用于池塘、湖泊和其它水体的水循环系统技术方案

一种用于池塘、湖泊或其它水体的循环系统。在一组实施例（１）中，从水体（４）的深处将水抽上来以暴露在大气中，从而产生遍及整个水体（４）的全面的高流量循环模式。在其它实施例（１’）中，水体（４’）中的循环主要限制在上部需氧区域（２０），只有少量且受控的体积从下部厌氧区域（２２）中被带上来。各系统都优选包括漂浮平台（３）、盘件（１９）、叶轮（２１）以及抽吸管（５，５’），其在各种系统中进行了特殊的改进，以使其适用于各种环境。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于池塘、湖泊和其它水体的水循环系统 专利技术背景1. 专利
本专利技术涉及用于池塘、湖泊和其它水体的循环系统的领域，更具 体地涉及用于较大且^1深的水体的这种循环系统以及用于41小水体如市政废水池的系统的领域，其中前一水体需要相当高的流率以i"更最 有效地工作，而后一水体主要设计用于处理生活和工业废水，并且为 了有效工作而具有特殊的要求。2. 背景讨论对于需要高流率以便最有效地工作的较大且较深的水体而言，这 种系统的基本目标是在从池塘的底部深处提升起水时可产生流至池 塘边缘的近似层流的表面流。在这样做时，底部深处的缺氧的水就暴 露在大气中并从中吸收氧气，而不需要的气体如硫化氢则排放到大气 中。另外，在池塘中产生了全面的循环模式，其将整个池塘中的复氧 水混合起来。这种混合又加速了使水净化的生物学过程和太阳能过 程。所得的清洁作用是特别合乎需要的，这是因为其涉及到控制或去 除杂草生长、藻类水面增殖、淤泥累积、鱼群死亡、臭气、大量的氮 气和磷、酸度、悬浮颗粒以及其它条件。运行循环系统的泵或叶轮的功率可用性和季节性气候条件(例如 表层水)对于优化性能提出了巨大的设计难题。偏远的池塘或其它水 体尤其存在问题，因为可用的能源只有太阳能。然而，系统的叶轮最 好能够从相对较大的深度如30到50英尺或更深处提发并引导相对举支 大体积的水流。另外，这种上流或提升必须通过以近乎层流的才莫式平 緩且均匀地使水在池塘表面上扩散的方式来实现。否则，被提升上来 的水的全面流动和混合将不会到达池塘的边缘，而仅是聚集在叶轮的中间区域，并使池塘的外部流域停滞且未经处理。在如上所述的设计良好的系统中，池塘的表面将持续地#皮/人底部 深处抽上来的水更新，同时保持流至池塘边缘的表面层流。之后，表 层水从大气中吸收氧气，同时将不需要的气体如硫化氢从水中排放到 大气中。在其它的有益作用中，整个池塘深度范围内的混气水的这种 表面复氧和后续的混合和扩散将增大所需要的需氧活性。这还将减少 水中的悬浮固体和不溶固体，提高池塘的清澈度，并有助于阳光穿透 和热量传递，以便进行进一步清洁。在用于较小水体如处理生活和工业废水的市政废水池的循环系 统中，上述遍及整个水体的高流动性的循环才莫式对于处理废水来说并 不总是有效的，在某些情况下可能会起相反作用。这么小的池塘(如 5到15英尺深)中的一个问题是，生活和商业废水通常更浓且更集中。 另外，这种市政废水池依赖于更复杂的机理，包括用于处理和加工废 水的生物学机理和化学机理。这些机理涉及到建立上部需氧区域和下 部厌氧区域。每个区域对于各种不同废料的正确且彻底的处理和加工 都是必须的，每个区域都有其自身的生物学和化学要求，这样的要求 通常与另一区域的要求相对立，并总是不利于另一区域。因此，如同早先用于较大水体的高流动性系统中的那样对整个池塘的任何彻底 且全面的混合通常会破坏这两个区域，并且会破坏废水处理池的效率。出于对这些和其它因素的考虑，研制了本专利技术的水循环系统。专利技术概要在本专利技术的主要设计用于较大且较深的水体的一组实施例中，公 开了一种高流动性的循环系统。这种高流动性系统将水从池塘、湖泊 或其他水体的深处抽上来以暴露在大气中，产生所需的遍及整个水体的全面循环模式。这种系统包括漂浮平台、盘件、叶轮和从环形外壳 中悬垂出来的抽吸管。盘件恰好支撑在水面之下，并且盘件的底部与外壳的顶部间隔开，从而形成了环形开口。在操作中，通过叶轮将水从池塘深处经由抽吸管朝向外壳和盘件 提升上来。在这样做时，在优选使用方式中，上升的水不仅在盘件上 边缘的上方流出，而且从外壳和盘件之间的环形开口中流出。最好有 约2/3体积的上升水从环形开口中流出，而1/3体积的水继续向上流 动到盘件中并从盘件中流出。通过这种设计，系统可以非常高的流率 来工作，而不会在池塘或其它水体的水面处产生不希望有的湍流。叶轮优选包括直径小于外壳和盘件底部直径的两个半叶片。这样 便在叶片与外壳以及与盘件之间产生了间隙，这会在上升的水中产生 较少的湍流。较小的直径还允许调节叶轮的叶片相对于盘件和外壳的 垂直定位。这种调节又允许根据需要来改变上升水中的通过环形开口 排放的部分与在盘件顶部之上排放的部分的比例。抽吸管特别地构造成具有零浮力或略微为正的浮力，并提供了缆 绳装置来选择性地调节可折叠管的延伸长度和深度。缆绳装置包括有 助于保护主缆绳和导管的弹簧，以使其免受作用在漂浮平台上的表面 波提升力的损坏。另外，该装置包括紧邻弹簧而定位的一l爻较短长度 的缆绳，其限制了弹簧和整个缆绳装置的最大延伸度，从而保护抽吸 管不会拉伸到超过其设计限制。还可包括有电子富营养化控制系统， 以便从存在于水中的钙和磷酸盐分子中产生磷灰石。在特地用于相对较小(例如5英亩)且较浅(例如5到15英尺) 的市政废水池的一组实施例中，使用了高流动性系统的许多结构特 征，但对其操作进行了修改。例如，仍然使用叶轮来形成流至池塘边 缘的层流模式，但是与抽吸管从池塘底部附近向上抽取较大体积的水 相反，只是将非常少的或经计量的水抽上来。然后将叶轮产生的水循 环路径集中并优选限制在上部需氧区域(如池塘的顶部2英尺区域)内。在该上部区域中，流动的循环和混气对于上部区域的生物学和化 学作用来说是最有益和最有利的。而下部厌氧区域(例如池塘的底部 2英尺区域)则基本上不管，不受上部区域中所建立的循环流的影响。这样就不会破坏用于下部区域的所需生物学和化学作用的适当环境 (例如通过将溶解氧从上部区域引入到下部区域中)。类似地并且由 于上、下区域相互间基本上隔开，上部区域的生物学和化学作用不会 如高流动性系统中那样因彻底混合而受到不利的损坏。然而，对池塘 中的废水进行全面处理以将下部区域中的非常少量体积的水带上来 并混合到上部区域中仍然是所需要的。在第二组实施例中，这可在非 常仔细且受控的方式下通过结构和其操作来实现。还公开了本专利技术的其它特征以及对循环系统的部件和操作的改 进，以使其适用于其它的环境和场合。附图简介附图说明图1是本专利技术第一组实施例的循环系统的截面图，其用于产生流 到池塘或其它水体的边缘并下至其深处的全面流型。图2是系统的漂浮平台的放大视图。图3是大致沿着图2中的线3-3剖切的简化顶平面视图，其显示 了漂浮平台和围绕本专利技术的盘件周向地形成的表面层流。图4是沿着图3中的线4-4的剖视图，其显示了漂浮平台的细节， 包括位于盘件底部和连接在抽吸管上的外壳顶部之间的环形开口 。图5是本专利技术的盘件和外壳的透视图，显示了这两者之间所形成 的环形开口。图6是类似于图5的透视图，但还显示了叶轮叶片相对于盘件和 外壳的优选定位。图7非常类似于图4，其中所示的叶轮叶片处于低位，并且还显 示了用于控制抽吸管的深度并保护主缆绳和导管免受表面波损坏的 缆绳装置。图8是沿着图7中的线8-8的剖视图。图9显示了缆绳装置的安全特征的工作方式，其中图7所示的弹 簧展开以吸收作用在漂浮平台上的表面波提升力，并保护主缆绳免于破坏。图10显示了弹簧附近的一段较短长度的安全缆绳的操作，该安 全缆绳用来保护弹簧且更重要地是保护导管，使它们不会^皮拉伸到超 出其设计极限。图11示意性地显示了本专利技术的循环系统，其适合于包括电子富 营养化控制系统，以便从存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从水体深处抽取水至水面以使其暴露在大气中并在水体中产生循环模式的循环系统，所述系统包括漂浮平台、支撑在略低于所述水面之处的盘件、叶轮以及从环形外壳中悬垂出来的抽吸管，其中所述盘件的底部与所述外壳的顶部间隔开，形成了基本上围绕垂直轴线延伸的环形开口，其中，通过所述叶轮经所述抽吸管而被提升上来的水的第一部分从所述环形开口中流出，而所述被提升上来的水的第二部分则向上传递并在所述盘件的顶部之上流出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WR托尔马希，GA库德尔纳，TJ奥布里特施，JJ布莱思，
申请(专利权)人：美多拉环保公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]