专利名称：闭锁水域的水质净化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种闭锁水域的水质净化装置。具体地说，是针对湖泊、水库、城市内湖、公园水体、河汊等相对闭锁性水域，通过人工营造出大水流，使水体循环流动，并往水体中高效注入氧气，提高溶解氧含量，最终使大规模闭锁水体净化变清的一种装置。
湖泊、水库、城市内湖、公园水体、河汊、海汊等水体均有一共同特性，即水体与外界活水间的交换较少，水体少有流动，有的甚至是一潭死水。这类水体均相对闭锁，因此可称为闭锁水域。
对这些闭锁性水域而言，外部经常有大量的有机污染物流入，有机污染逐渐沉入水底形成有机污泥。通常水域深处的水中溶解氧含量较低，特别是到了夏季，水中形成了突变层，只有水面表层含有较高的溶解氧，下层水体和底泥处则严重缺氧，有机污泥在厌氧状态与被分解，从而释放出硫化氢、甲烷、氨等，使水体发臭，同时污泥中的磷、氮等营养盐也会溶出，加重了富营养化的程度，致使藻类大量生长。这样久而久之，闭锁水域的水体日渐恶化。
本来底泥中也含有大量的好氧性微生物，在水中溶解氧含量充足的情况下，好氧性微生物能对底泥和水中的有机污物进行好氧分解，转变成无机物，产生二氧化碳和水，从而能使水质净化。好氧生物分解是污水处理的主要方法之一，但好氧微生物在进行好氧分解途中会消耗氧气。如果水中溶解氧得不到补充，则很快就变成缺氧状态，好氧微生物的繁殖和活性被压制，厌氧微生物则变得活跃，有机污物被厌氧分解，造成水体的持续恶化。
作为向水中补充氧的方法，在污水处理行业和水产养殖行业通常采用叶轮曝气，喷水曝气等到方法，近年来也有采用射流曝气法的。如中国实用新型专利94236415就提供了一种射流式增氧器。但以上这些方法只适合于小规模水体的增氧，对于自然湖泊、河汊、海汊等大中型水域则无能为力，而且基本上没有造流能力。
在中国发明专利中来自日本的企业公布了几种闭锁水域的净化装置，如公开号CN1072662A、CN85102953A、CN1030738A、CN1075702A等。这些装置的特点是在水底安放一些垂直向上的管状物，设置在岸上的压缩空气气源向管状物的底部供气，这些气体有的在管状物底部被特殊结构聚结成气团，有的则直接沿管内的螺旋沟螺旋上升，最终都是沿着管壁垂直上升直达水面。从而将部份底层水体带到水面，并在水面上散开，因此在某种程度上实现了纵向造流功能，上下层水体交换功能和曝气增氧功能。
但是上述方式的缺点也很明显一是需要大量的压缩空气，运行成本较高；二是因为直接通过气块的上升产生涌动水流，水流的流量不是很大；三是大块的气泡团与水的接触面积小，且因垂直上升接触时间也短，故曝气充氧效率不高；四是压缩空气源设置在地面会产生噪音。故上述方式在5米以上的较深水体中有一定效果，在浅水中则效果大为减弱。
本新型的目的是针对上述原有技术的弱点提出一种新的解决方案，以期用小量的动力在水中营造出大水流，且可根据水的深浅使装置分别产生水平水流或垂直水流，从而使整个水面循环流动，并且往水中注入微细气泡，使气泡沿水流水平流动，增大气泡和水的接触时间和接触面积，从而提高氧利用率，增加溶解氧含量，促进好氧微生物的繁殖和活性，最终达到使闭锁水域水体净化的目的。
为了达到上述目的，本实用新型设计了一种大水流发生装置，并将其设置在水域水体中，所述大水流发生装置主要包括加压水发生装置和喷射装置。加压水发生装置将取自水域中的水进行加压，然后输送到喷射装置中，喷射装置包括喷嘴和喉管，喷嘴将加压水高速喷到喉管中，喉管则设置在喷嘴的喷出侧并带有吸入口。根据射流原理，由于流体的粘附和卷带作用，当高速喷射水流进入喉管并从喉管出口流出时，会在喉管的吸入口一侧将充斥于其中的水域水体抽吸到喉管中。这样被抽吸水流与由喷嘴喷出的高速水流在喉管中混合、紊动，然后一同从喉管的出口端排出。从而便在水中营造出了水流，并且其流量比由加压水发生装置所产生的工作水流的流量要大。喷射装置可以是一级喷射，也可以是多级喷射，但为了以较小的动力得到较大的水流，至少有一级喷射处其喉管截面积与该级喷嘴截面积之比大于5，这样在水域中营造出的水流流量将达到工作水流流量的数倍乃至数十倍之多。通常经过努力，可以使工作水流流量增量20倍以上。
为了提高水流营造效果，最好将喷射装置做成两级串联在一起，其中第一级喷射装置的喉管同时成为第二级喷射装置的喷嘴。进而为了提高喷射效率和使第二级喷射装置的喷射水流也能达到较高的速度，可以将第一级喷射装置的喉管做成三段首端和末端为收缩状管，中间段为普通园柱管。
为了使水域中的水能顺畅地被吸入到喉管中，减少阻力和能量损耗，可以将各级喉管的吸入口做成敞开式的，喷嘴被罩在吸入口之内，这样水域中的水可沿喷嘴四周以与喉管中心线成锐角的方向被吸入到喉管中。
上述创新和努力解决了在水域中营造大水流的问题。其次为了更有效地净化水质，本实用新型发明人还做了提高水中溶解氧含量的努力，其特征在于可以将加压水发生装置所使用的水源取自于水域表层富含溶解氧的表层水。由于表层水与空气接触，溶解氧含量较高，加压水发生装置吸入表层水后，加压送入设置在水域底部的喷射装置中，并在水域底部营造水流，因此便实现了上下层水体的强制循环，提高了水域底部溶解氧的含量。为了更有效地对水域底部水体进行曝气，提高其溶解含量，还可以至少在一级喷射装置上设置空气室，空气室可设置在喷嘴外周上，也可设置在喉管吸入口上。空气室的一端通过输气管与水面外的空气源相连，空气室的另一端开有开口朝向喉管吸入口一侧，这样当喷嘴将工作流体高速喷出时，根据射流原理，由于流体的粘附和卷带作用，空气室中的空气也会被抽吸到喉管中，在喉管中与工作水流和被抽吸水流激烈混合，空气被剪切成微小气泡，空气中的氧气溶解到水中，从而能大大增加水域底层水体溶解氧的含量。通过采取上述方法，通常氧的利用率可达80％以上。
综上所述，由于本闭锁水域的水质净化装置首先在水域中营造出了大水流，在闭锁水域中设置一台或多台本装置，便可使闭锁水域的一部或整体缓慢循环流动，将死水激活。根据流水不腐的原理，死水流动后，水的自我净化能力便得以大大提高；其次本闭锁水域的水质净化装置可将含氧量较高的表层水导入到设置在水体底层的喷射装置中，并在喷射过程中将大量空气吸入，从而能使水底水流的含氧量极高，并随着水域的循环流动，而将氧气传播，使严重缺氧的底层水体的溶解氧含量大大增加，促进好氧微生物的大量繁殖和活性，从而能对水中和底泥中的有机污物进行分解，并能抑制底泥中氮和磷的溶出，最终实现闭锁水域水质净化的目的。
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
图1是本实用新型用于闭锁水域进行水质净化时的整体结构示意图。
图2是本实用新型的一个实施例——具有二级喷射的闭锁水域水质净化装置的水下喷射部结构示意图。
图3是在中小型闭锁水域中使用本实用新型装置后的效果示意图。
图4是在大中型水域的岸边局部闭锁区域(海汊、湖汊等)使用本实用新型装置的效果示意图。
在
图1中，30是喷射装置，31是工作流体输水管，32是加压水发生装置，通常可采用高压潜水泵，33是电缆，34是地面装置以及空气源，35是输气管，36为被营造出的大水流。输气管35的吸气端可直接暴露于水面外的大气中，抽吸大气中的空气，也可与设置在地面上的空压机等有压空气源相接。
图1左侧是将喷射装置30水平设置于水底部的工作方式，右侧是将喷射装置30垂直设置于水底部的工作方式。水平设置方式适用于各种水深的水域，而垂直设置方式适用于深水域。地面装置34通过电缆33给高压潜水泵32供电，高压潜水泵32将水域表层水抽吸后加压成高压水，经输水管31输送到喷射装置30上，喷射装置在喷射过程中，从周围水体中吸入大量水流，并通过输气管35吸入空气，形成一股流量被大大增量、富含溶解氧的大水流36，从而达到使闭锁水域的死水变为活水的效果，并促使水域的表层水和底层水交换，同时由于被抽吸空气中的氧能被充分溶解，又大大提高了底层水体的溶解氧含量，从而促使水域中的好氧微生物大量繁殖，将有机污染物分解消化，最终使闭锁水域的水体得到净化。
图2是本实用新型的一个实施例——具有二级喷射的闭锁水域水质净化装置的水下喷射部结构示意图。
在图2中，1是第一级喷射装置，2是第二级喷射装置，3是与设置在水面上或地面上的加压水发生装置相连的输水管，13a～13f是各部分的支架，14是底座。经过输水管3，具有一定压力的工作水流Q1被输送到喷射管4中，喷射管4的喷射头5为圆锥状收口结构，工作水流Q1在此处被加速，高速喷射到喉管6中，这样原存于喉管6中的水被高速喷流推走，由于流体的粘附和卷带作用，外部自然水体中的水从吸入口20中源源不断地被吸进喉管6中，形成抽吸水流Q2。图中7是一个环状空室，有一个口通过输气管8与水面外空气源相连，另有一环状口9设在吸入口侧。当整个装置设置于水下未使用时，空室7中将充满水，而一旦装置被启动，工作水流Q1被高速喷射到喉管6中时，由于流体的粘附和卷带作用，空室7中的存水也将通过环状口9被吸进喉管6中，存水被吸净后，水面外的空气将通过输气管8源源不断地进入空室7中，进而又通过环状口9被吸进喉管6中，这样在喉管6中，工作水流Q1、被抽吸水流Q2及被抽吸空气流三者剧烈紊动、渗混，空气被剪切成微小气泡，形成液气二相混合流。在
图1的结构中，喉管6被分成了三段6a部为一小锥度的锥形收缩管，6b为一圆筒管，6c也为一呈收缩状的园锥管。将喉管的头部6a段做成园锥状是为了减少喉管内流体的能量损失，将喉管的尾部6c也做成园锥收缩形状是为了将在6b处已被充分混合了的气液二相流提速，使其仍以较大的速度喷出，起到第二级喷射装置2的工作流体的作用。这样该液气二相混合流被喷射到第二级喷射装置2的喉管11中，原存于喉管11中的水被推走，由于流体的粘附和卷吸作用，外部的水体经由第二级吸入口21源源不断地被吸入喉管11中，形成抽吸水流Q3。在第一级喉管的6b和6c的筒体外部设置有另一个环状空室10。该环状空室10上也有一个口通过输气管8a、8与水面外空气源相连，环状空室10的左侧是封闭的，右侧面向喉管11的一端为敞开开口，这样当喉管6c中的液气二相混合流向喉管11中喷射时，水面外的空气又会经由输气管8、8a和环状空室10而被吸入到喉管11中，因此在喉管11中，来自第一级喷射装置1的液气二相混合流与被抽吸进的水流Q3和空气流再次混合，水流流量得以大大增加。水的溶解氧含量进一步提高，形成一股大水流从喉管11右端流出。在出口处，由于流体的连带作用，水体中还会有部份水体被连带着缓缓流动，形成Q4。这样最终在水体的底部形成一股流量为Q1+Q2+Q3+Q4的富含溶解氧的大水流。
在图2所述的实施例中，第二级喷射装置2的喉管11的截面积较大，为该级喷嘴6c截面积的5倍以上。水流增量主要在第二级喷射装置中实现。
图3是在中小型闭锁水域中使用本实用新型装置后的效果示意图。
图中40是设置在水下的本实用新型所指闭锁水域水质净化装置。由图可见，在一个中小型闭锁水域里，水平设置两台或多台闭锁水域水质净化装置，即可使整个水域水体循环流动，同时又能大大增加底层水体的溶解氧含量，因此可使整个水域的水体同步得到净化。
图4是在大中型水域的岸边局部闭锁区域(海汊、湖汊等)使用本实用新型装置的效果示意图。
图中50为水域水面，51为岸边的一个凹状水面，形成一个水汊，具体有河汊、湖汊、海汊等，即使水域50有足够大，比如大海，水域为活水有足够的水流，但在水汊51处自然水流仍难以到达，因此水汊51仍是一个闭锁小水域，而且正因为水汊51与陆地相接，周围居民的有机物污染很容易在此富集，形成重度污染区。如图所示，通过在其中设置一至两台本发明所指闭锁水域水质净化装置，即可促使水汊51处的水体环流交换，实现局部闭锁水域51处的水质净化。
权利要求1.一种闭锁水域的水质净化装置，其特征在于在水域的水体中设置有大水流发生装置，所述大水流发生装置包括加压水发生装置，将加压水高速射出并吸引水域水体形成水流的喷射装置，喷射装置包括喷嘴和设置在喷嘴的喷出侧带有吸入口的喉管，喷射装置是一级喷射或多级喷射，至少有一级的喉管截面积与该级喷嘴截面积之比大于5。
2.根据权利要求1所述的闭锁水域的水质净化装置，其特征在于所述喷射装置共有两级串联在一起，其中第一级喷射装置的喉管同时成为第二级喷射装置的喷嘴。
3.根据权利要求2所述的闭锁水域的水质净化装置，其特征在于第一级喷射装置的喉管由三部分组成首端和末端为收缩状管，中间为普通园柱管。
4.根据权利要求1或2或3所述的闭锁水域的水质净化装置，其特征在于各级喉管的吸入口均为敞开式的，喷嘴被罩在吸入口之内，水域中的水可沿喷嘴四周以与喉管中心线成锐角的方向被吸入喉管中。
5.根据权利要求1或2或3所述的闭锁水域的水质净化装置，其特征在于加压水发生装置所使用的水源取自于水域表层富含溶解氧的表层水。
6.根据权利要求1或2或3所述的闭锁水域的水质净化装置，其特征在于至少有一级喷射装置的喷嘴和喉管吸入口附近设置有空气室，空气室的一端通过输气管与水面外的空气源相连，空气室的另一端开有开口朝向喉管吸入口一侧。
专利摘要本实用新型提供了一种闭锁水域的水质净化装置。可将其设置在湖泊、水库、城市内湖、公园水池、河汊等闭锁性水域的水体中,对闭锁水域的水体进行直接净化。该装置包括设置在岸上或水面的加压水发生装置和设置在水下的喷射装置。加压水发生装置将取自水域表层的水进行加压,然后输送到水下的喷射装置中,喷射装置在喷射过程中将水流增量,并吸入大量空气进行瀑气,从而在水下人工营造出富含溶解氧的大水流,使水体循环流动,大大提高底层水体的溶解氧含量,因此能促使好氧微生物大量繁殖,加速对有机污染物的好氧分解,最终使大规模闭锁水体净化变清。
文档编号C02F7/00GK2367606SQ9920536
公开日2000年3月8日 申请日期1999年3月23日 优先权日1999年3月23日
发明者黄建军 申请人:北京佳业天成高新技术有限公司