修復(fù)受污染水體的太陽能曝氣系統(tǒng)及修復(fù)該水體的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于修復(fù)受污染水體的太陽能曝氣系統(tǒng)和修復(fù)受污染水體的方法。所述太陽能曝氣系統(tǒng)包括太陽能轉(zhuǎn)化裝置、氣體擴(kuò)散裝置、曝氣機(jī)、氣體發(fā)生裝置、水體溶解氧測量裝置以及控制裝置。本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)或者修復(fù)受污染水體的方法通過提高曝氣效率以增加水體溶解氧含量，使底部水與上部水充分混合，提高有益水體自凈能力的微生物，使受污染水體得到有效修復(fù)。
【專利說明】修復(fù)受污染水體的太陽能曝氣系統(tǒng)及修復(fù)該水體的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種用于修復(fù)受污染水體的太陽能曝 氣系統(tǒng)以及修復(fù)該受污染水體的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的工業(yè)廢水、生活污水以及農(nóng)業(yè)源 污染物被排入江湖水體，已遠(yuǎn)超過水體的自凈能力，造成水體被污染或損害。受污染或損害 的水體使原本清澈的水體出現(xiàn)渾濁、溶解氧降低、魚類減少、藻類爆發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)被破壞等 問題。因此，受污染或損害的水體的治理是刻不容緩的。
[0003] 為受污染或損害的水體曝氣，提高其溶解氧含量是一種常見的水體修復(fù)手段。為 水體曝氣可以抑制藻類過量繁殖，促進(jìn)魚類、水生植物和微生物的生長，使水體中的鐵離子 沉淀，并且吹脫出水體中的H2S、C02、NH4、揮發(fā)性有機(jī)物以及其他有害物質(zhì)。因此，曝氣既降 低了富營養(yǎng)化水體中氮、磷、鐵等的濃度，又提高了池塘、湖泊、水庫等水體的健康水平，維 持水生生物的正常生長。
[0004] 在富營養(yǎng)化的池塘、湖泊或水庫等水體中，水中溶解氧的含量日變化幅度較大。在 白天陽光可以促進(jìn)水體循環(huán)，增加溶解氧含量；而在夜間，尤其是下半夜水體循環(huán)引起的增 氧作用消失，只有呼吸耗氧作用，水體溶解氧含量下降，溶解氧含量最低的時(shí)候發(fā)生在黎明 前的幾個(gè)小時(shí)。如果在水體溶解氧含量最低的時(shí)候曝氣，可以大大提高水體曝氣的效果?，F(xiàn) 有的水體曝氣系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，往往在白天有陽光照射的時(shí)候曝氣或一整天都在曝氣，而 不能根據(jù)水體溶解氧含量進(jìn)行適時(shí)開啟和關(guān)閉曝氣系統(tǒng)，造成不必要的浪費(fèi)。
[0005] 此外，湖泊、水庫等富營養(yǎng)化水體中的溶解氧的濃度是分層的，上層水的溶解氧的 含量高于底部水。水越深或水體污染越重，水中溶解氧含量分層現(xiàn)象越嚴(yán)重。水體溶解氧 含量分層不利于水體生態(tài)系統(tǒng)健康，因此應(yīng)該使水體循環(huán)起來，防止分層。
[0006] 現(xiàn)有的曝氣系統(tǒng)有使用電力驅(qū)動的，無論其是通過輸送的電力或者傳統(tǒng)的現(xiàn)場發(fā) 電，都將大大增加曝氣成本。另外，現(xiàn)有的曝氣系統(tǒng)也有使用電太陽能發(fā)電來驅(qū)動的，但是 這樣的曝氣系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于：曝氣效率低，不能根據(jù)溶解氧含量開啟或關(guān)閉曝氣系統(tǒng)；存 在溶解氧含量高、不需要曝氣的時(shí)候在曝氣，而當(dāng)溶解氧含量較低需要曝氣的時(shí)候，太陽能 轉(zhuǎn)化的電能已消耗完畢，不能為水體曝氣；而且現(xiàn)有水體太陽能曝氣設(shè)備都是漂浮在水面， 對溶解氧含量低的底層水的曝氣效果差，不能使低層水與上層水充分混合，從而避免水體 分層現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于修復(fù)受污染或損害的水體的太陽能曝氣 系統(tǒng)，該太陽能曝氣系統(tǒng)通過提高太陽能電池板的發(fā)電效率、在水體中形成細(xì)氣泡層流柱 以提高氧進(jìn)入受污染水體的效率、在水體底部形成細(xì)氣泡層流柱使水體循環(huán)起來以防止水 體分層、根據(jù)水體中的溶解氧含量開啟或關(guān)閉太陽能曝氣系統(tǒng)、或者選擇與曝氣機(jī)大小相 匹配的陶瓷微孔氣體擴(kuò)散器等手段，提高曝氣的效率，從而克服現(xiàn)有的曝氣系統(tǒng)中的各種 技術(shù)問題。
[0008] 進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種修復(fù)受污染或損害的水體的方法，該方法通過提高曝 氣效率、增加水體溶解氧含量、使底部水與上部水充分混合以及提高有益水體自凈能力的 微生物，使受污染水體得到以有效修復(fù)。
[0009] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于修復(fù)受污染水體的太陽能曝氣系統(tǒng)，包 括：
[0011] 太陽能轉(zhuǎn)化裝置，用于將所吸收的太陽能轉(zhuǎn)化為電能；
[0012] 氣體擴(kuò)散裝置，用于將空氣、氧氣和/或者臭氧以微氣泡的形式輸送至受污染水 體中；
[0013] 曝氣機(jī)，由太陽能轉(zhuǎn)化裝置所產(chǎn)生的電能來驅(qū)動，用于將空氣、氧氣和/或者臭氧 通過輸送管輸送至氣體擴(kuò)散裝置，進(jìn)而釋放至所述受污染水體中；
[0014] 水體溶解氧測量裝置，用于測量所述水體中的實(shí)時(shí)氧含量；以及
[0015] 控制裝置，用于根據(jù)水體溶解氧測量裝置所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量低于設(shè)定 值或者超過設(shè)定值來開啟或關(guān)閉曝氣機(jī)。
[0016] 進(jìn)一步地，所述太陽能曝氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生氧氣或臭氧的氣體產(chǎn)生裝 置，并且由所述控制裝置根據(jù)所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量低于設(shè)定值來開啟所述氣體產(chǎn) 生裝置、或者超過設(shè)定值來關(guān)閉所述氣體產(chǎn)生裝置。
[0017] 進(jìn)一步地，所述太陽能轉(zhuǎn)化裝置包括太陽能電池板和太陽光追蹤裝置，所述太陽 光追蹤裝置驅(qū)使太陽能電池板追蹤太陽使得太陽光垂直照射在太陽能電池板上。
[0018] 進(jìn)一步地，所述氣體擴(kuò)散裝置被設(shè)置于水體的底部。
[0019] 進(jìn)一步地，所述氣體擴(kuò)散裝置包括多個(gè)氣體擴(kuò)散器，所述氣體擴(kuò)散器的數(shù)量是根 據(jù)水體的體積和/或面積來確定的。
[0020] 進(jìn)一步地，所述氣體擴(kuò)散裝置是微孔圓盤式氣體擴(kuò)散器，優(yōu)選為陶瓷微孔圓盤式 氣體擴(kuò)散器。
[0021] 進(jìn)一步地，使所述氣體擴(kuò)散器的微孔的孔徑、微孔之間的距離、所述氣體擴(kuò)散器與 水面的深度以及每個(gè)氣體擴(kuò)散器釋放出的氣體流量相互匹配，從而在水體的底部到水面形 成細(xì)氣泡層流柱。
[0022] 進(jìn)一步地，控制單位水體面積中氣體擴(kuò)散器的數(shù)量以及氣體擴(kuò)散器的表面積，維 持釋放出的氣體在水體的底部到水面形成細(xì)氣泡層流柱。
[0023] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散器的微孔的孔徑為10?90i!m、微孔之間的距離2? 5_、所述氣體擴(kuò)散器與水面的深度4?8m以及每個(gè)氣體擴(kuò)散器釋放出的氣體流量為3? 5m3/h。需要指出的是，根據(jù)本發(fā)明的氣體擴(kuò)散器可以是具有相同孔徑的氣體擴(kuò)散器，也可 以是具有不均勻孔徑的氣體擴(kuò)散器，只要其微孔的孔徑在10?90ym范圍內(nèi)。優(yōu)選地，根 據(jù)本發(fā)明的氣體擴(kuò)散器具有相同的孔徑。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的氣體擴(kuò)散器的微孔是均勻 分布的。最優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的氣體擴(kuò)散器具有相同孔徑且均勻分布的微孔。
[0024] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散器的微孔的孔徑為20?70ym、微孔之間的距離2? 5_、所述氣體擴(kuò)散器與水面的深度4?6m以及每個(gè)氣體擴(kuò)散器釋放出的氣體流量為3? 5m3/h〇
[0025] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散器的直徑為200?300mm，每十平方米水體面積中氣 體擴(kuò)散器的數(shù)量為3-7個(gè)，優(yōu)選為5?7個(gè)。
[0026] 進(jìn)一步地，所述控制裝置包括：
[0027] 能量控制設(shè)備，包括太陽能光伏控制器、逆變器和蓄電池，其中太陽能光伏控制器 控制太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能以及控制將所產(chǎn)生的電能輸送至逆變器或者蓄電 池，逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為適用于曝氣機(jī)的交流電壓，蓄電池用于儲存所產(chǎn)生的電能；
[0028] 操作控制設(shè)備，與控制水體溶解氧測量裝置連接，并且根據(jù)水體溶解氧的含量低 于或超過預(yù)定值來開啟或關(guān)閉曝氣機(jī)；和
[0029] 氣體控制設(shè)備，用于控制氣體產(chǎn)生裝置的開啟和關(guān)閉，以及用于控制將所產(chǎn)生的 氧氣或者臭氧、和/或空氣輸送至氣體擴(kuò)散器的流量。
[0030] 優(yōu)選地，所述曝氣機(jī)是壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)。
[0031] 優(yōu)選地，通過氣體控制設(shè)備來控制各氣體擴(kuò)散器釋放出的氣體的流量。進(jìn)一步優(yōu) 選地，各氣體擴(kuò)散器釋放出的氣體的流量都相等。
[0032] 優(yōu)選地，所述氣體控制設(shè)備包括流量計(jì)、閥門和調(diào)節(jié)器。
[0033] 優(yōu)選地，當(dāng)實(shí)時(shí)氧含量低于4mg/L時(shí)，開啟曝氣機(jī)和/或氣體產(chǎn)生裝置；當(dāng)實(shí)時(shí)氧 含量高于7mg/L時(shí)，關(guān)閉曝氣機(jī)和氣體產(chǎn)生裝置。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種修復(fù)受污染水體的方法，其使用上述的太陽 能曝氣系統(tǒng)給被污染水體供氧，從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)所述受污染水體。
[0035] 具體地，當(dāng)受污染水體被有機(jī)物污染嚴(yán)重時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法給被污染水體供 給氧氣或臭氧，氧氣或臭氧，特別是臭氧可將大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物或?qū)㈦y生 物降解有機(jī)物分解為可生物降解有機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)高效修復(fù)所述受污染水體。
[0036] 優(yōu)選地，在水體溶解氧測量裝置所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量低于4mg/L時(shí)，開 啟所述太陽能曝氣系統(tǒng)；在水體溶解氧測量裝置所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量高于7mg/L 時(shí)，關(guān)閉所述太陽能曝氣系統(tǒng)。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0038] 一 .太陽能電池板能像向日葵一樣追隨太陽轉(zhuǎn)動，可以極大地提高太陽能吸收效 率；
[0039] 二.根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)可以根據(jù)水體的溶解氧濃度水平自動開啟或 關(guān)閉所述曝氣系統(tǒng)，從而提高水體的曝氣效率，降低能耗；
[0040] 三.根據(jù)本發(fā)明的曝氣系統(tǒng)可以通過控制氣體擴(kuò)散器與受污染水體的水深、氣體 流量的匹配，從而形成細(xì)氣泡層流柱，以提高空氣中的氧、或者氧或臭氧進(jìn)入受污染水體的 效率；以及
[0041] 四.根據(jù)本發(fā)明的曝氣系統(tǒng)的微孔曝氣器在水體底部，在水體中形成從底部到表 層均勻分布的細(xì)氣泡層流柱，從而加強(qiáng)水體循環(huán)，提高曝氣效率，并且防止水體溶解氧分 層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的太陽能曝氣系統(tǒng)的示意圖。
[0043] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)所使用的微孔陶瓷擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的太陽能曝氣系統(tǒng)的構(gòu)成框架圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 以下詳細(xì)描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于這些具體 的實(shí)施方式。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種用于修復(fù)受污染水體的太陽能曝氣系統(tǒng)， 包括：太陽能轉(zhuǎn)化裝置，用于將所吸收的太陽能轉(zhuǎn)化為電能；氣體擴(kuò)散裝置，用于將空氣、 氧氣和/或者臭氧以微氣泡的形式輸送至受污染水體中；曝氣機(jī)，由太陽能轉(zhuǎn)化裝置所產(chǎn) 生的電能來驅(qū)動，用于將空氣、氧氣和/或者臭氧通過輸送管輸送至氣體擴(kuò)散裝置，進(jìn)而釋 放至所述受污染水體中；水體溶解氧測量裝置，用于測量所述水體中的實(shí)時(shí)氧含量；以及 控制裝置，用于根據(jù)水體溶解氧測量裝置所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量低于設(shè)定值或者超 過設(shè)定值來開啟或關(guān)閉曝氣機(jī)。
[0047] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述太陽能曝氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生氧氣或臭氧的氣體產(chǎn)生 裝置，并且由所述控制裝置根據(jù)所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量低于設(shè)定值來開啟所述氣體 產(chǎn)生裝置、或者超過設(shè)定值來關(guān)閉所述氣體產(chǎn)生裝置。
[0048] 為了提高曝氣效率以及水體修復(fù)效果，本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括有用 于產(chǎn)生氧氣或臭氧的氣體產(chǎn)生裝置，即氧氣發(fā)生器和/或臭氧發(fā)生器。氧氣發(fā)生器可以極 大地提高氧氣的轉(zhuǎn)移量，氧氣發(fā)生器能夠擠走空氣中的氮?dú)猓M(jìn)而產(chǎn)生濃度高達(dá)95%的氧 氣，安裝氧氣發(fā)生器可以使水體中的氧氣濃度提高3倍以上。臭氧發(fā)生器不但提高氧氣的 轉(zhuǎn)移量，而且臭氧也能有效降解水體中的難降解有機(jī)物。氧氣發(fā)生器可以與臭氧發(fā)生器一 起使用或單獨(dú)使用。
[0049] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述太陽能轉(zhuǎn)化裝置包括太陽能電池板和太陽光追蹤裝置，所述 太陽追蹤裝置驅(qū)使太陽能電池板追蹤太陽使得太陽光垂直照射在太陽能電池板上。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)中的太陽能電池板被設(shè)計(jì)為追蹤太陽光的可轉(zhuǎn)動 電池板。當(dāng)太陽光直射電池板時(shí)，光電轉(zhuǎn)化效率會最高。因此，與傳統(tǒng)的固定電池板每天只 有一定時(shí)間達(dá)到其最大光電轉(zhuǎn)化效率相比，根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池板可以在有太陽光照 射的所有時(shí)間內(nèi)都可以達(dá)到最大光電轉(zhuǎn)化效率，由此提高了本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)的工 作效率。所述太陽光追蹤裝置可以是現(xiàn)有技術(shù)中的任何追蹤裝置，例如，可以是按照太陽運(yùn) 動規(guī)律定時(shí)控制太陽能電池板轉(zhuǎn)動的控制裝置。
[0051] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散裝置被設(shè)置于水體的底部。通過氣體輸送管道將空 氣或者由氣體產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的氧氣或臭氧輸送至氣體擴(kuò)散裝置。所述氣體輸送管可以是 任意材料的管道，例如，可以是傳統(tǒng)的PVC材料、聚丙烯或者其他塑料的管道。優(yōu)選使用有 彈性的PVC材料。為了防止曝氣管漂浮在水面，配置重物以使其沉于水底。采用微孔圓盤 式氣體擴(kuò)散器，并放置在水體的底部，這樣從底部向上形成細(xì)氣泡層流柱，提高氧氣擴(kuò)散效 率。
[0052] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散裝置包括多個(gè)氣體擴(kuò)散器，所述氣體擴(kuò)散器的數(shù)量 是根據(jù)水體的體積和/或面積以及氣體擴(kuò)散器的表面積來確定的。例如，優(yōu)選每十平方米 水體面積均勻布設(shè)3?7個(gè)氣體擴(kuò)散器，優(yōu)選為5?7個(gè)，其中氣體擴(kuò)散器的表面直徑優(yōu)選 為200?300mm的微孔圓盤式氣體擴(kuò)散器，進(jìn)一步優(yōu)選為陶瓷微孔圓盤式氣體擴(kuò)散器。
[0053] 進(jìn)一步優(yōu)選地，使所述氣體擴(kuò)散器的微孔的孔徑、微孔之間的距離、所述氣體擴(kuò)散 器與水面的深度以及每個(gè)氣體擴(kuò)散器釋放出的氣體流量相互匹配，從而在水體的底部到水 面形成細(xì)氣泡層流柱。此外，優(yōu)選進(jìn)一步控制單位水體面積中氣體擴(kuò)散器的數(shù)量以及氣體 擴(kuò)散器的表面積，維持釋放出的氣體在水體的底部到水面形成細(xì)氣泡層流柱。
[0054] 通過上述參數(shù)的設(shè)置，根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)能夠使氣體擴(kuò)散器產(chǎn)生細(xì)氣 泡且形成層流柱。氣體擴(kuò)散器的氣孔大小、氣孔間距、安裝深度以及曝氣機(jī)的氣體流量等參 數(shù)，甚至進(jìn)一步優(yōu)選氣管長度、氣體擴(kuò)散器的表面積等參數(shù)都要相互匹配以使得從水體的 底部到水面產(chǎn)生層流柱。一般說來，安裝在較深水體中的氣體擴(kuò)散器，其氣孔之間的距離就 要相對大一些，以防止起泡上升過程中發(fā)生合并。在較淺的水體中，氣體擴(kuò)散器氣孔要小一 些以防止氣泡凝聚。而且，曝氣機(jī)輸送的氣體的量要合適，才能形成氣體層流柱。氣泡在層 流柱中上升的過程中，水體也會隨著上升，使得底部水體與上層水體發(fā)生交換。
[0055] 本發(fā)明通過設(shè)計(jì)合適的微孔圓盤式擴(kuò)散器來實(shí)現(xiàn)在水體中形成層流柱。本發(fā)明的 微孔圓盤式擴(kuò)散器的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生的氣泡小，這使得氣泡的比表面積更大，從而增加了氧 氣的轉(zhuǎn)移量。而且，氣泡的上升速度很慢，氣泡有充分的時(shí)間向水體轉(zhuǎn)移氧氣。氣泡紊流或 湍流容易使氣泡發(fā)生合并，從而極大地降低了氧氣的轉(zhuǎn)移。本發(fā)明就是利用細(xì)氣泡層流柱 來最大化氧氣的轉(zhuǎn)移。細(xì)氣泡通過其極大的表面積來加快氧氣轉(zhuǎn)移。另外，由于細(xì)氣泡層 流柱在上升過程中有更多的水參與，因此層流柱比紊流柱更能加快水體循環(huán)。同時(shí)，層流比 湍流更慢，這就增加了氣泡與水體接觸的時(shí)間，從而提高了效率。細(xì)氣泡層流柱使大量的氧 氣轉(zhuǎn)移到水體中。由于太陽電池板的價(jià)格不菲，所以曝氣效率尤其重要。
[0056] 例如，為了獲得穩(wěn)定的層流柱，優(yōu)選所述氣體擴(kuò)散器的微孔的孔徑為10?90ym、 微孔之間的距離2?5mm、所述氣體擴(kuò)散器與水面的深度4?8m以及每個(gè)微孔釋放出的 氣體流量為3?5m3/h。以及進(jìn)一步優(yōu)選每十平方米水體面積均勻布設(shè)3-7個(gè)表面直徑為 200?300mm的微孔圓盤式氣體擴(kuò)散器。
[0057] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散器的微孔的孔徑為20?70i!m、微孔之間的距離 2. 5?4_、所述氣體擴(kuò)散器與水面的深度2?6m以及每個(gè)微孔釋放出的氣體流量為3? 5m3/h。以及進(jìn)一步優(yōu)選每十平方米水體面積均勻布設(shè)5-7個(gè)表面直徑為200?300_的 微孔圓盤式氣體擴(kuò)散器。
[0058] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述控制裝置包括：能量控制設(shè)備，包括太陽能光伏控制器、逆變 器和蓄電池，其中太陽能光伏控制器控制太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能以及控制將 所產(chǎn)生的電能輸送至逆變器或者蓄電池，逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為適用于曝氣機(jī)的交流電 壓，蓄電池用于儲存所產(chǎn)生的電能；操作控制設(shè)備，與控制水體溶解氧測量裝置連接，并且 根據(jù)水體溶解氧的含量低于或超過預(yù)定值來開啟或關(guān)閉曝氣機(jī)；和氣體控制設(shè)備，用于控 制氣體產(chǎn)生裝置的開啟和關(guān)閉，以及用于控制將所產(chǎn)生的氧氣或者臭氧、和/或空氣輸送 至氣體擴(kuò)散器的流量。
[0059] 所述光伏控制器將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，直交流逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為220伏交流 電，并儲存于蓄電池中。根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)安裝有蓄電池，其優(yōu)勢在于，蓄電池 能夠在水體最需要氧氣的時(shí)候維持系統(tǒng)的運(yùn)行(尤其在晚上)。太陽能板與光伏控制器連 接，光伏控制器又與直交流逆變器和蓄電池連接，蓄電池又與操作控制器連接。操作控制器 與水體溶解氧測定儀連接，根據(jù)所測量的水體溶解氧的含量低于或超過預(yù)定值來開啟或關(guān) 閉曝氣機(jī)、氧氣發(fā)生器或臭氧發(fā)生器。
[0060] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述曝氣機(jī)是壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)。該曝氣機(jī)的功率是根據(jù)安裝的氣 體擴(kuò)散器的數(shù)量來確定的，當(dāng)安裝的氣體擴(kuò)散器的數(shù)量較多時(shí)，需要配置較大功率的曝氣 機(jī)。
[0061] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散裝置包括多個(gè)氣體擴(kuò)散器，其由氣體控制設(shè)備來控 制。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體流量控制器包括流量計(jì)、閥門和調(diào)節(jié)器。通過流量計(jì)和閥門調(diào) 節(jié)器來控制各個(gè)氣體擴(kuò)散器的氣體流量。
[0062] 進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)根據(jù)水體溶解氧含量自動開啟或關(guān)閉該 系統(tǒng)中的設(shè)備。在夜間尤其是黎明前幾個(gè)小時(shí)，水體溶解氧含量是一天中最低的時(shí)候，在此 時(shí)開啟曝氣系統(tǒng)，曝氣效果更好。
[0063] 操作控制器與水體溶解氧測定儀相連，溶解氧測定儀放在水中，能夠監(jiān)測水體中 溶解氧濃度，并將信號傳遞到操作控制器，操作控制器再控制電子開關(guān)，根據(jù)溶解氧濃度開 啟或關(guān)閉氣體處理設(shè)備，將水體溶解氧濃度維持在一個(gè)穩(wěn)定水平。控制器也可以與光感應(yīng) 器連接，評估陽光照射到水體的強(qiáng)度，在陽光照射到水體的強(qiáng)度很低(黎明前）開啟氣體處 理設(shè)備。
[0064] 本發(fā)明的特點(diǎn)是有一個(gè)在特定時(shí)間啟動控制設(shè)備運(yùn)行的開關(guān)控制器，即電子開關(guān) 控制器，根據(jù)水體中的溶解氧濃度控制氣體處理設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。曝氣機(jī)向氣體擴(kuò)散器提 供空氣或者氧氣或臭氧。為了在水體中形成層流柱，曝氣機(jī)要與氣體擴(kuò)散器相匹配。曝氣 機(jī)的選擇要根據(jù)氣體擴(kuò)散器安放在水體中的深度、氣體擴(kuò)散器的大小以及孔徑大小和分布 等因素決定。
[0065] 例如，當(dāng)實(shí)時(shí)氧含量低于4mg/L時(shí)，開啟曝氣機(jī)和/或氣體產(chǎn)生裝置；當(dāng)實(shí)時(shí)氧含 量高于7mg/L時(shí)，關(guān)閉曝氣機(jī)和氣體產(chǎn)生裝置。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供一種修復(fù)受污染水體的方法，其使用上述的太 陽能曝氣系統(tǒng)給被污染水體供氧，從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)所述受污染水體。
[0067] 進(jìn)一步優(yōu)選地，在水體溶解氧測量裝置所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量低于4mg/L時(shí)，開啟所述太陽能曝氣系統(tǒng)；在水體溶解氧測量裝置所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量高于 7mg/L時(shí)，關(guān)閉所述太陽能曝氣系統(tǒng)。
[0068] 除了氣體擴(kuò)散器和氣體輸送管道，本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)的其它設(shè)備都安裝在 水體的岸邊上。這使得它們更方便維護(hù)。為了避免強(qiáng)風(fēng)的別的惡劣天氣的影響，陸上設(shè)備 必須安裝穩(wěn)固。本發(fā)明的太陽能設(shè)備能夠讓水體曝氣遠(yuǎn)離傳統(tǒng)電網(wǎng)。另外，設(shè)備的運(yùn)行不 需要消耗燃料。因此該設(shè)備適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)和電價(jià)較高地區(qū)。
[0069] 以下進(jìn)一步結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0070] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的太陽能曝氣系統(tǒng)的示意圖。簡單來說，根據(jù) 本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)包括：包含太陽能電池板11和太陽光追蹤裝置12的太陽能轉(zhuǎn)化 裝置10 ;包含陶瓷氣體圓盤擴(kuò)散器21和氣體輸送管22的氣體擴(kuò)散裝置20 ;曝氣機(jī)30 ;水 體溶解氧實(shí)時(shí)測量裝置40 ;以及控制裝置50,其中所述控制裝置包括太陽能光伏控制器 51、蓄電池52、逆變器53、操作控制設(shè)備54和氣體產(chǎn)生控制設(shè)備55以及氣體流量控制器 56。此外，還可以包括用于產(chǎn)生氧氣或者臭氧的氣體產(chǎn)生裝置60。
[0071] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)所使用的圓盤式微孔陶瓷擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)示 意圖。如圖2所示，圓盤式微孔陶瓷擴(kuò)散器的直徑D、微孔的孔徑d、微孔之間的距離w等參 數(shù)與微孔陶瓷擴(kuò)散器的氣體流量必須相適應(yīng)，才可以獲得從受污染水體的底部到水面的細(xì) 氣泡層流柱。本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)所使用的微孔陶瓷擴(kuò)散器的數(shù)量是根據(jù)受污染水體 的面積和/或體積來確定的，一般每十平方米的水體面積可以為5-7個(gè)直徑為200-300_ 的圓盤式微孔陶瓷擴(kuò)散器。
[0072] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)的構(gòu)成框架圖。如圖3所示的，首先，太陽光 跟蹤裝置12使太陽光垂直照射在太陽能電池板11上，從而使得太陽能轉(zhuǎn)化裝置更高效地 產(chǎn)生電能。太陽能光伏控制器51將產(chǎn)生的電能輸送至逆變器53,通過逆變器53將所產(chǎn)生 的直流電轉(zhuǎn)化為適合于曝氣機(jī)30使用的電壓(例如，220伏特）的交流電。另外，將剩余的 電能或者該曝氣系統(tǒng)不工作時(shí)所產(chǎn)生的電能輸送至蓄電池52,并儲存在蓄電池52中。曝 氣機(jī)30在通電以后開始曝氣，將空氣或者氣體產(chǎn)生裝置60所產(chǎn)生的氧氣或者臭氧輸送至 氣體流量控制器56,氣體流量控制器56包括流量計(jì)、閥門和調(diào)節(jié)器（圖中未示出），通過流 量計(jì)、閥門調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)進(jìn)入氣體擴(kuò)散器21的氣體的流量。水體中氧實(shí)時(shí)測試裝置40測量 受污染水體中的實(shí)時(shí)氧含量，并且通過無線或者有線方式與控制裝置50連接，如果該測量 的氧含量超過預(yù)定值(例如，7mg/L)，操作控制設(shè)備54會關(guān)閉曝氣機(jī)30以及氣體流量控制 器56,相應(yīng)地，氣體產(chǎn)生控制設(shè)備55會關(guān)閉氣體產(chǎn)生裝置60。相反地，如果該測量的氧含 量低于預(yù)定值(例如，4mg/L)，操作控制設(shè)備54會開啟處于關(guān)閉狀態(tài)的曝氣機(jī)30以及氣體 流量控制器56,相應(yīng)地，氣體產(chǎn)生控制設(shè)備55會開啟氣體產(chǎn)生裝置60。由氣體流量控制器 56所流出的氣體經(jīng)氣體輸送管道22輸送至氣體擴(kuò)散裝置20。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的氣體擴(kuò)散器 20將氣體均勻地釋放至受污染的水體中，形成穩(wěn)定的層流柱。
[0073] 相對于現(xiàn)有的曝氣系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，根據(jù) 本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)可以根據(jù)水體的溶解氧濃度水平自動開啟或關(guān)閉所述曝氣系統(tǒng)， 從而提高水體的曝氣效率，降低能耗；其次，根據(jù)本發(fā)明的曝氣系統(tǒng)可以通過控制氣體擴(kuò)散 器與受污染水體的水深、氣體流量的匹配，從而形成細(xì)氣泡層流柱，以提高空氣中的氧、或 者氧或臭氧進(jìn)入受污染水體的效率；再次，根據(jù)本發(fā)明的曝氣系統(tǒng)的微孔曝氣器設(shè)置在水 體底部，在水體中形成從底部到表層均勻分布的細(xì)氣泡層流柱，從而加強(qiáng)水體循環(huán)，提高曝 氣效率，并且防止水體溶解氧分層。
[0074] 實(shí)施例
[0075] 根據(jù)本發(fā)明的太陽能曝氣系統(tǒng)對氣體擴(kuò)散器的要求，制備或者購買得到磷硅酸 鋁陶瓷氣體擴(kuò)散器，其為微孔圓盤式氣體擴(kuò)散器，其表面直徑、微孔直徑、微孔間距、每個(gè)氣 體擴(kuò)散器的氣體流量以及水深等數(shù)據(jù)如表1中實(shí)施例1-12 (Ex. 1-12)所示。為了比較，進(jìn) 一步制備或者購買得到磷硅酸鋁陶瓷氣體擴(kuò)散器，其表面直徑、微孔直徑和微孔間距與所 使用時(shí)每個(gè)氣體擴(kuò)散器的氣體流量和水深等參數(shù)不相匹配，具體參見表1中的比較例1-6 (CEx. 1-6)。
[0076] 觀測各實(shí)施例和比較例的受污染水體中的氣泡運(yùn)動狀態(tài)(層流、湍流或紊流等狀 態(tài))、曝氣4. 5小時(shí)后的受污染水體中的實(shí)時(shí)氧含量以及待曝氣后使得受污染水體中的實(shí)時(shí) 氧含量達(dá)到7mg/L所需要的曝氣時(shí)間，具體測試結(jié)果如表1所示。
[0077] 由表1可以看出：當(dāng)氣體擴(kuò)散器的表面直徑為200?300mm、微孔孔徑為10? 90lim、微孔之間的距離2?5mm與所述氣體擴(kuò)散器至水面的深度為4?8m和每個(gè)氣體擴(kuò)散 器釋放出的氣體流量為3?5m3/h相匹配時(shí)，可以獲得穩(wěn)定的氣泡層流柱，并且使同樣的受 污染水體達(dá)到其中氧含量為7mg/L時(shí)所需要的曝氣時(shí)間明顯更短，具體參見實(shí)施例1-12. 相比之下，當(dāng)氣體擴(kuò)散器的表面直徑、微孔孔徑、微孔之間的距離、氣體擴(kuò)散器與水面的深 度和每個(gè)氣體擴(kuò)散器所釋放出的氣體流量不相匹配時(shí)，難以獲得穩(wěn)定的細(xì)氣泡層流柱，而 且使同樣的受污染水體達(dá)到其中氧含量為7mg/L時(shí)所需要的曝氣時(shí)間明顯更長，并且在相 同曝氣時(shí)間內(nèi)，同樣的受污染水體中實(shí)時(shí)氧含量也明顯更低，具體參見比較例1-6。
[0078]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于修復(fù)受污染水體的太陽能曝氣系統(tǒng)，包括： 太陽能轉(zhuǎn)化裝置，用于將所吸收的太陽能轉(zhuǎn)化為電能； 氣體擴(kuò)散裝置，用于將空氣、氧氣和/或者臭氧以微氣泡的形式輸送至受污染水體中； 曝氣機(jī)，由太陽能轉(zhuǎn)化裝置所產(chǎn)生的電能來驅(qū)動，用于將空氣、氧氣和/或者臭氧通過 輸送管輸送至氣體擴(kuò)散裝置，進(jìn)而釋放至所述受污染水體中； 水體溶解氧測量裝置，用于測量所述水體中的實(shí)時(shí)氧含量；以及 控制裝置，用于根據(jù)水體溶解氧測量裝置所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量低于設(shè)定值或 者超過設(shè)定值來開啟或關(guān)閉曝氣機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生氧氣 或臭氧的氣體產(chǎn)生裝置，并且由所述控制裝置根據(jù)所測量的水體中的實(shí)時(shí)氧含量低于設(shè)定 值來開啟所述氣體產(chǎn)生裝置、或者超過設(shè)定值來關(guān)閉所述氣體產(chǎn)生裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述太陽能轉(zhuǎn)化裝置包括太陽能 電池板和太陽光追蹤裝置，所述太陽光追蹤裝置驅(qū)使太陽能電池板追蹤太陽使得太陽光垂 直照射在太陽能電池板上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述氣體擴(kuò)散裝置被設(shè) 置于水體的底部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述氣體擴(kuò)散裝置包括 多個(gè)氣體擴(kuò)散器，所述氣體擴(kuò)散器的數(shù)量是根據(jù)水體的體積和/或面積來確定的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述氣體擴(kuò)散裝置是微 孔圓盤式氣體擴(kuò)散器，優(yōu)選為陶瓷微孔圓盤式氣體擴(kuò)散器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，使所述氣體擴(kuò)散器的微 孔的孔徑、微孔之間的距離、所述氣體擴(kuò)散器與水面的深度以及每個(gè)氣體擴(kuò)散器釋放出的 氣體流量相互匹配，從而在水體的底部到水面形成細(xì)氣泡層流柱。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，進(jìn)一步控制單位水體面積中氣體擴(kuò) 散器的數(shù)量以及氣體擴(kuò)散器的表面積，維持釋放出的氣體在水體的底部到水面形成細(xì)氣泡 層流柱。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述氣體擴(kuò)散器的微孔 的孔徑為10?90 ii m、微孔之間的距離2?5mm、所述氣體擴(kuò)散器與水面的深度4-8m以及 每個(gè)氣體擴(kuò)散器所釋放出的氣體的流量為3?5m3/h。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述氣體擴(kuò)散器的直徑為200? 300mm，每十平方米水體面積中氣體擴(kuò)散器的數(shù)量為3-7個(gè)，優(yōu)選為5-7個(gè)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述控制裝置包括： 能量控制設(shè)備，包括太陽能光伏控制器、逆變器和蓄電池，其中太陽能光伏控制器控制 太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能以及控制將所產(chǎn)生的電能輸送至逆變器或者蓄電池，逆 變器將直流電轉(zhuǎn)化為適用于曝氣機(jī)的交流電壓，蓄電池用于儲存所產(chǎn)生的電能； 操作控制設(shè)備，與控制水體溶解氧測量裝置連接，并且根據(jù)水體溶解氧的含量低于或 超過預(yù)定值來開啟或關(guān)閉曝氣機(jī)；和 氣體控制設(shè)備，用于控制氣體產(chǎn)生裝置的開啟和關(guān)閉，以及用于控制將所產(chǎn)生的氧氣 或者臭氧、和/或空氣輸送至氣體擴(kuò)散器的流量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述曝氣機(jī)是壓縮機(jī) 或鼓風(fēng)機(jī)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11-12中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，通過氣體控制設(shè)備來 控制各氣體擴(kuò)散器釋放出的氣體的流量。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，所述氣體控制設(shè)備包 括流量計(jì)、閥門和調(diào)節(jié)器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的太陽能曝氣系統(tǒng)，其中，當(dāng)實(shí)時(shí)氧含量低于 4mg/L時(shí)，開啟曝氣機(jī)和/或氣體產(chǎn)生裝置；當(dāng)實(shí)時(shí)氧含量高于7mg/L時(shí)，關(guān)閉曝氣機(jī)和氣 體產(chǎn)生裝置。
16. -種修復(fù)受污染水體的方法，其使用權(quán)利要求1-15所述的太陽能曝氣系統(tǒng)給被污 染水體供氧和/或臭氧，從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)所述受污染水體。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，當(dāng)在水體溶解氧測量裝置所測量的水體中的 實(shí)時(shí)氧含量低于4mg/L時(shí)，開啟所述太陽能曝氣系統(tǒng)；在水體溶解氧測量裝置所測量的水 體中的實(shí)時(shí)氧含量高于7mg/L時(shí)，關(guān)閉所述太陽能曝氣系統(tǒng)。
【文檔編號】C02F3/34GK104386840SQ201310744142
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】劉玲花, 唐克旺, 吳雷祥, 劉來勝, 胡鵬 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院