一种垂向流充氧混合器的制作方法

本发明属于环境科学、环境工程、给排水科学与工程领域，是一种用于深水型(水深大于10米，下同)湖泊、水库破坏水体季节性结构分层，进行水质改善与修复的垂向流充氧混合器。

背景技术：

深水型湖库在夏秋季节受气温升高影响会引起水温梯度的垂向差异进而引起水体层间的密度差异，从而发生水体结构稳定分层现象，简称热分层。热分层阻碍水体垂直方向上的物质和能量交换，导致表层水环境溶解氧含量较高、pH值升高、藻类异常繁殖，而底层水环境向缺氧和厌氧状态过渡，促使沉积物中总磷、铁锰等向上覆水中释放，导致湖库水体铁锰浓度超标和富营养化。热分层诱发深水型湖库周期性内源污染，造成水质季节性恶化，对水源湖库的管理、下游净水工艺的运行以及净水的输送系统造成一定的困难。

原位充氧混合技术能够有效地破坏/扰动水体分层、提高水库垂向混合强度、增加水库底部溶解氧浓度、抑制沉积物中污染物的内源释放和藻类异常性增殖，是解决热分层湖库的水质内源污染的根本途径，是一种直接高效的水质修复改善技术。典型的原位曝气混合技术包括同温层(空气或纯氧)曝气、气泡羽混合、扬水筒混合、机械混合等物理修复技术为代表的水质改善方法，并取得了较为成功的应用。然而，上述技术多集中在水深较浅的非分层或弱分层型水源水体，而且在技术应用的可行性、稳定性及经济性等方面尚存在不足。扬水曝气技术是目前较为典型的针对大水深和强分层环境下的混合充氧技术，该技术具有底层水体直接充氧和混合上下水层间接充氧功能，能够达到控制内源污染、抑制藻类生长、改善水源水质的目的。但同时该技术也存在难以克服的缺点，主要表现在设备构件过多、组成复杂、整体庞大笨重，为现场安装和运营管理带来困难；同时，从工作原理上分析，该设备采用气弹活塞的方式将底层水体提升至表层参与混合，耗能较大，效率较低，设想达到深水湖库水质彻底改善，需要将水库整体完全混合，这在动力的消耗上是难以承受的。热分层效应导致表层水体温度较高、溶解氧接近饱和、pH较高，藻类丰富，而底层水体温度较低、溶解氧含量过低、pH较低，因此如果充分利用表层水体的特性，将其引入湖库底部，与底层水体混合，将减少曝气能耗，提高曝气效率，抑制藻类生长；表层水体位于湖库表面，具有较大的势能，因此只要克服密度差即可使将其引入湖库底部成为可能，在动力消耗方面将较现有的扬水曝气技术减少；充氧混合后的水体以及剩余尾气密度较小，将向湖库表层移动，将对分层结构进行破坏/扰动。

技术实现要素：

本发明是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种利用压力空气作为氧气和动力来源，破坏/扰动深水型热分层湖库水层结构，对底层水体进行曝气充氧，将表层水体引入湖库底层参与混合的垂向流充氧混合器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种垂向流充氧混合器，包括上水仓盘、下水仓盘、上气仓盘、下气仓盘，上水仓盘；

所述上水仓盘和下水仓盘中心与边缘对齐放置形成有水仓，上水仓盘和下水仓盘的边缘留有圆周状的气水射流狭缝，所述上水仓盘上设置有连通水仓的进水接头；

所述上气仓盘和下气仓盘中心与边缘对齐放置形成有气仓，上气仓盘和下气仓盘的边缘留有圆周状的气体射流狭缝，所述下气仓盘上设置有连通气仓的进气接头；

所述气体射流狭缝与气水射流狭缝之间为气水混合仓，所述气水混合仓为围绕水仓的圆环状空间。

在上述的一种垂向流充氧混合器中，所述气体射流狭缝伸入气水混合仓内的1/10-3/10的气水混合仓的水平长度。

在上述的一种垂向流充氧混合器中，所述的上水仓盘为倒扣的、中心上凸的碟形圆盘，中心部位开口并向上密封连接有进水接头。

在上述的一种垂向流充氧混合器中，所述的上气仓盘为中心下凹呈锥形、周边呈弧形的圆盘。

在上述的一种垂向流充氧混合器中，所述的下气仓盘为中心下凹呈平面、周边呈弧形的圆盘，下气仓盘中心部位开有圆形进气口。

在上述的一种垂向流充氧混合器中，所述下水仓盘为开口向上、中心下凹的碟状圆盘，所述下水仓盘中心部位开口并向下密封连接有圆筒状的进气接头。

在上述的一种垂向流充氧混合器中，所述的上水仓盘、上气仓盘、下气仓盘、下水仓盘由若干块固定加强筋板连接在一起，所述的固定加强筋板是具有一定厚度的边缘不规则的平板，若干块固定加强筋板呈圆环形垂直排列在水仓和气水混合仓构成的空腔内，用于定位上水仓盘、上气仓盘、下气仓盘、下水仓盘的具体位置以及确定气水射流狭缝与气体射流狭缝宽度。

在上述的一种垂向流充氧混合器中，所述固定加强筋板的上边缘和下边缘分别与上水仓盘的底面和下水仓盘的上平面连接，所述固定加强筋板中间部分开槽以适应上气仓盘和下气仓盘的外部形状，并与上气仓盘和下气仓盘的外表面连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明利用进水接头以及管道与湖库表层水体连接，利用进气接头与压力气体连接；利用气体本身的能量与气仓的射流狭缝使气体高速喷出，并与水气混合室内的湖库水体接触并使之产生紊流，并卷入周围低速液体，实现第一次充氧、混合、搅拌；利用气水混合物的能量由气水混合室的水气射流狭缝高速喷出，与气水混合室外部的低速水体发生激烈冲击，产生强烈紊流，进行二次充氧、混合、搅拌；利用微小气泡上浮过程中与底层水体的接触，进行第三次充氧，并在上浮的过程中破坏/扰动层间结构；利用气水混合物冲出后在气水混合室内气体射流狭缝附近产生的负压以及上部水体的水头压降，上部水体不断通过进水接头进入气水混合室，参与气水混合过程，形成对于表层水体的引入。

2、本发明结构简单，体积较小，水气进入本发明均可以采用软管连接，安装简单快捷，运行维护简便；设置了气体射流狭缝和气水射流狭缝，提供了一种为底层缺氧厌氧状态的水体的进行三次充氧混合的装置，提高了充氧效率；设置了横向的气水射流狭缝，扩大了充氧后的气水混合物的作用范围，充分利用了动力资源；设置了气体射流狭缝和气水射流狭缝，在气水混合室内形成负压环境，将表层水体引入湖库底部参与混合，利用了表层与底层水体的互补性，节省了能耗，提高了充氧混合效果，抑制了藻类的过度繁殖。

附图说明

图1是本发明构成的俯视图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是图2的B-B剖面图；

图4是本发明构成的等轴测图。

图中，1、上水仓盘；2、上气仓盘；3、下气仓盘；4、下水仓盘；5、进水接头；6、进气口；7、进气接头；8、水仓；9、气水射流狭缝；10、气仓；11、气体射流狭缝；12、固定加强筋板；13、气水混合仓。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图1-4,对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

一种垂向流充氧混合器，包括上水仓盘1、下水仓盘4、上气仓盘2、下气仓盘3；

所述上水仓盘1和下水仓盘4中心与边缘对齐放置形成有水仓8，上水仓盘1和下水仓盘4的边缘留有圆周状的气水射流狭缝9，所述上水仓盘1上设置有连通水仓8的进水接头5；

所述上气仓盘2和下气仓盘3中心与边缘对齐放置形成有气仓10，上气仓盘2和下气仓盘3的边缘留有圆周状的气体射流狭缝11，所述下气仓盘2上设置有连通气仓10的进气接头7；

所述气体射流狭缝11与气水射流狭缝9之间为气水混合仓13，所述水气混合仓13为围绕水仓8的圆环状空间。

进一步地，所述气体射流狭缝11伸入气水混合仓13内的1/10～3/10的气水混合仓13的水平长度。本实施例采择约1/5左右。

具体地，本实施例所述的上水仓盘1为倒扣的、中心上凸的碟形圆盘，中心部位开口并向上密封连接有进水接头5；

所述的上气仓盘2为中心下凹呈锥形、周边呈弧形的圆盘；

所述的下气仓盘3为中心下凹呈平面、周边呈弧形的圆盘，下气仓盘3中心部位开有圆形的进气口6；

所述下水仓盘4为开口向上、中心下凹的碟状圆盘，所述下水仓盘4中心部位开口并向下密封连接有圆筒状的进气接头7。

进一步地，所述的上水仓盘1、上气仓盘2、下气仓盘3、下水仓盘4由若干块固定加强筋板12连接在一起，所述的固定加强筋板12是具有一定厚度的边缘不规则的平板，若干块固定加强筋板12呈圆环形垂直排列在水仓8和气水混合仓13构成的空腔内，用于定位上水仓盘1、上气仓盘2、下气仓盘3、下水仓盘4的具体位置以及确定气水射流狭缝9与气体射流狭缝11的宽度。

具体地，本实施例的固定加强筋板12设置有四块，周向均布在水仓8和气水混合仓13构成的空腔内。固定加强筋板12的具体数量根据实际情况设定。

更具体地，所述固定加强筋板12的上边缘和下边缘分别与上水仓盘1的底面和下水仓盘4的上平面连接，所述固定加强筋板12中间部分开槽以适应上气仓盘2和下气仓盘3的外部形状，并与上气仓盘2和下气仓盘3的外表面连接。

另外，本发明的主体(上水仓盘1、上气仓盘2、下气仓盘3、下水仓盘4)由5～8mm厚的PE板模压制成或1mm厚的不锈钢板钣金焊接制成，以杜绝对于水库水质的污染。整个装置的直径500～800mm，高度为400～500mm(即直径为上水仓盘1和下水仓盘4外边缘形成的圆形的直径，高度为上水仓盘1的上平面的最高点至下水仓盘4的外表面的最低点的距离)；进水接头5的直径为100mm，进气接头7的直径为50～80mm；水仓8的直径为400mm～700mm，高度为300～400mm；气仓10的直径为420～720mm，高度为200～300mm；气体射流狭缝11的宽度为5～10mm，气水射流狭缝9的宽度为10～15mm；气水混合仓13的外径为500～800mm，内径为400～700mm；固定加强筋板12的长度为200～350mm。

本发明的工作原理是：

将进水接头5和进气接头7分别采用法兰或者软管接头与PE软管连接，此处PE软管要求内衬螺旋钢丝，以便防治软管弯折，阻碍水气流通；进气PE软管与压力气源连接，进水PE软管采用浮力装置放置在表层水体的0.5～3m水深处，可在软管前端3m处环绕软管穿孔，以便表层水体流畅进入进水软管；开动气源，压力气体通过进气接头7、进气口6、气仓10，并由气体射流狭缝11呈辐射状喷出，在气水混合仓13处对水仓8内水体进行充氧混合，并形成气水混合物由气水射流狭缝9成辐射状喷出，继续与装置外部水体进行充氧、混合、搅拌，剩余气泡随即上浮，并在上浮的过程中继续对水层进行充氧和破坏/扰动；由于气水混合物由气水射流狭缝连续不断地喷出，在气水混合仓13处造成局部负压区，不断吸引水仓内水体进入补充，从而在表层水体的压力水头的作用下，通过进水软管连续送入水仓参与充氧混合。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。