[发明专利]分层湖泊水库曝气诱导产生内波破坏水温分层的装置及方法

说明书

【技术领域】

本发明属于湖泊水库水体污染控制领域，具体涉及一种分层湖泊水库曝气诱导产生内波破坏水温分层的装置及方法。

【背景技术】

水深较大的湖泊、水库易发生由于剧烈垂向温度梯度的存在而引起的水温分层，使得水体自上而下分成三个不同温度和密度的水团层：变温层、跃温层和等温层。处于中间的跃温层阻止了热量和氧气在表层和底层之间的垂向传输，其结果是，由于表层藻类大量繁殖以及底层因为缺氧条件引起底泥污染物的释放，加速水体富营养化。破坏水温分层可以使表层和底层水体混合，降低表层水体藻类含量，并能有效控制底泥中内源污染物的释放。

目前湖泊水库水温分层的破坏的技术主要包括扬水筒混合、机械混合、空气管充氧和扬水曝气四种，但上述破坏水温分层技术都存在效率低、能耗高等共性问题。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种分层湖泊水库曝气诱导产生内波破坏水温分层的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

分层湖泊水库曝气诱导产生内波破坏水温分层的装置，包括模型水库以及安装在模型水库底部的空调冷凝管和曝气器，其中，空调冷凝管与外部空调机相连接，温度控制器用于控制外部空调机工作，曝气器的进气口与设置在模型水库外部的空气压缩机的出气口相连通。

本发明进一步改进在于，还包括若干测温仪，该若干测温仪的测量探头在模型水库的垂直方向上从下至上依次分布。

本发明进一步改进在于，测温仪采用四通道TYPEK数显测温仪。

本发明进一步改进在于，空气压缩机与曝气器之间还依次连接有集气罐、稳压装置和流量计。

本发明进一步改进在于，空调冷凝管通过冷凝管支架固定在模型水库的底部。

本发明进一步改进在于，曝气器包括上升筒，上升筒的顶部周向设置有用于提供浮力的水密仓，其中部周向从上至下依次设置有气室、回流室和曝气室，上升筒的中部周向还设有溢流板，且溢流板位于气室内，溢流板与上升筒之间设有水封板，水封板的上端连接在水密仓上，其下端悬空，上升筒的底部设有空气释放管，空气释放管通过供气管路与模型水库外部的空气压缩机的出气口相连通；空气依次经曝气室、回流室及气室后进入上升桶，并在上升筒内形成气弹。

本发明另一个目的，分层湖泊水库曝气诱导产生内波破坏水温分层的方法，包括以下步骤：利用温度控制器来控制外部空调机的启动和停止，以对模型水库中水的温度精确调控，进而通过空调冷凝管实现对模型水库中的底部水体进行降温；同时，空气压缩机将空气输送至曝气器的进气口，再经曝气器扩散孔，将气体输送至曝气室，当未溶解的残余气体逐渐累积到曝气室水封板下缘时，曝气室内气体会迅速溢入中间上升筒，携带底部水体上升，同时曝气室内气体又重新累积，如此在上升筒内形成周期性的上升水流，设定曝气器出口位于存在温度梯度的跃温层内，曝气器出口的周期性出流作为一种扰动源，在模型水库的跃温层内诱导产生内波。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明利用扬水曝气产生的周期性气水两相流作为扰动源，在跃温层内诱导产生内波，借助内波的强大混合作用，使跃温层逐步下潜，变温层与等温层的水温差别逐渐减小，直至水体分层被完全破坏。相对传统的循环水流破坏分层技术，在温度梯度0.32～0.46℃/m和曝气量0.07～0.28m3/(m2.h)条件下，曝气诱导内波混合技术可将破坏水温分层效率提高25.0%～60.0%，具有能耗低、效率高的明显优势，应用前景广泛。

【附图说明】

图1是本发明分层湖泊水库曝气诱导产生内波破坏水温分层的装置的结构示意图。

图2是曝气器的结构示意图。

图3（a）是等温层水温为5℃时不同室温下的水温结构图；附图3（b）是等温层水温为10℃时不同室温下的水温结构图。

图4（a）是等温层水温为5℃、曝气量为100L/h以及出口高度45cm时中试曝气诱导形成的内波的波形图；图4（b）是等温层水温为5℃、曝气量为100L/h以及出口高度90cm时试曝气诱导形成的内波的波形图。

图5（a）是等温层水温为5℃时中试有无内波情况下的破坏分层所需时间与曝气量的关系图；图5（b）是等温层水温为10℃时中试有无内波情况下的破坏分层所需时间与曝气量的关系图。