水中气幕拦污方法与装置制造方法及图纸

一种以水中气幕拦挡低流速水体中漂浮性污染物的方法与设备。由风机、输气管道、“Ｕ”形排水尾管、支管接口、微孔曝气支管等组成水中气幕设备，以水底固定方式或水面悬浮方式水平布设于水面下１．５ｍ左右的深度，通过带状微孔曝气在水体中形成垂直上升的幕状气－水流，以切断水体表面的风生层流，将其挟带的漂浮性蓝藻及垃圾杂物拦截在上风或上游一侧。利用本项技术可以建造一种无“形”的水体漂浮性污染物拦挡防线，用于内陆湖泊、水库、池塘等低流速水体中漂浮性藻类、油污、垃圾杂物、杂草等污染物的拦挡、导流和富集，尤其适用于城市自来水厂取水口蓝藻等漂浮性污染物的拦挡。１ｋｍ水中气幕拦污设施的建设费用＜１００万元，运行功率＜２０ｋｗ且随时可以根据需要启动和关闭，不受风浪、船只影响，不影响水流、水质、水体景观和生态，使用寿命１０年以上。

【技术实现步骤摘要】

水体环境工程技术。本专利技术涉及一种水中气幕拦污方法与装置，适用于内陆低流 速水体(湖泊、水库)中漂浮性藻类、垃圾杂物的拦挡、导流和富集，具有保护目标水域、阻 止漂浮性藻类和垃圾杂物入侵之功用，可作为富集清除水面蓝藻和垃圾杂物的辅助手段， 尤其适用于城市自来水取水口的拦污。
技术介绍
水体富营养化引发的蓝藻灾害严重危及许多湖泊、水库，其成灾特点是“边缘效 应”，成灾机制是在温和气候条件下(风速<4m/s)蓝藻漂浮-迁移-集聚所致，在蓝藻漂 移路径上拦挡并清除之就可以有效防止局部水域蓝藻灾害的发生。在太湖、巢湖、滇池等富 营养化问题比较严重的湖泊，各种围栏(围隔)技术被用于拦挡蓝藻，其有效性可以肯定， 但其妨碍交通、影响景观、阻滞水流、影响生态、污染水质等负效应严格限制了其适用性，并 且在大湖面上围栏(围隔)容易遭受风浪破坏(尤其是台风)，建造和维护费用较高，可靠 性比较差。水中漂浮垃圾杂物的拦截一般采用拦网方法，容易发生堵塞，既阻滞水流又难以 清理。
技术实现思路
本专利技术的目标在于研发水中气幕拦污技术方法和装置，提供一种无形的拦污防 线，能够有效拦截漂浮迁移的蓝藻和垃圾杂物，却不造成任何环境负面影响，并为蓝藻和垃 圾杂物的清除创造无障碍的作业环境。“水中气幕拦污”实际上是通过特制的水下微孔曝气 管道系统的低压微量曝气在水体中形成垂向“气_水幕”，借以切断湖面上的风生层流，将 漂浮性蓝藻和垃圾杂物阻挡在上风或上游一侧。气幕是在空气环境中普遍使用的一种无形 隔离技术，而在水体中以气幕拦挡漂浮性藻类和垃圾杂物必须解决以下技术问题。 适用性，水上拦污防线规模需求可能达到数千米，要求全线曝气均勻，设备安 装、使用、维护保养必须简单易行。 可靠性，间歇运行和季节性运行的水下曝气管道系统必须解决水阻问题，随时 可以启动运行，用于蓝藻应急等特殊需求。 经济合理性，一方面是建设造价和使用寿命，另一方面是运行能耗和维护保养 费用，如果曝气能耗过高则会限制本项技术的适用性。1、基本结构为解决以上技术问题并达到研发目标，采用了由风机、输气管道、支管接口、微孔 曝气支管组成的低压微量水中气幕系统。(1)低压供气系统由额定风压30 40kPa的风机(1)提供低压空气，以水平布设在水面(2)下 1. 5 2m的处输气管道(3)输送气流，二者之间以钢丝软管(4)连接，组成低压供气系统。3输气管道的内径根据断面空气流量确定，由始端到末端管径逐渐缩小，两端的工作气压差 根据运行能耗和输气管道建设费用进行优化确定。如果输气管道管径过小，供气风压就会 相应提高，能耗也随之增加；相反则输气管道建设费用过高。⑵排水尾管在输气管道末端设有直立的“U”形排水尾管(5)，其底部低于水气管道，尾部伸出 水面。在长期停运之后，输气管道内有可能充满了水，启动运行时在工作气压的推动下排水 尾管自动吐水，当输气管道内的积水排干之后“U”形管进水端水面开始下降，当与出水端水 面的净压差等于工作气压时停止吐水，进入正常工作状态。通过排水尾管吐水，不仅可以快 速排空输气管道内的积水，还可带出长期停运期间有可能产生的沉淀物，有清洁输气管道 的作用。(3)支管接口特制的支管接口(6)均勻附装在输气管道上，其出口与微孔曝气支管(7)连接，安 装间距一般为12 30m，与微孔曝气支管单元长度相等。支管接口内设置逆止阀(8)，运行 时由工作气流顶开逆止阀，并通过旋转顶部调节螺杆(9)调节逆止阀的开张度和气流量； 停机时逆止阀凭借自身重力和逆向压差关闭。支管接口的进气导管(10)插入输气管道底 部，在启动运行初期先将输气管道底部的积水排干，再进入正常工作。(4)微孔曝气支管特制的塑料质低压微孔曝气支管，φ20 30mm、单元长度12 30m，与输气管道上支管接口的型号和间距匹配，末端封闭，始端安装在支管接口上，沿输气管道上方以弹性开 口卡式支架(11)固定。工作时曝气流量为每Im曝气支管10 50L/min(视拦污需求而 定)，曝气支管内、外净压差5kPa左右，曝气支管两端气压差< lkPa，由此确定适宜的曝气 支管长度、管径和微孔面积。2、安装方式有水底固定安装和水面悬浮安装两种方式对于水位变幅较小(通常< Im)的浅 水体，水底固定安装比较适合；对于水位变幅较大或者较深的水体，水面悬浮安装更为合理。水底固定安装方法风机房(12)可以建在提岸上，也可打桩架空建在水面上；有 供电条件时采用电动风机，无供电条件时采用内燃机驱动式风机。沿水中气幕线路在湖底 (13)打水下支撑桩(14)，将输气管道以卡箍(15)固定安装在桩顶上，支撑桩大小和密度视 输气管道强度、水体扰动强度和水深确定，支撑桩顶高度必须一致。在输气管道末端打高出 水面支撑桩(16)，将排水尾管垂直固定在该支撑桩上。水面悬浮安装方法将风机安装在有密封舱的小船(17)或者特制的漂浮载体上， 采用内燃机驱动式风机。按照输气管道基本单元长度(标准双面镀锌钢管长度为6m)，在其 法兰连接处(18)以锚链(19)悬挂柱状浮体(20)，单个柱状浮体的净浮力=1.2X输气管 道基本单元管腔充满水时的水下重力，柱状浮体的直径、长度和悬挂锚链长度能够满足在 运行状态下将输气管道悬浮在1. 5m左右深度。在输气管道末端的“U”形排水尾管上安装 管状浮体(21)，其净浮力=1.2X (1/2输气管道基本单元管腔充满水时的水下重力+排水 尾管充满水时的水下重力)，管状浮体的直径、长度和安装高度能够满足排水尾管与输气管 道同步沉浮。3、工作原理启动风机向输气管道以恒定的工作气压Po(22)输送空气，驱使输气管道内的积 水从末端的“U”形排水尾管排出，同时也通过各个支管接口和曝气支管排水。当输气管道 内的积水排空后，“U”形排水尾管进水端水面h2 (23)开始下降，与排水尾管出口水面hi (24) 的高差逐渐加大，当两侧水面净压差POi1-Il2)=工作气压Po-输气管道两端工作气压差ΔΡ 时，排水尾管停止吐水，进入正常工作状态，气流经支管接口进入各曝气支管，进入正常曝 气状态。可以通过支管接口上的调节螺杆调节空气流量，实现全线曝气均勻。也可通过调 节风机转速来调节工作气压Po和空气流量，以达到所需的曝气强度。通过水下连续带状曝气可以在水体中形成垂直上升的幕状气_水流(25)，到达水 面后向两侧形成水平分流(26)，可以顶托表面风生层流(27)，使其所挟带的藻类和垃圾杂 物滞留在上风或上游一侧形成富集带(28)，便于打捞清除。当水中气幕的管线与漂浮性 藻类和垃圾杂物的飘移方向成锐角时，漂浮性藻类和垃圾杂物就会沿水中气幕管线方向滑 动，进而向一端富集。4、维护保养水下气幕管道系统的维护保养具有一定的技术难度，在系统结构设计中已经充分 考虑了这一点，以便于维护保养。输气管道及支管接口的原位清洗拆除所有微孔曝气支管，关闭所有支管接口，将 水泵连接在输气管道起始端，以较大流量清水强制冲洗输气管道，以水流清除管道内积淀 的污物。输气管道清洗完成后，封堵排水尾管出口，逐个打开支管接口，以水流冲洗支管接 口内部。微孔曝气支管清洗将拆下的微孔曝气支管安装在清洗设备上，以正向、反向气流 清洗管腔和微孔，检查疏通每一个微孔，清洗完成后再复位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以水中气幕拦挡低流速水体中漂浮性污染物的方法与设备，其特征是：由风机（１）、输气管道（３）、“Ｕ”形排水尾管（５）、支管接口（６）、微孔曝气支管（７）组成，以水底固定方式或水面悬浮方式水平布设于水面下１．５ｍ左右的深度，通过带状微孔曝气在水体中形成垂直上升的幕状气－水流（２５），以切断水体表面风生层流（２７），将其挟带的漂浮性蓝藻或其它污染物拦截在上风或上游一侧。

【技术特征摘要】
一种以水中气幕拦挡低流速水体中漂浮性污染物的方法与设备，其特征是由风机(1)、输气管道(3)、“U”形排水尾管(5)、支管接口(6)、微孔曝气支管(7)组成，以水底固定方式或水面悬浮方式水平布设于水面下1.5m左右的深度，通过带状微孔曝气在水体中形成垂直上升的幕状气 水流(25)，以切断水体表面风生层流(27)，将其挟带的漂浮性蓝藻或其它污染物拦截在上风或上游一侧。2.根据权利要求1所述的以水中气幕拦挡低流速水体中漂浮性污染物的方法与设备， 其特征是在输气管道末端连接有直立的“U”形排水尾管，其底部低于输气管道而末端伸 出水面，启动运行时可以借助工作气压将输气管道中的积水排出，排水完成后“U”形排水尾 管两端的水位差与输气管道末端的工作气压达到平衡，实现输气管道自动排水和运行。3.根据权利要求1所述的以水中气幕拦挡低流速水体中漂浮性污染物的方法与设备， 其特征是曝气支管通过支管接口和弹性开口卡式支架(11)附装在输气管道上方，支管接 口上设有逆止阀(8)、调节螺杆(9)和进气导管(10)，停运时逆止阀可防止逆向进水，启动 运行时进气导管可优先排干输气...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文朝，潘继征，冯慕华，李玲，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]