本發(fā)明屬于環(huán)境科學、環(huán)境工程、水利工程、給排水科學與工程領域，是一種用于深水型(水深大于10米，下同)湖泊、水庫破壞/擾動水體季節(jié)性結構分層，進行水質改善與修復的脈沖垂流曝氣混合裝置。

背景技術：

深水型湖庫存在所謂的“熱分層效應”，主要指由湖庫物理性穩(wěn)定分層導致的水體溶解氧、pH、鐵錳、氨氮、葉綠素a等水質異常。湖庫的物理性穩(wěn)定分層呈現(xiàn)季節(jié)性，表層水體受夏秋季節(jié)高溫影響水溫快速升高，而較深水體受氣溫影響較小，從而形成水溫在垂直方向上的差異，進而引起水體密度差異，水體對流換停止，穩(wěn)定分層結構形成，這種分層結構由氣溫升高產生，因此被稱為“熱分層”。深水湖庫的熱分層阻礙了水體垂向上的物質和能量交換，突出表現(xiàn)在垂向溶解氧含量的明顯差異：表層水環(huán)境為富氧氧化狀態(tài)，而底層水環(huán)境為缺氧厭氧還原狀態(tài)。從而誘使底層沉積物中的污染物質轉化釋放進入上覆水體，形成內源污染，對湖庫水質產生不利影響。

對于由熱分層效應引起的深水型湖庫，原位充氧混合技術一直都是簡單、直接、高效的水質改善修復措施。原位充氧混合技術能夠有效地破壞/擾動水體穩(wěn)定分層，同時對底層水體進行復氧，從而能夠有效地提高水庫垂向混合強度、增加水庫底部溶解氧含量、改變底層水環(huán)境厭氧缺氧的還原狀態(tài)，抑制沉積物中污染物的轉移釋放。揚水曝氣器是目前國內較為典型原位混合充氧裝置，該裝置能夠應用對于大水深(水深大于50米)和強分層狀態(tài)下的深水型湖庫進行混合充氧。其工作原理主要是將底層水體充氧的同時，利用“氣彈”活塞的形式將底層水體提升至表層參與混合。從實際應用來看，該裝置對于深水型湖庫局部熱分層效應的遏制、水質的修復改善起到了一定效果。但是，該裝置也存在缺陷，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面表現(xiàn)在工作原理上，該裝置將底層水體提升至湖庫表層，動力消耗較大、混合充氧效率較低；另一方面表現(xiàn)在裝置設計上，該裝置設計復雜，構件繁多，裝置巨大笨重，為安裝、運行和維護帶來了較大困難，影響了該裝置的進一步推廣應用。事實上，與底層水體相反，水庫表層水體水溫較高、呈微堿性、溶解氧近于飽和、藻類生長繁殖旺盛。如果將表層水體引入水庫底層，將節(jié)約底層水體充氧量、抑制藻類異常增殖，同時尾水由于密度較小，在上升至水庫表層過程中將對層次進行破壞/擾動，提高充氧混合效果。而表層水體位于湖庫表面，具有天然的勢能，只需克服層間密度差異即可以目的，對比揚水曝氣技術將減少較大能耗。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對現(xiàn)有的技術存在的上述問題，提供一種利用空氣作為氧氣來源和空氣壓力作為動力來源，對底層水體進行曝氣充氧混合，同時將深水型熱分層湖泊和水庫的表層水體引入底部參與充氧混合，抑制擾動破壞水體穩(wěn)定分層結構，抑制藻類的異常增殖的脈沖垂流曝氣混合裝置。

本發(fā)明的目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：

脈沖垂流曝氣混合裝置，包括有浮體、穿孔進水立管、垂流立管、脈動曝氣充氧器、固定錨；所述穿孔進水立管的上端設置有浮體，穿孔進水立管的下端通過垂流立管與脈動曝氣充氧器連接，在脈動曝氣充氧器的底部設置有固定錨；

所述脈動曝氣充氧器包括有從上往下依次設置的進水倉、脈動發(fā)生倉、進氣倉；所述進水倉、進氣倉均能與脈動發(fā)生倉連通，所述脈動發(fā)生倉上設置有氣水噴射縫。

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，所述浮體包括有浮盤及浮環(huán)，浮盤設置在穿孔進水立管的上端，在浮盤外設置有浮環(huán)。

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，所述浮盤為喇叭口狀的圓盤；所述浮環(huán)為內部中空的圓環(huán)。

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，所述進水倉為由上頂蓋與圓板圍成的中空圓錐體，其上頂蓋中心開孔并接有進水管接頭，通過進水管接頭與垂流立管下端連接；下端以圓板與脈動發(fā)生倉相連；圓板中心開有直徑略大于垂流立管直徑的圓孔與脈動發(fā)生倉連通。

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，所述圓板的底平面位于脈動發(fā)生倉內部設有直徑略大于上述圓孔的圓形閘板。

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，所述脈動發(fā)生倉為中空圓柱體，與進水倉共回轉軸，其直徑略大于進水倉上頂蓋的直徑；脈動發(fā)生倉的外壁上端與進水倉的上頂蓋通過固定筋板固定連接，所述的外壁為環(huán)形薄板，所述的固定筋板為呈環(huán)形陣列排列的薄板；在外壁與上頂蓋之間形成氣水噴射縫，所述的氣水噴射縫為環(huán)形狹縫。

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，所述脈動發(fā)生倉的外壁的內側設置有上擋板，上擋板圍成的圓筒與外壁圍成的圓筒共回轉軸；所述的上擋板上端與圓板下底面密封連接，下端延伸至脈動發(fā)生倉中下部并懸空；上擋板與脈動發(fā)生倉外壁之間形成氣水室，所述的氣水室為環(huán)狀縫隙，其上端與氣水噴射縫相通。

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，脈動發(fā)生倉內部上擋板與膠膜之間設有下?lián)醢澹龅南聯(lián)醢鍨閲蓤A筒狀的薄板，并與上擋板圍成的圓筒共回轉軸；下?lián)醢宓南露伺c進氣倉的下頂蓋緊密連接，并在靠近下邊緣處留有出水孔，出水孔為環(huán)形分布的圓形小孔，下?lián)醢迳隙搜由熘撩}動發(fā)生倉的中上部；上擋板與下?lián)醢逯g重疊部分形成出氣室，所述的出氣室為環(huán)狀空間；上擋板的上部和下?lián)醢骞餐瑖善貧馐摇?/p>

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，所述進氣倉為倒立的中空圓錐體，其下頂蓋周邊與外壁下端密封連接；所述的下頂蓋呈倒立圓錐狀，其中心開孔并接有進氣管接頭，進氣倉與脈動發(fā)生倉之間以膠膜分隔，所述的膠膜中部呈球狀隆起，并開有若干微孔將脈動發(fā)生倉與進氣倉連通。

在上述的脈沖垂流曝氣混合裝置中，所述的固定錨呈實心長方體狀，其上表面設有掛環(huán)；所述的掛環(huán)呈半圓環(huán)狀，與固定錨上表面緊密相連，并均勻分布在固定錨的上表面；同樣數(shù)量的掛環(huán)緊密連接在進氣倉下頂蓋的下底面；分布在固定錨上表面和下頂蓋下底面的掛環(huán)以軟索對應連接。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明利用浮盤、浮環(huán)、穿孔進水立管、垂流立管以及進水管接頭與湖庫表層水體連通；利用脈動發(fā)生倉形成的間歇性的負壓效應以及表層水體的勢能將表層水體引入水庫底層參與混合充氧；利用了表層水體的富氧、微堿性以及水溫較高的水質，對底層水體進行中和；利用將表層水體引入水庫底層的同時，將表層水體中富含的藻類偕同帶入底層，抑制藻類在湖庫表層的異常增殖；利用曝氣膠膜上的曝氣微孔使壓力氣體形成微小氣泡進入脈動發(fā)生倉，對脈動發(fā)生倉內的底層水體進行曝氣充氧；利用脈動發(fā)生倉和氣水噴射縫形成的垂直環(huán)形氣流對底層水體形成二次充氧混合；利用氣流上浮過程中與水層的接觸，進行第三次充氧，并在上浮的過程中破壞/擾動層間結構。

2、本發(fā)明結構相對簡單，體積可大可??；各部分之間均可以采用軟管連接，可現(xiàn)場組裝，運輸和安裝均較為方便；將表層水體引入底層，利用了其熱分層效應下表層和底層水體水質的互補性，改善了底層水體水質，體現(xiàn)了可持續(xù)性理念；將表層水體引入底層，偕同將表層水體中部分藻類引入底層，對藻類的異常增殖起到了抑制效果；利用表層水體的天然勢能，為原位充氧混合減少了能耗；設置了曝氣膠膜、脈動發(fā)生倉以及氣水噴射狹縫，提供了一種對底層水體進行三次充氧混合的裝置，提高了氣體的利用效率和傳質效率；利用氣體壓力、曝氣尾氣和脈動發(fā)生倉形成負壓，并利用表層水體的天然勢能，將表層水體引入湖庫底部，充分利用了動力資源，降低了能量消耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明構成的俯視圖；

圖2是圖1的Ⅰ-Ⅰ剖面圖；

圖3是圖2的Ⅱ-Ⅱ剖面圖；

圖4是圖2的Ⅲ-Ⅲ剖面圖；

圖5是圖2的Ⅳ-Ⅳ剖面圖；

圖6是圖2的Ⅴ-Ⅴ剖面圖；

圖7是圖2的A部放大圖；

圖8是圖2的B部放大圖；

圖9是本發(fā)明構成的軸測圖。

圖中，1、浮盤；2、浮環(huán)；3、穿孔進水立管；4、進水孔；5、垂流立管；6、脈動曝氣充氧器；7、進水倉；8、脈動發(fā)生倉；9、進氣倉；10、上頂蓋；11、進水管接頭；12、圓板；13、圓孔；14、圓形閘板；15、外壁；16、固定筋板；17、氣水噴射縫；18、上擋板；19、氣水室；20、下頂蓋；21、進氣管接頭；22、曝氣膠膜；23、壓條；24、緊固螺栓；25、下?lián)醢澹?6、出水孔；27、出氣室；28、固定錨；29、掛環(huán)；30、軟索；31、微孔；32、曝氣室。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例并結合附圖1-8,對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

脈沖垂流曝氣混合裝置，包括有浮體、穿孔進水立管3、垂流立管5、脈動曝氣充氧器6、固定錨28；所述穿孔進水立管3的上端設置有浮體，穿孔進水立管3的下端通過垂流立管5與脈動曝氣充氧器6連接，在脈動曝氣充氧器6的底部設置有固定錨28；

其中，所述脈動曝氣充氧器6包括有從上往下依次設置的進水倉7、脈動發(fā)生倉8、進氣倉9；所述進水倉7、進氣倉9均能與脈動發(fā)生倉8連通，所述脈動發(fā)生倉8上設置有氣水噴射縫。

具體地，本發(fā)明所述的浮體包括有浮盤1及浮環(huán)2，浮盤1設置在穿孔進水立管3的上端，在浮盤1外設置有浮環(huán)2。

所述浮盤1為喇叭口狀的圓盤；所述浮環(huán)2為內部中空的圓環(huán)，位于浮盤1的下方，用于固定和支撐浮盤1，使其浮于水庫表層。

更具體地，本發(fā)明所述的穿孔進水立管3為管壁開有進水孔4直立圓管，作為收集表層下藻類豐富、溶解氧寶盒的微堿性水體。垂流立管5為軟短管，上端與穿孔進水立管3通過管道接頭密封連接，下端與脈動曝氣充氧器6通過管道接頭密封連接。垂流立管5用于向下傳輸表面水體。

另外，本發(fā)明所述進水倉7為由上頂蓋10與圓板12圍成的中空圓錐體，其上頂蓋10中心開孔并接有進水管接頭11，通過進水管接頭11與垂流立管5下端連接；下端以圓板12與脈動發(fā)生倉8相連；圓板12中心開有直徑略大于垂流立管5直徑的圓孔13與脈動發(fā)生倉連8通。設置圓孔13的目的是將流體引至脈動發(fā)生倉8內。

所述圓板12的底平面位于脈動發(fā)生倉8內部設有直徑略大于上述圓孔13的圓形閘板14。圓形閘板14也可以是方形結構，能封堵住圓孔13即可。圓形閘板14本實施例采用橡膠板。橡膠板的一端固連在圓板12的底平面上，另一端與圓板12的底平面貼合連接，其作用相當于單向逆止閥。即當進水倉7流體壓力大于脈動發(fā)生倉8壓力時，保證流體由進水倉7進入脈動發(fā)生倉8，而當脈動發(fā)生倉8流體壓力大于進水倉7時，保證流體不會由脈動發(fā)生倉8進入進水倉7。

進一步地，所述脈動發(fā)生倉8為中空圓柱體，與進水倉7共回轉軸，其直徑略大于進水倉7上頂蓋10的直徑；脈動發(fā)生倉8的外壁15上端與進水倉7的上頂蓋10通過固定筋板16固定連接，所述的外壁15為環(huán)形薄板，所述的固定筋板16為呈環(huán)形陣列排列的薄板；在外壁15與上頂蓋10之間形成氣水噴射縫17，所述的氣水噴射縫17為環(huán)形狹縫。

進一步地，所述脈動發(fā)生倉8的外壁15的內側設置有上擋板18，上擋板18圍成的圓筒與外壁15圍成的圓筒共回轉軸；所述的上擋板18上端與圓板12下底面密封連接，下端延伸至脈動發(fā)生倉8中下部并懸空；上擋板18與脈動發(fā)生倉8外壁15之間形成氣水室19，所述的氣水室19為環(huán)狀縫隙，其上端與氣水噴射縫17相通。

進一步地，所述進氣倉9為倒立的中空圓錐體，其下頂蓋20周邊與外壁15下端密封連接；所述的下頂蓋20呈倒立圓錐狀，其中心開孔并接有進氣管接頭21，通過進氣管接頭21與壓力氣體管道連接；進氣倉9與脈動發(fā)生倉8之間以曝氣膠膜22分隔，所述的曝氣膠膜22中部呈球狀隆起，并開有若干微孔31將脈動發(fā)生倉8與進氣倉9連通，曝氣膠膜22四周以壓條23及緊固螺栓24壓緊在下頂蓋20的上表面。

更進一步地，脈動發(fā)生倉8內部上擋板18與曝氣膠膜22之間設有下?lián)醢?5，所述的下?lián)醢?5為圍成圓筒狀的薄板，并與上擋板18圍成的圓筒共回轉軸；下?lián)醢?5的下端與進氣倉9的下頂蓋20緊密連接，并在靠近下邊緣處留有出水孔26，出水孔26為環(huán)形分布的圓形小孔，下?lián)醢?5上端延伸至脈動發(fā)生倉8的中上部；上擋板18與下?lián)醢?5之間重疊部分形成出氣室27，所述的出氣室27為環(huán)狀空間；上擋板18的上部和下?lián)醢?5共同圍成曝氣室32。

壓力氣體由進氣倉9通過曝氣膠膜22進入脈動發(fā)生倉8，對脈動發(fā)生倉8內的水體進行曝氣充氧，逸出的尾氣由于上擋板18的圍擋，逐漸在脈動發(fā)生倉8頂部累積，并頂住脈動發(fā)生倉8頂部圓板12，阻止進水倉7進水；同時，脈動發(fā)生倉8底部以及出氣室27內的水體受上部累積尾氣的擠壓，分別由上擋板18的下邊緣和下?lián)醢?5的出氣室27排入氣水室19，并通過氣水噴射縫17排出脈動曝氣充氧器6，進入外部底層水體，參與對底層水體的充氧混合；當脈動發(fā)生倉8累積氣體在曝氣尾氣的壓力作用下，其下邊緣達到出氣室27下端上擋板18的下邊緣時，脈動發(fā)生倉8內的氣體在壓力作用下迅速由出氣縫進入氣水室19，并經氣水噴射縫17噴射至本脈沖垂流曝氣混合裝置外部，形成垂直向上的氣流，對底部水體進行二次充氧的同時，破壞/擾動水體穩(wěn)定分層結構；脈動發(fā)生倉8由于氣體排出產生的負壓空間以及進水倉內水體產生的壓力，將使圓板閘板14打開，表層水體將通過穿孔進水立管3、垂流立管5以及進水倉7進入脈動發(fā)生倉8；當氣體完全排出，表層水體充滿脈動發(fā)生倉后，壓力氣體持續(xù)通過進氣倉9、曝氣膠膜22進入脈動發(fā)生倉8，開始進入下一個脈動發(fā)生過程。

此外，本發(fā)明所述的固定錨28呈實心長方體狀，可選用相對密度較大的長方體石塊，其上表面設有掛環(huán)29；所述的掛環(huán)29呈半圓環(huán)狀，與固定錨28上表面緊密相連，并均勻分布在固定錨28的上表面；同樣數(shù)量的掛環(huán)29緊密連接在進氣倉9下頂蓋20的下底面；分布在固定錨28上表面和下頂蓋20下底面的掛環(huán)29以軟索30對應連接，固定錨28的作用是保證脈動曝氣充氧器6垂直穩(wěn)定的放置與水庫底層。

本發(fā)明的浮盤1和脈動曝氣充氧器6的主體由0.5～1mm厚的不銹鋼板制成，浮環(huán)2可由4～8mm的PE材質加工而成，穿孔進水立管3、垂流立管5由厚度2～4mm的PE材質軟管制成，固定錨28由大理石塊制成，曝氣膠膜22由硫化后的橡膠板制成，掛環(huán)29和軟索30由不銹鋼材質制作，其他螺栓等緊固件采用不銹鋼制作。浮盤1喇叭口的直徑為1200mm～1500mm，浮環(huán)2的直徑為1500mm～2000mm，穿孔進水立管3和垂流立管5的直徑為110mm～160mm，穿孔進水管3的長度為1.5m～2.5m，進水孔4的直徑為10mm～15mm，進水孔4進水斷面總面積占穿孔進水管3斷面面積的110％～120％，脈動曝氣充氧器6即外壁15的直徑為800mm～1200mm，上擋板18圍成的圓筒狀空間的直徑為780mm～1180mm，下?lián)醢?5圍成的圓筒狀空間的直徑為760mm～1160mm，進氣管接頭21的直徑為50mm～80mm。

本發(fā)明的工作原理是：

將本發(fā)明的進氣管接頭21與壓力氣體管道連接，并將浮盤1、浮環(huán)2、穿孔進水立管3、垂流立管5、脈動曝氣充氧器6與固定錨28在深水型湖庫組裝完成，其中，垂流立管5的長度可根據湖庫深度現(xiàn)場進行調整。打開壓力氣體進氣閥門，壓力氣體由進氣倉9通過曝氣膠膜22進入脈動發(fā)生倉8，對脈動發(fā)生倉8內的水體進行曝氣充氧，逸出的尾氣由于上擋板18和圓板12下底面的閘板14的圍擋，逐漸在脈動發(fā)生倉8頂部累積；同時，脈動發(fā)生倉8底部以及出氣室27內經曝氣后的水體受脈動發(fā)生倉8上部累積氣體的擠壓，分別由出氣室27和出水孔26排入氣水室19，并經氣水室19通過氣水噴射縫17排入底層水體，參與對底層水體的充氧混合；當脈動發(fā)生倉8內累積氣體的下邊緣到達出氣室27下部上擋板18的下邊緣時，脈動發(fā)生倉8內的氣體迅速由出氣室27進入氣水室19，并經氣水噴射縫17噴出本發(fā)明外部，形成垂直向上的氣流，對底部水體進行充氧混合，同時在上升過程中，破壞/擾動水體穩(wěn)定分層結構；由于累積氣體的迅速逸出，脈動發(fā)生倉8內產生的負壓和進水倉7內水體產生的正壓聯(lián)合作用，使閘板14打開，進水倉7內的水體進入脈動發(fā)生倉8內，由此，表層水體將通過穿孔進水立管3上的進水孔4、垂流立管5以及進水倉7進入脈動發(fā)生倉8；此時，壓力氣體不斷由進氣倉9進入脈動發(fā)生倉，當閘板14下側壓力大于上側使，閘板14重新貼緊圓板12下底面，堵住圓孔13，表層水體不再由進水倉7進入脈動發(fā)生倉8內，而壓力氣體持續(xù)進入，開始進入下一個脈動發(fā)生過程。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。