本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程領(lǐng)域，是一種用于深水型(水深大于10米，下同)湖泊、水庫破壞水體季節(jié)性結(jié)構(gòu)分層，進行水質(zhì)改善與修復(fù)的垂向流充氧混合器。

背景技術(shù)：

深水型湖庫在夏秋季節(jié)受氣溫升高影響會引起水溫梯度的垂向差異進而引起水體層間的密度差異，從而發(fā)生水體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分層現(xiàn)象，簡稱熱分層。熱分層阻礙水體垂直方向上的物質(zhì)和能量交換，導(dǎo)致表層水環(huán)境溶解氧含量較高、pH值升高、藻類異常繁殖，而底層水環(huán)境向缺氧和厭氧狀態(tài)過渡，促使沉積物中總磷、鐵錳等向上覆水中釋放，導(dǎo)致湖庫水體鐵錳濃度超標(biāo)和富營養(yǎng)化。熱分層誘發(fā)深水型湖庫周期性內(nèi)源污染，造成水質(zhì)季節(jié)性惡化，對水源湖庫的管理、下游凈水工藝的運行以及凈水的輸送系統(tǒng)造成一定的困難。

原位充氧混合技術(shù)能夠有效地破壞/擾動水體分層、提高水庫垂向混合強度、增加水庫底部溶解氧濃度、抑制沉積物中污染物的內(nèi)源釋放和藻類異常性增殖，是解決熱分層湖庫的水質(zhì)內(nèi)源污染的根本途徑，是一種直接高效的水質(zhì)修復(fù)改善技術(shù)。典型的原位曝氣混合技術(shù)包括同溫層(空氣或純氧)曝氣、氣泡羽混合、揚水筒混合、機械混合等物理修復(fù)技術(shù)為代表的水質(zhì)改善方法，并取得了較為成功的應(yīng)用。然而，上述技術(shù)多集中在水深較淺的非分層或弱分層型水源水體，而且在技術(shù)應(yīng)用的可行性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟性等方面尚存在不足。揚水曝氣技術(shù)是目前較為典型的針對大水深和強分層環(huán)境下的混合充氧技術(shù)，該技術(shù)具有底層水體直接充氧和混合上下水層間接充氧功能，能夠達到控制內(nèi)源污染、抑制藻類生長、改善水源水質(zhì)的目的。但同時該技術(shù)也存在難以克服的缺點，主要表現(xiàn)在設(shè)備構(gòu)件過多、組成復(fù)雜、整體龐大笨重，為現(xiàn)場安裝和運營管理帶來困難；同時，從工作原理上分析，該設(shè)備采用氣彈活塞的方式將底層水體提升至表層參與混合，耗能較大，效率較低，設(shè)想達到深水湖庫水質(zhì)徹底改善，需要將水庫整體完全混合，這在動力的消耗上是難以承受的。熱分層效應(yīng)導(dǎo)致表層水體溫度較高、溶解氧接近飽和、pH較高，藻類豐富，而底層水體溫度較低、溶解氧含量過低、pH較低，因此如果充分利用表層水體的特性，將其引入湖庫底部，與底層水體混合，將減少曝氣能耗，提高曝氣效率，抑制藻類生長；表層水體位于湖庫表面，具有較大的勢能，因此只要克服密度差即可使將其引入湖庫底部成為可能，在動力消耗方面將較現(xiàn)有的揚水曝氣技術(shù)減少；充氧混合后的水體以及剩余尾氣密度較小，將向湖庫表層移動，將對分層結(jié)構(gòu)進行破壞/擾動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問題，提供一種利用壓力空氣作為氧氣和動力來源，破壞/擾動深水型熱分層湖庫水層結(jié)構(gòu)，對底層水體進行曝氣充氧，將表層水體引入湖庫底層參與混合的垂向流充氧混合器。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種垂向流充氧混合器，包括上水倉盤、下水倉盤、上氣倉盤、下氣倉盤，上水倉盤；

所述上水倉盤和下水倉盤中心與邊緣對齊放置形成有水倉，上水倉盤和下水倉盤的邊緣留有圓周狀的氣水射流狹縫，所述上水倉盤上設(shè)置有連通水倉的進水接頭；

所述上氣倉盤和下氣倉盤中心與邊緣對齊放置形成有氣倉，上氣倉盤和下氣倉盤的邊緣留有圓周狀的氣體射流狹縫，所述下氣倉盤上設(shè)置有連通氣倉的進氣接頭；

所述氣體射流狹縫與氣水射流狹縫之間為氣水混合倉，所述氣水混合倉為圍繞水倉的圓環(huán)狀空間。

在上述的一種垂向流充氧混合器中，所述氣體射流狹縫伸入氣水混合倉內(nèi)的1/10-3/10的氣水混合倉的水平長度。

在上述的一種垂向流充氧混合器中，所述的上水倉盤為倒扣的、中心上凸的碟形圓盤，中心部位開口并向上密封連接有進水接頭。

在上述的一種垂向流充氧混合器中，所述的上氣倉盤為中心下凹呈錐形、周邊呈弧形的圓盤。

在上述的一種垂向流充氧混合器中，所述的下氣倉盤為中心下凹呈平面、周邊呈弧形的圓盤，下氣倉盤中心部位開有圓形進氣口。

在上述的一種垂向流充氧混合器中，所述下水倉盤為開口向上、中心下凹的碟狀圓盤，所述下水倉盤中心部位開口并向下密封連接有圓筒狀的進氣接頭。

在上述的一種垂向流充氧混合器中，所述的上水倉盤、上氣倉盤、下氣倉盤、下水倉盤由若干塊固定加強筋板連接在一起，所述的固定加強筋板是具有一定厚度的邊緣不規(guī)則的平板，若干塊固定加強筋板呈圓環(huán)形垂直排列在水倉和氣水混合倉構(gòu)成的空腔內(nèi)，用于定位上水倉盤、上氣倉盤、下氣倉盤、下水倉盤的具體位置以及確定氣水射流狹縫與氣體射流狹縫寬度。

在上述的一種垂向流充氧混合器中，所述固定加強筋板的上邊緣和下邊緣分別與上水倉盤的底面和下水倉盤的上平面連接，所述固定加強筋板中間部分開槽以適應(yīng)上氣倉盤和下氣倉盤的外部形狀，并與上氣倉盤和下氣倉盤的外表面連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明利用進水接頭以及管道與湖庫表層水體連接，利用進氣接頭與壓力氣體連接；利用氣體本身的能量與氣倉的射流狹縫使氣體高速噴出，并與水氣混合室內(nèi)的湖庫水體接觸并使之產(chǎn)生紊流，并卷入周圍低速液體，實現(xiàn)第一次充氧、混合、攪拌；利用氣水混合物的能量由氣水混合室的水氣射流狹縫高速噴出，與氣水混合室外部的低速水體發(fā)生激烈沖擊，產(chǎn)生強烈紊流，進行二次充氧、混合、攪拌；利用微小氣泡上浮過程中與底層水體的接觸，進行第三次充氧，并在上浮的過程中破壞/擾動層間結(jié)構(gòu)；利用氣水混合物沖出后在氣水混合室內(nèi)氣體射流狹縫附近產(chǎn)生的負(fù)壓以及上部水體的水頭壓降，上部水體不斷通過進水接頭進入氣水混合室，參與氣水混合過程，形成對于表層水體的引入。

2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，水氣進入本發(fā)明均可以采用軟管連接，安裝簡單快捷，運行維護簡便；設(shè)置了氣體射流狹縫和氣水射流狹縫，提供了一種為底層缺氧厭氧狀態(tài)的水體的進行三次充氧混合的裝置，提高了充氧效率；設(shè)置了橫向的氣水射流狹縫，擴大了充氧后的氣水混合物的作用范圍，充分利用了動力資源；設(shè)置了氣體射流狹縫和氣水射流狹縫，在氣水混合室內(nèi)形成負(fù)壓環(huán)境，將表層水體引入湖庫底部參與混合，利用了表層與底層水體的互補性，節(jié)省了能耗，提高了充氧混合效果，抑制了藻類的過度繁殖。

附圖說明

圖1是本發(fā)明構(gòu)成的俯視圖；

圖2是圖1的A-A剖面圖；

圖3是圖2的B-B剖面圖；

圖4是本發(fā)明構(gòu)成的等軸測圖。

圖中，1、上水倉盤；2、上氣倉盤；3、下氣倉盤；4、下水倉盤；5、進水接頭；6、進氣口；7、進氣接頭；8、水倉；9、氣水射流狹縫；10、氣倉；11、氣體射流狹縫；12、固定加強筋板；13、氣水混合倉。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖1-4,對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

一種垂向流充氧混合器，包括上水倉盤1、下水倉盤4、上氣倉盤2、下氣倉盤3；

所述上水倉盤1和下水倉盤4中心與邊緣對齊放置形成有水倉8，上水倉盤1和下水倉盤4的邊緣留有圓周狀的氣水射流狹縫9，所述上水倉盤1上設(shè)置有連通水倉8的進水接頭5；

所述上氣倉盤2和下氣倉盤3中心與邊緣對齊放置形成有氣倉10，上氣倉盤2和下氣倉盤3的邊緣留有圓周狀的氣體射流狹縫11，所述下氣倉盤2上設(shè)置有連通氣倉10的進氣接頭7；

所述氣體射流狹縫11與氣水射流狹縫9之間為氣水混合倉13，所述水氣混合倉13為圍繞水倉8的圓環(huán)狀空間。

進一步地，所述氣體射流狹縫11伸入氣水混合倉13內(nèi)的1/10～3/10的氣水混合倉13的水平長度。本實施例采擇約1/5左右。

具體地，本實施例所述的上水倉盤1為倒扣的、中心上凸的碟形圓盤，中心部位開口并向上密封連接有進水接頭5；

所述的上氣倉盤2為中心下凹呈錐形、周邊呈弧形的圓盤；

所述的下氣倉盤3為中心下凹呈平面、周邊呈弧形的圓盤，下氣倉盤3中心部位開有圓形的進氣口6；

所述下水倉盤4為開口向上、中心下凹的碟狀圓盤，所述下水倉盤4中心部位開口并向下密封連接有圓筒狀的進氣接頭7。

進一步地，所述的上水倉盤1、上氣倉盤2、下氣倉盤3、下水倉盤4由若干塊固定加強筋板12連接在一起，所述的固定加強筋板12是具有一定厚度的邊緣不規(guī)則的平板，若干塊固定加強筋板12呈圓環(huán)形垂直排列在水倉8和氣水混合倉13構(gòu)成的空腔內(nèi)，用于定位上水倉盤1、上氣倉盤2、下氣倉盤3、下水倉盤4的具體位置以及確定氣水射流狹縫9與氣體射流狹縫11的寬度。

具體地，本實施例的固定加強筋板12設(shè)置有四塊，周向均布在水倉8和氣水混合倉13構(gòu)成的空腔內(nèi)。固定加強筋板12的具體數(shù)量根據(jù)實際情況設(shè)定。

更具體地，所述固定加強筋板12的上邊緣和下邊緣分別與上水倉盤1的底面和下水倉盤4的上平面連接，所述固定加強筋板12中間部分開槽以適應(yīng)上氣倉盤2和下氣倉盤3的外部形狀，并與上氣倉盤2和下氣倉盤3的外表面連接。

另外，本發(fā)明的主體(上水倉盤1、上氣倉盤2、下氣倉盤3、下水倉盤4)由5～8mm厚的PE板模壓制成或1mm厚的不銹鋼板鈑金焊接制成，以杜絕對于水庫水質(zhì)的污染。整個裝置的直徑500～800mm，高度為400～500mm(即直徑為上水倉盤1和下水倉盤4外邊緣形成的圓形的直徑，高度為上水倉盤1的上平面的最高點至下水倉盤4的外表面的最低點的距離)；進水接頭5的直徑為100mm，進氣接頭7的直徑為50～80mm；水倉8的直徑為400mm～700mm，高度為300～400mm；氣倉10的直徑為420～720mm，高度為200～300mm；氣體射流狹縫11的寬度為5～10mm，氣水射流狹縫9的寬度為10～15mm；氣水混合倉13的外徑為500～800mm，內(nèi)徑為400～700mm；固定加強筋板12的長度為200～350mm。

本發(fā)明的工作原理是：

將進水接頭5和進氣接頭7分別采用法蘭或者軟管接頭與PE軟管連接，此處PE軟管要求內(nèi)襯螺旋鋼絲，以便防治軟管彎折，阻礙水氣流通；進氣PE軟管與壓力氣源連接，進水PE軟管采用浮力裝置放置在表層水體的0.5～3m水深處，可在軟管前端3m處環(huán)繞軟管穿孔，以便表層水體流暢進入進水軟管；開動氣源，壓力氣體通過進氣接頭7、進氣口6、氣倉10，并由氣體射流狹縫11呈輻射狀噴出，在氣水混合倉13處對水倉8內(nèi)水體進行充氧混合，并形成氣水混合物由氣水射流狹縫9成輻射狀噴出，繼續(xù)與裝置外部水體進行充氧、混合、攪拌，剩余氣泡隨即上浮，并在上浮的過程中繼續(xù)對水層進行充氧和破壞/擾動；由于氣水混合物由氣水射流狹縫連續(xù)不斷地噴出，在氣水混合倉13處造成局部負(fù)壓區(qū)，不斷吸引水倉內(nèi)水體進入補充，從而在表層水體的壓力水頭的作用下，通過進水軟管連續(xù)送入水倉參與充氧混合。

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(shù)領(lǐng)域的技術(shù)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(quán)利要求書所定義的范圍。