專利名稱：微波節(jié)能凈水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適用于湖泊、水庫、魚塘、水池等緩流或封閉性水體的水質(zhì)凈化裝置。
背景技術(shù)：
湖泊、水庫、魚塘、水池等緩流或封閉性水體，基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)，可謂是“死水一潭”。主要體現(xiàn)在水質(zhì)分層現(xiàn)象比較嚴(yán)重，上下層水體之間存在著溶解氧梯度、有機(jī)污染物濃度梯度等這是因?yàn)楸韺铀苯优c空氣接觸，導(dǎo)致上層水的溶解氧濃度比較高(富氧水)，下層水的溶解氧濃度比較低(缺氧水)；由于有機(jī)污染物多沉積在水體的底部，造成下層水的有機(jī)物濃度較高，上層水的有機(jī)物濃度較低。天然水體中本身存在著多種生物，它們對水體起著自然凈化的作用。存在于上層水中的生物主要是好氧生物，它們通過好氧生化降解過程，將水體中的碳、氮、磷、硫等污染物分別轉(zhuǎn)化為對生物無毒害作用的二氧化碳、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等，使水體清澈透明。存在于下層水的生物主要是厭氧生物，他們通過厭氧生化降解過程，將水體中的碳、氮、磷、硫等污染物分別轉(zhuǎn)化為對生物有毒害作用的甲烷、氨、磷化氫、硫化氫等，使水體發(fā)黑、發(fā)臭。
我們希望在天然水體中大量生存好氧生物，發(fā)生好氧生化降解反應(yīng)，避免厭氧分解現(xiàn)象。為了進(jìn)行封閉性水體的水質(zhì)凈化，人們設(shè)計(jì)了多種結(jié)構(gòu)形式的增氧機(jī)和曝氣設(shè)備，以增加水中的溶解氧和消除水質(zhì)分層現(xiàn)象?，F(xiàn)有的增氧、曝氣設(shè)備品種繁多，概括起來可以分為兩大類一類是水面機(jī)械曝氣設(shè)備，通過機(jī)械構(gòu)件(如轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)盤、葉輪、水車等)的旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生拋水作用，使空氣與水接觸，以提高水中的溶解氧濃度。這種增氧方式的主要問題在于只能對表層水進(jìn)行增氧，而嚴(yán)重缺氧的下層水的溶解氧濃度卻得不到明顯改善，含有較多有機(jī)物的下層水也不能夠進(jìn)入含有較少有機(jī)物的上層水中，就是說不能夠消除水質(zhì)分層現(xiàn)象；這類曝氣設(shè)備還存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴、濺水幅度大等缺陷。另外一類是水下鼓風(fēng)曝氣設(shè)備，利用鼓風(fēng)機(jī)將空氣壓縮后送到下層水中，再通過微孔布?xì)庠O(shè)備(如穿孔管、曝氣頭等)，將空氣以氣泡形式鼓入水中，或者利用射流器吸入空氣并噴射到下層水中，從而提高下層水的溶解氧濃度；進(jìn)入下層水的空氣泡在浮力作用下上升，會夾帶一部分下層水到上層水中；因此，與水面機(jī)械曝氣設(shè)備相比，水下鼓風(fēng)曝氣設(shè)備對于提高下層水的溶解氧濃度和消除濃度梯度，效果會好一些，但卻存在著設(shè)備投資大、運(yùn)行成本高、占地面積大、噪音大、維修煩瑣等弊端?？梢韵胂?，如果大型湖泊、水庫采用水面機(jī)械曝氣方法，或者采用水下鼓風(fēng)曝氣方法進(jìn)行水質(zhì)凈化，其設(shè)備投資和運(yùn)行成本將會大得驚人，這是根本不可行的。
全國許多湖泊、水庫都用作飲用水的水源或者觀賞水的水源。目前，這些封閉性水體都受到不同程度的氮、磷污染，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，時常發(fā)生藻類爆發(fā)的“綠水”事件，不僅堵塞飲用水廠的過濾設(shè)備，而且也會影響水體的景觀效果，甚至一些藍(lán)綠藻類分泌出藻毒素，造成大量水生生物死亡；住宅樓宇中，不論樓頂水池或者低位水池，都屬于封閉性水體，自來水送入水池之后，水池中的水因基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)而成為“死水”，因此時常會在水池中滋生紅蟲，降低了飲用水的質(zhì)量；房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了人造水景(如人工湖等)的建設(shè)，這些水景大多數(shù)是封閉性水體，往往會出現(xiàn)人工湖的水質(zhì)發(fā)綠、發(fā)臭問題，嚴(yán)重影響了水景的觀賞效果。本來，向封閉性水體曝氣充氧，并消除其水質(zhì)分層是解決上述問題的有效措施之一，但是傳統(tǒng)的增氧、曝氣技術(shù)與設(shè)備因效率低、成本高、占地多、管理復(fù)雜，成為限制其應(yīng)用的一個重要因素。如何既提高曝氣設(shè)備的增氧效率和消除水質(zhì)分層，又降低投資費(fèi)用、運(yùn)行成本、占地面積和噪音，一直是許多生產(chǎn)廠商和研究人員關(guān)心的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種微波節(jié)能凈水裝置，它適用于湖泊、水庫、魚塘、水池等緩流或者封閉性水體的水質(zhì)凈化，本實(shí)用新型水質(zhì)凈化效率高、水體深層增氧充沛、投資省、運(yùn)行成本低、節(jié)能、占水域空間小、管理簡單、應(yīng)用范圍廣、易于推廣實(shí)施。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，它在現(xiàn)有技術(shù)的豎式提升管，帶有動力系統(tǒng)的葉輪裝置，浮水支承裝置的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型特別是提升管至少有一個導(dǎo)流環(huán)槽吸水口，在提升管頂端為導(dǎo)流喇叭狀排水口，吸水口與排水口均為水平朝向設(shè)置，在吸水口與排水口之間的提升管外壁圓周上固定有平直向外伸出的不少于一層的生物載體。
以上本實(shí)用新型所述的提升管底端的導(dǎo)流環(huán)槽吸水口位于提升管底端口處，或者是位于提升管身的多處。
本實(shí)用新型所述提升管底端的導(dǎo)流環(huán)槽吸水口是由提升管底端的喇叭口，以及與該喇叭口下方相隔一定距離處固定的與之形狀相適應(yīng)的錐頭狀導(dǎo)流圓板，該提升管底端的喇叭口與導(dǎo)流圓板之間構(gòu)成導(dǎo)流環(huán)槽，該提升管底端的喇叭口邊緣與導(dǎo)流圓板邊緣處共同構(gòu)成吸水口。
以上本實(shí)用新型所述的提升管身的導(dǎo)流環(huán)槽吸水口是提升管身的喇叭口，以及與該喇叭口下方相隔一定距離處固定的與之形狀相近的喇叭狀導(dǎo)流板，該提升管身的喇叭口與喇叭狀導(dǎo)流板之間構(gòu)成導(dǎo)流環(huán)槽，其邊緣處共同構(gòu)成吸水口。
以上本實(shí)用新型的提升管頂端導(dǎo)流喇叭狀排水口是由提升管頂端喇叭口，以及與該喇叭口上方相隔一定距離處固定的一個圓拱形頂，該提升管頂端喇叭口邊緣與圓拱形頂邊緣共同構(gòu)成排水口，或者是只有提升管頂端的導(dǎo)流的喇叭口。
本實(shí)用新型的生物載體層是污水處理用的剛性生物填料層、軟性生物填料層或者是半軟性生物填料層。
本實(shí)用新型的工作原理簡單地說，微波節(jié)能凈水裝置依據(jù)“流水不腐”的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。就是利用很小的能量(可采用太陽能或者風(fēng)能)，使靜止的封閉性水體流動起來，并在流動過程中實(shí)現(xiàn)水體增氧和水質(zhì)凈化的目的。
具體地說，就是借助動力系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，將水體下層水經(jīng)過提升管送到水體表面。由于排水口位于水面的位置，而且處于水平狀態(tài)，所以提升上來的下層水在排水口處形成“源流”，水平地排向周圍的水面。葉輪旋轉(zhuǎn)的過程中，會在水面形成一圈一圈微小的波浪，這些波浪“后浪推前浪”地沿著水面向外推進(jìn)，并帶動上層水一起水平地向岸邊流動。吸水口呈水平方向布置，引導(dǎo)下層水水平地流向吸水口，并在吸水口處形成“匯流”；根據(jù)水流連續(xù)性原理，上層水與下層水方向相反地進(jìn)行水平流動，必將在岸邊匯合，上層水向下流入下層水中，以補(bǔ)充被吸走的下層水，這樣就在上、下層水體之間形成了大“環(huán)流”。從“匯流”、“源流”開始，到最終形成水體的上、下大“環(huán)流”，使靜止的“死水”，變成了流動的“活水”。這樣，缺氧的下層水被提升到水體表面之后，不斷進(jìn)行表面更新，一方面迅速增氧，另一方面將水體中的代謝產(chǎn)物(如二氧化碳等)釋放到大氣中，還將下層豐富的有機(jī)質(zhì)帶到上層水中；與此同時，富氧的上層水環(huán)流到下層水中，也提高了下層水的溶解氧濃度。結(jié)果，整個水體的溶解氧濃度都得到提高，有效地消除了水質(zhì)分層現(xiàn)象，解決了水體發(fā)黑、發(fā)臭、藻類爆發(fā)等現(xiàn)象，使水體清澈透明。
水質(zhì)凈化的速度與效率，除了與水體的溶解氧濃度有關(guān)之外，還與水體中的好氧生物濃度有關(guān)。天然水體中存在著一定數(shù)量的好氧生物，能夠?qū)λw產(chǎn)生一定程度的自凈作用；水體的溶解氧濃度整體增高，水體的自凈功能也會因此得到強(qiáng)化。為了進(jìn)一步提高水質(zhì)凈化的速度與效率，可以在水體中設(shè)置表面積很大的生物載體，讓好氧生物在載體上高密度生長與繁殖；當(dāng)水流過生物載體時，水中的有機(jī)污染物就被載體上高密度生長的好氧生物所攝取，并將其進(jìn)行生化降解。生物載體上好氧生物的凈化作用協(xié)同水體本身的自凈作用，實(shí)現(xiàn)高效率地進(jìn)行水質(zhì)凈化的目的。
對于淺層水體來說，采用一個吸水口、形成一層環(huán)流，就可以使上、下水層迅速增氧，并徹底消除水質(zhì)分層現(xiàn)象；對于較深的水體，則必須設(shè)置多個吸水口，以便于形成多層環(huán)流，才可以較快地達(dá)到理想的水質(zhì)凈化效果。
微波節(jié)能凈水裝置運(yùn)行期間的能耗，一部分用于將下層水提升到高于水面一定的高程(水頭)，另一部分用于克服水流過裝置時的摩擦阻力損失。為了達(dá)到節(jié)能的目的，本方案采取了如下特殊設(shè)計(jì)1、采用很小的提升揚(yáng)程(一般不超過10毫米)，只產(chǎn)生微小的水流波浪。根據(jù)水力提升能耗的計(jì)算公式W＝γQH/η........................(1)式(1)中，W——能耗，kWγ——水的容重，kN/m3Q——流量，m3/sη——提升效率(與設(shè)備結(jié)構(gòu)形式有關(guān))從公式(1)可以看出，對于同一種水力提升設(shè)備來說，同樣的流量Q情況下，揚(yáng)程H越小，能耗W越??；也可以說，對于同一種水力提升設(shè)備，同樣的能耗W情況下，揚(yáng)程H越小，流量Q越大。
2、盡量增大提升管、排水口及吸水口的尺寸，以降低水流速度；保持提升管、排水口及吸水口的內(nèi)表面光滑，并借助導(dǎo)流環(huán)槽和導(dǎo)流喇叭，實(shí)現(xiàn)吸水口及排水口與提升管之間流線型圓滑連接，以減少摩擦阻力系數(shù)。
導(dǎo)流環(huán)槽吸水口能水平地吸入下層的水，將水流由水平方向轉(zhuǎn)為豎直方向，并且將進(jìn)水阻力降到最小。
導(dǎo)流喇叭狀排水口能將從下層提升上來的水，水平地排向外圍水面，使水流由豎直方向轉(zhuǎn)為水平方向，而且將排水阻力降到最小。
根據(jù)水流摩擦阻力計(jì)算公式h摩擦＝ζv2/2g........................(2)式(2)中，h摩擦——水流摩擦阻力損失，kWζ——摩擦阻力系數(shù)v——水流速度，m/sg——重力加速度，m/s2從公式(2)可以看出，水流速度v的數(shù)值越小，水流摩擦阻力損失h摩擦就越?。荒Σ磷枇ο禂?shù)ζ的數(shù)值越小，水流摩擦阻力損失h摩擦就越小。
本實(shí)用新型由于一般不超過10毫米的極小的揚(yáng)程，再加之極大限度地降低了水流摩擦阻力，所以只需用很低功率電機(jī)運(yùn)作，減少了能源消耗。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是它適用于湖泊、水庫、魚塘、水池等緩流或封閉性水體的水質(zhì)凈化，本實(shí)用新型水質(zhì)凈化效率高、水體深層增氧充沛、投資省、運(yùn)行成本低、節(jié)能、占水域空間小、管理簡單、應(yīng)用范圍廣、易于推廣實(shí)施。


圖1是本實(shí)用新型的構(gòu)造示意圖；圖2是本實(shí)用新型的淺水型應(yīng)用例構(gòu)造示意圖；圖3是本實(shí)用新型的俯視構(gòu)造示意圖；圖4是本實(shí)用新型的仰視構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一根據(jù)圖1所示，本實(shí)用新型有一個豎式提升管3，在提升管3的底端有導(dǎo)流環(huán)槽吸水口，導(dǎo)流環(huán)槽吸水口是提升管底端的喇叭口，以及與該喇叭口下方相隔一定距離處固定的與之形狀相適應(yīng)的錐頭狀導(dǎo)流圓板9，該提升管底端的喇叭口與導(dǎo)流圓板9之間構(gòu)成導(dǎo)流環(huán)槽，該提升管底端的喇叭口邊緣與導(dǎo)流圓板邊緣處共同構(gòu)成吸水口。在提升管3身的外圓周壁上有二層導(dǎo)流環(huán)槽吸水口，在提升管3身的導(dǎo)流環(huán)槽吸水口是提升管身的喇叭口，以及與該喇叭口下方相隔一定距離處固定的與之形狀相適應(yīng)的喇叭狀導(dǎo)流板8，該提升管身的喇叭口與喇叭狀導(dǎo)流板8之間構(gòu)成導(dǎo)流環(huán)槽，其邊緣處共同構(gòu)成吸水口。提升管3的頂端為導(dǎo)流喇叭狀排水口，是由提升管頂端喇叭口，以及與該喇叭口上方相隔一定距離處固定的一個圓拱形頂1，該提升管頂端喇叭口邊緣與圓拱形頂1邊緣共同構(gòu)成排水口，本實(shí)用新型的吸水口與排水口均為水平朝向設(shè)置，圓拱形頂1上固定有電機(jī)6，電機(jī)6通過轉(zhuǎn)軸5與葉輪4相連接。提升管3由浮水支承裝置7托起，浮水支承裝置7由三個浮子成角度等分的固定在提升管頂端喇叭口上。在提升管3身處，固定有圍繞提升管外壁圓周呈放射狀平直向外伸出的多層生物載體2，生物載體2可采用北京市桑德環(huán)保集團(tuán)公司制造的SNP用于污水處理的懸浮型半軟性生物填料，這種生物填料呈球狀，便于用繩子串起來固定，其比重與水的比重接近，容易懸浮在水中，這種生物填料比表面積較大，為800m2/m3，有利于好氧生物在其上面密集地生長。
實(shí)施例二見圖2，本實(shí)用新型用在淺水的水池、湖泊時，除了提升管身不設(shè)吸水口外，其它同實(shí)施例一。
實(shí)施例三本實(shí)用新型在某些現(xiàn)場，也可不設(shè)置提升管3頂端上方的拱形頂，其它同
權(quán)利要求1.微波節(jié)能凈水裝置，它包括豎式提升管，帶有動力系統(tǒng)的葉輪裝置，浮水支承裝置，其特征是提升管至少有一個導(dǎo)流環(huán)槽吸水口，在提升管頂端為導(dǎo)流喇叭狀排水口，吸水口與排水口均為水平朝向設(shè)置，在吸水口與排水口之間的提升管外壁圓周上固定有平直向外伸出的不少于一層的生物載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波節(jié)能凈水裝置，其特征是提升管的導(dǎo)流環(huán)槽吸水口位于提升管底端口處，或者位于提升管身的多處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波節(jié)能凈水裝置，其特征是提升管底端的導(dǎo)流環(huán)槽吸水口是由提升管底端的喇叭口，以及與該喇叭口下方相隔一定距離處固定的與之形狀相適應(yīng)的錐頭狀導(dǎo)流圓板共同構(gòu)成，該提升管底端的喇叭口與導(dǎo)流圓板之間構(gòu)成導(dǎo)流環(huán)槽，該提升管底端的喇叭口邊緣與導(dǎo)流圓板邊緣處共同構(gòu)成吸水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波節(jié)能凈水裝置，其特征是提升管身的導(dǎo)流環(huán)槽吸水口是由提升管身的喇叭口，以及與該喇叭口下方相隔一定距離處固定的與之形狀相適應(yīng)的喇叭狀導(dǎo)流板共同構(gòu)成，該提升管身的喇叭口與喇叭狀導(dǎo)流板之間構(gòu)成導(dǎo)流環(huán)槽，其邊緣處共同構(gòu)成吸水口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波節(jié)能凈水裝置，其特征是提升管頂端的導(dǎo)流喇叭狀排水口是由提升管頂端喇叭口，以及與該喇叭口上方相隔一定距離處固定的一個圓拱形頂共同構(gòu)成，該提升管頂端的喇叭口邊緣與圓拱形頂邊緣共同構(gòu)成排水口，或者是只有提升管頂端的導(dǎo)流的喇叭口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波節(jié)能凈水裝置，其特征是生物載體層是污水處理用的剛性生物填料層、軟性生物填料層或者是半軟性生物填料層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及微波節(jié)能凈水裝置，它適用于湖泊、水庫、魚塘、水池等緩流或者封閉性水體的水質(zhì)凈化及深層增氧。本實(shí)用新型公開了這種凈水裝置的提升管至少有一個導(dǎo)流環(huán)槽吸水口，在提升管頂端為導(dǎo)流喇叭狀排水口，吸水口與排水口均為水平朝向設(shè)置，在吸水口與排水口之間的提升管外壁圓周上固定有平直伸向外水域的不少于一層的生物載體。本實(shí)用新型對水質(zhì)凈化效率高，水體深層增氧充沛、投資省、運(yùn)行成本低、節(jié)能、占水域空間小、管理簡單、應(yīng)用范圍廣、易于推廣實(shí)施。
文檔編號C02F3/10GK2793050SQ20052005714
公開日2006年7月5日 申請日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月20日
發(fā)明者聶法玉, 黃國林, 譚源生 申請人:聶法玉, 黃國林, 譚源生