侧连接有储气罐，储气罐通过输气管路与管道卷盘机相连；导流筒的底部设置有水密舱，水密舱与导流筒构成一体结构，在水密舱的下方设置有气室，气室的开口垂直于水体表面向下，气室的外壁顶部四周均匀设置有气孔，沿气室的开口且伸入至气室的内部设置有曝气室，曝气室的开口垂直于水体表面向上，曝气室与气室的口径之差所构成的空间为回流室，在曝气室的下方设置有微气曝气器，微气曝气器还通过输气管路与储气罐相连通，微气曝气器的底部通过连接钢丝绳与锚固墩相固结。[0007]本发明还具有以下其他技术特点:[0008]连接储气罐与管道卷盘机的输气管路上还依次设置有阀门、流量计和压力表。[0009]在管道卷盘机和设备吊装卷扬机之间设置有变速器和离合器，管道卷盘机通过变速器前方设置的管道卷盘机定位锁定装置实现运行过程中定位锁定；设备吊装卷扬机吊装使用的设备吊装钢丝绳通过固定在浮动动力平台上的定位锁定装置实现运行过程中定位锁定。
【专利附图】
【附图说明】[0010]下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。[0011]图1是本发明一个实施例平面布置图。[0012]图2是本发明一个实施例系统图。[0013]图3是本发明实施例中管道卷盘机和设备起吊卷扬机连接方式图。[0014]图中各个符号分别表示以下含义:1、浮动平台，2、中心吊装孔，3、电动推进器，4、发电机，5、设备吊装卷扬机，6、起吊支架，7、扬水曝气设备，8、空气压缩机，9、储气罐，10、过滤器，11、阀门，12、流量计，13、压力表，15、输气管路，16、管道卷盘机，17、锚固墩，18、连接钢丝绳，19、微孔曝气器，20、曝气室，21、回流室，22、气室，23、外壁气孔，24、水密舱，25、导流筒，26、吊装钢丝绳，27、双滑吊钩，28、浮动动力平台上定位锁定装置，29、定位锁定装置，30、变速箱，31、离合器。
【具体实施方式】[0015]如图1所示，可移动式扬水曝气水质原位改善系统各部件集成在一个“凹”字型浮动平台I上，“凹”字口即为中心吊装孔2用于安装、调节或拆卸扬水曝气设备，该中心吊装孔2为“凹”字型浮动平台I上的三边封闭构成的凹陷口。电动挂桨机电动推进器3装设在远离浮动平台I凹陷口的一端，用于驱动浮动平台I水上运动。浮动动力平台承载、驱动和控制整个移动式扬水曝气水质原位改善系统，要求有足够的操作空间、浮力、动力和起吊设备。浮动动力平台由密闭浮箱、型钢和面板焊接而成，浮动平台上装设发电机4，为浮动平台上的电动推进器3、空气压缩机8、管道卷盘机16和设备吊装卷扬机5设备提供动力，发电机4分别与电动推进器3、空气压缩机8、管道卷盘机16及设备吊装卷扬机5相连通。在浮动平台I上且位于扬水曝气主体设备7上方四周设置有起吊支架6，用于安装设备吊装卷扬机5，设备吊装卷扬机5主要用于安装、调节或拆卸扬水曝气设备。设备吊装卷扬机5的吊装钢丝绳26穿过固定于起吊支架6上的双滑吊钩27来保证一定的起吊高度便于扬水曝气主体设备7的安装、调节或拆卸。在浮动平台I上靠近设备吊装卷扬机5的位置设有设备吊装卷扬机承重钢丝绳定位锁定装置28，当移动式扬水曝气水质原位改善系统处于连续运行状态时将吊装钢丝绳26定位锁定于浮动平台I上，使设备吊装卷扬机5处于空载状态，保证系统运行的稳定性和可靠性。空气压缩机8的一侧连接有储气罐9，储气罐9通过输气管路15与管道卷盘机16相连。
[0016] 如附图2所示，扬水曝气设备通过中心吊装孔2垂直安装于水下，扬水曝气设备主要由底部锚固墩17、连接钢丝绳18、微孔曝气器19、扬水曝气主体设备7、回流室21及输气管路15组成。扬水曝气设备的导流筒25的底部设置有水密舱24，水密舱24与导流筒25构成一体结构，在水密舱24的下方设置有气室22，气室22的开口垂直于水体表面向下，气室22的外壁顶部四周均匀设置有气孔23，沿气室22的开口且伸入至气室22的内部设置有曝气室20，曝气室20的开口垂直于水体表面向上，曝气室20与气室22的口径之差所构成的空间为回流室21，在曝气室20的下方设置有微气曝气器19，微气曝气器19还通过输气管路15与储气罐9相连通，微气曝气器19的底部通过连接钢丝绳18与锚固墩17相固结。
[0017]输气管路15将经过过滤除油的洁净压缩空气输送至扬水曝气设备的微孔曝气器19，压缩空气通过微孔曝气器19形成大量微细气泡，微细气泡上升的同时带动底层水体进入曝气室20，曝气室20中微细气泡向携带的水流中高效传氧，提高曝气室中氧的传质效率和提水能力，充氧后的水流经回流室21循环回流至底部水层，实现底层水体的循环充氧。从曝气室顶部释出的多余气体(尾气)进入气室22，一部分尾气从气室22的外壁顶部四周的气孔23溢出，其余部分形成气弹。
[0018]由于现有的扬水曝气设备不具备单独向等温层的曝气充氧功能，要实现等温层曝气充氧方式的单独运行，就必须控制一定气量下气弹的形成条件，既可避免或削弱形成气弹的全层混合作用，又能降低能耗，但同时又要保证在大气量条件下扬水曝气全层混合充氧功能的实现。为了能够准确实现等温层曝气充氧，在扬水曝气主体设备气室外壁顶部周边开设若干气孔23，其作用是单独向底层水体充氧，即实现等温层充氧，实现小流量时只向底层水体充氧而不混合上下层水体，大流量时既可充氧亦可形成气弹，混合上下层水体。气孔开孔数决定于单独向等温层曝气充氧的压缩空气量，其运行的条件时，当底层水体或中层水体存在过高浊度、且底层水体出现厌氧状态情况下，既要实现底层水体的充氧，又不能混合整个水层造成浊度的全层混合，影响水厂的安全供水。因此，气孔开孔数的计算依据是，在已知水深和底层水体耗氧速率条件下，计算确定单独向底层水体循环充氧所需的最小供气量，根据最小供气量和水深(压力)计算确定出一定孔径(如I~2mm)条件下的小孔数量。在较低的供气量下，首先通过曝气室20和回流室21实现底层水体的循环充氧，剩余气体以小气泡的形式通过气孔23释放到水体，而不形成气弹，消除了对上下水层的高强度混合；需要上下水层全层混合时，设备扬水和曝气功能同时启动，压缩空气流量增大，此时气室22中大量空气无法经气孔23释放而快速聚集，并持续间歇产生气弹，混合上下层水体。
[0019]水密舱24位于导流筒25的底部，用于提供浮力承载扬水曝气主体设备重量，使之保持悬浮状态。导流筒25为具有水密舱24的一体式直筒体，水密舱24的浮力略大于导流筒自重。根据应用水体的水深和导流筒25水流速度确定扬水曝气设备的总长度，其具体计算依据应满足两个方面的条件，首先是在该设备长度下的混合充氧影响半径达到或接近最大、混合充氧效果达到或接近最优，再增大设备长度既不能扩大影响半径，也不能提高水质改善效果，其实现的方法是通过CFD模拟优化确定；其次是导流筒中的流体上升速度达到最到或接近最大(90%左右)，因为上升速度提高和阻力增大是同时存在、且彼此消长的。因此，导流筒中流体的上升速度在水深足高大时存在最大流速，对应最大流速下的设备高度即为最大设备长度。当上述两个条件不能同时满足时，设备的最大长度由第一个条件所决定。长度变化由导流筒25数量调节，导流筒之间及其与扬水曝气设主体备之间通过法兰连接。
[0020]如图1、图2所示，空气压缩机8产生的压缩空气经储气罐9稳压后，通过过滤器10过滤除油后输送至输气管路15。阀门11用来控制调节供气量的大小，流量计12用来实时计量和指示空气流量，压力表13用来测定和指示输气管路15的压力。输气管路盘绕在管道卷盘机16上，在管道卷盘机上应盘绕足够长度的输气管道，输气管路15末端和扬水曝气设备的微孔曝气器19相连。
[0021]如图3所示，管道卷盘机16和设备吊装卷扬机5同步驱动，中间通过变速箱30和离合器31连接。在扬水曝气设备的安装与拆除过程中，两者分离分别单独控制，管道卷盘机16用于输气管道的回收与下放，设备吊装卷扬机用于扬水曝气设备的安装、调节或拆卸，在此过程中要求保证输气管路长度略大于设备安置深度，确保在安装、调节或拆除扬水曝气器时将管道卷盘机和设备吊装卷扬机分离，在移动式扬水曝气水质原位改善系统运行时，管道卷盘机与设备吊装卷扬机同步驱动实现扬水曝气器和输气管路的同时上升与下降，使输气管道长度与设备安置深度基本保持一致，避免输气管路在运行过程中受外力作用而损毁。
[0022]在移动式扬水曝气水质原位改善系统的运行过程中，不论是定位运行还是移动运行，均应保持输气管路15的长度与设备安置深度基本一致。并且在运行过程中要求通过定位锁定装置29将管道卷盘机16锁定，设备吊装钢丝绳26通过固定在浮动动力平台上的定位锁定装置28定位锁定。
[0023]本发明的可移动式扬水曝气水质原位改善系统，可根据需要调节水下安置深度:当底部厌氧和同时需要控制藻类数量时扬水曝气设备可安置于底部水层，只需要单一控制藻类数量时扬水曝气设备可安置于中上部水层；整个系统也可根据需要调节运行方式或安装位置，采用悬挂或定位的运行方式:`当以移动运行为主时可采用悬挂方式，在此方式下锚固墩和设备在水中的重量须能抵消气室充气时的浮力和气弹释放时的冲击力；当局部水质改善需要系统连续定点运行时，设备底部配重可将设备和平台锚固于水库底部，需改善水域较大时，也可采用多台联动方式，多个定点连续运行。
【权利要求】
1.一种移动式扬水曝气水质原位改善系统，包括扬水曝气主体设备(7)，其特征在于:该扬水曝气主体设备(7)通过浮动平台(I)的中心吊装孔(2)垂直安装于水体中，中心吊装孔(2)为“凹”字型浮动平台(I)上的三边封闭构成的凹陷口 ；在远离浮动平台(I)凹陷口的一端设置有电动挂桨机的电动推进器(3)，在浮动平台(I)上还分别设置有发电机(4)、空气压缩机(8)、管道卷盘机(16)和设备吊装卷扬机(5)，发电机(4)分别与电动推进器(3)、空气压缩机(8 )、管道卷盘机(16 )及设备吊装卷扬机(5 )相连通；在浮动平台(I)上且位于扬水曝气主体设备(7)上方四周设置有起吊支架(6)，起吊支架(6)底部设置有双滑吊钩(27)，双滑吊钩(27)的两侧分别通过吊装钢丝绳(26)连接有设备吊装卷扬机(5)和扬水曝气主体设备(7)的导流筒(25);空气压缩机(8)的一侧连接有储气罐(9)，储气罐(9)通过输气管路(15)与管道卷盘机(16)相连；导流筒(25)的底部设置有水密舱(24)，水密舱(24)与导流筒(25)构成一体结构，在水密舱(24)的下方设置有气室(22)，气室(22)的开口垂直于水体表面向下，气室(22)的外壁顶部四周均匀设置有气孔(23)，沿气室(22)的开口且伸入至气室(22)的内部设置有曝气室(20)，曝气室(20)的开口垂直于水体表面向上，曝气室(20)与气室(22)的口径之差所构成的空间为回流室(21)，在曝气室(20)的下方设置有微气曝气器(19),微气曝气器(19)还通过输气管路(15)与储气罐(9)相连通,微气曝气器(19)的底部通过连接钢丝绳(18)与锚固墩(17)相固结。
2.如权利要 求1所述的移动式扬水曝气水质原位改善系统，其特征在于:连接储气罐(9)与管道卷盘机(16)的输气管路(15)上还依次设置有阀门(11)、流量计(12)和压力表(13)。
3.如权利要求1所述的移动式扬水曝气水质原位改善系统，其特征在于:在管道卷盘机(16)和设备吊装卷扬机(5)之间设置有变速器(30)和离合器(31)，管道卷盘机(16)通过变速器(30)前方设置的管道卷盘机定位锁定装置(29)实现运行过程中定位锁定；设备吊装卷扬机(5)吊装使用的设备吊装钢丝绳(26)通过固定在浮动动力平台(I)上的定位锁定装置(28)实现运行过程中定位锁定。
【文档编号】C02F7/00GK103588308SQ201310563474
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】黄廷林, 马卫星 申请人:西安建筑科技大学