本实用新型属于水污染处理技术领域，特别涉及一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置。
背景技术：
近年来，湖泊等水体的富营养化问题使其成为轻污染水体，其溶解氧含量降低、藻类等水生植物繁衍迅速、鱼类等大量死亡。尽管近年来我国已加大防治富营养化污染水体的治理力度，但是富营养化问题并没有得到有效控制和缓解。
目前国内针对湖泊等受污染水体的处理技术可以分为两大类，一类是以工业和工程类技术处理为主，主要包括湖泊沉积物疏浚技术、湖泊理化性质改善技术和沉积物覆盖技术；另一类是以生物修复技术为主，如生态控藻技术、微生物净化技术和植物净化技术。其中，沉积物疏浚技术适应性较低；湖泊理化性质改善技术易造成二次污染；沉积物覆盖技术没有彻底去除污染物。生态控藻技术、生物净化技术和植物净化技术都需要引入外界生物种类进入水体系统，不仅可能由于装置中营养物质有限，难以维持引入生物的正常生命活动，还可能影响系统的原有平衡。
曝气技术是近年来主要用于解决轻污染水体富营养化问题的新技术，主要通过向水下注气的方法对水体充氧，增加水体的溶解氧。我国常见曝气装置有鼓风机－微孔曝气、叶轮吸气推流式曝气装置、水下注射流装置和纯氧增氧装置。这些装置的安装方式有固定式安装和移动式安装。总氮包括有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮。未处理的污水中，总氮主要以有机氮和氨氮的形式存在。污水的处理原理为好氧条件下，有机氮被氨化菌分解转化成氨氮，氨氮通过亚硝化细菌转化成亚硝酸氮，继而在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氮；在缺氧条件下，硝酸氮在反硝化菌的作用下转化成氮气，从水体中逸出至空气中，至此有机氮和氨氮得以去除。采用固定式安装的曝气装置时，曝气地点固定，此处水体处于好氧环境，硝化细菌将氨氮氧化成硝酸氮，但由于曝气地点固定，水体受处理面积有限，无法形成缺氧环境，硝酸氮不能还原成氮气，氨氮无法彻底去除。采用移动式安装的曝气装置时，曝气装置如鼓风机等装置的体积和重量大，安装条件较高，应用条件受限。有机氮和氨氮等未彻底反应去除而产生硝酸氮滞留在水体中，其对人体健康产生较大的危害，硝酸氮本身虽无毒，但在人胃中可能还原为亚硝酸氮，与仲胺作用可生成亚硝胺，亚硝胺则是致癌、致变异和致畸胎的三致物质。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本实用新型提供了一种于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，通过潜水推流器和不同入水深度螺旋桨的互相配合使水体形成一定的溶解氧浓度梯度，而且水体在不同时间和空间中交替形成无数的“好氧-缺氧-厌氧”的微环境，从而提高氮的脱除效果。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，包括浮体、太阳能电池板、填料箱、潜水推流器和螺旋桨，所述浮体为内部空心的圆柱体，所述浮体的内部放置有蓄电池、差压变送器和中央控制器，所述太阳能电池板通过支撑杆固定于浮体顶面，所述填料箱位于浮体底部，所述潜水推流器有两个且穿过填料箱固定于浮体底部，所述浮体的底面边沿周向均匀分布有偶数个孔洞，每个所述孔洞中安装有一个螺旋桨；
所述太阳能电池板分别与潜水推流器、蓄电池、差压变送器、中央控制器和螺旋桨动力输入端相连，所述蓄电池分别与潜水推流器、差压变送器、中央控制器和螺旋桨动力输入端相连，所述差压变送器的信号输出端与中央控制器的信号输入端相连，所述中央控制器的信号输出端分别与潜水推流器和螺旋桨的信号输入端相连。
进一步地，在上述技术方案中，所述两个潜水推流器沿浮体底面的径向方向设置，且安装方向相反。
进一步地，在上述技术方案中，所述孔洞和螺旋桨沿两个潜水推流器的连线方向呈轴对称分布。
进一步地，在上述技术方案中，所述螺旋桨的数量为2n个，n为大于等于2的整数，所述2n个螺旋桨中，一个螺旋桨与其轴对称的另一个螺旋桨组成一个螺旋桨组，形成n个螺旋桨组，其中，同一螺旋桨组中的螺旋桨入水深度相同，不同螺旋桨组中的螺旋桨入水深度不同。
更进一步地，在上述技术方案中，所述同一螺旋桨组中的螺旋桨的转动方向相反。
进一步地，在上述技术方案中，所述填料箱为镂空的钢丝网架，所述填料箱内部设置有弹性填料。
]本实用新型的有益效果为：
(1)利用螺旋桨对水体的搅拌及提升，形成涡流，增强水体的流动性及提高水体的溶解氧浓度，且螺旋桨入水深度不同，可以实现不同深度的水体的充氧和提升效果，增强水体的紊动效果；
(2)填料为微生物提供更好的附着场所和生长环境，有助于水体中污泥浓度的稳定，提高污泥龄和有机杂质的降解效果，同时降低剩余污泥量；
(3)装置位移采用往复周期运动模式，使水体形成一定的溶解氧浓度梯度，从而使水体在不同时间和空间中交替形成无数的“好氧-缺氧-厌氧”的微环境，随着螺旋桨的不断搅动，水体中会出现大量的微小漩涡，这些不断迁移着的漩涡携带着水体中的各类兼性菌群不断经历这样的“好氧-缺氧-厌氧”的微环境，原水中的氨氮最终将转化成氮气进入空气，从而被彻底去除；
(4)构造简单，质量轻便，无重大运行设备，而且通过中央控制器可对装置进行远程控制，管理方便，以太阳能为能量来源，无需其他能耗。
附图说明
图1为本实用新型其中一个实施例的俯视图；
图2为图1中1-1剖面图；
图3为图2中的2-2剖面图；
图4为整个装置沿图3中的3-3的剖面图；
图5为本实用新型运行过程中的螺旋桨搅拌方向示意图；
图6为本实用新型的位移变化示意图；
图7为本实用新型的电路工作示意图；
图中：1-浮体，2-太阳能电池板，3-填料箱，4-潜水推流器，5-蓄电池，6-差压变送器，7-中央控制器，8-支撑杆，9-孔洞，10-螺旋桨，11-逆变器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，但不应理解为对本实用新型的限制。
如图1～4所示，一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，包括浮体1、太阳能电池板2、填料箱3、潜水推流器4；浮体1为内部空心的圆柱体，所述浮体1的内部放置有蓄电池5、差压变送器6和中央控制器7，太阳能电池板2通过支撑杆8固定于浮体1顶面，填料箱3设置于浮体1底部，潜水推流器4有两个且穿过填料箱3固定于浮体1的底部，浮体1的底面边沿周向均匀分布有偶数个孔洞9，每个孔洞中安装有一个螺旋桨10，孔洞9的大小适用于安装相应尺寸的螺旋桨10。
浮体1为整个装置载体且为装置提供浮力，其外形为圆柱体，浮体1的材质可以为铝合金、聚苯乙烯泡沫板等轻质材料；浮体的内部为空心结构，空心结构不仅能够增大装置在水中的浮力，还可用来放置蓄电池5、差压变送器6、中央控制器7和逆变器11，并维持整个装置的平衡；为了便于太阳能电池板2的放置，浮体1顶面的边沿设置有凸起的围挡；另外，为了取放浮体内部的装置，浮体的顶面还设有直通内部空心结构的顶盖。
太阳能电池板2通过支撑杆8固定于浮体顶面，用于收集太阳能，然后通过太阳能控制器对蓄电池5充电，以及经逆变器为潜水推流器4、螺旋桨10、差压变送器6和中央控制器7提供电能，太阳能控制器可以安装在浮体1的内部。在图1所示的一个实施例中，太阳能电池板2共有5块，均为矩形，五块太阳能电池板2根据浮体1的圆形顶面进行布置，周边4块，中心一块，位于周边的四块太阳能电池板2的相邻两块之间的夹角为90°，且此4块电池板靠近顶面圆心的一端通过支撑杆8与浮体顶面形成一定的夹角，位于中心处的电池板水平设置，且四周与周边的4块电池板相接，从而实现五块电池板360°环向安装，以保证更好的吸收太阳能。如图7所示，太阳能电池板2通过太阳能控制器分别与潜水推流器4、蓄电池5、差压变送器6、中央控制器7和螺旋桨10动力输入端相连，蓄电池5分别与潜水推流器4、差压变送器6、中央控制器7和螺旋桨10动力输入端相连。
填料箱3固定设置于浮体1的底部，填料箱3为镂空的钢丝网架，呈圆柱形结构，填料箱内部设置有弹性填料，能够为微生物提供更好的附着场所和生长环境。在实际应用中，填料可采用质轻、多孔、机械强度高的纤维聚合物材料以及波纹状或蜂窝状的结构形式。
潜水推流器4共有两个，其安装杆穿过填料箱3固定于浮体1的底部，用于为装置提供移动的动力；两个潜水推流器4沿浮体1底面的径向方向设置，且安装方向相反，用于控制装置移动方向的改变。
如图5所示，偶数个孔洞9和螺旋桨10沿两个潜水推流器4的连线方向呈轴对称分布。螺旋桨10的顶端固定在对应的孔洞9中，底端直接深入水体中，螺旋桨10的数量为2n个，n为大于等于2的整数，2n个螺旋桨10中，一个螺旋桨10与其轴对称的另一个螺旋桨10组成一个螺旋桨组，形成n个螺旋桨组；其中，同一螺旋桨组中的螺旋桨入水深度相同，不同螺旋桨组中的螺旋桨入水深度不同，且各组的入水深度可根据水体的深度和实际需要灵活多层设置，以形成不同深度的水体的充氧和提升，增强水体的紊动效果；而且，在实际运行中，同一螺旋桨组中的螺旋桨的旋转方向是相反的，且位于两个潜水推流器连线同侧的不同组的螺旋桨的旋转方向是相同的，如图5所示，这样可以形成不同方向的漩涡流，增大水体的流动性，维持整个装置的力偶平衡。进行脱氮处理时，可以将全部的螺旋桨打开，也可以选择开启其中的几组螺旋桨。
差压变送器6附带安装有两个导管，一个导管安装在浮体底部，与水接触，感受水的压力，形成正压侧面；另外一个导管安装在位于中心水平放置的太阳能电池板下方，与大气相通，连通大气，形成负压侧面。浮体1处于不同水深，作用在差压变送器6正压侧的压力有所不同，水深越大，感受到的水压力越大，正负压侧面的差值越大，反之越小；差压变送器通过正负压侧面差值(δp)与水深(δh)的正比例函数变量关系(δp＝ρgδh,ρ、g为定值)，将转化的电流信号输送至中央控制器7，通过对浮体1浸入水中的深度δh的控制，防止装置搁浅。
中央控制器7的信号输出端分别与潜水推流器4和螺旋桨10的信号输入端相连，用于控制潜水推流器4的开启和关闭，以及控制装置位移的速度及运行时间等参数，优选的，可以将装置的运动位移规律设置成往复周期运动模式，如图6所示，另外，通过中央控制器7还可以实现远程遥控。
整个装置的电路工作示意图如图7所示：当太阳能较为充足的时候，太阳能电池板将太阳能转化为电能，太阳能控制器对多路太阳能电池板、太阳能电池及逆变器进行自动控制。通过太阳能控制器的控制作用，一部分电能通过逆变器转化为交流电，并向螺旋桨、潜水搅拌器、差压变送器和中央控制器提供电源，剩余的电能储存在蓄电池中。当太阳能不足的时候，蓄电池中的电能则进行释放，通过逆变器转化为交流电，为螺旋桨、潜水搅拌器、差压变送器和中央控制器提供电源。
本实用新型的工作原理具体为：太阳能电池板2吸收太阳能后，将太阳能转化成电能，用于潜水推流器4、螺旋桨10、差压变送器6和中央控制器7的运行，多余的电能则储存在蓄电池5中。潜水推流器4同一时刻只开启一个，用于推动整个装置的前进。同时，选择性开启的几组螺旋桨组，由于同一组中的螺旋桨10转动方向相反且安装深度相同，故装置除了潜水推流器4的前进方向之外，其他方向均可保持平衡，转动的螺旋桨10对水体进行充分搅拌及提升，使水体形成涡流，从而增强水体的流动性及提高水体的溶解氧浓度。当浮体1运动至一定位置时，通过中央控制器7关闭正在运行的潜水推流器4，并开启另一个潜水推流器4，使装置按照中央控制器7设置的往复周期运动模式沿原方向返回至一定的距离，如图6所示。通过此往复周期运动模式，能够使水体形成一定的溶解氧浓度梯度，从而使水体在不同时间和空间中交替形成无数的“好氧-缺氧-厌氧”的微环境。随着螺旋桨10的不断搅动，水体中会出现大量的微小漩涡，这些不断迁移着的漩涡携带着水体中的各类兼性菌群不断经历这样的“好氧-缺氧-厌氧”的微环境。在好氧环境下，兼性菌中的硝化细菌将氨氮氧化成硝酸盐或亚硝酸盐，在缺氧环境下，这些兼性菌则发挥出反硝化细菌的功能，将水体中的硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气，逸出进入空气。因此，原水中的氨氮最终将转化成氮气进入空气，从而被彻底去除，使系统能够实现同步硝化反硝化脱氮的目标。同时，附着在填料上的微生物在氧气浓度梯度变化的微生物环境中，有助于水体中污泥浓度的稳定，提高污泥龄和有机杂质的降解效果，同时降低剩余污泥量。此外，通过螺旋桨10不同安装深度的灵活多层设置，能够对不同深度的水体进行处理，差压变送器6配合中央控制器7可以防止装置搁浅。
需要指出的是，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型教导所作的任何变更或改进，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
1.一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，其特征在于，包括浮体(1)、太阳能电池板(2)、填料箱(3)和潜水推流器(4)，所述浮体(1)为内部空心的圆柱体，所述浮体(1)的内部放置有蓄电池(5)、差压变送器(6)和中央控制器(7)，所述太阳能电池板(2)通过支撑杆(8)固定于浮体(1)顶面，所述填料箱(3)设置于浮体(1)底部，所述潜水推流器(4)有两个且穿过填料箱(3)固定于浮体(1)的底部，所述浮体(1)的底面边沿周向均匀开设有偶数个孔洞(9)，每个所述孔洞(9)中安装有一个螺旋桨(10)；
所述太阳能电池板(2)分别与潜水推流器(4)、蓄电池(5)、差压变送器(6)、中央控制器(7)和螺旋桨(10)动力输入端相连，所述蓄电池(5)分别与潜水推流器(4)、差压变送器(6)、中央控制器(7)和螺旋桨(10)动力输入端相连，所述差压变送器(6)的信号输出端与中央控制器(7)的信号输入端相连，所述中央控制器(7)的信号输出端分别与潜水推流器(4)和螺旋桨(10)的信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，其特征在于，所述两个潜水推流器(4)沿浮体(1)底面的径向方向设置，且安装方向相反。
3.根据权利要求2所述的一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，其特征在于，所述孔洞(9)和螺旋桨(10)沿两个潜水推流器(4)的连线方向呈轴对称分布。
4.根据权利要求3所述的一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，其特征在于，所述螺旋桨(10)的数量为2n个，n为大于等于2的整数，所述2n个螺旋桨(10)中，一个螺旋桨(10)与其轴对称的另一个螺旋桨(10)组成一个螺旋桨组，形成n个螺旋桨组，其中，同一螺旋桨组中的螺旋桨(10)入水深度相同，不同螺旋桨组中的螺旋桨(10)入水深度不同。
5.根据权利要求4所述的一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，其特征在于，所述同一螺旋桨组中的螺旋桨(10)的转动方向相反。
6.根据权利要求1所述的一种用于轻污染水体总氮脱除处理的多层搅拌装置，其特征在于，所述填料箱(3)为镂空的钢丝网架，所述填料箱(3)内部设置有弹性填料。
技术总结