[发明专利]间歇式机械混合-表层充氧一体化中试装置

说明书

技术领域：

本发明属于湖泊水库水质污染控制领域，具体涉及一种间歇式机械混合-表层充氧一体化中试装置，其适用于混合水深较大的分层湖泊水库，并向水体充氧，控制水体内源污染和富营养化。

背景技术：

湖泊水库是世界上最珍贵的可直接利用的淡水资源，其中水库正逐渐成为多数城市的主要供水水源，水源水库的重要性日渐彰显。当前，湖泊水库环境面临的水体富营养化问题非常突出，湖泊水库水质的恶化直接影响城市水资源的可持续利用，更严重威胁到城市的供水安全。水深较大的湖泊水库易发生由于剧烈垂向温度梯度的存在引起不同密度水体分层的现象，易于扰动、混合的表层水体与相对稳定的底部水体缺乏交换，这使得水体分成三个不同温度和密度的水团层：变温层、跃温层(斜温层)和等温层。水体分层后，由于上下层水体间相对静止，缺乏交换，下层水体得不到氧气的补充，溶解氧逐步减少，厌氧条件会引起底泥有机质、氮、磷、铁、锰的溶解释放，造成水体内源污染，水体色度、嗅味加大，pH值下降，水质恶化，藻类大量繁殖等，直接加快水体的富营养化进程。

目前湖泊水库水体污染主要有藻类、沉积物和溶解氧三个问题。藻类控制技术主要有三种：降低水体氮、磷等营养盐含量，如对点源(生活污水和工业废水)和非点源污染进行控制，以削减外源性氮、磷负荷；创造低温、低光照、低溶解氧等不利的生长环境(如水力混合)；采用化学(如投加硫酸铜)、生物(如养鱼)、物理(捕捞收割)等方法直接去除已生长的藻类。对于沉积物中污染物的控制技术主要有投加化学氧化剂和钝化剂对沉积物进行氧化和钝化处理，此外沉积物覆盖和疏浚也有使用，但成本较高、实施不易、还会新增污染物。增加水体溶解氧的技术主要有破坏水体分层(机械、水力、曝气)和等温层曝气两种，其中机械、水力破坏分层都仅仅具有混合功能、不对水体充氧，等温层曝气只对底部水体充氧、不破坏分层，扬水曝气技术把混合充氧集中于一体。综合各种湖泊水库水体污染控制技术的环境、经济和社会效益，曝气混合充氧是目前相对较好的技术，并且应用也最为广泛。但尽管如此，目前的曝气混合充氧技术都是在湖泊水库底部进行曝气充氧，同时利用气体提升水体进行混合，由于供气压力必须大于水深，导致混合充氧系统的能量需求很大、需要大型空压机，并且能耗高、能量效率低(一般在10％以下)，此外水下安装维护困难。

中国库容1亿立方以上的水库大约有3800多座，大多呈现富营养化的状态。因此经济高效、易于实施的混合充氧新技术和装置的研发是湖泊水库水体污染控制的迫切技术需求。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种间歇式机械混合-表层充氧一体化中试装置，该装置能在水体表层应用基于太阳能的电机驱动装置混合上下层水体，同时对被提升的等温层水体进行充氧，经济、高效、便捷地原位改善湖泊水库水体水质。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

间歇式机械混合-表层充氧一体化中试装置，包括上升筒装置、出流筒装置、文丘里进气装置、电机驱动装置和智能电源开关系统；其中，文丘里进气装置包括两端开口纵向设置的缩小管，其周向连通有若干有机玻璃进气管；

上升筒装置包括锥形上升筒、下部锥形筒和下部上升筒，其中，下部上升筒的周向设置有高度可调的下部挡板，锥形上升筒与缩小管的上部开口端相连通，下部锥形筒与缩小管的下部开口端相连通，下部上升筒和下部锥形筒相连接，且下部上升筒的底部通过铁链与锚固墩相连接；

出流筒装置设置在上升筒装置的周向，包括顶板和上部直筒，其中，顶板上开设有若干个空气溢流孔，且固定在上部直筒上端，在上部直筒的周向还设置有浮筒；

电机驱动装置包括电机、中空连接轴和间歇式曝气叶片，其中，电机设置在顶板上，间歇式曝气叶片设置在锥形上升筒形成的曝气室内，电机通过中空连接轴与间歇式曝气提升叶片相连通；

智能电源开关系统用于控制电机间歇驱动间歇式曝气叶片旋转，产生向上的提升力。

本发明进一步的改进在于：锥形上升筒渐扩管角度为20°。

本发明进一步的改进在于：下部锥形筒渐缩管角度为90°。

本发明进一步的改进在于：下部挡板通过下部上升筒外壁的螺纹而调节其高度，且下部上升筒外壁的螺纹高度为100mm。

本发明进一步的改进在于：出流筒装置还包括设置在上部直筒中部外侧的法兰以及法兰之间的密封圈。

本发明进一步的改进在于：法兰之间的密封圈采用硅胶材料制成。

本发明进一步的改进在于：顶板上设置有用于防止电机进水的圆筒形护板。