湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置

摘要

本发明公开了一种湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置，包括无动力投加部分、调节部分、集成部分及药剂释放控制部分，无动力投加部分有浮体和药剂储藏箱，药剂储藏箱由隔膜分为气密室和储药室，调节部分采用多节套筒连接，集成安装部分有滑动套筒、气囊和伸缩卡架与淹没式多功能扬水曝气器连接，药剂释放控制部分由推进式螺旋桨和锥形开关控制药剂释放。本发明有效的与淹没式多功能扬水曝气器集成使用，实现药剂的自动控制及定量投加，并可随水位自动调节设备高度。药剂利用淹没式多功能扬水曝气器迅速混合均匀，并且随上升水流向水水体产生脉冲扩散作用，加强水质处理药剂效果，达到水库、湖泊高负荷及突发性污染的水质控制与应急处理。

权利要求

1.一种湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置，该装置下端伸入并固定于淹没式多功能扬水曝气器（5）中，其特征在于：该装置由上至下包括依次相连的无动力投加部分（1）、调节部分（2）、集成部分（3）和药剂释放控制部分（4），其中无动力投加部分（1）包括浮体（6），药剂储藏箱（7）固定于浮体（6）之上，药剂储藏箱（7）由隔膜（8）分成相互隔绝的气密室（9）及储药室（13），隔膜（8）膨胀收缩；气密室（9）由顶板（10）密封一定量的液体，气密室（9）顶端设有连接管（14），连接管（14）另一端伸入水面下方；药剂储藏箱（7）内部设置恒压稳压管（11），恒压稳压管（11）一端垂直插入储药箱底部，恒压稳压管（11）另一端穿出药剂储藏箱（7）侧壁与大气相通；药剂储藏箱（7）底部设药液输送管（12），药液输送管（12）穿出浮体（6）且其端口与恒压稳压管（11）底端位于同一水平线，两者临近但不接触相连；

所述的调节部分（2）包括伸缩套筒（17），其中伸缩套筒（17）由多节刚性直筒套接而成，伸缩套筒（17）最上一节刚性直筒与浮体（6）固定，最下一节刚性直筒与集成安装部分中的固定直筒（20）最上端固定；药液输送管（12）下端与输药软管（16）连接，输药软管（16）位于伸缩套筒（17）内部，可根据伸缩套筒（17）长度进行伸缩；

所述的集成部分（3）包括固定直筒（20），固定直筒（20）外壁设滑动套筒（21），滑动套筒（21）上固定有气囊（22），气囊（22）连接有伸出水面上方并与空压机连接的输气管（23），滑动套筒（21）下端固定有伸缩卡架（24），伸缩卡架（24）与淹没式多功能扬水曝气器上筒体（27）上环形卡槽（25）吻合固定；

所述的药剂释放控制部分（4）包括药液输送管（28），药液输送管底部设药液释放锥形开关（31），锥形开关上方设推进式螺旋桨（30）。

2.如权利要求1所述的湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置，其特征在于：所述的伸缩套筒（17）的上一节刚性直筒的直径大于下一节刚性直筒的直径，两节刚性直筒之间能相对滑动，并通过卡环（19）固定。

3.如权利要求1所述的湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置，其特征在于：所述的固定直筒（20）的上下两端分别设置有上下两处限位销（26），用于限定滑动套筒（21）滑动位置并防止滑动套筒（21）脱落；伸缩卡架（24）为两根相互套接的刚性支架，刚性支架分别固定于滑动套筒（21）及固定直筒（20）上，可自由转动，刚性支架间套接处可自由滑动。

4.如权利要求1所述的湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置，其特征在于：所述的输药软管（16）穿出固定直筒（20）底部的软性保护垫（29）与药液输送管（28）连接。

说明书

湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置

技术领域

[0001] 本发明属于水源水质污染控制治理技术范围，涉及一种原水化学或生物药剂投加与混合集成装置，尤其涉及一种基于淹没式扬水曝气技术的药剂自动、定量投加水质改善装置，特别适用于水库及湖泊高负荷污染及突发性污染的水质应急控制和处理。

背景技术

[0002] 水库、湖泊的水质状况直接影响生态环境健康和城市饮用水水质安全。基于水库及湖泊水体容量大、流动性小、更新时间长等特点，当发生外源污染、水体富营养化、内源二次污染导致的高负荷及突发性水质污染时，仅靠水体自净已无法实现对水质污染的有效控制，必须采取一定的强化处理措施对水质进行处理。国内现有的水库、湖泊高负荷及突发性水质污染处理技术，主要是异位处理。异位处理是指将水库、湖泊原水引入水处理厂，通过物理、化学及生物化学等工艺进行处理。但现行水厂往往不具备应对高负荷或突发性水质污染的处理工艺，即使设有一定应急处理工艺的水厂，也要耗费很高的处理费用来有限削减污染负荷，而且处理后会生成大量的有毒有害副产物，水质风险依然很高。原位控制主要是在水库、湖泊中采取物理、化学和生物化学等技术措施在原位进行水质改善、污染控制及应急处理。但采用原位控制的首要前提是解决大容量水体中药剂的投加和均匀混合问题，即必须在水库湖泊中提供充分的混合反应的动力学条件，保证所投加药剂能够快速、均匀混合并扩散于水中。

[0003] 申请人已授权的中国专利“多功能扬水曝气器”（专利号ZL 200310117900.6），是一竖直安装水中的柱状筒体，运行时在筒体内形成一个大的气弹，带动筒体中水体快速上升，形成上下层水体间的循环交换，达到混合上下水层的目的。申请人另一项申报专利“扬水曝气强化化学除磷无动力自动定量投加水质改善装置”（申请号：201210033645.6），是一种基于扬水曝气技术和马氏瓶原理实现除磷药剂的自动定量投加装置。但该装置是与浮动式扬水曝气装置集成用于大水深湖库的水质改善与污染控制，对于水深相对较小（15m-25m）湖库的水质改善与污染控制，一般采用淹没式扬水曝气器，其本身不具备随水位调节的功能，因此需要研发与该淹没式扬水曝气器有机集成的药剂投加装置，实现水位变动条件下的药剂自动定量投加。

发明内容

[0004] 本发明的目的是在“多功能扬水曝气器”的基础上，充分利用淹没式多功能扬水曝气器具有的高效混合扩散作用，并与之有机集成，设计一种湖库水质污染原位控制与应急处理的药剂自动定量投加装置。该集成装置不仅能够可以实现水处理药剂的无动力定量投加和自动控制；还可以充分利用扬水曝气技术的混合作用，实现药剂的快速均匀混合，同时利用上升气弹携带水流对其周边水体的脉冲混合作用，使药剂快速扩散至周围水体，从而实现对高负荷或突发性水质污染的应急控制和高效快速处理；此外，还可根据淹没式多功能扬水曝气器的结构特点，方便快速安装与拆卸，而不影响水库、湖泊的日常运行管理。

[0005] 为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

[0006] 一种湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置，该装置下端伸入并固定于淹没式多功能扬水曝气器中，包括无动力投加部分、调节部分、集成部分以及药剂释放控制部分。其中无动力投加部分包括下部浮体和上部药剂储藏箱两部分。下部浮体为能在水面上漂浮的水密仓，为上部药剂储藏箱及下方调节部分提供浮力，使之能稳定浮于水面。上部药剂储存箱为密闭箱体，箱体内由隔膜分成上下相互隔绝的两个空间，上层由隔膜包裹空间为气密室，下层为储药室，隔膜能根据两个空间内的气压膨胀或收缩至平衡位置。储药箱内设恒压稳压管，恒压稳压管一端垂直插入储药箱底部，另一端穿出储药箱侧壁与大气相通。储药箱底部设药液输送管，药液输送管端口与恒压稳压管底端位于同一水平线，两者临近但不接触相连，保证药液输送管端口的恒定压力，实现药液的定量投加。药液输送管穿出储药箱底部和浮体与无动力投加部分下方输药软管连接。气密室内密封有一定的液体，顶端与一连接管相连，连接管另一端伸入水库水面以下。当下层储药箱内液面下降时，隔膜内部气密室形成负压而膨胀，通过连接管吸入与下降药液等质量的水，维持整体装置的恒重，保持浮体平衡。

[0007] 调节部分包括伸缩套筒和输药软管，作用为根据水面波动自动调节设备高度。伸缩套筒为多节刚性直筒相互套接，上下两节刚性直筒间能相对滑动。最上一节刚性直筒与上部浮体连接，最下一节套筒与下部集成安装部分的固定直筒最上端固定连接，当设备与淹没式多功能扬水曝气器集成安装时，最下一节刚性直筒位置固定，浮体能根据水面自动调节套筒滑动至平衡位置。伸缩套筒内部为输药软管，输药软管上端与自动投加部分的垂直药液输送管连接。

[0008] 集成安装部分包括固定直筒、滑动套筒、气囊、伸缩卡架，作用为与淹没式多功能扬水曝气器集成安装。固定直筒为一节刚性直筒体，上端与调节部分连接，下端伸入淹没式多功能扬水曝气器筒体内部。固定直筒中端外壁设一滑动套筒，滑动套筒上固定有气囊，气囊连接有输气管伸出水面与空压机相连。滑动套筒下端连接有伸缩卡架，在固定直筒上下两端设限位销。设备安装时，通过GPS准确定位淹没式多功能扬水曝气器位置，将本发明装置延伸至水下淹没式多功能扬水曝气器上部筒体中，此时气囊未充气，受重力作用，调节部分套筒伸展至全长。随后压缩空气由水面充入气囊，气囊充气后受浮力作用带动滑动套筒上升，连接在滑动套筒的拉杆使伸缩卡架张开。滑动套筒上升至限位销后不再上升，同时浮力带动固定直筒上升，在直筒上升过程中伸缩卡架与淹没式多功能扬水曝气器最上端预留环形卡槽咬合，从而完成药剂投加装置与扬水曝气装置的集成安装，保证药液的定位投加。设备拆卸时，输气管打开，气囊内空气在外部水压作用下自动排出，气囊滑动套筒及其连接部件受重力作用下沉，伸缩卡架自动收缩，药剂定量投加装置与淹没式多功能扬水曝气器分离。

[0009] 药剂释放控制部分包括推进式螺旋桨、药液释放锥形开关和药液输送管，作用是利用淹没式多功能扬水曝气器运行时的上升水流自动控制药液释放。药液输送管上端连接输药软管，从集成安装部分固定直筒底部软性保护垫穿出。药液输送管底部设药液释放锥形开关，锥形开关上方设推进式螺旋桨。淹没式多功能扬水曝气器运行过程中间歇释放的气弹对水流的带动作用，推动推进式螺旋桨及其相连的锥形开关阀沿导流筒轴向运动，其上下运动的方向和幅度取决于导流筒水流的上升流速的高低，亦即利用筒内上升流速自动控制投药量的大小：流速越高，反应所需的药量越大，开关开启度就越大，投加的药量就越多，反之亦然。以此达到药液的自动控制释放。

[0010] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0011] 对于水库、湖泊水质高负荷及突发性污染控制，将淹没式多功能扬水曝气器与原位水质处理药剂有效集成使用，利用淹没式多功能扬水曝气器运行过程中间歇释放的气弹对水流的带动作用，实现药剂的自动控制及定量投加；利用浮体及连接套筒，实现药剂投加装置可随水位自动调节。药剂通过自动定量控制投加至水体中，在淹没式多功能扬水曝气器提水混合作用下迅速混合均匀，并随淹没式多功能扬水曝气器内产生的上升水流与其周边水体进一步扩散混合，实现对湖库水质高负荷及突发污染的原位有效控制和应急处理。

附图说明

[0012] 图1是本发明的结构示意图。

[0013] 图2是本发明与湖库淹没式多功能扬水曝气装置集成安装示意图。图2（a）为集成安装部分气囊未通气条件下示意图，图2（b）为气囊通气条件下示意图。

[0014] 图3是实施例中无动力投加部分维持药液定量投加原理示意图。

[0015] 图中各符号分别表示以下含义：1.无动力投加部分，2.调节部分，3.集成安装部分，4.药剂释放控制部分，5.淹没式多功能扬水曝气器，6.浮体，7.药剂储藏箱，8.隔膜，9.气密室，10.顶板，11.恒压稳压管，12.药液输送管，13.储药室，14.连接管，15.水面，
16.输药软管，17.伸缩套筒，18.卡环，19.法兰，20.固定直筒，21.滑动套筒，22.气囊，
23.输气管，24.伸缩卡架，25.环形卡槽，26.限位销，27. 淹没式多功能扬水曝气器上筒体，28.药液输送管，29.软性保护垫，30.推进式螺旋桨，31.锥形开关，32.气弹。

[0016] 下面结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细说明。

具体实施方式

[0017] 如附图1所示，湖库水源水质控制的药剂定量自动投加与混合集成装置，竖直安装于水库中，下端伸入并固定于淹没式多功能扬水曝气器5中，整个装置上端浮于水面。该装置沿垂直于水面从上至下依次分为4个主要部分，分别为无动力投加部分1、调节部分2、集成部分3以及药剂释放控制部分4。

[0018] 无动力投加部分1中，药剂储藏箱7固定于浮体6上，浮体6提供一定浮力使无动力投加部分1浮于水面上。药剂储藏箱7由隔膜8分成相互隔绝的气密室9及储药室13，隔膜可膨胀收缩。气密室9由顶板10密封一定量的液体，气密室9顶端设一连接管14，连接管14另一端伸入水面下方。药剂储藏箱7内部设置恒压稳压管11，恒压稳压管11一端垂直插入储药箱底部，另一端穿出药剂储藏箱7侧壁与大气相通。药剂储藏箱7底部设药液输送管12，药液输送管12端口与恒压稳压管11底端位于同一水平线，两者临近但不接触相连。

[0019] 调节部分2中包括伸缩套筒17为多节刚性直筒套接，最上一节刚性直筒与浮体6固定，最下一节刚性直筒与集成安装部分中的固定直筒20最上端固定。伸缩套筒17的上一节刚性直筒的直径大于下一节刚性直筒的直径，两节刚性直筒之间能相对滑动，并通过卡环19固定，防止伸缩套筒17脱落。药液输送管12穿出浮体6，药液输送管12下端与输药软管16连接。输药软管16位于伸缩套筒17内部，可根据伸缩套筒17长度进行伸缩。

[0020] 集成安装部分3中，固定直筒20最上端与调节部分以法兰19连接。固定直筒20中端外壁设一滑动套筒21，滑动套筒21上固定有气囊22，气囊22连接有伸出水面上方并与空压机连接的输气管23。在固定直筒20的上下两端分别设置有上下两处限位销26，用于限定滑动套筒21滑动位置并防止滑动套筒21脱落。滑动套筒21下端连接有伸缩卡架24，伸缩卡架24为两根相互套接的刚性支架，刚性支架分别固定于滑动套筒21及固定直筒
20上，可自由转动，刚性支架间套接处可自由滑动。滑动套筒21因气囊充气膨胀上升，并带动伸缩卡架张开，与下方淹没式多功能扬水曝气器上筒体27上环形卡槽25吻合固定。

[0021] 药剂释放控制部分4中，输药软管16穿出固定直筒20底部的软性保护垫29与药液输送管28连接。药液输送管28底部设药液释放锥形开关31，锥形开关31上方设推进式螺旋桨30。由淹没式多功能扬水曝气器上筒体27内产生的气弹32及带动向上的水流，带动推进式螺旋桨30转动，从而控制药液的释放。

[0022] 推进式螺旋桨30用于在淹没式多功能扬水曝气器5运行期间产生间歇气弹，使其向上运动，气弹向上运动产生的水流推力作用使其自动旋转上升，该推进式螺旋桨30也可采用其他在水流推力作用下可旋转上升的装置。

[0023] 如附图2所示，为本发明与淹没式多功能扬水曝气器安装示意图。如附图2（a）所示，初安装时，通过GPS准确定位扬水曝气器位置，将实施例装置延伸至水下淹没式多功能扬水曝气器上部筒体中。此时气囊22未通气，滑动套筒21处于最下端限位销26位置，伸缩卡架24处于收缩状态。受重力作用，固定直筒20下沉进入淹没式多功能扬水曝气器上筒体27内。随调节部分2伸缩套筒17伸展至全长，集成安装部分3不再下沉，通过输气管23向气囊22内通气。如附图2（b）所示，气囊22通气后膨胀，受浮力作用滑动套筒21上升，同时伸缩卡架24在拉杆作用下联动张开。当滑动套筒21上升至上端限位销处时不再上升，此时伸缩卡架24张开至最大，伸缩卡架24末端贴紧淹没式多功能扬水曝气器上筒体27内壁面。固定直筒20受浮力作用上浮，同时调节部分2伸缩套筒17收缩，至伸缩卡架24与淹没式多功能扬水曝气器上筒体27上环形卡槽25咬合固定不再上升。此时完成本发明与淹没式多功能扬水曝气器的集成安装。本发明在拆卸时，输气管23打开，气囊22内的气体通过输气管23自动排出，受重力作用，固定直筒20及滑动套筒21下沉，伸缩卡架24收缩，将本发明吊起脱离扬水曝气器。

[0024] 如图3所示，本发明在运行时，通过药剂释放控制部分4向水体中投加药剂。此时无动力投加部分1中，药液输送管12吸入药液，恒压稳压管11一端与大气相通，一端与水平输送管端口相近，保证水平输送管端口处的压力稳定。储药室13内药剂液面随药剂释放而下降，此时在储药室13内产生负压。当达到一定负压时，隔膜8受力膨胀至平衡位置。同时上部气密室9内产生负压，由连接管14从水库水面15吸入与释放药液等量的水进入气密室。此时，整体设备维持恒重，实现药液的定量投加。