專利名稱：用于池塘、湖泊和其它水體的水循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
用于池塘、湖泊和其它水體的水循環(huán)系統(tǒng) 發(fā)明背景1. 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于池塘、湖泊和其它水體的循環(huán)系統(tǒng)的領(lǐng)域，更具 體地涉及用于較大且^1深的水體的這種循環(huán)系統(tǒng)以及用于41小水體如市政廢水池的系統(tǒng)的領(lǐng)域，其中前一水體需要相當(dāng)高的流率以i"更最 有效地工作，而后一水體主要設(shè)計(jì)用于處理生活和工業(yè)廢水，并且為 了有效工作而具有特殊的要求。2. 背景討論對(duì)于需要高流率以便最有效地工作的較大且較深的水體而言，這 種系統(tǒng)的基本目標(biāo)是在從池塘的底部深處提升起水時(shí)可產(chǎn)生流至池 塘邊緣的近似層流的表面流。在這樣做時(shí)，底部深處的缺氧的水就暴 露在大氣中并從中吸收氧氣，而不需要的氣體如硫化氫則排放到大氣 中。另外，在池塘中產(chǎn)生了全面的循環(huán)模式，其將整個(gè)池塘中的復(fù)氧 水混合起來(lái)。這種混合又加速了使水凈化的生物學(xué)過(guò)程和太陽(yáng)能過(guò) 程。所得的清潔作用是特別合乎需要的，這是因?yàn)槠渖婕暗娇刂苹蛉?除雜草生長(zhǎng)、藻類水面增殖、淤泥累積、魚群死亡、臭氣、大量的氮 氣和磷、酸度、懸浮顆粒以及其它條件。運(yùn)行循環(huán)系統(tǒng)的泵或葉輪的功率可用性和季節(jié)性氣候條件(例如 表層水)對(duì)于優(yōu)化性能提出了巨大的設(shè)計(jì)難題。偏遠(yuǎn)的池塘或其它水 體尤其存在問(wèn)題，因?yàn)榭捎玫哪茉粗挥刑?yáng)能。然而，系統(tǒng)的葉輪最 好能夠從相對(duì)較大的深度如30到50英尺或更深處提發(fā)并引導(dǎo)相對(duì)舉支 大體積的水流。另外，這種上流或提升必須通過(guò)以近乎層流的才莫式平 緩且均勻地使水在池塘表面上擴(kuò)散的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。否則，被提升上來(lái) 的水的全面流動(dòng)和混合將不會(huì)到達(dá)池塘的邊緣，而僅是聚集在葉輪的中間區(qū)域，并使池塘的外部流域停滯且未經(jīng)處理。在如上所述的設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)中，池塘的表面將持續(xù)地#皮/人底部 深處抽上來(lái)的水更新，同時(shí)保持流至池塘邊緣的表面層流。之后，表 層水從大氣中吸收氧氣，同時(shí)將不需要的氣體如硫化氫從水中排放到 大氣中。在其它的有益作用中，整個(gè)池塘深度范圍內(nèi)的混氣水的這種 表面復(fù)氧和后續(xù)的混合和擴(kuò)散將增大所需要的需氧活性。這還將減少 水中的懸浮固體和不溶固體，提高池塘的清澈度，并有助于陽(yáng)光穿透 和熱量傳遞，以便進(jìn)行進(jìn)一步清潔。在用于較小水體如處理生活和工業(yè)廢水的市政廢水池的循環(huán)系 統(tǒng)中，上述遍及整個(gè)水體的高流動(dòng)性的循環(huán)才莫式對(duì)于處理廢水來(lái)說(shuō)并 不總是有效的，在某些情況下可能會(huì)起相反作用。這么小的池塘(如 5到15英尺深)中的一個(gè)問(wèn)題是，生活和商業(yè)廢水通常更濃且更集中。 另外，這種市政廢水池依賴于更復(fù)雜的機(jī)理，包括用于處理和加工廢 水的生物學(xué)機(jī)理和化學(xué)機(jī)理。這些機(jī)理涉及到建立上部需氧區(qū)域和下 部厭氧區(qū)域。每個(gè)區(qū)域?qū)τ诟鞣N不同廢料的正確且徹底的處理和加工 都是必須的，每個(gè)區(qū)域都有其自身的生物學(xué)和化學(xué)要求，這樣的要求 通常與另一區(qū)域的要求相對(duì)立，并總是不利于另一區(qū)域。因此，如同早先用于較大水體的高流動(dòng)性系統(tǒng)中的那樣對(duì)整個(gè)池塘的任何徹底 且全面的混合通常會(huì)破壞這兩個(gè)區(qū)域，并且會(huì)破壞廢水處理池的效率。出于對(duì)這些和其它因素的考慮，研制了本發(fā)明的水循環(huán)系統(tǒng)。發(fā)明概要在本發(fā)明的主要設(shè)計(jì)用于較大且較深的水體的一組實(shí)施例中，公 開(kāi)了一種高流動(dòng)性的循環(huán)系統(tǒng)。這種高流動(dòng)性系統(tǒng)將水從池塘、湖泊 或其他水體的深處抽上來(lái)以暴露在大氣中，產(chǎn)生所需的遍及整個(gè)水體的全面循環(huán)模式。這種系統(tǒng)包括漂浮平臺(tái)、盤件、葉輪和從環(huán)形外殼 中懸垂出來(lái)的抽吸管。盤件恰好支撐在水面之下，并且盤件的底部與外殼的頂部間隔開(kāi)，從而形成了環(huán)形開(kāi)口。在操作中，通過(guò)葉輪將水從池塘深處經(jīng)由抽吸管朝向外殼和盤件 提升上來(lái)。在這樣做時(shí)，在優(yōu)選使用方式中，上升的水不僅在盤件上 邊緣的上方流出，而且從外殼和盤件之間的環(huán)形開(kāi)口中流出。最好有 約2/3體積的上升水從環(huán)形開(kāi)口中流出，而1/3體積的水繼續(xù)向上流 動(dòng)到盤件中并從盤件中流出。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可以非常高的流率 來(lái)工作，而不會(huì)在池塘或其它水體的水面處產(chǎn)生不希望有的湍流。葉輪優(yōu)選包括直徑小于外殼和盤件底部直徑的兩個(gè)半葉片。這樣 便在葉片與外殼以及與盤件之間產(chǎn)生了間隙，這會(huì)在上升的水中產(chǎn)生 較少的湍流。較小的直徑還允許調(diào)節(jié)葉輪的葉片相對(duì)于盤件和外殼的 垂直定位。這種調(diào)節(jié)又允許根據(jù)需要來(lái)改變上升水中的通過(guò)環(huán)形開(kāi)口 排放的部分與在盤件頂部之上排放的部分的比例。抽吸管特別地構(gòu)造成具有零浮力或略微為正的浮力，并提供了纜 繩裝置來(lái)選擇性地調(diào)節(jié)可折疊管的延伸長(zhǎng)度和深度。纜繩裝置包括有 助于保護(hù)主纜繩和導(dǎo)管的彈簧，以使其免受作用在漂浮平臺(tái)上的表面 波提升力的損壞。另外，該裝置包括緊鄰彈簧而定位的一l爻較短長(zhǎng)度 的纜繩，其限制了彈簧和整個(gè)纜繩裝置的最大延伸度，從而保護(hù)抽吸 管不會(huì)拉伸到超過(guò)其設(shè)計(jì)限制。還可包括有電子富營(yíng)養(yǎng)化控制系統(tǒng)， 以便從存在于水中的鈣和磷酸鹽分子中產(chǎn)生磷灰石。在特地用于相對(duì)較小(例如5英畝)且較淺(例如5到15英尺) 的市政廢水池的一組實(shí)施例中，使用了高流動(dòng)性系統(tǒng)的許多結(jié)構(gòu)特 征，但對(duì)其操作進(jìn)行了修改。例如，仍然使用葉輪來(lái)形成流至池塘邊 緣的層流模式，但是與抽吸管從池塘底部附近向上抽取較大體積的水 相反，只是將非常少的或經(jīng)計(jì)量的水抽上來(lái)。然后將葉輪產(chǎn)生的水循 環(huán)路徑集中并優(yōu)選限制在上部需氧區(qū)域(如池塘的頂部2英尺區(qū)域)內(nèi)。在該上部區(qū)域中，流動(dòng)的循環(huán)和混氣對(duì)于上部區(qū)域的生物學(xué)和化 學(xué)作用來(lái)說(shuō)是最有益和最有利的。而下部厭氧區(qū)域(例如池塘的底部 2英尺區(qū)域)則基本上不管，不受上部區(qū)域中所建立的循環(huán)流的影響。這樣就不會(huì)破壞用于下部區(qū)域的所需生物學(xué)和化學(xué)作用的適當(dāng)環(huán)境 (例如通過(guò)將溶解氧從上部區(qū)域引入到下部區(qū)域中)。類似地并且由 于上、下區(qū)域相互間基本上隔開(kāi)，上部區(qū)域的生物學(xué)和化學(xué)作用不會(huì) 如高流動(dòng)性系統(tǒng)中那樣因徹底混合而受到不利的損壞。然而，對(duì)池塘 中的廢水進(jìn)行全面處理以將下部區(qū)域中的非常少量體積的水帶上來(lái) 并混合到上部區(qū)域中仍然是所需要的。在第二組實(shí)施例中，這可在非 常仔細(xì)且受控的方式下通過(guò)結(jié)構(gòu)和其操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。還公開(kāi)了本發(fā)明的其它特征以及對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的部件和操作的改 進(jìn)，以使其適用于其它的環(huán)境和場(chǎng)合。附圖簡(jiǎn)介

圖1是本發(fā)明第一組實(shí)施例的循環(huán)系統(tǒng)的截面圖，其用于產(chǎn)生流 到池塘或其它水體的邊緣并下至其深處的全面流型。圖2是系統(tǒng)的漂浮平臺(tái)的放大視圖。圖3是大致沿著圖2中的線3-3剖切的簡(jiǎn)化頂平面視圖，其顯示 了漂浮平臺(tái)和圍繞本發(fā)明的盤件周向地形成的表面層流。圖4是沿著圖3中的線4-4的剖視圖，其顯示了漂浮平臺(tái)的細(xì)節(jié)， 包括位于盤件底部和連接在抽吸管上的外殼頂部之間的環(huán)形開(kāi)口 。圖5是本發(fā)明的盤件和外殼的透視圖，顯示了這兩者之間所形成 的環(huán)形開(kāi)口。圖6是類似于圖5的透視圖，但還顯示了葉輪葉片相對(duì)于盤件和 外殼的優(yōu)選定位。圖7非常類似于圖4，其中所示的葉輪葉片處于低位，并且還顯 示了用于控制抽吸管的深度并保護(hù)主纜繩和導(dǎo)管免受表面波損壞的 纜繩裝置。圖8是沿著圖7中的線8-8的剖視圖。圖9顯示了纜繩裝置的安全特征的工作方式，其中圖7所示的彈 簧展開(kāi)以吸收作用在漂浮平臺(tái)上的表面波提升力，并保護(hù)主纜繩免于破壞。圖10顯示了彈簧附近的一段較短長(zhǎng)度的安全纜繩的操作，該安 全纜繩用來(lái)保護(hù)彈簧且更重要地是保護(hù)導(dǎo)管，使它們不會(huì)^皮拉伸到超 出其設(shè)計(jì)極限。圖11示意性地顯示了本發(fā)明的循環(huán)系統(tǒng)，其適合于包括電子富 營(yíng)養(yǎng)化控制系統(tǒng)，以便從存在于水中的任何鈣和磷酸鹽分子中產(chǎn)生磷 灰石。圖12示意性地顯示了本發(fā)明另一組實(shí)施例的優(yōu)選操作，其中在 廢水池中形成并維持了上部需氧區(qū)域和下部厭氧區(qū)域。圖13和14示意性地顯示了在設(shè)定廢水處理池環(huán)境中的類似圖1 所示循環(huán)系統(tǒng)的抽吸管入口的正確深度時(shí)的難度，在廢水處理池中需要有需氧和厭氧區(qū)域。圖15顯示了用來(lái)產(chǎn)生圖12所示的所需循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的 整體結(jié)構(gòu)。圖16是沿著圖15中的線16-16的剖視圖。 圖16a是圖16中的一部分的放大視圖。圖17是圖15所示循環(huán)系統(tǒng)的盤件、葉輪、外殼和板件的透視圖。 圖18是圖17的剖開(kāi)視圖。圖19是類似于圖15的^L圖，顯示了系統(tǒng)中所產(chǎn)生的各種流動(dòng)路徑。圖20是系統(tǒng)上部的側(cè)視圖。圖21顯示了處于調(diào)節(jié)位置中的系統(tǒng)上部。圖22顯示了用于處理一系列廢水水體的笫二組實(shí)施例的應(yīng)用。圖23是圖1所示實(shí)施例的抽吸管的入口部分的放大視圖，該入口部分修改成可允許將可控量的水通過(guò)其底部板件而抽上來(lái)。 圖24顯示了圖23所示實(shí)施例在運(yùn)河環(huán)境中的應(yīng)用。 圖25和26顯示了對(duì)圖1所示實(shí)施例的入口部分的其它改進(jìn)，使其可支撐在市政水箱的底部上，并設(shè)置有垂直延伸的臂件，從而在槽中的水位下降時(shí)收集和容納可折疊式抽吸管。 一實(shí)施例。本發(fā)明詳細(xì)介紹如圖1中示意性所示，本發(fā)明第一組實(shí)施例的水循環(huán)系統(tǒng)1包括 上方的漂浮平臺(tái)3,以及從其中向下懸垂至水入口 7處的抽吸軟管或抽吸管5。入口 7優(yōu)選定位在池塘或其它水體4的底部2的附近或略 高處。在圖2和3中最佳地示出的漂浮平臺(tái)3包括三個(gè)支撐在平臺(tái)的 管狀框架11上的浮子9。浮子9在中心軸線13的外部延伸，并優(yōu)選 圍繞著軸線13均勻間隔開(kāi)(見(jiàn)圖3)。浮子9從中心軸線13延伸到 足夠遠(yuǎn)的地方，以便為系統(tǒng)1提供相對(duì)穩(wěn)定且能漂浮的支撐結(jié)構(gòu)，系 統(tǒng)1包括其太陽(yáng)能電池板15、電動(dòng)機(jī)17、盤件19(也見(jiàn)圖4和5)、 葉輪21 (也見(jiàn)圖4和6)、抽吸軟管5,以及圖1所示的水入口 7。 如以下更詳細(xì)地解釋的那樣，抽吸軟管5也經(jīng)特殊的設(shè)計(jì)，從而在其 長(zhǎng)度上基本是零浮力的或略微為正浮力的，從而進(jìn)一步增加了系統(tǒng)1 的穩(wěn)定性。系統(tǒng)1以及尤其平臺(tái)3的整個(gè)浮力優(yōu)選設(shè)計(jì)成將盤件19的上邊 緣或上唇19'(見(jiàn)圖4 )支撐在比池塘或其它水體4的水面6低約3英 寸左右的下方。另外，如可能在圖4中最佳地示出的那樣，盤件19 的底邊緣19"與外殼25的上邊緣25，間隔開(kāi)來(lái)(例如隔開(kāi)1.5英寸)， 從而形成了圍繞著軸線13延伸的環(huán)形開(kāi)口 27 (也見(jiàn)圖5)。如圖5 所示的間隔件29支撐了盤件19和外殼25,使其分隔開(kāi)以形成開(kāi)口 27。間隔件29優(yōu)選盡可能地少且小，使得開(kāi)口 27能基本上連續(xù)且完 整地圍繞中心軸線13延伸。圍繞中心軸線13的開(kāi)口 27的總量?jī)?yōu)選 至少有320度或更大，這樣間隔件29只是遮掩了 360度中的剩余的 相》于較少量的部分。如以下更詳細(xì)地解釋的那樣，葉輪21可沿著軸線13垂直地調(diào)節(jié)。然而，在圖4和6的最佳定位中，葉輪21的兩個(gè)橫向葉片31對(duì)稱地 居中，每個(gè)葉片31的一半高于和低于盤件下邊緣19"的水平面(見(jiàn)圖 4)。關(guān)于這一點(diǎn)，盤件19在頂邊緣或上邊緣19，處的直徑為約6英 尺。盤件19自身為約6英寸深，并向下且向內(nèi)傾斜至底邊緣或下邊 緣19",其具有約30英寸的直徑。葉輪21的葉片31優(yōu)選為約27英 寸寬，其外邊緣或頂部相互垂直地間隔開(kāi)約4英寸。每個(gè)半葉片31 相對(duì)于垂直軸線13傾斜約15度。圖4中的環(huán)形外殼25 (其實(shí)質(zhì)上形 成了柔性抽吸管5的上端部或出口 )的直徑約為30英寸。外殼25具 有向外延伸的法蘭35 (見(jiàn)圖4),懸垂法蘭37固定在該法蘭35上。 懸垂法蘭37的直徑約為36英寸。柔性抽吸軟管5的上邊緣(見(jiàn)圖4 ) 圍繞著懸垂法蘭37延伸，并通過(guò)帶狀?yuàn)A39固定在法蘭37上。在優(yōu)選如圖1和4所示的操作中，葉輪21 (圖4)圍繞軸線13 旋轉(zhuǎn)，從而將水抽入到底部入口 7 (圖1)中。然后通過(guò)抽吸軟管5 將水朝向外殼25和盤件19提升。在這種情況下，在優(yōu)選的操作方式 中，上升水的體積(圖4中以箭頭8示意性地表示)不僅在盤件19 的上邊緣19，之上流出，而且從外殼25和盤件19之間的環(huán)形開(kāi)口 27 中流出。^支提升上來(lái)的水8優(yōu)選有約2/3的體積從環(huán)形開(kāi)口 27中流出(以箭頭10示意性地顯示)，而1/3繼續(xù)向上流動(dòng)到盤件19中并在 其上流出(見(jiàn)箭頭12)。然后，圖4中的^fc提升上來(lái)的水8在盤件 19的下方和上方排出。在這后一點(diǎn)上，在使用諸如美國(guó)專利No.6433302和No.6439853(其通過(guò)引用結(jié)合于本文中)的水循環(huán)系統(tǒng)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了處理較 大和較深的水體需要有極高的流率。然而，當(dāng)增大現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的流率 時(shí)，源于盤件的表面排放就會(huì)形成不合需要的湍流。換句話說(shuō)，當(dāng)為 了在4交大和4吏深的水體(例如以30英尺深和300英畝相比于12英尺 深和30英畝)中產(chǎn)生圖1所示的所需循環(huán)^^莫式而提高流率(例如從 450加侖每分鐘到3000加侖每分鐘)時(shí)，源于現(xiàn)有設(shè)計(jì)的6英尺盤件 的圖3所示的表面排放將不再保持為層流型。因此，盤件頂部之外的表面湍流只進(jìn)行至覆蓋了約5英畝的圓周范圍(相對(duì)具有更少但為表 面層流的這種裝置的正常30英畝的圓周)。在這些現(xiàn)有設(shè)備中將盤 件的上邊緣降低到水面下的超過(guò)1英寸并不會(huì)有幫助，這是因?yàn)楸韺?流在較高的流率下仍然是湍流。可以設(shè)想使用比較大的盤件(例如18英尺直徑對(duì)6英尺直徑)，但是由于制造和運(yùn)輸?shù)脑颍@在商業(yè)上 是不可行的。這樣就發(fā)現(xiàn)了通過(guò)在盤件19的底部和外殼25的頂部之 間提供一個(gè)環(huán)形開(kāi)口 27,本發(fā)明的循環(huán)系統(tǒng)1就可適應(yīng)于明顯較大的 流率(容量)，而不會(huì)產(chǎn)生不合需要的表層湍流。此外，只利用相對(duì) 較小(例如6英尺)的盤件19,系統(tǒng)1仍能達(dá)到這一目的。增加的流 率還會(huì)引起沿著抽吸管5外部的較大流量14 (見(jiàn)圖1 ),與現(xiàn)有設(shè)備 相比，這就進(jìn)一步提高了本發(fā)明的處理較大和較深水體的能力。即使 在之前為了完全處理而使用多個(gè)現(xiàn)有設(shè)備的較小和較淺的池塘中，本 設(shè)計(jì)也更加有效，這是因?yàn)橹恍枰俚脑O(shè)備就能實(shí)現(xiàn)同樣的結(jié)果。 在許多情況下， 一個(gè)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可代替四到六個(gè)現(xiàn)有設(shè)計(jì)。應(yīng)當(dāng)注意，在美國(guó)專利No.6433302和No.6439853所示的現(xiàn)有系 統(tǒng)中，他們的葉輪完全設(shè)置在盤件中，位于盤件下邊緣的平面之上。 另外，其葉輪的葉片向外延伸到超過(guò)盤件下邊緣的直徑以及其下方的 外殼和抽吸管的直徑。就這一方面而言，葉輪及其葉片的定位;故限制 在盤件中。相比而言，本發(fā)明葉輪21的葉片31具有比其下方的盤件 下邊緣19"和外殼25的直徑(如30英寸)更小的直徑(如27英寸)。 因此，在葉片31的外徑和盤件下邊緣19，，及外殼25的圓周之間存在 著1.5英寸的環(huán)形間隙或間距。另外，上述各葉片31優(yōu)選以一半處于 盤件下邊緣19，，的水平面之上和一半處于其之下的形式進(jìn)行定位(參 見(jiàn)圖4和6)。通過(guò)這樣將葉片31的直徑制成為較小并將葉片31以 上述方式定位，可以發(fā)現(xiàn)葉片31能比現(xiàn)有設(shè)備的那些葉片提升明顯 更大體積的水(例如3000加侖每分鐘對(duì)450加侖每分鐘)。另外， 這可使葉片31以比其在現(xiàn)有設(shè)備中更低的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)(例如100 對(duì)150)并使用較低的瓦數(shù)(例如80瓦對(duì)％瓦)。就所使用的每瓦能量的流量的每分鐘加侖數(shù)而言，相比現(xiàn)有設(shè)備的增益是約800%或更多(例如35每分鐘加侖lt/瓦對(duì)4-4.5每分鐘加侖勤瓦)。這種性能改善^支認(rèn)為部分是由于湍流減少，以及當(dāng)葉輪21提升 水時(shí)水向外碰撞到外殼25和抽吸管5上而回流。同樣，認(rèn)為利用間 隙而非正位移設(shè)置，葉片21的提升效果可沿著抽吸管5的壁產(chǎn)生較 少湍流流量。就此而言，葉片31 (在投影于與軸線13垂直的平面上 并且一起完全圍繞著軸線13延伸時(shí)具有27英寸的直徑)優(yōu)選占據(jù)了 30英寸直徑的外殼25的橫截面的約80-90%。這樣便認(rèn)為間隙會(huì)與向 上流經(jīng)抽吸管5的水流相結(jié)合地工作，從而允許離開(kāi)葉輪21側(cè)面的 水轉(zhuǎn)向并向上流動(dòng)，而不是切向向外地離開(kāi)葉輪21的中心。在操作 中由于湍流減少和回流，所損失的能量較少，并且可獲得較高的流率。 作為經(jīng)驗(yàn)，可以確定在沒(méi)有環(huán)形間隙或間距時(shí)，流率會(huì)下降20%。相 對(duì)于現(xiàn)有設(shè)計(jì)而言，間隙與葉輪21的較慢旋轉(zhuǎn)、4交大直徑的葉片31 以及葉片31的較大節(jié)距或齒距(例如4英寸對(duì)1英寸)都有助于顯 著地改善本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體性能。本發(fā)明的較高流率還額外地會(huì)使盤件19浸沒(méi)在水面6之下的更 低位置(如現(xiàn)有設(shè)備中的1英寸到3英寸)。能夠?qū)⒈P件降低到3英 寸的優(yōu)勢(shì)在許多場(chǎng)合都是極其顯著的，這是因?yàn)樵诤涞囊估?，在?面上可能很容易形成層厚1英寸的水。因此，當(dāng)太陽(yáng)升起來(lái)并且葉輪 重新啟動(dòng)時(shí)，現(xiàn)有設(shè)備的盤件頂部總是^皮冰層完全堵塞，并且沒(méi)有水 流能流到盤件的頂部。在克服這一問(wèn)題的嘗試中，在現(xiàn)有設(shè)備的盤件 主體內(nèi)設(shè)有非常細(xì)小和狹窄的徑向盤件裂縫。這些徑向裂縫的目的是 使非常有限量的比較溫暖的水從池塘底部向上流動(dòng)，試圖融化水冠。 在正常操作中，沒(méi)有水流會(huì)流經(jīng)這些徑向裂縫，只有在水堵住盤件頂 部時(shí)才會(huì)有水流流經(jīng)這些徑向裂縫。然而即使是這樣，在許多情況下 也不足以高效地融化冰冠，必須等待表面條件(例如太陽(yáng))的改善才 能融化水。相比而言，利用本發(fā)明可將盤件19浸沒(méi)在水中的更深處 (例如3英寸對(duì)1英寸)，因此整夜的凍結(jié)就將產(chǎn)生堵塞性冰冠的可能性更小。另外，即便如此，盤件19和外殼25之間的環(huán)形開(kāi)口 27 將允許大容量的水從中流出(例如葉輪21的正常容量的80%或約2400 加侖每分鐘)。這將產(chǎn)生類似于圖1的其中一個(gè)全面循環(huán)才莫式，并開(kāi) 始處理水。這還將從底部2中帶上來(lái)相當(dāng)數(shù)量的較溫暖的水，以幫助 融化盤件19之上的水冠。然后，上升水也將開(kāi)始融化盤件19之外的 表層水，最終建立起圖1所示的全部表面和子表面的循環(huán);漠式。如上所述，本發(fā)明的葉輪21可相對(duì)于盤件19和外殼25垂直地 調(diào)節(jié)(其實(shí)質(zhì)上形成了抽吸管5的上端部分或出口 )?；蛟S如圖7最 佳地顯示，葉輪21的電動(dòng)機(jī)17安裝在板41上，其可通過(guò)螺栓43的 轉(zhuǎn)動(dòng)而相對(duì)于框架11上升或下降。也就是說(shuō)，通過(guò)相對(duì)于固定在板 41上的螺母45而轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓43,可使板41和電動(dòng)機(jī)17根據(jù)需要而上 升或下降。這種可調(diào)節(jié)性的優(yōu)點(diǎn)在于，可以改變圖4中的上升水8的 相對(duì)比例，即流出開(kāi)口 27的水相對(duì)于如標(biāo)號(hào)12所示的^L提升到盤件 19之上的水的比例。例如通過(guò)將電動(dòng)機(jī)17(包括軸47和相連葉4侖21) 下降到圖7中所示的位置，抽吸管5中的上升水將以比圖4所示高位 中的更高百分比而流出開(kāi)口 27。相反，如果對(duì)于特定工作條件來(lái)說(shuō)需 要更多的上升水向上輸送并從盤件19的頂部之上流出來(lái)，那么可將 葉輪21提升至圖4所示的位置或提升到其之上。如上所述，在圖4 中，上升水中的流出環(huán)形開(kāi)口 27的部分與向上輸送而在盤件19的上 邊緣19'之上流出的部分的相對(duì)比例是約2:1。然而，通過(guò)調(diào)整葉輪21 的垂直位置，可以根據(jù)需要將這一比例可改變成更大(如3:1)或更 小(如1:1 )。它也設(shè)計(jì)成可從約26英尺的伸展長(zhǎng)度折疊到4英尺，以便于運(yùn)輸和 裝卸。另外，軟管5的伸展長(zhǎng)度已經(jīng)制成為可調(diào)節(jié)的，以便在不同深 度的或變化深度的水體中使用。這樣，可根據(jù)需要將軟管5的水入口 7 (參見(jiàn)圖1 )相對(duì)于水體4的底部2來(lái)定位。在這一方面，入口 7實(shí) 質(zhì)上形成了抽吸管5的下端部分。入口 7在大多數(shù)情況下優(yōu)選并不辜正靠在底部2上，而是稍高于底部(例如3-4英尺)。本發(fā)明抽吸管 5的另一特征是，這種設(shè)置可緩沖表面波的影響(其在較大的水體中通?？赡苁欠浅４蟮?，并且保護(hù)系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)不被破壞。在進(jìn)一步參考本發(fā)明的軟管5時(shí)，用于更深水體的軟管5的比現(xiàn) 有設(shè)備更大的長(zhǎng)度產(chǎn)生了很大的重量和調(diào)節(jié)問(wèn)題。為了克服重量問(wèn)題 以及允許調(diào)節(jié)管5的整體長(zhǎng)度，可將軟管5制成為零浮力或略微為正 浮力的，并賦予其可折疊的手風(fēng)琴式設(shè)計(jì)。通過(guò)將泡沫聚苯乙烯帶和 不銹鋼線、纖維和增強(qiáng)塑料一起螺旋式地巻繞到軟管壁中，便可獲得 軟管的浮性。就這方面來(lái)說(shuō)，軟管壁的板條優(yōu)選為約3英寸長(zhǎng)，并可 從約26英尺折疊到4英尺。在如圖1所示的使用中，利用水體4的 底部2上的地錨51,就可使手風(fēng)琴形的軟管5在入口 7的重量(如 30磅)作用下延伸到正好略高于底部2 (如l-4英尺)的位置。為此， 如圖7所示，鋼索53 (例如3/8英寸)從巻軸55穿過(guò)托架57，并向 下延伸到由阻尼彈簧59將鋼索53連接在入口 7上的地方。托架57 從垂直葉片61 (見(jiàn)圖8)中垂下來(lái)，該葉片61安裝在外殼25上，并 且還支撐了用于葉輪軸47的下軸承63。垂直葉片61定位在葉輪21 之下，并還用于限制在抽吸管5中上升的水的循環(huán)流動(dòng)或渦流。在放下抽吸管5的初始操作中，首先提升圖7中的位于手動(dòng)曲柄 67上的鎖定螺栓65。而后可使曲柄67圍繞軸線69旋轉(zhuǎn)，從而從巻 軸55中放出足夠的纜繩53,并且使入口 7和相連的管5下降至所需 的深度。這通常僅通過(guò)下述方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即將入口7放下到底部2上 再將其提起1_4英尺，或者直到盤件19處的流動(dòng)具有表示了最佳水處 理的所需深度的所需表象時(shí)為止。在某些情況下，底部2的深度可超 過(guò)軟管5的設(shè)計(jì)極限(例如26英尺)。結(jié)果，巻軸55上的最大纜繩 長(zhǎng)度相應(yīng)地設(shè)置為不超出這一極限。當(dāng)在比較大的水體中使用時(shí)，風(fēng)或游艇可能會(huì)產(chǎn)生較大的波浪， 這會(huì)使漂浮平臺(tái)3上升和下降數(shù)英尺或更多。為了保護(hù)纜繩53和軟 管5不受這種波動(dòng)的破壞，圖7所示的纜繩53與彈簧59相連。風(fēng)7中彈簧59 (例如類似于車身彈簧的3/8英寸鋼制螺旋鋼簧)為約2英 尺長(zhǎng)。當(dāng)圖7所示漂浮平臺(tái)3被波浪抬起時(shí)，上升的纜繩53將拉伸 彈簧59 (參見(jiàn)圖9和10)以吸收波浪的提升力。這便減小了對(duì)纜繩 53和軟管5的損傷。而后彈簧59的作用將使漂浮平臺(tái)3隨表面波上 下移動(dòng)，而不會(huì)對(duì)系統(tǒng)表面部件的操作造成不利影響，或者損壞纜繩 53或軟管5。作為另一項(xiàng)防止抽吸管5過(guò)拉伸的安全預(yù)防措施，圖7 所示的裝置包括一段較短長(zhǎng)度或部分(如5英尺)的纜繩53'。這種所 示的安全纜繩53'連接在彈簧59的頂部和入口 7之間。在如圖10最佳 地顯示的使用中，安全纜繩53'將限制由會(huì)抬起漂浮平臺(tái)3的表面波所 致拉伸的彈簧59和軟管5之間的最大距離(如5英尺)。這樣，彈 簧59以及更為重要的軟管5將不會(huì)超出設(shè)計(jì)極限而被過(guò)拉伸和損壞。 基于上述特征，系統(tǒng)1可安全地用于需要有許多不同深度設(shè)定值(最 初深度和隨季節(jié)而變的深度，因?yàn)楦珊岛推渌闆r可能會(huì)改變水的深 度)的相對(duì)較大的水體中。它也可安全地用于可能會(huì)因風(fēng)或其它因素 如游艇而引起較大波浪的水體中。應(yīng)當(dāng)注意到，在所述實(shí)施例中，如上所述的軟管5約為26英尺 長(zhǎng)。這是用于許多現(xiàn)有水體中的長(zhǎng)度；然而，軟管當(dāng)然可以更長(zhǎng)(例 如80-100英尺或更多)，或者由多段或多條26英尺軟管如軟管5組 成。例如， 一組這種26英尺的軟管5通過(guò)例如外殼25而相互固定， 從而向下延伸104英尺或更多，并且使入口7位于底部上。為了便于 裝卸和運(yùn)輸，這些管段優(yōu)選仍然能折疊成相對(duì)較短的高度(例如該示 例中的16英尺)。圖11示意性地顯示了本發(fā)明的可包括有富營(yíng)養(yǎng)化控制系統(tǒng)71的 循環(huán)系統(tǒng)1。在這一方面，許多湖泊和廢水池都具有可導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化 的過(guò)剩的溶解磷酸鹽。這是有害的藻類水面增殖可能會(huì)發(fā)生的條件， 其可能導(dǎo)致較低的溶解氧、魚群死亡、飲用水水庫(kù)中的異味和臭氣， 以及其它水質(zhì)問(wèn)題。在美國(guó)估計(jì)有60%的水庫(kù)和湖泊存在這種過(guò)剩的 磷酸鹽積聚。磷酸鹽是一種一端帶正(+)電荷而另一端帶負(fù)(-)電荷的高極性分 子。目前認(rèn)為，類似磷酸鹽的分子在溶解于水中時(shí)會(huì)因?yàn)樗肿右彩?高極性的而被水分子鞘緊緊包圍。對(duì)于水中的鈣硬度來(lái)說(shuō)也認(rèn)為會(huì)發(fā) 生同樣的事，其中鈣也會(huì)被水分子鞘包圍。對(duì)于鈣來(lái)說(shuō)，已經(jīng)顯示如 果這些水鞘分解(例如由于圍繞流水管放置永磁體或電磁體而引起的 磁場(chǎng)，或者由于電解或甚至聲波或超聲波而使電流通過(guò)水)，水中的 鈣具有更多的暴露表面區(qū)域，并因而變得更具活性。然后，鈣的小顆 粒將通過(guò)相互之間的表面吸引而積聚，形成將從水中沉淀出來(lái)的較大 塊的釣沉淀物。一段時(shí)間以來(lái)已經(jīng)知道，如果水中存在^^舞酸鹽和鈣，并且如果使 水混合，那么這二者將以表面結(jié)合的方式相結(jié)合，形成了稱作磷灰石 的礦物。石粦灰石將沉淀到水庫(kù)的底部，并且不容易溶解回去。已經(jīng)解 釋過(guò)富藻水的較慢混合有助于磷灰石的形成過(guò)程，這也許是由于在藻 類細(xì)胞的生物膜類型的涂層上存在分子電荷。然而，完整的過(guò)程并不為人所清楚地理解。在圖ll所示的本發(fā)明中，已經(jīng)在圖1-10的基本系統(tǒng)1上增加了發(fā)生器71,其對(duì)上升的水施加能量(例如通過(guò)在流動(dòng)上產(chǎn)生磁場(chǎng)、電 流(交流或直流)，或者聲波或超聲波)。發(fā)生器71優(yōu)選是太陽(yáng)能 驅(qū)動(dòng)的。施加能量的發(fā)生器71用于破壞包圍了鈣和磷酸鹽分子的水 鞘，使其能更容易結(jié)合并形成磷灰石。這樣，通常大量地存在于池塘、 湖泊、水庫(kù)和其它水體中的鈣可用于有效地減少和沉淀出溶解在水中 的數(shù)量不宜的磷酸鹽。圖12示意性地顯示了本發(fā)明的另 一組實(shí)施例T,其在處理和加工 例如市政廢水池4'的水體中是極其必要的。在這樣的廢水池4'中，需 要建立利用溶解氧來(lái)進(jìn)行需氧消化的上部區(qū)域20,以及用于諸如一些 有機(jī)廢料和化合物的材料的厭氧消化的實(shí)際上無(wú)溶解氧的下部區(qū)域 22。池塘4'本身通常是5到15英尺深，并且區(qū)域20和22通常均為約 2英尺。各區(qū)域20和22在廢水的整個(gè)處理和加工中執(zhí)行不同但重要的功能。另外，為了有效地起作用，兩個(gè)區(qū)域20,22的內(nèi)容物必須實(shí) 質(zhì)上相互隔絕。然而同時(shí)，為了獲得整個(gè)池塘4'的處理和加工的最佳 整體效果，希望將下部區(qū)域22中的少量?jī)?nèi)容物帶上來(lái)，并與上部區(qū) 域20中的內(nèi)容物混合。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，傳統(tǒng)的混氣和循環(huán)系統(tǒng)以及圖1-11所示的循 環(huán)系統(tǒng)1非常難以在廢水池如4'的環(huán)境中有效地使用。根本問(wèn)題是， 這種系統(tǒng)1主要用于在水體4'中產(chǎn)生整體流動(dòng)24 (參見(jiàn)示意圖13和 14),其/人抽吸管5的底部或入口 7向上循環(huán)到表面6，流至水的邊 緣，并且向下回到管入口 7的水位。就此而^r,如果管入口 7如圖13 所示地設(shè)得太深，那么其將混合整個(gè)池塘4'。在這樣做時(shí)，其將從池 塘4'的底部區(qū)域帶上大量硫化物和低pH值(例如6)的水，這通常將 殺害較高pH值(7.5)的上部區(qū)域中的所需要的需氧細(xì)菌和藻類。圖13 中的這種整體性池塘循環(huán)24還將使溶解氧從池塘4'的上部區(qū)域向下 驅(qū)動(dòng)到下部區(qū)域，這將危害所需的曱烷形成和對(duì)防止在底層26和28 中聚集淤泥所必須的其它細(xì)菌。之后由于淤泥提升，在圖13所示的 池塘4'中形成了臭味，而且沒(méi)有圖12所示的有助于消除臭味并減少氨 且沉淀出任何^疇的上部區(qū)域20。與設(shè)置得太深相反，如果將管入口 7 如圖14地設(shè)置得太淺，那么會(huì)形成較短的回路，來(lái)自入口30'的入流 30將基本上會(huì)未經(jīng)處理地穿過(guò)池塘4'并流出排水管32'。在這些極限值之間調(diào)節(jié)圖13和14所示系統(tǒng)中的管入口 7的深度 實(shí)際上在廢水池如廢水池4'的動(dòng)態(tài)環(huán)境中是不可能的。尤其是，這種 池塘4'具有根據(jù)入流30和出流32的體積而改變的整體深度，以及變 化的深度溫躍層和溫度梯度。池塘4'的整體深度的變化具有會(huì)抬高或 降低水平面6的作用，從而提升或降低從漂浮平臺(tái)中垂下來(lái)的管入口 7的水位。池塘4'中的溫3夭層和溫度梯度也可以起作用，以便有效地 改變用于設(shè)置管入口 7的所需水位。例如，入流30通常以不同于其 上方的池塘水的溫度(例如在夏季低1到20華氏度)進(jìn)入到池塘4' 中(例如在淤泥層26之上一或兩英尺)。之后在池塘4'上產(chǎn)生了溫3夭層或梯度。由于溫差隨時(shí)間(日期或季節(jié))變化和/或入流30與出流32的體積變化，溫躍層會(huì)上升或下降，從而改變用于設(shè)置入口 7的所 需水位。如上所述，管入口 7設(shè)置得太低將導(dǎo)致如圖13所示的不宜 狀況，而設(shè)置得太高則導(dǎo)致如圖14所示的不宜狀況。為了解決這些問(wèn)題，研制了如圖12和15-22所示的實(shí)施例l'。利 用它們便在上部區(qū)域20中產(chǎn)生了循環(huán)的需氧流F (圖12)，并將其 限制在池塘4'的上部2英尺左右。另外，下方厭氧區(qū)域22中的少量?jī)?nèi) 容物^t帶上來(lái)，并混合到上部需氧區(qū)域20的循環(huán)流F中。然而，區(qū) 域20和22是基本上相互隔絕的。特別是，沒(méi)有有害的溶解氧從上部 需氧區(qū)域20下沉并混合到下部厭氧區(qū)域22中，這種下沉和混合可能 破壞下部區(qū)域22中的有利的曱烷形成和其它細(xì)菌。另外，池塘4'的隨 時(shí)間而在整體深度上的變化以及隨時(shí)間在池塘4'中產(chǎn)生的溫3夭層和溫 度梯度的變化并不會(huì)明顯地影響實(shí)施例l'的有效操作。這是由于實(shí)施例r基本上與這些因素?zé)o關(guān)。如上所述，下部區(qū)域22中的某些內(nèi)容物(例如硫化物)可能對(duì) 上部區(qū)域20中的所需要的細(xì)菌和藻類有害。然而，將非常少量的這 些內(nèi)容物和其它內(nèi)容物提升上來(lái)對(duì)于池塘4'中的廢水的整個(gè)處理和加 工來(lái)說(shuō)是有利的。更具體地說(shuō)，下部區(qū)域22確實(shí)具有有利于增強(qiáng)藻 類種植或生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素(例如碳、氮和磷)。特別是，非常希望將下 部區(qū)域22中的碳酸形式的碳提升至上部區(qū)域20中以養(yǎng)育藻類。旺盛 的藻類種植又可提高上部區(qū)域20的pH值(例如提高到7.5至10的 水平)。較高的pH值有助于通過(guò)硝化作用來(lái)處理從下部區(qū)域22提升 上來(lái)的氨水離子。另外，在較高的pH值范圍(例如9.2pH值以上) 中，實(shí)際上所有氨水離子將轉(zhuǎn)換成氨氣，并且無(wú)害地消散或散入到大 氣中。區(qū)域20中的旺盛的藻類生長(zhǎng)提供了用于附著有益硝化細(xì)菌的 增大表面積，這些硝化細(xì)菌是除氨的硝化和反硝化過(guò)程所需的。另夕卜， 上部區(qū)域20中的較高pH值有助于沉淀出鉤硬度。上部區(qū)域20及其藻類生長(zhǎng)通常被限制在池塘4'的第 一個(gè)2英尺左右的范圍內(nèi)。這部分是由于自然因素(例如在這種池塘4'中，陽(yáng)光通 常在超過(guò)2英尺的深度處便大部分?jǐn)U散掉)。還有部分是由于實(shí)施例l'的機(jī)械操作，其限定了圖12和19中的循環(huán)流F，并將其基本上限 制為約2英尺。另外，除了循環(huán)流F的運(yùn)動(dòng)自然地限制了 2英尺以下 的藻類的任何生長(zhǎng)之外，在板件46的水位處建立了溫躍層(如下更 詳細(xì)地解釋)，其可阻止其下方的任何藻類生長(zhǎng)。這樣，在正常的風(fēng) 力和其它操作條件下，藻類將不會(huì)混合到板件46的水位(例如2英 尺)之下。這樣，在圖12中，違反了關(guān)于可存在于排出流32中的這 種生化需氧性材料的數(shù)量的市政條例和其它條例的會(huì)向下傳送并流 出排水管32'的藻類如果有的話也是非常少的。參看圖15-18，本發(fā)明的實(shí)施例l'特別設(shè)計(jì)成用于廢水池4'的環(huán) 境，但優(yōu)選具有許多與圖1-11所示實(shí)施例相同的部件。例如，漂浮平 臺(tái)3 (圖15)以及盤件19、葉輪21和外殼25都基本上相同。同樣與 上述實(shí)施例1 一樣，實(shí)施例l'具有抽吸管5'，但與上述實(shí)施例1不同， 抽吸管5'具有整體上的J形形狀。抽吸管5'也設(shè)計(jì)成靠在淤泥的承重 層28上，而入口 7'定位在略高于淤泥或非承重層26(例如高l英尺)。 在這一點(diǎn)上，在圖15中，抽吸管5'的主體34中的底部曲線或彎曲部 分可設(shè)有桿或其它重物36 (參見(jiàn)圖16和16a)，其由螺釘或其它零件 38固定住。這樣，管5'的主體34如圖15所示地置于承重層28上(例 如能夠支撐0.25磅每平方英寸)，入口部份7'如所示地定位。入口部 份7'優(yōu)選是有浮力的(例如通過(guò)在其內(nèi)設(shè)置泡沫聚苯乙烯浮球)?？?40在入口 7'中的精確位置可相對(duì)于淤泥層26和28以及厭氧區(qū)域22 的精確上限而變化，^旦理想上^兌，至少下方的一組孔40應(yīng)位于厭氧 區(qū)域22中。無(wú)論如何，經(jīng)由孔40抽入到抽吸管5'中的所得水將主要 是下部區(qū)域22的厭氧材料組分。即使漂浮平臺(tái)3在水面6上漂移到 一邊或另 一邊，重物36也能夠優(yōu)選將抽吸管5'錨固在淤泥層26,28中。 在這樣做時(shí)，相對(duì)剛硬且具有固定長(zhǎng)度(如20英尺)的管5'的主體 34基本上以其一側(cè)承靠的方式布置，沿一斜面或相對(duì)于垂直方向傾斜地放下來(lái)(參見(jiàn)圖16，其是沿著圖15中的線16-16的剖視圖)。再次參看圖15-18,雖然漂浮平臺(tái)3、盤件19、葉輪21和外殼25 基本上與圖1-11所示的實(shí)施例1相同，但是用于廢水池4'的實(shí)施例 l'具有用于抽吸管5'的改進(jìn)支撐裝置。更具體地說(shuō)，先前高流動(dòng)性的 實(shí)施例1的抽吸管5具有圍繞法蘭37而固定在標(biāo)號(hào)39處的上緣(參 見(jiàn)圖4)。因此，優(yōu)選所有輸入到葉輪21中的水均來(lái)自池塘4的底部 并經(jīng)抽吸管5提升上來(lái)。相比而言，該改進(jìn)管5'的出口部分42(圖15 ) 只用來(lái)提供輸入到葉輪21中的水的總輸入量中的少量部分。這可通 過(guò)許多方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，如圖15和17-19所示的向上穿過(guò)板件46 的中央開(kāi)口的管5'的大致圓柱形出口部分42優(yōu)選延伸到垂直軸線44(圖15)之外的一段距離(例如0.5英尺)處，該距離小于外殼25 類似延伸的距離(例如1.5英尺)。另外，用于管5'的支撐裝置包括 這個(gè)與葉輪外殼25垂直間隔開(kāi)并位于其之下的水平延伸板件46 (參 見(jiàn)圖15和17-19)。這樣就在它們之間產(chǎn)生了基本上圍繞垂直軸線44 延伸的入口，其通向葉輪21。另外，板件46向外延伸到垂直軸線44(圖19)之外達(dá)一段距離(例如2英尺)，其優(yōu)選大于環(huán)形外殼25 所延伸的距離(例如l英尺)。結(jié)果，在操作中，圖19中的葉輪21 在板件46之上水平地抽吸了第一體積的水48。在這樣做時(shí)，所抽水 48的總體積(例如共計(jì)10000加侖每分鐘)中的一部分48'(例如30%) 從板件46和外殼25之間的入口經(jīng)由葉輪21而流向水面6。這一部分 48'向上輸送并在盤件19之上流出，以標(biāo)號(hào)12表示，而且從盤件19 和外殼25之間的環(huán)形開(kāi)口中流出，以標(biāo)號(hào)IO表示。部分48'的這一運(yùn) 動(dòng)又導(dǎo)致第一體積48的剩余部分48"(70%)圍繞著外殼25向上運(yùn)動(dòng)。 這樣就產(chǎn)生了循環(huán)流F (也參見(jiàn)圖12),并基本上限定了上部需氧區(qū) 域20。對(duì)于區(qū)域20中的該循環(huán)流F而言，已經(jīng)通過(guò)葉4侖21而/人下部區(qū) 域22中經(jīng)由管5'抽上來(lái)的第二較小體積52被增加到其中(參見(jiàn)圖19 )。 經(jīng)由管5'抽上來(lái)的第二體積的水52優(yōu)選只是第一體積48的很小一部分(例如1/100到1/5)。這樣，上部區(qū)域20的所需需氧特性不會(huì)受 到負(fù)面影響，而下部區(qū)域22中的某些內(nèi)容物(如氨和磷酸鹽)實(shí)現(xiàn) 了有價(jià)值的減少，其加入到廢水池4'的整體處理和加工中。另外，如 上所述，也將某些有益的內(nèi)容物(如碳酸)帶上來(lái)了，以便滋養(yǎng)上部 區(qū)域20中的所需藻類生長(zhǎng)。無(wú)論如何，允許抽上來(lái)的第二體積52必須保持為循環(huán)流F的相 對(duì)很小的份額，以至于不會(huì)對(duì)上部區(qū)域20的需氧組成產(chǎn)生負(fù)面影響。 這可通過(guò)許多方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果特定池塘4'的特征是眾所周知且限定 好的，那么可以根據(jù)需要來(lái)選擇或大或小直徑的管5'直徑，導(dǎo)致對(duì)笫 二體積52的流動(dòng)產(chǎn)生或大或小的摩擦阻力。因此，較小直徑將產(chǎn)生 更大的阻力，并且減少第二體積52的大小。管5'可安裝閥機(jī)構(gòu)(例如 圖18和20中的閘閥54)來(lái)控制并調(diào)整第二體積52的大小。平面板 件46還可通過(guò)螺栓58和螺母60結(jié)構(gòu)而可調(diào)節(jié)地支撐在外殼25的法 蘭56上(參見(jiàn)圖18、 20和21)。通過(guò)類似于圖7中的零件43和45 的操作方式，通過(guò)旋轉(zhuǎn)圖18、 20和21中的螺栓58就可以改變板件 46和外殼25之間的距離，從而改變板件46和外殼25之間的入口的 大小。這樣的運(yùn)動(dòng)也將改變管5'的出口部分42的端部62 (圖21 )和 葉輪21及外殼25之間的間隙。通過(guò)在圖21中的出口 42的固定件42" 上提供同心的滑動(dòng)件42'，也可以單獨(dú)地調(diào)整出口部分42的端部62 的間距。經(jīng)由入口部分7'的輸入也可以相似的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。不管調(diào) 整方式如何，笫一體積48和笫二體積52的絕對(duì)和相對(duì)大小優(yōu)選根據(jù) 需要和預(yù)期而變化。第一體積48和笫二體積52的調(diào)節(jié)技術(shù)的另 一優(yōu)點(diǎn)是，可使用基 本上相同的基礎(chǔ)裝置l'用在一系列廢水池中(參見(jiàn)圖22)。在這樣的 系列中，通常需要改變第二體積52的份額。通常的情形是，進(jìn)入第 一池塘的入流30是最濃且最集中的，其中只有非常少的份額(l/60)需 要被抽上來(lái)。經(jīng)處理的離開(kāi)第一池塘并進(jìn)入第二池塘的出流便是濃度 低一些的，并且管5'抽上來(lái)較大一些的份額(例如1/40)。之后第三池塘中的該份額甚至更大(例如1/20)，并且在最后一個(gè)池塘中仍然更大(例如1/5)。這樣，流經(jīng)這一系列池塘并于標(biāo)號(hào)32處離開(kāi)的水 將逐步且高效地得到處理?？梢匀缟纤龅馗淖?yōu)閳D22中的第一池塘所設(shè)定的4分額(例如 1/60)。在這樣做時(shí)，可以監(jiān)測(cè)池塘的操作結(jié)果，并且如果需要的話 可以在這一方面作出調(diào)整。然而，對(duì)于最初的設(shè)定而言，可以研究池 塘的條件。例如在約5英畝表面積的池塘中，上部區(qū)域20和下部區(qū) 域22可—皮認(rèn)為是均具有1000000磅水的塊區(qū)。在夏季，下部區(qū)域22 主要是最原始的污水，其中每百萬(wàn)生化需氧性材料為約220磅。這樣， 下部區(qū)域22中的220磅材料每磅需要約1.5磅溶解氧來(lái)進(jìn)行快速無(wú)臭 的需氧消化。下部區(qū)域22通常還含有30磅每百萬(wàn)氨水離子。每磅氨 離子需要約5磅溶解氧，以便進(jìn)行硝化和最終的反硝化，并轉(zhuǎn)變成可 釋放到大氣中的氮?dú)狻＿@樣，下部區(qū)域22中的材料的總需求是約480 磅溶解氧，以便需氧性地處理該生化需氧性材料和氨水離子(例如220 乘1.5加上30乘5)。然而，區(qū)域20中的水的頂部塊區(qū)即使完全飽 和也通常只能保持約8磅每百萬(wàn)溶解氧。為了將底部水與頂部水混合 并保持滿足所有溶解氧的需求，所需的混合份額大約是每1份底部水 對(duì)應(yīng)60份頂部水。這樣，為了不耗盡上部區(qū)域20的溶解氧含量，60:1 的比率將是用于這種池塘的預(yù)期設(shè)置。關(guān)于體積比較，約160加侖每 分鐘的水從下部區(qū)域22抽上來(lái)，用于與上部區(qū)域中的以10000加侖 每分鐘循環(huán)的水進(jìn)行混合。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果需要的話，用于調(diào)整抽吸管5'所抽上來(lái)的體 積52的大小的各種閥和其它裝置可以是自動(dòng)的。例如，可提供探針 或傳感器16 (參見(jiàn)圖15)來(lái)監(jiān)測(cè)區(qū)域20中的溶解氧量。而后通過(guò)導(dǎo) 線18將圖18中的用于閥54的電子致動(dòng)器54'連接到傳感器16上。在 操作中，致動(dòng)器54'將響應(yīng)于傳感器16的讀數(shù)而自動(dòng)激活，以便選擇 性地移動(dòng)閥54來(lái)調(diào)節(jié)體積52的大小。如果溶解氧的讀數(shù)相對(duì)41高， 則增大體積52。相反，如果讀數(shù)下降到會(huì)威脅區(qū)域20的生命力的水平，可以減少體積52或者甚至完全切斷。在這一方面，所有各種用于調(diào)節(jié)體積52的大小的裝置都可以這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。再次參考圖1,在帶有完整池塘循環(huán)的池塘4中的第一組實(shí)施例 1的環(huán)境中，通常需要將圖1中流入管入口 7中的入流限制為基本上 水平的流66。優(yōu)選沒(méi)有水會(huì)^L向上抽過(guò)圖1中的平面實(shí)心件70。這 樣，不會(huì)干擾池塘4中的許多最不利的內(nèi)容物(通常沉淀在池塘底部)，些環(huán)境如圖24所示的潮汐運(yùn)河4"中，希望能夠?qū)寮?0之下的某些 內(nèi)容物68抽上來(lái)。更具體地說(shuō)，在運(yùn)河或類似的水體如4"中，情況 可能演變成，來(lái)自魚體廢料和其它有機(jī)廢料的致命^L化物以危險(xiǎn)的數(shù) 量沉淀并聚集在運(yùn)河4"的底部26處。這在許多運(yùn)河中正變得非常普 遍，這些運(yùn)河可以為100英尺寬，邊上通常為6英尺深，但具有50 英尺寬和20英尺深的中央掘出凹部。在一年間的多數(shù)條件下，硫化 物^C限制和保留在底部26處。然而在一年的某些時(shí)間(例如夏季) 和/或在某些突難性事件的期間(例如大風(fēng)暴或洪水)，這些致命硫化 物可能移動(dòng)和/或向上混合到運(yùn)河4"中。結(jié)果可能是毀滅性的，包括殺 害運(yùn)河4"中幾乎全部的魚和其它動(dòng)物生命。與致命硫化物相接觸所引 起的這種魚和其它生物的死亡是少有的事件，但是這種情況可在幾天 甚至幾小時(shí)內(nèi)毀壞運(yùn)河或類似水體4"的生命力。因此，在類似圖24所示的運(yùn)河4"的水體環(huán)境中，希望從懸垂管5 的懸浮入口 7的板件70之下持續(xù)地抽取小體積的水68(也參見(jiàn)圖23 )。 這些硫化物通常聚集在圖24所示的層26沖及層之上方，并位于平面 板件70之下(例如2英尺)。在操作中以及在數(shù)天或幾個(gè)月中，非 常小體積的這些致命硫化物被朝向運(yùn)河表面緩慢地提升，并且消散在 整個(gè)運(yùn)河4"中。通過(guò)這樣小的體積(例如>^皮管5提升上來(lái)的總體積的 2%-10%,例如在3000加侖每分鐘的總抽取量下為20-100加侖每分鐘) 和濃度(例如100ppm) ， ^L化物就可以在不危害魚類和其它野生生 物的情況下在運(yùn)河4"中得以處理和分解(例如成為^5克酸鹽)。當(dāng)在運(yùn)河4"中發(fā)生災(zāi)難或其它異常情況時(shí)，運(yùn)河底部的任何^f克化物仍將上升或攪入到運(yùn)河4"的主體中。然而，由于圖23和24所示系統(tǒng)的先前已進(jìn)行的清潔操作，硫化物的體積和濃度都小得多，而且毒性較小。另外，經(jīng)圖23和24中的板件70而在標(biāo)號(hào)68處被向上抽取 的硫化物和其它材料的體積和比率優(yōu)選是可調(diào)節(jié)的(例如通過(guò)滑動(dòng)閥 件72)。這樣，系統(tǒng)的操作可精確地適應(yīng)特殊的環(huán)境以及池塘或其它 水體包括運(yùn)河4"的環(huán)境變化。如果需要的話，甚至可以完全關(guān)閉圖23 所示的閥件72,從而將進(jìn)入管入口 7的整個(gè)流量嚴(yán);f各地限制在圖1、 23和24中的水平方向66上。在這一方面，板件70基本上水平地延伸到圖23所示垂直軸線13 之外。板件70還與抽吸管5的主體部分34間隔開(kāi)來(lái)并位于其下方， 從而在其間產(chǎn)生了用于入流66的大致環(huán)形的入口。另外，如果需要 的話可以提供圖23中的用于閥72的電子致動(dòng)器72'的操作，從而自動(dòng) 地調(diào)節(jié)體積68的大小。傳感器16優(yōu)選可監(jiān)測(cè)板件70附近的硫化氫， 但是它也可以監(jiān)測(cè)其它的條件，或者如圖15中那樣進(jìn)行定位以讀取 水面6附近的溶解氧水平。如果閥72不是自動(dòng)的，并且運(yùn)河4"或其 它水體中的正常潮沙相當(dāng)顯著(例如2到3英尺)，那么可以調(diào)節(jié)穿 過(guò)板件70的開(kāi)口的尺寸或?qū)﹂y72進(jìn)行設(shè)置，以便在低潮時(shí)在體積68 中帶入安全量的硫化物。在板件70升高了兩英尺或三英尺的漲潮時(shí)， 體積68中的硫化物濃度通常是較小的，但硫化物仍將通過(guò)板件70 4皮 帶上來(lái)以進(jìn)行處理。在圖25和26中，為了在諸如市政飲用廢水池4"'的水體中使用， 已經(jīng)修改了抽吸管5的入口 7。這樣的水池普遍處于100000到150000 加侖范圍內(nèi)，深度從滿時(shí)的30英尺到緊急或大量用水時(shí)的4英尺或 更少。與其它水體類似，水池中的水可能會(huì)因溫差而層化。另外，在 水池的某些部分中，水可能老化陳舊，導(dǎo)致氯濃度損失或不足。另外， 如果使用或應(yīng)用氯胺來(lái)代替氯，那么可能會(huì)發(fā)生硝化。因此，希望混 合水池4"'中的整個(gè)水體。在這樣做時(shí)，已經(jīng)修改了如圖25所示的抽吸管5的入口 7,使其包括支腳裝置80，以便將板件70支撐在剛好 離開(kāi)水池4"'的底部82的預(yù)定距離處(例如數(shù)英寸至1或2英尺)。 通常板件70剛好位于水池4'"中的任一沉積物之上，使其不會(huì)受到不 必要的干擾且不會(huì)被提升上來(lái)。雖然板件70可如上所述地受到閥的 調(diào)節(jié)，但是優(yōu)選將閥72閉合，從而使板件70密實(shí)而不會(huì)從板件70 的下方提升任何流體。支腳80的長(zhǎng)度例如可通過(guò)螺栓58'和螺母60' 進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，可根據(jù)需要或預(yù)期來(lái)調(diào)節(jié)板件70定位在水底82之 上的距離。每個(gè)支腳件80均與底部82接觸，并且可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，這 對(duì)水池4'"的底部82是傾斜的或不規(guī)則和不平的情況尤其有利。圖25 中的支腳件80在板件70的下方延伸，并且為了穩(wěn)定性而定位在板件 70之外(例如1到2英尺)。如上所述，在水池如4"'中，水的深度可以根據(jù)市政水的要求而廣 泛變化(例如30到4英尺或更小)。因此，可折疊管5的長(zhǎng)度會(huì)顯 著地變化。尤其在處于低水位時(shí)，懸垂管5的底部可能不適宜地折疊 起來(lái)，并落下到支撐在水池底部82上的入口部分7的一側(cè)或另一側(cè) 上。這可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的整體操作產(chǎn)生負(fù)面影響。為了幫助防止這種情 況，設(shè)置了三個(gè)或多個(gè)臂件84的裝置來(lái)收攏和容納折疊管5 (參見(jiàn)圖 26)。所示臂件84從管5的入口部分7的附近垂直地向上延伸，并 優(yōu)選圍繞著管5的主體部分34均勻地間隔開(kāi)。結(jié)果，當(dāng)管5的主體 部分34隨水位下降而折疊時(shí)，臂件84將在入口部分7的附近捕獲或 收集并容納管5的主體部分34。這樣，臂件84可防止管5不合需要 地落下到水池4"'的底部82處的入口部分7的一側(cè)或另 一側(cè)上。圖27顯示了本發(fā)明在用來(lái)將池塘4'或其它水體的內(nèi)容物保存住 一段相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的特殊環(huán)境中的應(yīng)用。這樣的池塘4'例如可用于處 理來(lái)自肉、菜和造紙廠的濃烈廢物，以及來(lái)自市政機(jī)械廢水處理廠的 源于廢物的淤泥。在這樣的池塘4'中，希望將廢物沉淀在池塘4'的底 部，以使其^支厭氧處理(或僅是存放)達(dá)幾天、幾個(gè)月或幾年。在這 種情況下，由于氣體會(huì)從硫化物和其它材料冒泡到水面6上并逸出到大氣中，因此氣味控制是極其重要的。在這樣的環(huán)境中，可在實(shí)施例1'(例如圖15-19)中創(chuàng)造需氧區(qū)域20的基礎(chǔ)循環(huán)結(jié)構(gòu)可以非常有效地用來(lái)產(chǎn)生圖27所示池塘4'的氣 味屏障。尤其在圖15-19所示實(shí)施例中的板件46被關(guān)閉或制成為實(shí)心 件而產(chǎn)生如圖27所示的循環(huán)流F的情況下，位于板件46的水位之下 的池塘4'的內(nèi)容物將基本上被隔離且被阻止到達(dá)水面。另外，所有從 板件46的水位之下向上冒泡到區(qū)域20中的氣體將在區(qū)域20的有氧 環(huán)境中進(jìn)行有效的處理，并且無(wú)害地釋;^文到大氣中。不管圖19中的 板件46是否是實(shí)心的，或者是流經(jīng)抽吸管5'的流體^皮簡(jiǎn)單地切斷而有 效地使部件46成為密實(shí)件，盤件19的操作(參見(jiàn)圖19 )優(yōu)選是仍然 與圖27的環(huán)境中相同。這樣，來(lái)自池塘4'深處(例如1到2英尺)并 穿過(guò)外殼25的流量48'將如先前實(shí)施例1中一樣成比例地沿圖19中的 路徑10和12流動(dòng)。雖然已經(jīng)詳細(xì)顯示并描述了本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理 解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下可進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于從水體深處抽取水至水面以使其暴露在大氣中并在水體中產(chǎn)生循環(huán)模式的循環(huán)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括漂浮平臺(tái)、支撐在略低于所述水面之處的盤件、葉輪以及從環(huán)形外殼中懸垂出來(lái)的抽吸管，其中所述盤件的底部與所述外殼的頂部間隔開(kāi)，形成了基本上圍繞垂直軸線延伸的環(huán)形開(kāi)口，其中，通過(guò)所述葉輪經(jīng)所述抽吸管而被提升上來(lái)的水的第一部分從所述環(huán)形開(kāi)口中流出，而所述被提升上來(lái)的水的第二部分則向上傳遞并在所述盤件的頂部之上流出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二部 分的比例約為2:1，這樣，約三分之二的所述^皮提升上來(lái)的水從所述環(huán) 形開(kāi)口中流出，而約三分之 一 在所述盤件的頂部上流出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二部 分的比例約為3:1到1:1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述葉輪具有多個(gè) 直徑小于所述環(huán)形開(kāi)口的直徑的葉片，其中在所述葉片和外殼之間形 成了環(huán)形間隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片直徑小于 所述抽吸管的直徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述抽吸管構(gòu)造成 基本上零浮力的。
7. —種用于從水體深處抽取水至水面以使其暴露在大氣中并在 水體中產(chǎn)生循環(huán)才莫式的水循環(huán)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括漂浮平臺(tái)、支撐在略低于所述水面之處的盤件、葉輪以及具有上、下端部的抽吸管，其 中，所述抽吸管是可折疊的，而且其長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)，從而改變所述抽 吸管的下端部在水中的深度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述抽吸管的長(zhǎng)度 通過(guò)連接在所迷漂浮平臺(tái)和抽吸管下端部之間的裝置來(lái)調(diào)節(jié)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可折疊的抽吸管構(gòu)造成基本上零浮力的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述抽吸管的管 壁具有大致手風(fēng)琴狀的形狀。
11. 一種用于池塘、湖泊和其它水體的水循環(huán)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 括漂浮平臺(tái)、盤件、葉輪以及具有上、下端部的抽吸管，所述抽吸管 向下延伸到水體中，其中，通過(guò)所述葉輪將水從所述抽吸管的下端部 的附近提升上來(lái)，使其向上流經(jīng)所述抽吸管而流向所述盤件，所述系 統(tǒng)還包括設(shè)于上升流中以便對(duì)其施加能量的發(fā)生器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)生器將選 自磁場(chǎng)、電流、聲波和超聲波的組中的至少一種能量施加給所述上升流。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，水中存在有鈣和 磷酸鹽分子，所述發(fā)生器用于從中產(chǎn)生磷灰石。
14. 一種用于水體的循環(huán)系統(tǒng)，所述水體具有水面和水底，還具 有從所述水面向下延伸的上部區(qū)域和從所述水底朝向所述上部區(qū)域向 上延伸的下部區(qū)域，其中，循環(huán)流建立并基本上限制在所述上部區(qū)域 中，留下所述下部區(qū)域基本不受干擾，并與所述循環(huán)的上部區(qū)域隔離 開(kāi)，所述系統(tǒng)包括漂浮平臺(tái)、基本上支撐在所述水體的水面附近的盤件、葉輪、鄰 近于所述葉輪的外殼以及抽吸管，所述板件;故支撐成圍繞著基本上垂 直的軸線基本上水平地向外延伸，并與所述葉輪和所述外殼間隔開(kāi)來(lái) 且位于其下方，所述板件和所述外殼在它們之間形成了通向所述葉輪 的入口 ，所述入口基本上圍繞著所述垂直軸線在所述板件之上延伸， 其中，所述葉輪在所述板件之上經(jīng)由所述入口并朝向所述水體的水面 基本上水平地抽取水，從而建立起限定了所述上部區(qū)域的循環(huán)流，所 述板件基本上圍繞所述垂直軸線向外延伸，從而將循環(huán)流基本上限制 在所述上部區(qū)域，留下所述下部區(qū)域基本不受干擾，并與所述循環(huán)的上部區(qū)域隔離開(kāi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述上部區(qū)域中 的內(nèi)容物是需氧性的，而所述下部區(qū)域中的內(nèi)容物M氧性的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述葉輪的外殼圍繞著所述垂直軸線向外延伸一段距離，其小于所述板件延伸到所述 垂直軸線之外的距離。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述盤件與外殼 間隔開(kāi)來(lái)，以在它們之間形成基本上圍繞所述垂直軸線延伸的環(huán)形開(kāi) 口，所迷葉輪經(jīng)由所述外殼來(lái)抽取水，其中，經(jīng)由所述外殼抽取的水 的第 一部分從所述環(huán)形開(kāi)口中流出，而所抽取水的第二部分向上輸送并在所述盤件的頂部之上流出。
全文摘要
一種用于池塘、湖泊或其它水體的循環(huán)系統(tǒng)。在一組實(shí)施例(1)中，從水體(4)的深處將水抽上來(lái)以暴露在大氣中，從而產(chǎn)生遍及整個(gè)水體(4)的全面的高流量循環(huán)模式。在其它實(shí)施例(1’)中，水體(4’)中的循環(huán)主要限制在上部需氧區(qū)域(20)，只有少量且受控的體積從下部厭氧區(qū)域(22)中被帶上來(lái)。各系統(tǒng)都優(yōu)選包括漂浮平臺(tái)(3)、盤件(19)、葉輪(21)以及抽吸管(5，5’)，其在各種系統(tǒng)中進(jìn)行了特殊的改進(jìn)，以使其適用于各種環(huán)境。
文檔編號(hào)B01F3/04GK101254954SQ200810085329
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者G·A·庫(kù)德?tīng)柤{, J·J·布萊思, T·J·奧布里特施, W·R·托爾馬希 申請(qǐng)人:Psi-Ets公司