用于池塘、湖泊和其它水体的水循环系统的制作方法

专利名称：用于池塘、湖泊和其它水体的水循环系统的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及用于池塘、湖泊和其它水体的循环系统的领域，更具体地涉及用于较大且较深的水体的这种循环系统以及用于较小水体如市政废水池的系统的领域，其中前一水体需要相当高的流率以便最有效地工作，而后一水体主要设计用于处理生活和工业废水，并且为了有效工作而具有特殊的要求。
2.背景讨论对于需要高流率以便最有效地工作的较大且较深的水体而言，这种系统的基本目标是在从池塘的底部深处提升起水时可产生流至池塘边缘的近似层流的表面流。在这样做时，底部深处的缺氧的水就暴露在大气中并从中吸收氧气，而不需要的气体如硫化氢则排放到大气中。另外，在池塘中产生了全面的循环模式，其将整个池塘中的复氧水混合起来。这种混合又加速了使水净化的生物学过程和太阳能过程。所得的清洁作用是特别合乎需要的，这是因为其涉及到控制或去除杂草生长、藻类水面增殖、淤泥累积、鱼群死亡、臭气、大量的氮气和磷、酸度、悬浮颗粒以及其它条件。
运行循环系统的泵或叶轮的功率可用性和季节性气候条件(例如表层冰)对于优化性能提出了巨大的设计难题。偏远的池塘或其它水体尤其存在问题，因为可用的能源只有太阳能。然而，系统的叶轮最好能够从相对较大的深度如30到50英尺或更深处提发并引导相对较大体积的水流。另外，这种上流或提升必须通过以近乎层流的模式平缓且均匀地使水在池塘表面上扩散的方式来实现。否则，被提升上来的水的全面流动和混合将不会到达池塘的边缘，而仅是聚集在叶轮的中间区域，并使池塘的外部流域停滞且未经处理。
在如上所述的设计良好的系统中，池塘的表面将持续地被从底部深处抽上来的水更新，同时保持流至池塘边缘的表面层流。之后，表层水从大气中吸收氧气，同时将不需要的气体如硫化氢从水中排放到大气中。在其它的有益作用中，整个池塘深度范围内的混气水的这种表面复氧和后续的混合和扩散将增大所需要的需氧活性。这还将减少水中的悬浮固体和不溶固体，提高池塘的清澈度，并有助于阳光穿透和热量传递，以便进行进一步清洁。
在用于较小水体如处理生活和工业废水的市政废水池的循环系统中，上述遍及整个水体的高流动性的循环模式对于处理废水来说并不总是有效的，在某些情况下可能会起相反作用。这么小的池塘(如5到15英尺深)中的一个问题是，生活和商业废水通常更浓且更集中。另外，这种市政废水池依赖于更复杂的机理，包括用于处理和加工废水的生物学机理和化学机理。这些机理涉及到建立上部需氧区域和下部厌氧区域。每个区域对于各种不同废料的正确且彻底的处理和加工都是必须的，每个区域都有其自身的生物学和化学要求，这样的要求通常与另一区域的要求相对立，并总是不利于另一区域。因此，如同早先用于较大水体的高流动性系统中的那样对整个池塘的任何彻底且全面的混合通常会破坏这两个区域，并且会破坏废水处理池的效率。
出于对这些和其它因素的考虑，研制了本发明的水循环系统。
发明概要在本发明的主要设计用于较大且较深的水体的一组实施例中，公开了一种高流动性的循环系统。这种高流动性系统将水从池塘、湖泊或其他水体的深处抽上来以暴露在大气中，产生所需的遍及整个水体的全面循环模式。这种系统包括漂浮平台、盘件、叶轮和从环形外壳中悬垂出来的抽吸管。盘件恰好支撑在水面之下，并且盘件的底部与外壳的顶部间隔开，从而形成了环形开口。
在操作中，通过叶轮将水从池塘深处经由抽吸管朝向外壳和盘件提升上来。在这样做时，在优选使用方式中，上升的水不仅在盘件上边缘的上方流出，而且从外壳和盘件之间的环形开口中流出。最好有约2/3体积的上升水从环形开口中流出，而1/3体积的水继续向上流动到盘件中并从盘件中流出。通过这种设计，系统可以非常高的流率来工作，而不会在池塘或其它水体的水面处产生不希望有的湍流。
叶轮优选包括直径小于外壳和盘件底部直径的两个半叶片。这样便在叶片与外壳以及与盘件之间产生了间隙，这会在上升的水中产生较少的湍流。较小的直径还允许调节叶轮的叶片相对于盘件和外壳的垂直定位。这种调节又允许根据需要来改变上升水中的通过环形开口排放的部分与在盘件顶部之上排放的部分的比例。
抽吸管特别地构造成具有零浮力或略微为正的浮力，并提供了缆绳装置来选择性地调节可折叠管的延伸长度和深度。缆绳装置包括有助于保护主缆绳和导管的弹簧，以使其免受作用在漂浮平台上的表面波提升力的损坏。另外，该装置包括紧邻弹簧而定位的一段较短长度的缆绳，其限制了弹簧和整个缆绳装置的最大延伸度，从而保护抽吸管不会拉伸到超过其设计限制。还可包括有电子富营养化控制系统，以便从存在于水中的钙和磷酸盐分子中产生磷灰石。
在特地用于相对较小(例如5英亩)且较浅(例如5到15英尺)的市政废水池的一组实施例中，使用了高流动性系统的许多结构特征，但对其操作进行了修改。例如，仍然使用叶轮来形成流至池塘边缘的层流模式，但是与抽吸管从池塘底部附近向上抽取较大体积的水相反，只是将非常少的或经计量的水抽上来。然后将叶轮产生的水循环路径集中并优选限制在上部需氧区域(如池塘的顶部2英尺区域)内。在该上部区域中，流动的循环和混气对于上部区域的生物学和化学作用来说是最有益和最有利的。而下部厌氧区域(例如池塘的底部2英尺区域)则基本上不管，不受上部区域中所建立的循环流的影响。这样就不会破坏用于下部区域的所需生物学和化学作用的适当环境(例如通过将溶解氧从上部区域引入到下部区域中)。类似地并且由于上、下区域相互间基本上隔开，上部区域的生物学和化学作用不会如高流动性系统中那样因彻底混合而受到不利的损坏。然而，对池塘中的废水进行全面处理以将下部区域中的非常少量体积的水带上来并混合到上部区域中仍然是所需要的。在第二组实施例中，这可在非常仔细且受控的方式下通过结构和其操作来实现。
还公开了本发明的其它特征以及对循环系统的部件和操作的改进，以使其适用于其它的环境和场合。
附图简介

图1是本发明第一组实施例的循环系统的截面图，其用于产生流到池塘或其它水体的边缘并下至其深处的全面流型。
图2是系统的漂浮平台的放大视图。
图3是大致沿着图2中的线3-3剖切的简化顶平面视图，其显示了漂浮平台和围绕本发明的盘件周向地形成的表面层流。
图4是沿着图3中的线4-4的剖视图，其显示了漂浮平台的细节，包括位于盘件底部和连接在抽吸管上的外壳顶部之间的环形开口。
图5是本发明的盘件和外壳的透视图，显示了这两者之间所形成的环形开口。
图6是类似于图5的透视图，但还显示了叶轮叶片相对于盘件和外壳的优选定位。
图7非常类似于图4，其中所示的叶轮叶片处于低位，并且还显示了用于控制抽吸管的深度并保护主缆绳和导管免受表面波损坏的缆绳装置。
图8是沿着图7中的线8-8的剖视图。
图9显示了缆绳装置的安全特征的工作方式，其中图7所示的弹簧展开以吸收作用在漂浮平台上的表面波提升力，并保护主缆绳免于破坏。
图10显示了弹簧附近的一段较短长度的安全缆绳的操作，该安全缆绳用来保护弹簧且更重要地是保护导管，使它们不会被拉伸到超出其设计极限。
图11示意性地显示了本发明的循环系统，其适合于包括电子富营养化控制系统，以便从存在于水中的任何钙和磷酸盐分子中产生磷灰石。
图12示意性地显示了本发明另一组实施例的优选操作，其中在废水池中形成并维持了上部需氧区域和下部厌氧区域。
图13和14示意性地显示了在设定废水处理池环境中的类似图1所示循环系统的抽吸管入口的正确深度时的难度，在废水处理池中需要有需氧和厌氧区域。
图15显示了用来产生图12所示的所需循环系统的优选实施例的整体结构。
图16是沿着图15中的线16-16的剖视图。
图16a是图16中的一部分的放大视图。
图17是图15所示循环系统的盘件、叶轮、外壳和板件的透视图。
图18是图17的剖开视图。
图19是类似于图15的视图，显示了系统中所产生的各种流动路径。
图20是系统上部的侧视图。
图21显示了处于调节位置中的系统上部。
图22显示了用于处理一系列废水水体的第二组实施例的应用。
图23是图1所示实施例的抽吸管的入口部分的放大视图，该入口部分修改成可允许将可控量的水通过其底部板件而抽上来。
图24显示了图23所示实施例在运河环境中的应用。
图25和26显示了对图1所示实施例的入口部分的其它改进，使其可支撑在市政水箱的底部上，并设置有垂直延伸的臂件，从而在槽中的水位下降时收集和容纳可折叠式抽吸管。
图27示意性地显示了适于在水箱中产生臭气屏障的本发明的另一实施例。
本发明详细介绍如图1中示意性所示，本发明第一组实施例的水循环系统1包括上方的漂浮平台3，以及从其中向下悬垂至水入口7处的抽吸软管或抽吸管5。入口7优选定位在池塘或其它水体4的底部2的附近或略高处。在图2和3中最佳地示出的漂浮平台3包括三个支撑在平台的管状框架11上的浮子9。浮子9在中心轴线13的外部延伸，并优选围绕着轴线13均匀间隔开(见图3)。浮子9从中心轴线13延伸到足够远的地方，以便为系统1提供相对稳定且能漂浮的支撑结构，系统1包括其太阳能电池板15、电动机17、盘件19(也见图4和5)、叶轮21(也见图4和6)、抽吸软管5，以及图1所示的水入口7。如以下更详细地解释的那样，抽吸软管5也经特殊的设计，从而在其长度上基本是零浮力的或略微为正浮力的，从而进一步增加了系统1的稳定性。
系统1以及尤其平台3的整个浮力优选设计成将盘件19的上边缘或上唇19’(见图4)支撑在比池塘或其它水体4的水面6低约3英寸左右的下方。另外，如可能在图4中最佳地示出的那样，盘件19的底边缘19”与外壳25的上边缘25’间隔开来(例如隔开1.5英寸)，从而形成了围绕着轴线13延伸的环形开口27(也见图5)。如图5所示的间隔件29支撑了盘件19和外壳25，使其分隔开以形成开口27。间隔件29优选尽可能地少且小，使得开口27能基本上连续且完整地围绕中心轴线13延伸。围绕中心轴线13的开口27的总量优选至少有320度或更大，这样间隔件29只是遮掩了360度中的剩余的相对较少量的部分。
如以下更详细地解释的那样，叶轮21可沿着轴线13垂直地调节。然而，在图4和6的最佳定位中，叶轮21的两个横向叶片31对称地居中，每个叶片31的一半高于和低于盘件下边缘19”的水平面(见图4)。关于这一点，盘件19在顶边缘或上边缘19’处的直径为约6英尺。盘件19自身为约6英寸深，并向下且向内倾斜至底边缘或下边缘19”，其具有约30英寸的直径。叶轮21的叶片31优选为约27英寸宽，其外边缘或顶部相互垂直地间隔开约4英寸。每个半叶片31相对于垂直轴线13倾斜约15度。图4中的环形外壳25(其实质上形成了柔性抽吸管5的上端部或出口)的直径约为30英寸。外壳25具有向外延伸的法兰35(见图4)，悬垂法兰37固定在该法兰35上。悬垂法兰37的直径约为36英寸。柔性抽吸软管5的上边缘(见图4)围绕着悬垂法兰37延伸，并通过带状夹39固定在法兰37上。
在优选如图1和4所示的操作中，叶轮21(图4)围绕轴线13旋转，从而将水抽入到底部入口7(图1)中。然后通过抽吸软管5将水朝向外壳25和盘件19提升。在这种情况下，在优选的操作方式中，上升水的体积(图4中以箭头8示意性地表示)不仅在盘件19的上边缘19’之上流出，而且从外壳25和盘件19之间的环形开口27中流出。被提升上来的水8优选有约2/3的体积从环形开口27中流出(以箭头10示意性地显示)，而1/3继续向上流动到盘件19中并在其上流出(见箭头12)。然后，图4中的被提升上来的水8在盘件19的下方和上方排出。
在这后一点上，在使用诸如美国专利No.6433302和No.6439853(其通过引用结合于本文中)的水循环系统中已经发现，为了处理较大和较深的水体需要有极高的流率。然而，当增大现有设计中的流率时，源于盘件的表面排放就会形成不合需要的湍流。换句话说，当为了在较大和较深的水体(例如以30英尺深和300英亩相比于12英尺深和30英亩)中产生图1所示的所需循环模式而提高流率(例如从450加仑每分钟到3000加仑每分钟)时，源于现有设计的6英尺盘件的图3所示的表面排放将不再保持为层流型。因此，盘件顶部之外的表面湍流只进行至覆盖了约5英亩的圆周范围(相对具有更少但为表面层流的这种装置的正常30英亩的圆周)。在这些现有设备中将盘件的上边缘降低到水面下的超过1英寸并不会有帮助，这是因为表层流在较高的流率下仍然是湍流。可以设想使用比较大的盘件(例如18英尺直径对6英尺直径)，但是由于制造和运输的原因，这在商业上是不可行的。这样就发现了通过在盘件19的底部和外壳25的顶部之间提供一个环形开口27，本发明的循环系统1就可适应于明显较大的流率(容量)，而不会产生不合需要的表层湍流。此外，只利用相对较小(例如6英尺)的盘件19，系统1仍能达到这一目的。增加的流率还会引起沿着抽吸管5外部的较大流量14(见图1)，与现有设备相比，这就进一步提高了本发明的处理较大和较深水体的能力。即使在之前为了完全处理而使用多个现有设备的较小和较浅的池塘中，本设计也更加有效，这是因为只需要更少的设备就能实现同样的结果。在许多情况下，一个本设计的系统可代替四到六个现有设计。
应当注意，在美国专利No.6433302和No.6439853所示的现有系统中，他们的叶轮完全设置在盘件中，位于盘件下边缘的平面之上。另外，其叶轮的叶片向外延伸到超过盘件下边缘的直径以及其下方的外壳和抽吸管的直径。就这一方面而言，叶轮及其叶片的定位被限制在盘件中。相比而言，本发明叶轮21的叶片31具有比其下方的盘件下边缘19”和外壳25的直径(如30英寸)更小的直径(如27英寸)。因此，在叶片31的外径和盘件下边缘19”及外壳25的圆周之间存在着1.5英寸的环形间隙或间距。另外，上述各叶片31优选以一半处于盘件下边缘19”的水平面之上和一半处于其之下的形式进行定位(参见图4和6)。通过这样将叶片31的直径制成为较小并将叶片31以上述方式定位，可以发现叶片31能比现有设备的那些叶片提升明显更大体积的水(例如3000加仑每分钟对450加仑每分钟)。另外，这可使叶片31以比其在现有设备中更低的每分钟转数运转(例如100对150)并使用较低的瓦数(例如80瓦对96瓦)。就所使用的每瓦能量的流量的每分钟加仑数而言，相比现有设备的增益是约800％或更多(例如35每分钟加仑数/瓦对4-4.5每分钟加仑数/瓦)。
这种性能改善被认为部分是由于湍流减少，以及当叶轮21提升水时水向外碰撞到外壳25和抽吸管5上而回流。同样，认为利用间隙而非正位移设置，叶片21的提升效果可沿着抽吸管5的壁产生较少湍流流量。就此而言，叶片31(在投影于与轴线13垂直的平面上并且一起完全围绕着轴线13延伸时具有27英寸的直径)优选占据了30英寸直径的外壳25的横截面的约80-90％。这样便认为间隙会与向上流经抽吸管5的水流相结合地工作，从而允许离开叶轮21侧面的水转向并向上流动，而不是切向向外地离开叶轮21的中心。在操作中由于湍流减少和回流，所损失的能量较少，并且可获得较高的流率。作为经验，可以确定在没有环形间隙或间距时，流率会下降20％。相对于现有设计而言，间隙与叶轮21的较慢旋转、较大直径的叶片31以及叶片31的较大节距或齿距(例如4英寸对1英寸)都有助于显著地改善本系统设计的整体性能。
本发明的较高流率还额外地会使盘件19浸没在水面6之下的更低位置(如现有设备中的1英寸到3英寸)。能够将盘件降低到3英寸的优势在许多场合都是极其显著的，这是因为在寒冷的夜里，在水面上可能很容易形成层厚1英寸的冰。因此，当太阳升起来并且叶轮重新启动时，现有设备的盘件顶部总是被冰层完全堵塞，并且没有水流能流到盘件的顶部。在克服这一问题的尝试中，在现有设备的盘件主体内设有非常细小和狭窄的径向盘件裂缝。这些径向裂缝的目的是使非常有限量的比较温暖的水从池塘底部向上流动，试图融化冰冠。在正常操作中，没有水流会流经这些径向裂缝，只有在冰堵住盘件顶部时才会有水流流经这些径向裂缝。然而即使是这样，在许多情况下也不足以高效地融化冰冠，必须等待表面条件(例如太阳)的改善才能融化冰。相比而言，利用本发明可将盘件19浸没在水中的更深处(例如3英寸对1英寸)，因此整夜的冻结就将产生堵塞性冰冠的可能性更小。另外，即便如此，盘件19和外壳25之间的环形开口27将允许大容量的水从中流出(例如叶轮21的正常容量的80％或约2400加仑每分钟)。这将产生类似于图1的其中一个全面循环模式，并开始处理水。这还将从底部2中带上来相当数量的较温暖的水，以帮助融化盘件19之上的冰冠。然后，上升水也将开始融化盘件19之外的表层冰，最终建立起图1所示的全部表面和子表面的循环模式。
如上所述，本发明的叶轮21可相对于盘件19和外壳25垂直地调节(其实质上形成了抽吸管5的上端部分或出口)。或许如图7最佳地显示，叶轮21的电动机17安装在板41上，其可通过螺栓43的转动而相对于框架11上升或下降。也就是说，通过相对于固定在板41上的螺母45而转动螺栓43，可使板41和电动机17根据需要而上升或下降。这种可调节性的优点在于，可以改变图4中的上升水8的相对比例，即流出开口27的水相对于如标号12所示的被提升到盘件19之上的水的比例。例如通过将电动机17(包括轴47和相连叶轮21)下降到图7中所示的位置，抽吸管5中的上升水将以比图4所示高位中的更高百分比而流出开口27。相反，如果对于特定工作条件来说需要更多的上升水向上输送并从盘件19的顶部之上流出来，那么可将叶轮21提升至图4所示的位置或提升到其之上。如上所述，在图4中，上升水中的流出环形开口27的部分与向上输送而在盘件19的上边缘19′之上流出的部分的相对比例是约2∶1。然而，通过调整叶轮21的垂直位置，可以根据需要将这一比例可改变成更大(如3∶1)或更小(如1∶1)。
如上简述，导流软管或管5优选设计成零浮力或略微为正浮力的。它也设计成可从约26英尺的伸展长度折叠到4英尺，以便于运输和装卸。另外，软管5的伸展长度已经制成为可调节的，以便在不同深度的或变化深度的水体中使用。这样，可根据需要将软管5的水入口7(参见图1)相对于水体4的底部2来定位。在这一方面，入口7实质上形成了抽吸管5的下端部分。入口7在大多数情况下优选并不真正靠在底部2上，而是稍高于底部(例如3-4英尺)。本发明抽吸管5的另一特征是，这种设置可缓冲表面波的影响(其在较大的水体中通常可能是非常大的)，并且保护系统1的结构不被破坏。
在进一步参考本发明的软管5时，用于更深水体的软管5的比现有设备更大的长度产生了很大的重量和调节问题。为了克服重量问题以及允许调节管5的整体长度，可将软管5制成为零浮力或略微为正浮力的，并赋予其可折叠的手风琴式设计。通过将泡沫聚苯乙烯带和不锈钢线、纤维和增强塑料一起螺旋式地卷绕到软管壁中，便可获得软管的浮性。就这方面来说，软管壁的板条优选为约3英寸长，并可从约26英尺折叠到4英尺。在如图1所示的使用中，利用水体4的底部2上的地锚51，就可使手风琴形的软管5在入口7的重量(如30磅)作用下延伸到正好略高于底部2(如1-4英尺)的位置。为此，如图7所示，钢索53(例如3/8英寸)从卷轴55穿过托架57，并向下延伸到由阻尼弹簧59将钢索53连接在入口7上的地方。托架57从垂直叶片61(见图8)中垂下来，该叶片61安装在外壳25上，并且还支撑了用于叶轮轴47的下轴承63。垂直叶片61定位在叶轮21之下，并还用于限制在抽吸管5中上升的水的循环流动或涡流。
在放下抽吸管5的初始操作中，首先提升图7中的位于手动曲柄67上的锁定螺栓65。而后可使曲柄67围绕轴线69旋转，从而从卷轴55中放出足够的缆绳53，并且使入口7和相连的管5下降至所需的深度。这通常仅通过下述方式来实现，即将入口7放下到底部2上再将其提起1-4英尺，或者直到盘件19处的流动具有表示了最佳水处理的所需深度的所需表象时为止。在某些情况下，底部2的深度可超过软管5的设计极限(例如26英尺)。结果，卷轴55上的最大缆绳长度相应地设置为不超出这一极限。
当在比较大的水体中使用时，风或游艇可能会产生较大的波浪，这会使漂浮平台3上升和下降数英尺或更多。为了保护缆绳53和软管5不受这种波动的破坏，图7所示的缆绳53与弹簧59相连。图7中弹簧59(例如类似于车身弹簧的3/8英寸钢制螺旋钢簧)为约2英尺长。当图7所示漂浮平台3被波浪抬起时，上升的缆绳53将拉伸弹簧59(参见图9和10)以吸收波浪的提升力。这便减小了对缆绳53和软管5的损伤。而后弹簧59的作用将使漂浮平台3随表面波上下移动，而不会对系统表面部件的操作造成不利影响，或者损坏缆绳53或软管5。作为另一项防止抽吸管5过拉伸的安全预防措施，图7所示的装置包括一段较短长度或部分(如5英尺)的缆绳53′。这种所示的安全缆绳53′连接在弹簧59的顶部和入口7之间。在如图10最佳地显示的使用中，安全缆绳53′将限制由会抬起漂浮平台3的表面波所致拉伸的弹簧59和软管5之间的最大距离(如5英尺)。这样，弹簧59以及更为重要的软管5将不会超出设计极限而被过拉伸和损坏。基于上述特征，系统1可安全地用于需要有许多不同深度设定值(最初深度和随季节而变的深度，因为干旱和其它情况可能会改变水的深度)的相对较大的水体中。它也可安全地用于可能会因风或其它因素如游艇而引起较大波浪的水体中。
应当注意到，在所述实施例中，如上所述的软管5约为26英尺长。这是用于许多现有水体中的长度；然而，软管当然可以更长(例如80-100英尺或更多)，或者由多段或多条26英尺软管如软管5组成。例如，一组这种26英尺的软管5通过例如外壳25而相互固定，从而向下延伸104英尺或更多，并且使入口7位于底部上。为了便于装卸和运输，这些管段优选仍然能折叠成相对较短的高度(例如该示例中的16英尺)。
图11示意性地显示了本发明的可包括有富营养化控制系统71的循环系统1。在这一方面，许多湖泊和废水池都具有可导致富营养化的过剩的溶解磷酸盐。这是有害的藻类水面增殖可能会发生的条件，其可能导致较低的溶解氧、鱼群死亡、饮用水水库中的异味和臭气，以及其它水质问题。在美国估计有60％的水库和湖泊存在这种过剩的磷酸盐积聚。
磷酸盐是一种一端带正(+)电荷而另一端带负(-)电荷的高极性分子。目前认为，类似磷酸盐的分子在溶解于水中时会因为水分子也是高极性的而被水分子鞘紧紧包围。对于水中的钙硬度来说也认为会发生同样的事，其中钙也会被水分子鞘包围。对于钙来说，已经显示如果这些水鞘分解(例如由于围绕流水管放置永磁体或电磁体而引起的磁场，或者由于电解或甚至声波或超声波而使电流通过水)，水中的钙具有更多的暴露表面区域，并因而变得更具活性。然后，钙的小颗粒将通过相互之间的表面吸引而积聚，形成将从水中沉淀出来的较大块的钙沉淀物。
一段时间以来已经知道，如果水中存在磷酸盐和钙，并且如果使水混合，那么这二者将以表面结合的方式相结合，形成了称作磷灰石的矿物。磷灰石将沉淀到水库的底部，并且不容易溶解回去。已经解释过富藻水的较慢混合有助于磷灰石的形成过程，这也许是由于在藻类细胞的生物膜类型的涂层上存在分子电荷。然而，完整的过程并不为人所清楚地理解。
在图11所示的本发明中，已经在图1-10的基本系统1上增加了发电机71，其对上升的水施加能量(例如通过在流动上产生磁场、电流(交流或直流)，或者声波或超声波)。发电机71优选是太阳能驱动的。施加能量的发电机71用于破坏包围了钙和磷酸盐分子的水鞘，使其能更容易结合并形成磷灰石。这样，通常大量地存在于池塘、湖泊、水库和其它水体中的钙可用于有效地减少和沉淀出溶解在水中的数量不宜的磷酸盐。
图12示意性地显示了本发明的另一组实施例1′，其在处理和加工例如市政废水池4′的水体中是极其必要的。在这样的废水池4′中，需要建立利用溶解氧来进行需氧消化的上部区域20，以及用于诸如一些有机废料和化合物的材料的厌氧消化的实际上无溶解氧的下部区域22。池塘4′本身通常是5到15英尺深，并且区域20和22通常均为约2英尺。各区域20和22在废水的整个处理和加工中执行不同但重要的功能。另外，为了有效地起作用，两个区域20，22的内容物必须实质上相互隔绝。然而同时，为了获得整个池塘4′的处理和加工的最佳整体效果，希望将下部区域22中的少量内容物带上来，并与上部区域20中的内容物混合。
为了实现这一目的，传统的混气和循环系统以及图1-11所示的循环系统1非常难以在废水池如4′的环境中有效地使用。根本问题是，这种系统1主要用于在水体4＇中产生整体流动24(参见示意图13和14)，其从抽吸管5的底部或入口7向上循环到表面6，流至水的边缘，并且向下回到管入口7的水位。就此而论，如果管入口7如图13所示地设得太深，那么其将混合整个池塘4′。在这样做时，其将从池塘4′的底部区域带上大量硫化物和低pH值(例如6)的水，这通常将杀害较高pH值(7.5)的上部区域中的所需要的需氧细菌和藻类。图13中的这种整体性池塘循环24还将使溶解氧从池塘4′的上部区域向下驱动到下部区域，这将危害所需的甲烷形成和对防止在底层26和28中聚集淤泥所必须的其它细菌。之后由于淤泥提升，在图13所示的池塘4＇中形成了臭味，而且没有图12所示的有助于消除臭味并减少氨且沉淀出任何磷的上部区域20。与设置得太深相反，如果将管入口7如图14地设置得太浅，那么会形成较短的回路，来自入口30′的入流30将基本上会未经处理地穿过池塘4′并流出排水管32′。
在这些极限值之间调节图13和14所示系统中的管入口7的深度实际上在废水池如废水池4′的动态环境中是不可能的。尤其是，这种池塘4′具有根据入流30和出流32的体积而改变的整体深度，以及变化的深度温跃层和温度梯度。池塘4′的整体深度的变化具有会抬高或降低水平面6的作用，从而提升或降低从漂浮平台中垂下来的管入口7的水位。池塘4′中的温跃层和温度梯度也可以起作用，以便有效地改变用于设置管入口7的所需水位。例如，入流30通常以不同于其上方的池塘水的温度(例如在夏季低1到20华氏度)进入到池塘4＇中(例如在淤泥层26之上一或两英尺)。之后在池塘4′上产生了温跃层或梯度。由于温差随时间(日期或季节)变化和/或入流30与出流32的体积变化，温跃层会上升或下降，从而改变用于设置入口7的所需水位。如上所述，管入口7设置得太低将导致如图13所示的不宜状况，而设置得太高则导致如图14所示的不宜状况。
为了解决这些问题，研制了如图12和15-22所示的实施例1′。利用它们便在上部区域20中产生了循环的需氧流F(图12)，并将其限制在池塘4′的上部2英尺左右。另外，下方厌氧区域22中的少量内容物被带上来，并混合到上部需氧区域20的循环流F中。然而，区域20和22是基本上相互隔绝的。特别是，没有有害的溶解氧从上部需氧区域20下沉并混合到下部厌氧区域22中，这种下沉和混合可能破坏下部区域22中的有利的甲烷形成和其它细菌。另外，池塘4′的随时间而在整体深度上的变化以及随时间在池塘4＇中产生的温跃层和温度梯度的变化并不会明显地影响实施例1′的有效操作。这是由于实施例1′基本上与这些因素无关。
如上所述，下部区域22中的某些内容物(例如硫化物)可能对上部区域20中的所需要的细菌和藻类有害。然而，将非常少量的这些内容物和其它内容物提升上来对于池塘4′中的废水的整个处理和加工来说是有利的。更具体地说，下部区域22确实具有有利于增强藻类种植或生长的营养素(例如碳、氮和磷)。特别是，非常希望将下部区域22中的碳酸形式的碳提升至上部区域20中以养育藻类。旺盛的藻类种植又可提高上部区域20的pH值(例如提高到7.5至10的水平)。较高的pH值有助于通过硝化作用来处理从下部区域22提升上来的氨水离子。另外，在较高的pH值范围(例如9.2pH值以上)中，实际上所有氨水离子将转换成氨气，并且无害地消散或散入到大气中。区域20中的旺盛的藻类生长提供了用于附着有益硝化细菌的增大表面积，这些硝化细菌是除氨的硝化和反硝化过程所需的。另外，上部区域20中的较高pH值有助于沉淀出钙硬度。
上部区域20及其藻类生长通常被限制在池塘4′的第一个2英尺左右的范围内。这部分是由于自然因素(例如在这种池塘4′中，阳光通常在超过2英尺的深度处便大部分扩散掉)。还有部分是由于实施例1′的机械操作，其限定了图12和19中的循环流F，并将其基本上限制为约2英尺。另外，除了循环流F的运动自然地限制了2英尺以下的藻类的任何生长之外，在板件46的水位处建立了温跃层(如下更详细地解释)，其可阻止其下方的任何藻类生长。这样，在正常的风力和其它操作条件下，藻类将不会混合到板件46的水位(例如2英尺)之下。这样，在图12中，违反了关于可存在于排出流32中的这种生化需氧性材料的数量的市政条例和其它条例的会向下传送并流出排水管32′的藻类如果有的话也是非常少的。
参看图15-18，本发明的实施例1′特别设计成用于废水池4′的环境，但优选具有许多与图1-11所示实施例相同的部件。例如，漂浮平台3(图15)以及盘件19、叶轮21和外壳25都基本上相同。同样与上述实施例1一样，实施例1′具有抽吸管5′，但与上述实施例1不同，抽吸管5′具有整体上的J形形状。抽吸管5′也设计成靠在淤泥的承重层28上，而入口7′定位在略高于淤泥或非承重层26(例如高1英尺)。在这一点上，在图15中，抽吸管5′的主体34中的底部曲线或弯曲部分可设有杆或其它重物36(参见图16和16a)，其由螺钉或其它零件38固定住。这样，管5′的主体34如图15所示地置于承重层28上(例如能够支撑0.25磅每平方英寸)，入口部份7′如所示地定位。入口部份7′优选是有浮力的(例如通过在其内设置泡沫聚苯乙烯浮球)。孔40在入口7＇中的精确位置可相对于淤泥层26和28以及厌氧区域22的精确上限而变化，但理想上说，至少下方的一组孔40应位于厌氧区域22中。无论如何，经由孔40抽入到抽吸管5′中的所得水将主要是下部区域22的厌氧材料组分。即使漂浮平台3在水面6上漂移到一边或另一边，重物36也能够优选将抽吸管5′锚固在淤泥层26，28中。在这样做时，相对刚硬且具有固定长度(如20英尺)的管5′的主体34基本上以其一侧承靠的方式布置，沿一斜面或相对于垂直方向倾斜地放下来(参见图16，其是沿着图15中的线16-16的剖视图)。
再次参看图15-18，虽然漂浮平台3、盘件19、叶轮21和外壳25基本上与图1-11所示的实施例1相同，但是用于废水池4′的实施例1′具有用于抽吸管5′的改进支撑装置。更具体地说，先前高流动性的实施例1的抽吸管5具有围绕法兰37而固定在标号39处的上缘(参见图4)。因此，优选所有输入到叶轮21中的水均来自池塘4的底部并经抽吸管5提升上来。相比而言，该改进管5′的出口部分42(图15)只用来提供输入到叶轮21中的水的总输入量中的少量部分。这可通过许多方式来实现。例如，如图15和17-19所示的向上穿过板件46的中央开口的管5′的大致圆柱形出口部分42优选延伸到垂直轴线44(图15)之外的一段距离(例如0.5英尺)处，该距离小于外壳25类似延伸的距离(例如1.5英尺)。另外，用于管5′的支撑装置包括这个与叶轮外壳25垂直间隔开并位于其之下的水平延伸板件46(参见图15和17-19)。这样就在它们之间产生了基本上围绕垂直轴线44延伸的入口，其通向叶轮21。另外，板件46向外延伸到垂直轴线44(图19)之外达一段距离(例如2英尺)，其优选大于环形外壳25所延伸的距离(例如1英尺)。结果，在操作中，图19中的叶轮21在板件46之上水平地抽吸了第一体积的水48。在这样做时，所抽水48的总体积(例如共计10000加仑每分钟)中的一部分48′(例如30％)从板件46和外壳25之间的入口经由叶轮21而流向水面6。这一部分48＇向上输送并在盘件19之上流出，以标号12表示，而且从盘件19和外壳25之间的环形开口中流出，以标号10表示。部分48′的这一运动又导致第一体积48的剩余部分48″(70％)围绕着外壳25向上运动。这样就产生了循环流F(也参见图12)，并基本上限定了上部需氧区域20。
对于区域20中的该循环流F而言，已经通过叶轮21而从下部区域22中经由管5′抽上来的第二较小体积52被增加到其中(参见图19)。经由管5′抽上来的第二体积的水52优选只是第一体积48的很小一部分(例如1/100到1/5)。这样，上部区域20的所需需氧特性不会受到负面影响，而下部区域22中的某些内容物(如氨和磷酸盐)实现了有价值的减少，其加入到废水池4′的整体处理和加工中。另外，如上所述，也将某些有益的内容物(如碳酸)带上来了，以便滋养上部区域20中的所需藻类生长。
无论如何，允许抽上来的第二体积52必须保持为循环流F的相对很小的份额，以至于不会对上部区域20的需氧组成产生负面影响。这可通过许多方式来实现。如果特定池塘4′的特征是众所周知且限定好的，那么可以根据需要来选择或大或小直径的管5′直径，导致对第二体积52的流动产生或大或小的摩擦阻力。因此，较小直径将产生更大的阻力，并且减少第二体积52的大小。管5′可安装阀机构(例如图18和20中的闸阀54)来控制并调整第二体积52的大小。平面板件46还可通过螺栓58和螺母60结构而可调节地支撑在外壳25的法兰56上(参见图18、20和21)。通过类似于图7中的零件43和45的操作方式，通过旋转图18、20和21中的螺栓58就可以改变板件46和外壳25之间的距离，从而改变板件46和外壳25之间的入口的大小。这样的运动也将改变管5′的出口部分42的端部62(图21)和叶轮21及外壳25之间的间隙。通过在图21中的出口42的固定件42″上提供同心的滑动件42′，也可以单独地调整出口部分42的端部62的间距。经由入口部分7′的输入也可以相似的方法进行调节。不管调整方式如何，第一体积48和第二体积52的绝对和相对大小优选根据需要和预期而变化。
第一体积48和第二体积52的调节技术的另一优点是，可使用基本上相同的基础装置1′用在一系列废水池中(参见图22)。在这样的系列中，通常需要改变第二体积52的份额。通常的情形是，进入第一池塘的入流30是最浓且最集中的，其中只有非常少的份额(1/60)需要被抽上来。经处理的离开第一池塘并进入第二池塘的出流便是浓度低一些的，并且管5′抽上来较大一些的份额(例如1/40)。之后第三池塘中的该份额甚至更大(例如1/20)，并且在最后一个池塘中仍然更大(例如1/5)。这样，流经这一系列池塘并于标号32处离开的水将逐步且高效地得到处理。
可以如上所述地改变为图22中的第一池塘所设定的份额(例如1/60)。在这样做时，可以监测池塘的操作结果，并且如果需要的话可以在这一方面作出调整。然而，对于最初的设定而言，可以研究池塘的条件。例如在约5英亩表面积的池塘中，上部区域20和下部区域22可被认为是均具有1000000磅水的块区。在夏季，下部区域22主要是最原始的污水，其中每百万生化需氧性材料为约220磅。这样，下部区域22中的220磅材料每磅需要约1.5磅溶解氧来进行快速无臭的需氧消化。下部区域22通常还含有30磅每百万氨水离子。每磅氨离子需要约5磅溶解氧，以便进行硝化和最终的反硝化，并转变成可释放到大气中的氮气。这样，下部区域22中的材料的总需求是约480磅溶解氧，以便需氧性地处理该生化需氧性材料和氨水离子(例如220乘1.5加上30乘5)。然而，区域20中的水的顶部块区即使完全饱和也通常只能保持约8磅每百万溶解氧。为了将底部水与顶部水混合并保持满足所有溶解氧的需求，所需的混合份额大约是每1份底部水对应60份顶部水。这样，为了不耗尽上部区域20的溶解氧含量，60∶1的比率将是用于这种池塘的预期设置。关于体积比较，约160加仑每分钟的水从下部区域22抽上来，用于与上部区域中的以10000加仑每分钟循环的水进行混合。
应当注意的是，如果需要的话，用于调整抽吸管5′所抽上来的体积52的大小的各种阀和其它装置可以是自动的。例如，可提供探针或传感器16(参见图15)来监测区域20中的溶解氧量。而后通过导线18将图18中的用于阀54的电子致动器54′连接到传感器16上。在操作中，致动器54′将响应于传感器16的读数而自动激活，以便选择性地移动阀54来调节体积52的大小。如果溶解氧的读数相对较高，则增大体积52。相反，如果读数下降到会威胁区域20的生命力的水平，可以减少体积52或者甚至完全切断。在这一方面，所有各种用于调节体积52的大小的装置都可以这样来实现自动化。
再次参考图1，在带有完整池塘循环的池塘4中的第一组实施例1的环境中，通常需要将图1中流入管入口7中的入流限制为基本上水平的流66。优选没有水会被向上抽过图1中的平面实心件70。这样，不会干扰池塘4中的许多最不利的内容物(通常沉淀在池塘底部)，也不会将其抽上来并使其循环而污染池塘4的其余部分。然而，在某些环境如图24所示的潮汐运河4″中，希望能够将板件70之下的某些内容物68抽上来。更具体地说，在运河或类似的水体如4″中，情况可能演变成，来自鱼体废料和其它有机废料的致命硫化物以危险的数量沉淀并聚集在运河4″的底部26处。这在许多运河中正变得非常普遍，这些运河可以为100英尺宽，边上通常为6英尺深，但具有50英尺宽和20英尺深的中央掘出凹部。在一年间的多数条件下，硫化物被限制和保留在底部26处。然而在一年的某些时间(例如夏季)和/或在某些灾难性事件的期间(例如大风暴或洪水)，这些致命硫化物可能移动和/或向上混合到运河4″中。结果可能是毁灭性的，包括杀害运河4″中几乎全部的鱼和其它动物生命。与致命硫化物相接触所引起的这种鱼和其它生物的死亡是少有的事件，但是这种情况可在几天甚至几小时内毁坏运河或类似水体4″的生命力。
因此，在类似图24所示的运河4″的水体环境中，希望从悬垂管5的悬浮入口7的板件70之下持续地抽取小体积的水68(也参见图23)。这些硫化物通常聚集在图24所示的层26中及层之上方，并位于平面板件70之下(例如2英尺)。在操作中以及在数天或几个月中，非常小体积的这些致命硫化物被朝向运河表面缓慢地提升，并且消散在整个运河4″中。通过这样小的体积(例如被管5提升上来的总体积的2％-10％，例如在3000加仑每分钟的总抽取量下为20-100加仑每分钟)和浓度(例如100ppm)，硫化物就可以在不危害鱼类和其它野生生物的情况下在运河4″中得以处理和分解(例如成为硫酸盐)。
当在运河4″中发生灾难或其它异常情况时，运河底部的任何硫化物仍将上升或搅入到运河4″的主体中。然而，由于图23和24所示系统的先前已进行的清洁操作，硫化物的体积和浓度都小得多，而且毒性较小。另外，经图23和24中的板件70而在标号68处被向上抽取的硫化物和其它材料的体积和比率优选是可调节的(例如通过滑动阀件72)。这样，系统的操作可精确地适应特殊的环境以及池塘或其它水体包括运河4″的环境变化。如果需要的话，甚至可以完全关闭图23所示的阀件72，从而将进入管入口7的整个流量严格地限制在图1、23和24中的水平方向66上。
在这一方面，板件70基本上水平地延伸到图23所示垂直轴线13之外。板件70还与抽吸管5的主体部分34间隔开来并位于其下方，从而在其间产生了用于入流66的大致环形的入口。另外，如果需要的话可以提供图23中的用于阀72的电子致动器72′的操作，从而自动地调节体积68的大小。传感器16优选可监测板件70附近的硫化氢，但是它也可以监测其它的条件，或者如图15中那样进行定位以读取水面6附近的溶解氧水平。如果阀72不是自动的，并且运河4″或其它水体中的正常潮汐相当显著(例如2到3英尺)，那么可以调节穿过板件70的开口的尺寸或对阀72进行设置，以便在低潮时在体积68中带入安全量的硫化物。在板件70升高了两英尺或三英尺的涨潮时，体积68中的硫化物浓度通常是较小的，但硫化物仍将通过板件70被带上来以进行处理。
在图25和26中，为了在诸如市政饮用废水池4的水体中使用，已经修改了抽吸管5的入口7。这样的水池普遍处于100000到150000加仑范围内，深度从满时的30英尺到紧急或大量用水时的4英尺或更少。与其它水体类似，水池中的水可能会因温差而层化。另外，在水池的某些部分中，水可能老化陈旧，导致氯浓度损失或不足。另外，如果使用或应用氯胺来代替氯，那么可能会发生硝化。因此，希望混合水池4中的整个水体。在这样做时，已经修改了如图25所示的抽吸管5的入口7，使其包括支脚装置80，以便将板件70支撑在刚好离开水池4的底部82的预定距离处(例如数英寸至1或2英尺)。通常板件70刚好位于水池4中的任一沉积物之上，使其不会受到不必要的干扰且不会被提升上来。虽然板件70可如上所述地受到阀的调节，但是优选将阀72闭合，从而使板件70密实而不会从板件70的下方提升任何流体。支脚80的长度例如可通过螺栓58′和螺母60′进行调节。因此，可根据需要或预期来调节板件70定位在水底82之上的距离。每个支脚件80均与底部82接触，并且可以单独调节，这对水池4的底部82是倾斜的或不规则和不平的情况尤其有利。图25中的支脚件80在板件70的下方延伸，并且为了稳定性而定位在板件70之外(例如1到2英尺)。
如上所述，在水池如4中，水的深度可以根据市政水的要求而广泛变化(例如30到4英尺或更小)。因此，可折叠管5的长度会显著地变化。尤其在处于低水位时，悬垂管5的底部可能不适宜地折叠起来，并落下到支撑在水池底部82上的入口部分7的一侧或另一侧上。这可能会对系统的整体操作产生负面影响。为了帮助防止这种情况，设置了三个或多个臂件84的装置来收拢和容纳折叠管5(参见图26)。所示臂件84从管5的入口部分7的附近垂直地向上延伸，并优选围绕着管5的主体部分34均匀地间隔开。结果，当管5的主体部分34随水位下降而折叠时，臂件84将在入口部分7的附近捕获或收集并容纳管5的主体部分34。这样，臂件84可防止管5不合需要地落下到水池4的底部82处的入口部分7的一侧或另一侧上。
图27显示了本发明在用来将池塘4′或其它水体的内容物保存住一段相对较长时间的特殊环境中的应用。这样的池塘4′例如可用于处理来自肉、菜和造纸厂的浓烈废物，以及来自市政机械废水处理厂的源于废物的淤泥。在这样的池塘4＇中，希望将废物沉淀在池塘4′的底部，以使其被厌氧处理(或仅是存放)达几天、几个月或几年。在这种情况下，由于气体会从硫化物和其它材料冒泡到水面6上并逸出到大气中，因此气味控制是极其重要的。
在这样的环境中，可在实施例1′(例如图15-19)中创造需氧区域20的基础循环结构可以非常有效地用来产生图27所示池塘4′的气味屏障。尤其在图15-19所示实施例中的板件46被关闭或制成为实心件而产生如图27所示的循环流F的情况下，位于板件46的水位之下的池塘4′的内容物将基本上被隔离且被阻止到达水面。另外，所有从板件46的水位之下向上冒泡到区域20中的气体将在区域20的有氧环境中进行有效的处理，并且无害地释放到大气中。不管图19中的板件46是否是实心的，或者是流经抽吸管5′的流体被简单地切断而有效地使部件46成为密实件，盘件19的操作(参见图19)优选是仍然与图27的环境中相同。这样，来自池塘4′深处(例如1到2英尺)并穿过外壳25的流量48′将如先前实施例1中一样成比例地沿图19中的路径10和12流动。
虽然已经详细显示并描述了本发明的数个实施例，然而应当理解，在不脱离本发明范围的前提下可进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种用于从水体深处抽取水至水面以使其暴露在大气中并在水体中产生循环模式的循环系统，所述系统包括漂浮平台、支撑在略低于所述水面之处的盘件、叶轮以及从环形外壳中悬垂出来的抽吸管，其中所述盘件的底部与所述外壳的顶部间隔开，形成了基本上围绕垂直轴线延伸的环形开口，其中，通过所述叶轮经所述抽吸管而被提升上来的水的第一部分从所述环形开口中流出，而所述被提升上来的水的第二部分则向上传递并在所述盘件的顶部之上流出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二部分的比例约为2∶1，这样，约三分之二的所述被提升上来的水从所述环形开口中流出，而约三分之一在所述盘件的顶部上流出。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二部分的比例约为3∶1到1∶1。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述叶轮具有多个直径小于所述环形开口的直径的叶片，其中在所述叶片和外壳之间形成了环形间隙。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述叶片直径小于所述抽吸管的直径。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽吸管构造成基本上零浮力的。
7.一种用于从水体深处抽取水至水面以使其暴露在大气中并在水体中产生循环模式的水循环系统，所述系统包括漂浮平台、支撑在略低于所述水面之处的盘件、叶轮以及具有上、下端部的抽吸管，其中，所述抽吸管是可折叠的，而且其长度可以调节，从而改变所述抽吸管的下端部在水中的深度。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述抽吸管的长度通过连接在所述漂浮平台和抽吸管下端部之间的缆绳装置来调节。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述缆绳装置包括从所述漂浮平台穿过支撑件并下降至所述抽吸管的下端部的缆绳，所述支撑件包括垂直叶片，其横穿过所述抽吸管上端部的附近的所提升上来的水而延伸。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述抽吸管的上端部固定在环形外壳上，所述垂直叶片跨过所述外壳的内部延伸。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述缆绳装置包括弹簧，其可吸收会抬起所述漂浮平台的表面波的作用力。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述缆绳装置还包括可限制弹簧的伸展范围的缆绳部分。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述缆绳装置还包括可防止所述可折叠抽吸管的扩展超过预定限制的缆绳部分。
14.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述可折叠的抽吸管构造成基本上零浮力的。
15.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述抽吸管的管壁具有大致手风琴状的形状。
16.一种用于池塘、湖泊和其它水体的水循环系统，所述系统包括漂浮平台、盘件、叶轮以及具有上、下端部的抽吸管，所述抽吸管向下延伸到水体中，其中，通过所述叶轮将水从所述抽吸管的下端部的附近提升上来，使其向上流经所述抽吸管而流向所述盘件，所述系统还包括设于上升流中以便对其施加能量的发电机。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述发电机定位在所述叶轮之下的上升流中。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述发电机定位在所述抽吸管的上端部附近的上升流中。
19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述发电机对所述上升流施加磁场。
20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述发电机对所述上升流施加电流。
21.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述发电机对所述上升流施加声波。
22.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述发电机对所述上升流施加超声波。
23.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述发电机由太阳能驱动。
24.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，水中存在有钙和磷酸盐分子，所述发电机用于从中产生磷灰石。
25.一种用于水体的循环系统，所述水体具有水面和水底，还具有从所述水面向下延伸的上部区域和从所述水底朝向所述上部区域向上延伸的下部区域，其中，循环流建立并基本上限制在所述上部区域中，而所述下部区域基本上与之隔离，同时将所述下部区域中的较少体积的内容物带入到所述上部区域中，用于在其中与所述上部区域的现有内容物进行循环，所述系统包括漂浮平台、基本上支撑在所述水体的水面附近的盘件、叶轮、邻近于所述叶轮的外壳、抽吸管以及抽吸管支撑装置，所述支撑装置包括围绕着基本上垂直的轴线向外基本上水平地延伸并且与所述叶轮和所述外壳垂直地间隔开且位于其下方的板件，所述板件和所述外壳在它们之间形成了通向所述叶轮的入口，所述入口基本上围绕着所述垂直轴线延伸，所述抽吸管具有主体、入口部分和出口部分，所述主体从所述板件中向下延伸，从而将所述入口部分定位在所述水体的下部区域的附近，所述板件具有贯通开口，所述抽吸管的所述出口部分穿过所述开口而向上延伸到高于所述板件并邻近所述叶轮的位置，其中，所述叶轮在所述板件之上基本上水平地抽取第一体积的水，其中一部分穿过位于所述板件和外壳之间并通向所述叶轮的入口，并且流向所述水体的水面，所述第一体积中的剩余部分被所述第一部分的运动诱发而围绕着所述外壳朝向所述水体的水面流动，从而建立起限定了所述上部区域的循环流，所述叶轮还从所述下部区域中经由所述抽吸管抽取第二体积的水到所述上部区域中，所述第二体积相对所述第一体积是相对较小的部分。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第二体积基本上处于所述第一体积的1/100到1/5之间。
27.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第二体积大约为所述第一体积的1/20。
28.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第二体积大约为所述第一体积的1/40。
29.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第二体积大约为所述第一体积的1/60。
30.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述上部区域中的内容物是需氧性的。
31.根据权利要求30所述的系统，其特征在于，所述下部区域中的内容物是厌氧性的。
32.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述下部区域的内容物是厌氧性的。
33.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述叶轮的外壳和所述抽吸管的出口部分围绕所述垂直轴线向外延伸相应的距离，所述外壳向外延伸的距离大于所述出口部分延伸到所述垂直轴线之外的距离。
34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于，所述外壳延伸到所述垂直轴线之外大约两倍于所述出口部分远。
35.根据权利要求34所述的系统，其特征在于，穿过所述板件的开口围绕所述垂直轴线向外延伸。
36.根据权利要求34所述的系统，其特征在于，穿过所述板件的开口围绕所述垂直轴线向外延伸一段距离，其基本上等于所述抽吸管的所述出口部分延伸到所述垂直轴线之外的距离。
37.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述抽吸管的所述出口部分是大致圆柱形的。
38.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统还包括位于所述抽吸管的所述出口部分内的阀机构，以便选择性地调节所述第二体积相对于所述第一体积的份额。
39.根据权利要求38所述的系统，其特征在于，所述份额小于1/5。
40.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统还包括位于所述抽吸管内的阀机构，以便选择性地防止和允许经过所述抽吸管的向上流动。
41.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述板件基本上是平面的，并且基本上围绕着所述垂直轴线水平地向外延伸。
42.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述叶轮的外壳围绕所述垂直轴线向外延伸一段距离，其小于所述板件延伸到所述垂直轴线之外的距离。
43.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用来调整所述板件与所述外壳的间隔距离的装置，以便选择性地改变两者之间的入口的尺寸。
44.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用来调整所述抽吸管的出口部分延伸到所述板件之上的距离的装置。
45.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统还包括可选择性地调节被向上抽到所述抽吸管中的第二体积水的大小的装置。
46.根据权利要求45所述的系统，其特征在于，所述系统还包括定位在所述上部区域中的溶解氧的传感器，其中所述可选择性地调节所述第二体积的大小的装置可响应于所述传感器的读数而自动工作。
47.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至所述水体的入口和出口，所述出口定位在水底之上和水面之下，其中所述水体的所述循环流被限制在所述上部区域中的高于所述出口的位置，而且经由所述出口的排放物基本上无所述上部区域中的内容物。
48.一种用于水体的循环系统，所述系统包括漂浮平台、支撑在所述水体的水面附近的盘件、叶轮、邻近于所述叶轮的外壳、抽吸管以及抽吸管支撑装置，所述抽吸管具有主体、入口部分和出口部分，所述抽吸管从所述支撑装置中向下悬垂，从而将所述入口部分定位在所述水体的水面之下的某一深度，通向所述主体的所述入口部分具有板件，其在垂直轴线之外基本上水平地延伸，并与所述抽吸管的主体间隔开来且位于其下，所述板件和所述主体在它们之间形成了通向所述主体的入口，所述入口基本上围绕着所述垂直轴线延伸，其中，所述叶轮在所述板件之上经由所述入口从所述水体深处基本上水平地抽取水，并使水经所述抽取管向上流向所述水体的水面。
49.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述水平板件是实心的，以将经过所述板件和所述主体之间的所述入口的水流限制成基本上水平的。
50.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述板件还包括贯通开口，所述叶轮在所述板件之上基本上水平地抽取第一体积的水，使其穿过位于所述板件和所述主体之间的所述入口并进入到所述主体中，所述叶轮还将第二体积的水经由所述板件中的开口而向上抽入到所述抽吸管中，所述第二体积相对于所述第一体积是相对较小的部分。
51.根据权利要求50所述的系统，其特征在于，所述第二体积基本上处于所述第一体积的约2％到10％之间。
52.根据权利要求50所述的系统，其特征在于，所述系统还包括可选择性地调节被向上抽到所述抽吸管中的第二体积水的大小的装置。
53.根据权利要求52所述的系统，其特征在于，所述系统还包括定位在所述板件附近的硫化氢传感器，其中所述可选择性地调节所述第二体积的大小的装置可响应于所述传感器的读数而自动工作。
54.根据权利要求50所述的系统，其特征在于，所述系统还包括可选择性地防止和允许经过所述板件的入口向上流动的装置。
55.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述水体的水底相接触并将所述板件支撑在所述水底之上的预定距离处的装置。
56.根据权利要求55所述的系统，其特征在于，所述装置包括多个从所述板件中向下延伸的支脚件。
57.根据权利要求56所述的系统，其特征在于，至少一个所述支脚件包括可选择性地调节所述支脚件从所述板件中向下延伸距离的装置，用来改变所述支脚件支撑所述板件离开所述底部的距离。
58.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述抽吸管是基本上可垂直折叠的，而且所述系统还包括将所述可垂直折叠的抽吸管收集并容纳在其入口部分附近的装置。
59.根据权利要求58所述的系统，其特征在于，所述装置包括从所述抽吸管的入口附近沿着所述抽吸管的主体基本上垂直地向上延伸的至少三个臂件，所述臂件围绕所述抽吸管的主体间隔开，从而收集并容纳所述可折叠的抽吸管。
60.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述系统还包括定位在所述上部区域中的溶解氧的传感器，其中所述可选择性地调节所述第二体积的大小的装置可响应于所述传感器的读数而自动工作。
61.一种用于水体的循环系统，所述水体具有水面和水底，还具有从所述水面向下延伸的上部区域和从所述水底朝向所述上部区域向上延伸的下部区域，其中，循环流建立并基本上限制在所述上部区域中，留下所述下部区域基本不受干扰，并与所述循环的上部区域隔离开，所述系统包括漂浮平台、基本上支撑在所述水体的水面附近的盘件、叶轮、邻近于所述叶轮的外壳以及抽吸管，所述板件被支撑成围绕着基本上垂直的轴线基本上水平地向外延伸，并与所述叶轮和所述外壳间隔开来且位于其下方，所述板件和所述外壳在它们之间形成了通向所述叶轮的入口，所述入口基本上围绕着所述垂直轴线在所述板件之上延伸，其中，所述叶轮在所述板件之上经由所述入口并朝向所述水体的水面基本上水平地抽取水，从而建立起限定了所述上部区域的循环流，所述板件基本上围绕所述垂直轴线向外延伸，从而将循环流基本上限制在所述上部区域，留下所述下部区域基本不受干扰，并与所述循环的上部区域隔离开。
62.根据权利要求61所述的系统，其特征在于，所述上部区域中的内容物是需氧性的。
63.根据权利要求62所述的系统，其特征在于，所述下部区域中的内容物是厌氧性的。
64.根据权利要求61所述的系统，其特征在于，所述下部区域中的内容物是厌氧性的。
65.根据权利要求61所述的系统，其特征在于，所述叶轮的外壳围绕着所述垂直轴线向外延伸一段距离，其小于所述板件延伸到所述垂直轴线之外的距离。
66.根据权利要求65所述的系统，其特征在于，所述板件延伸到所述垂直轴线之外至少大约两倍于所述外壳在所述垂直轴线之外延伸的距离。
67.根据权利要求61所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用来调节所述板件与所述外壳的间隔距离的装置，以便可选择性地改变这两者之间入口的尺寸。
68.根据权利要求61所述的系统，其特征在于，所述盘件与外壳间隔开来，以在它们之间形成基本上围绕所述垂直轴线延伸的环形开口，所述叶轮经由所述外壳来抽取水，其中，经由所述外壳抽取的水的第一部分从所述环形开口中流出，而所抽取水的第二部分向上输送并在所述盘件的顶部之上流出。
全文摘要
一种用于池塘、湖泊或其它水体的循环系统。在一组实施例(1)中，从水体(4)的深处将水抽上来以暴露在大气中，从而产生遍及整个水体(4)的全面的高流量循环模式。在其它实施例(1’)中，水体(4’)中的循环主要限制在上部需氧区域(20)，只有少量且受控的体积从下部厌氧区域(22)中被带上来。各系统都优选包括漂浮平台(3)、盘件(19)、叶轮(21)以及抽吸管(5，5’)，其在各种系统中进行了特殊的改进，以使其适用于各种环境。
文档编号B01F3/04GK1756907SQ200380110039
公开日2006年4月5日 申请日期2003年12月30日 优先权日2002年12月31日
发明者W·R·托尔马希, G·A·库德尔纳, T·J·奥布里特施, J·J·布莱思 申请人:Psi-Ets公司