[发明专利]一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置

说明书

 

一、技术领域

本发明属于环境水利工程污水排放技术领域，具体涉及一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置。

二、背景技术

随着我国经济的发展，水环境保护问题日益为国家所重视。其中，城市污水的达标排放已成为一个急需解决的现实问题。经过预处理的污水通常通过一定方式布置的排污扩散器，排放到江河、湖泊、渠道和海洋等水体中，利用污水和周围动水环境的剧烈掺混，使污染物得到快速有效的扩散及降解，从而达到特定的排放标准，尽量降低对环境的负面影响。

如何保证污水尽快稀释同时把对环境的影响降到最低是排放工程成功与否的关键因素。早期的污水排放工程一般只是一条简单的放流管，末端开口并不带扩散器，这样容易导致加重局部水域的污染程度。到20世纪20年代，研究者开始在末端增加多孔的扩散器，并通过科学的物理实验和数值模拟手段论证多孔扩散器的稀释效果，发现来流方向和扩散器长度方向呈90度时，扩散器的效果最好。申请号为200720086523的专利采取了在常规扩散器基础上增加锯齿喷口的方法；申请号为200720086524.2的专利将锯齿喷口换成了回形障碍圆盘。这两种方法都是对扩散器出口处进行改良从而改变污水喷出时的状态，能够起到一定的作用，但仍无法使污水与自然水体大面积均匀掺混。申请号为200710049669.X的专利则采取了水体自适应调整排污口方法，即装置可根据水体状态自行调整排污口位置。然而该方法仍然会出现一段时间内集中在一点的污水排放，这样也不利于近区污水的充分稀释。目前排污装置的扩散器口大都局限于一个固定的位置，污水也保持恒定的速度射出，局部区域的污染现象仍较为严重，污水与环境水体的掺混和稀释效率也较低。因此，必须设计一种能够实现以摇摆状态排放污水从而能够加快污水稀释过程的排污装置。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有排污装置的不足，设计一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置，使得污水在近区尽快稀释以及避开排污造成的局部污染。

本发明目的是通过以下的技术方案来实现的：

一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置，该装置包括水轮发电机1、电缆2、支角a3、控制器4、齿轮5、锯齿形连接杆6、防水箱7、扩散器8、竖向管9、环形固定片10、刚性固定套筒11、柔性防水套管12、支角b13、排污主管道14。水轮发电机1位于扩散器8上游，电能通过电缆2输出到控制器4，控制器4通过控制齿轮5的转动，齿轮5与锯齿形连接杆6契合在一起，控制器4、齿轮5及锯齿形连接杆6的一部分都位于防水箱7内，防水箱7底端两侧布置有与之铰接的支角a3；竖向管9顶端与扩散器8相连，环形固定片10固定于竖向管9上，并与锯齿形连接杆6铰接，竖向管9底端通过柔性防水套管12与排污主管道14连接，刚性固定套筒11覆盖在柔性防水套管12上起固定作用，刚性固定套筒11底端与竖向管9底端齐平，并在底端两侧布置有与之铰接的支角b13。

控制器4包括整流桥15、逆变桥16、双向晶闸管17、正反转电机18和程序控制系统19，其中程序控制系统19包括电源开关20、IGBT驱动单元21、DSP/MCU控制单元22和转速传感器23。

锯齿形连接杆6为防腐蚀性好的轻质钢材或纤维材料，环形固定片10的材料为防腐蚀性好的轻质钢材。

防水箱7材质为塑料或其他防水材料，具有全密封性。

扩散器8采用锯齿形、回旋障碍圆盘或其他形式。

一种通过水流发电供能的摇摆式排污装置的工作原理在于：

(a) 当环境水体水流速度大于水轮发电机1最小发电速度时，水轮发电机1转动发电，交流电电能通过电缆2输送到控制器4；

(b) 控制器4中，交流电通过整流桥15变为直流电，然后通过DSP/MCU控制单元22产生SPWM波，经过IGBT驱动单元21全桥逆变，实现电压和频率可调，进而通过控制双向晶闸管17的导通与关断，来实现正反转电机18以一定频率和速度正转和反转，速度由程序控制以一定频率正弦或线性变化，若转速传感器23检测到正反转电机18转速有所偏离，DSP/MCU控制单元22会瞬时作出判断并及时通过PID算法调节SPWM波进行调整，当电能不足时DSP/MCU控制单元22将控制电机回至初始状态；

(c) 污水从污水处理厂排出，经由排污主管道14到达竖向管9和扩散器8处；