专利名称：横向回流装置及使用该装置的水池和河道的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水池、容器、和河道，使水体流动，水质改善，水体增加自动调节的能力，减少运行成本，节省动力能源消耗的横向回流装置，以及使用该横向回流装置的水池和河道。
背景技术：
淡水资源对城市可持续发展至关重要，随着城市人口增长，供水需求量的增加，也同时增加生活污水量。城市在新小区规划时，需同时规划污水处理厂，并对污水处理厂的排放要求越来越高。污水处理厂的排放水，其一部分被回收，做农业灌溉用水使用，而其它部分则在排入河川后，成为下个城市供水厂的进水，或渗入地层成为地下水。污水处理厂及城市供水厂在净化水质过程中，整体工艺组合中经常使用好氧及间气处理工艺。好氧处理工艺是在水体内添加氧气，使污染物能和溶氧接触而进行氧化分解作业，或是经由水中的好氧微生物将污染物在有氧的作用下进行分解。污水中的粪便在排水管道内经水解反应形成以氨为主的污染物，通常需经由厌氧或间气微生物来进行反硝化脱氮。间气处理工艺是控制或减少水池中的溶氧量使水池的底部缺氧，而让微生物进行反硝化脱氮。若间气池有加盖或密封装置，间气池即成为传统的以厌氧反应为主的厌氧处理池。通常污水在流经好氧及间气池处理后，是接着絮凝沉淀处理。在水中添加絮凝剂使污染物及固体溶解物能絮凝，来增加比重或分子结构，然后以沉淀方式或是以滤袋机过滤。好氧及间气处理过程比絮凝沉淀处理过程需要较长的处理时间。污水处理厂在规划时有数个好氧池及间气池，先进行好氧及间气生化处理，然后再合并进入絮凝沉淀处理。但是，好氧及间气生化处理，常因水温，流水量，及其它因素，影响其生化处理能力。例如，夏季时期污水的水温比冬季时期高，微生物的好氧及间气处理能力较强；雨季时若雨水含硫化物，即一般所谓酸雨，会影响水的酸碱值及微生物繁殖速度；在节庆期间水池若进水流量增加过速，将使污水停留在好氧及间气池的处理时间减少，而直接影响其污水处理能力。因此，进行了工艺改进，例如以微小气泡曝气，以增加溶氧速度；以活性污泥为载体的方式来增加水池内微生物分布密度等。然而，污水处理厂在面对污水量的增加及排放水质的要求提高时，需要相对增加好氧及间气处理时间，或增建好氧及间气池，但污水处理厂并不一定有空间来增建好氧及间气池，即使能增建，额外的处理成本增加也很高。因此，如何提高好氧及间气处理过程的效果，在技术上存在着很大的改善空间。
发明内容为此，本发明所要解决的技术问题是:提供一种横向回流装置及使用该装置的水池和河道，使得在水池和河道中可以形成循环的水流，即横向回流。于是，本发明提供了一种横向回流装置，根据进水口和出水口的位置而设置在水池内部，该横向回流装置包括:一用于引导水流方向的弧形物装置和一用于固定该弧形物、并将该横向回流装置固定在水池内的固定装置，进水口处进入的水，在其流动力的作用下，流经所述弧形物装置表面时，被其表面形状弓I导，形成一旋转方向，并形成循环水流。其中，所述弧形物装置的弧度为弧行线的一部分。所述弧形线包括椭圆弧形线和正圆形弧形线。所述弧形线的短距和长距比为4比4至5比16之间。所述固定装置为一角架，该角架的两端分别与所述弧形物装置固定连接。所述横向回流装置还包括:设置在所述角架和弧形物装置中间形成的空心部处，用于平衡水浮力的沙包。优选的，在所述弧形物装置上设置有至少一个进水用的水管，该水管开孔于弧形物装置上。本发明还提供了 一种水池，其进水口和出水口在一水平线上，在水池内出水口前方处设置一所述的横向回流装置，在水池内部接近水表面处左右对称的设置一对所述的横向回流装置，所述水池在进水口和所述横向回流装置间形成循环水流。本发明还提供了一种水池，在水池内设置有至少上下两层的左右对称的所述的横向回流装置，所述横向回流装置尺寸相等，将该水池划分成上下至少两个分解作业水池。本发明还提供了一种水池，在水池内设置有至少上下两层的左右对称的所述的横向回流装置，上层的两个左右相对的横向回流装置尺寸小于下层的两个左右相对的横向回流装置尺寸，将该水池划分成上下至少两个不同用途的分解作业水池。本发明还提供了一种河道，在河道两岸各设置有所述的横向回流装置，该横向回流装置的弧形物装置的长距侧垂直安装在河道上，该横向回流装置的弧形物装置的一部分设置在水面上，其余部分设置在水平下，前进的水流和所述横向回流装置在河道中形成至少一个循环水流。本发明所述横向回流装置及使用该装置的水池和河道，能使池内的流体产生横向回流。横向回流是指依流体表面平行的一个方向为旋转方向，使池内的流体产生循环流动。通常离心分离作业时，其水体旋转的方向是和重力方向相同，而横向回流的旋转方向在水平地表面是和重力方向垂直。本发明所述横向回流装置及使用该装置的水池和河道，使池内流体在横向回流过程中，污染物尤其是比重较大的污染物，能够有较长的滞流时间，以便被处理，而部分处理过的流体能及时排出池外。本发明所述横向回流装置及使用该装置的水池和河道，使池内的流体，因流体自身流入的流动力而产生横向回流，而不需另外提供能量来维持池内的横向回流，节省能源。本发明所述横向回流装置及使用该装置的水池和河道，在无流体流入的情况下，因流体在池内的温度差别，浓度差别，甚至池表面的风力引导，使流体因自然对流而产生横向回流。本发明所述横向回流装置及使用该装置的水池和河道，使厌氧、间气、及好氧反应，能在一池内并存进行，增加厌氧反应的脱氮效果。
图1是本发明实施例所述横向回流的整体示意图。图2是本发明实施例所述横向回流装置示意图。[0024]图3是本发明实施例所述多个横向回流装置安置在水槽的示意图。图4是横向回流装置附进水孔的示意图。图5是依横向回流装置附进水孔的整体横向回流示意图。图6是横向回流在厌氧池作业的示意图。图7是横向回流在合并的厌氧间气及好氧作业的示意图。图8是横向回流装置在间气池的示意图。图9是横向回流在河道的示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明进行详细描述。如图1所示，水槽10，在其左上部位设有一横向回流装置12，在其右上部位设有另一横向回流装置14，进水口 16位于左下部位的箭头处，进水在水体内成逆时针方向流动。在流经横向回流装置14的弧形面时，因水流在此弧形面的引导，使水流有横向动力继续向左前行。水流遇到横向回流装置12的弧形面时，因横向回流装置12的弧形面的引导及反作用力，使水流有向下动力继续流动，如此形成循环流动。此循环流动的旋转方向是和水表面上的一个方向平行，即，此水流是依水表面平行的一个方向为旋转方向，形成的循环流动，在实施例中称其为横向回流。逆时针方向的横向回流使水体内比重较大或容积较大的污染物，有较长的滞留时间进行分解处理，而部分处理过的水经由置于右上部位的箭头处的出水口 18流出。图1中的横向回流装置12和横向回流装置14，是一弧形物装置，它的弧度可以是椭圆弧形线的一部分。这里所述的椭圆弧形线包括正圆形弧形线。弧形物装置的弧度亦可是其它弧角度的组合，弧形线的短距和长距比，优选的范围是4比4和5比16之间。进水自进水口 16处流入的动力，因横向回流装置12和14的安置，引导水流逐渐形成横向回流。若水槽10是以好氧反应为主，那么，输入的氧气泡均匀分布，其能应用的氧总量会增加。因水的溶氧量是由水温、气压、及各物质的总溶解量而决定，然而水体中的氧消耗使用，无论是化学需氧或生物需氧，是在污染物集中的区域。水体中有横向回流，可以提供更多的氧气进行学需氧消耗或生物需氧消耗使用，这可减少输入氧气管在槽底的排列。图1中的横向回流另一优势是，大颗粒的或比重较大的污染物在横向回流过程中有较长的滞流时间逐渐氧化和分解，形成小颗粒的污染物。小颗粒的污染物容易受浮力作用引导，而上浮至水槽10的上部，充分接触大气，溶氧量足，容易进一步分解。如图2所示，横向回流装置20根据进水口和出水口的位置而设置在水池内部，其包括:一用于引导水流方向的弧形物装置22和一用于固定该弧形物、并将该横向回流装置固定在水池内的固定装置，本实施例中所述固定装置为一角架，该角架包括架24和架26，该角架的两端分别与所述弧形物装置22，也即弧形板22固定连接。弧形物装置22的尾端附着在垂直板，即架24的一端，上面的平行板，即架26附着在架24及弧形板22的另一端。所述角架，可以是直角架，也可以是任意角角架，本实施例中架24和架26组成一直角架。整个横向回流装置20可以用塑料，橡胶，玻璃纤维，水泥，或不锈钢来减少材料因浸水腐蚀，或是用防腐处理过的木料及织布材料，或是以上所列及其它材料之组合。横向回流装置20若是采预铸模方式，包括其他辅助结构，例如前后两边的防水挡板，在图2中，斜纹板28代表横向回流装置20 —边的防水挡板，可以预先分别做好，或是在预铸时一体成型，然后运送到现场组装。横向回流装置20可以用高强度螺丝锁在水池壁上，或用黏着剂贴在壁上。所述横向回流装置20还包括:设置在所述角架和弧形物装置中间形成的空心部处，用于平衡水浮力的沙包。即，在横向回流装置20中间空心部分可添加沙包，以平衡水的浮力。横向回流装置20若是采用现场铸模方式，例如以木板模为外壳，金属条为横向回流装置20的支撑结构，灌水泥混凝土於木板模内，横向回流装置20设置在角架和弧形物装置22中间形成的空心部处，可添加空罐以减少整体重量，水泥混凝土凝结成形後，移除外壳的木板模，横向回流装置20即成为其所在水槽的部分结构。图1的横向回流装置12和14可以应用于矩形的水池中，同样的原理亦可用于水池是圆形、椭圆形、或其它形状的水池中。为促进水池内的水横向回流，多个横向回流装置可装在不同位置，例如，在图3中，其进水口和出水口在一水平线上，在水池内出水口前方处设置一横向回流装置，在水池内部接近水表面处左右对称的设置一对横向回流装置，所述水池在进水口和所述横向回流装置间形成循环水流。本实施例图3所示水池中的横向回流装置30在左上部位，横向回流装置32在右上部位，另在池底加装横向回流装置34，使水池在进水口 36和出水口 38之间，形成横向回流。如图4所示，在述弧形物装置22上设置有至少一个进水用的水管，该水管开孔于弧形物装置上。即:在横向回流装置40上方接水管42做进水用。弧形板在接近尾端处打孔形成孔道44，使水经由孔道44流入水池。图4中虽只标明一个水流孔道44，但实际作业中可有多个孔道以增加流入水量。图5是这种结构的横向回流装置40在水池内的应用方式之一。在图5中可看出横向回流装置50在左上部位，横向回流装置52在右上部位，进水口 54在横向回流装置50上面的箭头处，出水口 56是在水池右上部。此横向回流装置40附有进水流结构，水从孔道流入的动力，容易形成较快速的横向回流运动，并顺便带动池底的污泥，增加整个横向回流区的分解效果。横向回流除在好氧作业有明显优势外，在厌氧及间气作业亦有明显优势。图6是横向回流装置在厌氧池作业的体现，来说明其原理。在图6中，横向回流装置60在左上部位，横向回流装置62在右上部位，水池上有顶部结构64，加盖主要是隔离大气的氧气。进水口 66在水池左下部位的箭头处，出水口 68在右上部位的箭头处。进水本身的溶氧在水池内消耗完后，基本上这水池内的横向回流区域是在厌氧作业状态。若是生活废水，主要厌氧作业是氨的反硝化脱氮。若是废水中含氧化硫，厌氧作业亦可用来分离氧化硫和污染物。在反硝化脱氮过程产生的气体堆积在顶部结构64下，水体在横向回流装置60及62以上部分形成另一分解作业区。在图6中，大颗粒的污染物在横向回流区域进行分解，而分解产生的小颗粒副产品飘浮至水面的分解作业区继续分解。这分工合作的结果能促进整个厌氧池的分解作业。进一步，横向回流装置可以使厌氧、间气、及好氧反应作业合并于一水池内。如图7所示，水槽70是深度较一般正常污水处理池深的水池，深度通常超过6公尺。其进水口在出水口的下方，在水池内设置有至少上下两层的左右对称的横向回流装置，所述横向回流装置尺寸相等，将该水池划分成上下至少两个分解作业水池。本实施例图7所示水池中，设置有两对横向回流装置，一对横向回流装置71和72在水槽70的上半部，靠近水表面。另一对横向回流装置73和74是在水槽70内，位置低于那一对横向回流装置71和72。进水口 76在水池左下部位的箭头处，出水口 78在右上部位的箭头处。进水流入水槽70后，在这对横向回流装置73和74和池底之间形成厌氧作业状态的横向回流，大颗粒的污染物、反硝化脱氮甚至脱硫在此区域内进行分解。在这两对横向回流装置之间，形成间气作业状态的横向回流。间气是指间续有氧，污染物由间气微生物继续分解。随后污染物经由浮力，进入水表面和横向回流装置71和72之间，此区域为好氧作业状态，污染物继续在氧化分解成更小的颗粒。图7提供的厌氧间气及好氧反应合并于一水池作业的方式，将可减少污水厂在好氧及间气作业所需要的占地面积。图8是另一横向回流方法优选设计在厌氧间气及好氧反应合并于一水池的作业。水槽80是一般正常污水处理池深的水池。在水池内设置有至少上下两层的左右对称的横向回流装置，上层的两个左右相对的横向回流装置尺寸小于下层的两个左右相对的横向回流装置尺寸，将该水池划分成上下至少两个不同用途的分解作业水池。如图8所示的水池中，设置有两对横向回流装置，一对横向回流装置81和82在水槽80的上半部，靠近水表面，而另一对横向回流装置83和84在水槽80内，位置低于那一对横向回流装置81和82。进水口 86在水槽80左下部位的箭头处，出水口 88在水槽80右上部位的箭头处。在图8中可看出，在水槽80中，位在下部那一对横向回流装置83和84的尺寸比位在上半部那一对横向回流装置81和82大。这使得进水自进水口 86流入水槽80后，在这对横向回流装置83和84和池底之间形成厌氧作业状态的横向回流，而减少氧气自横向回流装置83和84上面的水体进入。水槽80中，横向回流装置81和82，和横向回流装置83和84之间，形成间气作业状态的横向回流，消耗水体中的溶氧。而从横向回流装置81和82上部至水表面区域是好氧作业。根据本发明实施例所述的横向回流方法及装置，可适用于各种产业中，例如，污水及供水处理，河道环境保护，农业和食品发酵，及水产养殖。横向回流方法及装置应用于污水及供水处理时有许多优势，特别是处理工艺包括好氧、厌氧或间气。横向回流作业方式用于好氧池，例如，图1、图3、及图5的作业方式，可使比重较大的或是颗粒较大的污染物，有较长的滞流时间进行分解作业。生活污水在节庆时期，常有大量的污染物，这使好氧池有自动调节的能力，自行让污染物因有较长的滞流时间，使氧化分解作业较为完全。横向回流作业方式用于厌氧池，例如，图6作业方式，可使水池内厌氧作业分为两区，水体在横向回流装置60及62至池底间形成横向回流，厌氧作业过程中产生的气泡因水体的流动能较快上浮，增加厌氧作业效率，且分解过程产生的小颗粒副产品飘浮至横向回流装置60及62以上的分解作业区，增加整体厌氧池作业效果。横向回流作业方式用于间气池，例如，图7及图8作业方式，经由能横向回流设备的辅助，将厌氧、间气、及好氧反应作业合并于一水池内。这和分别分解反应作业比较，能减少污水处理厂的占地面积。间气池因不需加盖而减少间气池日常的维护修理需求。横向回流作业方式在污水及供水处理应用的另一个优势是调节水温。传统的污水处理池在冬季时，因当地气温可能降至摄氏零度以下，水池底部的温度较高，而靠近水面的水温仍低于摄氏拾度。微生物在低温环境下时显著地降低其活动及分解能力，这使水池只能靠水池下半部的微生物进行分解作业，所以整体水池的作业效果，无论是好氧或间气，都因低气温而大打折扣。若污水处理池采横向回流作业方式，水温因回流而调节，进而减少污水处理池受低气温的影响。对采用活性污泥或以其它活性载体为主的好氧和间气工艺，增加横向回流作业方式的另一个优势是节省动力能源。以活性污泥为载体能增加水池内微生物分布密度，但需要将流出的活性污泥用机械动力输送回水池，长时间的循环作业无可避免地将增加动力成本，特别是那些需要大量活性污泥循环作业以搅动活性污泥的工艺。增加横向回流作业方式，水体流入时自身的动力能助长水池内的横向回流，这可显著地降低活性污泥循环作业的需要。若设计适当时，水池内的横向回流足以使活性污泥达到预期活性污泥循环效果，定期补充流失的活性污泥而不需要长时间能源消耗来维持活性污泥循环作业。横向回流另一个应用是使用于发酵作业。发酵过程中在容器内发酵液体产生的温度差，浓度差，可经由横向回流装置的辅助，产生自然横向回流而使温度差和浓度差较均匀，增加发酵作业效率，减少传统过去需要的搅拌或循环，节省动力能源。本实施例还提供了一种河道，在河道两岸各设置有所述的横向回流装置20，该横向回流装置的弧形物装置的长距侧垂直安装在河道上，该横向回流装置的弧形物装置的一部分设置在水面上，其余部分设置在水平下，前进的水流和所述横向回流装置在河道中形成至少一个循环水流。即:横向回流亦可以应用在河道保养，特别是有闸门，或是水流缓慢，水停留期长的河道。图9是河道横向回流示意图。在此图中可看出，河道90的两岸各有有横向回流装置92及94。这两个横向回流装置的弧度长距是采垂直安置方式，水面波动95是由风带动，或是由机械叶片带动，经由河道边的横向回流装置引导，使河道切面产生横向回流。若河道水向前缓进，则前进流动加上横向回流，形成螺旋状的水流。螺旋状的横向回流从河岸边向河道中间延伸。通常河道面较宽，河道水可能形成一个或更多个横向回流。如图9中所示，河道90的中间较深，靠近岸边较浅，风向96是由图的左边吹向右边产生水波，河道横切面产生三个横向回流97、98、99。河道水在横向回流作用下，将溶氧带到河道底部，能帮助微生物分解有机污泥。微生物在有溶氧比缺氧的情况下，能增加5至10倍的分解有机污泥效果，减少河道底部有机污泥的累积及异味，达到河道保养的目的。和图9类似的原理，横向回流亦可应用在蓄水池，水库及湖泊的水质保养，池面以叶片或其它机械方式不定期供氧，并在水面产生波动，水波扩展到岸边的横向回流装置时，受其引导形成不同程度的横向回流，水流将溶氧带入池底部，加速分解陈积在池底的有机污泥。同样的原理，横向回流亦可应用在水产养殖池，池面以叶片或其它机械方式供氧，并在池面产生波动，水波受横向回流装置的引导形成横向回流，增加养殖池的底部供氧及减少养殖池底部有机污泥。本发明实施例所述的横向回流方法及装置还有许多用途，它预计将吸引各产业的潜在用户。横向回流作业方式具有成本效益的优势。横向回流装置依进水口及出水口位置来安排其在水池内的位置，水流经横向回流装置的弧面产生的引导，使水流产生横向流动，增加被分解物的滞留时间，达到水质改善，增加水体自动调节滞流时间的能力。此方式能减少运行成本，节省动力能源消耗。因此，根据本发明的横向回流方法及装置预计将有许多工业和商业应用，广为流传和持久。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求1.一种横向回流装置，根据进水口和出水口的位置而设置在水池内部，其特征在于，包括一用于引导水流方向的弧形物装置和一用于固定该弧形物、并将该横向回流装置固定在水池内的固定装置，进水口处进入的水，在其流动力的作用下，流经所述弧形物装置表面时，被其表面形状引导，形成一旋转方向，并形成循环水流。
2.根据权利要求1所述的横向回流装置，其特征在于，所述弧形物装置的弧度为弧行线的一部分。
3.根据权利要求2所述的横向回流装置，其特征在于，所述弧形线的短距和长距比为4比4至5比16之间。
4.根据权利要求1所述的横向回流装置，其特征在于，所述固定装置为一角架，该角架的两端分别与所述弧形物装置固定连接。
5.根据权利要求4所述的横向回流装置，其特征在于，该横向回流装置还包括:设置在所述角架和弧形物装置中间形成的空心部处，用于平衡水浮力的沙包。
6.根据权利要求1所述的横向回流装置，其特征在于，在所述弧形物装置上设置有至少一个进水用的水管，该水管开孔于弧形物装置上。
7.一种水池，其进水口和出水口在一水平线上，其特征在于，在水池内出水口前方处设置一如权利要求1至6任意一项所述的横向回流装置，在水池内部接近水表面处左右对称的设置一对如权利要求1至6任意一项所述的横向回流装置，所述水池在进水口和所述横向回流装置间形成循环水流。
8.—种水池，其进水口在出水口的下方，其特征在于，在水池内设置有至少上下两层的左右对称的如权利要求1至6任意一项所述的横向回流装置，所述横向回流装置尺寸相等，将该水池划分成上下至少两个分解作业水池。
9.一种水池，其进水口在出水口的下方，其特征在于，在水池内设置有至少上下两层的左右对称的如权利要求1至6任意一项所述的横向回流装置，上层的两个左右相对的横向回流装置尺寸小于下层的两个左右相对的横向回流装置尺寸，将该水池划分成上下至少两个不同用途的分解作业水池。
10.一种河道，其特征在于，在河道两岸各设置有如权利要求1至6任意一项所述的横向回流装置，该横向回流装置的弧形物装置的长距侧垂直安装在河道上，该横向回流装置的弧形物装置的一部分设置在水面上，其余部分设置在水平下，前进的水流和所述横向回流装置在河道中形成至少一个循环水流。
专利摘要本实用新型提供了一种横向回流装置及使用该装置的水池和河道，其中所述横向回流装置包括一用于引导水流方向的弧形物装置和一用于固定该弧形物、并将该横向回流装置固定在水池内的固定装置，进水口处进入的水，在其流动力的作用下，流经所述弧形物装置表面时，被其表面形状引导，形成一旋转方向，并形成循环水流。本实用新型所述横向回流装置及使用该装置的水池和河道，能使池内的流体产生横向回流，在横向回流过程中，污染物尤其是比重较大的污染物，能够有较长的滞流时间，以便被处理，而部分处理过的流体能及时排出池外。
文档编号E04H4/12GK203050161SQ20132001546
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者吴正新 申请人:吴正新