技术领域
[0001] 本公开涉及用于
净化水的设备，具体而言，涉及用于处理
水体水质的净水设备。
背景技术
[0002]
水处理的对象主要包括自然水体和人工水体。例如，河湖水体，园林景观水体、养殖水体，喷泉、游泳池、水上乐园等。这些水体，多数存在污染物浓度较低，污染源种类多样化，水量极大、下雨时水体较浑浊的特点。城市建成区对水质及卫生状况有较高的要求，同时也会在运营过程中持续产生的人为或非人为污染。
[0003] 例如，河道黑臭是我国城市环境污染和生态破坏的代表性恶果和待解决的重要问题，其中
氨氮、总磷等有机物指标超标是目前许多城市黑臭河道中急需解决的突出问题。河道水体的主要污染来源是外部污染物的注入，以及长期积累的河底淤泥释放的物质。加之水体缺少必要的循环，溶解
氧过低，缺少水生动、
植物生存的环境，使水体逐渐失去自净能
力，容易发黑发臭。此外，外部污染物注入量通常具有随机性，特别是对于雨水较多的地区而言，下雨会集中带来较多的外部污染物，使得河道水体的水质迅速恶化。
[0004] 就目前的
整治河道污染水体的技术而言，
生物—生态技术是较为科学的整治途径。根据生态学原理，利用水生生态动植物及
微生物的自净能力吸收水体中的有机污染物，可以达到水质净化的目的。
[0005] 目前的生物—生态技术一般建造为人工湿地、生物氧化塘、生物滤床等等形式。此种方法需要投入大量
基础设施建设，带来成本及维护工作的增加，并且这种水处理方案限制了处理量和处理地点，不能灵活应对水质迅速变差的情况。再者，现有的置于河道等水体中的水处理装置不能根据水体的变化进行实时或者适应性调节。
发明内容
[0006] 为了解决上述技术问题的至少之一，根据本公开的一方面，提供了一种多功能净水设备，其特征在于，包括：第一曝气系统、净水系统和控制系统，其中，第一曝气系统，包括：注入待净化的水体的第一取水机构；与所述第一取水机构的出水道连通的第一射流机构；和与所述第一射流机构连通的第一进气机构；其中，所述第一进气机构设置在所述第一射流机构的入口前端，净水系统将净水剂与水体混合，并且将混合之后的净水剂液分配至所述第一射流机构的入口前端，以利用第一射流机构的
负压作用从所述第一射流机构排出净水剂液；控制系统根据检测的水质参数确定是否启动净水系统。
[0007] 根据本公开
实施例的多功能净水设备，可选地，所述第一曝气系统的所述第一进气机构包括第一进气主管和第一进气分管，所述第一进气主管的一端连接第一
阀门，其另一端与所述第一进气分管连接，并且所述净水系统连接到位于所述第一射流机构的入口前端的所述第一进气机构的所述第一进气分管。
[0008] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，在启动净水系统时，所述控制系统根据所述第一取水机构的
泵所泵入的水量和第一射流机构的射流强度确定净水剂的投加量。
[0009] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述净水剂的投加量还与投加比例系数相关，其中投加比例系数根据检测的水质参数确定。
[0010] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，检测的水质参数包括水
浊度，如果水浊度低于设定值，所述控制系统控制第一阀门关闭并且启动净水系统。
[0011] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述第一自动取水机构沿水流方向包括进水道、储水腔、泵和出水道，其中出水道被设置为高于储水腔的高度，当启动净水系统时，所述控制系统控制第一自动取水机构中的泵泵入确定的水量。
[0012] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述第一射流机构包括出水管，其内部设置有螺旋件。
[0013] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述净水系统包括投放净水剂的净水剂通道，添加水体的调制水通道，用于将净水剂和水体混合为净水剂液的净水剂桶，以及投加净水剂液的投加通道。
[0014] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述净水剂通道包括放置净水剂的净水剂槽和控制净水剂施加量的调节阀，所述调制水通道包括能够控制进水量的水泵，其中所述控制系统根据确定的净水剂的投加量控制调节阀，并且根据净水剂的稀释比例控制水泵。
[0015] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述投加通道包括
计量泵和分配器，其中计量泵根据水质需求定量投加净水剂液，分配器对净水剂液进行均匀分配。
[0016] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，还包括第二曝气系统和微生物系统，其中所述第二曝气系统包括注入待净化的水体的第二取水机构，与所述第二取水机构的出水道连通的第二射流机构，和与所述第二射流机构连通的第二进气机构，所述第二进气机构设置在所述第二射流机构的入口前端；微生物系统包括与所述第二射流机构的入口前端连接的分配器，所述控制系统根据检测的水质参数确定是否启动微生物系统。
[0017] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述第二曝气系统的第二进气机构包括第二进气主管和第二进气分管，所述第二进气主管的一端连接第二阀门，其另一端与所述第二进气分管连接，并且所述微生物系统的分配器连接到所述第二进气机构的第二进气分管。
[0018] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，在曝气模式下，控制系统控制第二阀门开启，并且在启动微生物系统时，控制系统控制第二阀门关闭。
[0019] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述检测的水质参数包括氨氮含量、溶解氧、
化学需氧量和
生化需氧量中的一者或多者。
[0020] 以上所述的控制系统可以包括一个或多个
控制器。控制系统可以部分或者全部采用现场控制或者远程控制的方式。
[0021] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述第二射流机构包括出水管，其上设置有多个投加孔，并且投加孔上设置有填料。
[0022] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，所述微生物系统包括装有微生物的微生物桶、
电磁阀和分配器，其中分配器通过管道与第二进气机构的第二进气分管连接。
[0023] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可选地，还包括检测水体水质的水质分析
传感器。
[0024] 根据本公开的另一方面，提供了一种水处理系统，其包括前述的多功能净水设备和承载所述多功能净水设备的主体，使得该系统能够漂浮于水面。
[0025] 根据本公开实施例的多功能净水设备，可以集合曝气、净水、微生物投加等水处理功能于一体，结构简单紧凑。本设备还利用了负压自吸原理来排出净水剂液和投放微生物，节约了
能源。此外，本设备可以根据水体水质情况自动设置相应参数并且执行相关的功能，提高了水处理的自动化程度。
附图说明
[0026] 为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
[0027] 图1示出了根据本公开一个实施例的多功能净水设备的俯视的示意图；
[0028] 图2示出了根据本公开一个实施例的多功能净水设备的曝气系统的剖面示意图；
[0029] 图3示出了根据本公开一个实施例的多功能净水设备的净水系统的剖面示意图；
[0030] 图4示出了根据本公开一个实施例的多功能净水设备的控制流程的示意图。
具体实施方式
[0031] 为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0032] 除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开
专利申请说明书以及
权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对
位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0033] 图1是根据本公开的一个实施例的多功能净水设备的俯视的示意图。如图1所示，多功能净水设备可以包括第一曝气系统2、第二曝气系统5、净水系统3和微生物系统4。该多功能净水设备还可以包括控制系统(未示出)，其用于控制第一曝气系统2、第二曝气系统5、净水系统3、微生物系统4等部分的工作。控制系统可以采用单独或者多个控制器来实现。
[0034] 该多功能净水设备可以由主体1(例如，船体)承载，从而使该设备漂浮于水面，形成移动式水处理系统。该移动式水处理系统还可以设置有控制其运行方向的转向系统，其可以设计为现场操作或者远程操作的方式，便于工作人员对该移动式水处理系统的控制，以实现在水面上的定向移动。
[0035] 尽管图1中示出了第一曝气系统2和第二曝气系统5，但是本实施例并不限于两组曝气系统。曝气系统的数量可以根据需要来确定。曝气系统可以对水体进行曝气充氧并提供设备前进的动力。各个曝气系统可以在控制系统的控制下独立工作。
[0036] 图2示出了根据本公开一个实施例的多功能净水设备的曝气系统的剖面示意图。以下参考图1和图2所示对第一曝气系统2的结构和工作方式进行说明。第一曝气系统2可以包括自动取水机构21、进气机构22和射流机构23。自动取水机构21的水流末端连接射流机构23，并且射流机构23的上端连接进气机构22。
[0037] 自动取水机构21沿水流方向设置有格栅211、进水道212、储水腔213、泵214(例如，干湿泵)和出水道215，其中干湿泵连接到储水腔的出水口，出水道连接到干湿泵的出水口。当自动取水机构21工作时，先往储水腔213内注水直至储水腔213水位到最高之后密封加水口，这样只留下进水道212作为水的入口。然后，启动干湿泵214，将储水腔213内的水体输送至出水道215并随后进入射流机构23。此时，储水腔213的水位逐渐下降，使腔内空气压力逐渐降低从而形成负压，外界的水体通过格栅211过滤，从进水道212内逐渐上升到达储水腔
213。出水道215被设置为走高的设计(即高度高于储水腔213高度)，这样有利于储水腔213的储水。自动取水机构21的构造解决了干湿泵214对水位要求的限制，同时降低了设备本身高度及
吃水深度，使其对使用现场的环境要求(水体水位要求、水面
桥梁高度等)降低，通用性更强。
[0038] 进气机构22包括进气主管221，其一端连接有阀门222，另一端连接有一个或多个进气分管223。射流机构23与进气机构22连接，其中射流机构23的出水管231内设置有螺旋件232，使其内的水流成螺旋流通形式，由此使得混合更均匀。
[0039] 在曝气模式的运行过程中，阀门222打开，自动取水机构21取水后水体通过射流机构23。射流机构23可以形成负压，使得空气通过进气机构22的阀门222进入，空气与水体在出水管231内混合，从而对水体曝气充氧。
[0040] 第二曝气系统5的结构类似于第一曝气系统，其可以包括自动取水机构51、进气机构52和射流机构53。自动取水机构51的水流末端连接射流机构53，并且射流机构53的上端连接进气机构52。由于第二曝气系统5的自动取水机构的结构与第一曝气系统2是相同的，因此在图2中没有重复示出。第二曝气系统5的自动取水机构的结构和工作方式可以参照上文中对第一曝气系统2的自动取水机构21的描述。图2示意性地示出了第二曝气系统5的进气机构52和射流机构53。
[0041] 进气机构52包括进气主管524。进气主管524一端连接有阀门525，另一端连接有一个或多个进气分管526。射流机构53与进气机构52连接，其中射流机构53的出水管533上设置有若干投加孔534，并且投加孔534处设置有填料535。
[0042] 在曝气模式的运行过程中，阀门525打开，自动取水机构取水后水体通过射流机构53，射流机构53形成负压，使得空气通过进气机构52的阀门525进入，空气与水体在出水管
533内混合，从而对水体曝气充氧。
[0043] 阀门222和阀门525可以由控制系统进行控制，在曝气系统启动时打开。曝气系统的数量可以根据需要增加。第一曝气系统和第二曝气系统也可以单独使用，即净水设备中可以根据需要只包含第一曝气系统或者第二曝气系统。第一曝气系统和第二曝气系统的控制将在下文中参考图4具体说明。阀门222和阀门525可以是能够通过控制系统进行控制的自动阀。
[0044] 图3示出了根据本公开一个实施例的多功能净水设备的净水系统的剖面示意图。以下参照图1-3对净水系统的结构和工作方式进行说明。
[0045] 净水系统3可以包括净水剂通道31、调制水通道32、投加通道33和净水剂桶34。净水剂通道31为净水剂的定量添加通道，其可以包括净水剂槽311和调节阀312。净水剂槽311内的净水剂进入净水剂桶34的量由调节阀312控制。调制水通道32是定量添加与净水剂混合的水体的通道。调制水通道32内的水泵321控制进入净水剂桶34的进水量。净水剂与水体在净水剂桶34内的
搅拌机35的作用下均匀混合。投加通道33将混合后的净水剂液定量均匀投加，其可以包括计量泵331、分配器332和管道333。混合后的净水剂液可以由计量泵331根据水质需求控制投加量，投加的净水剂液经过分配器332均匀分配至进气机构22的进气分管223，再进入出水管231内，以在螺旋件232的作用下与其内部的水体旋流混合均匀后射流排出，得到更好的净水效果。射流排出的形式搅动了附近水域，使得净水剂液影响范围更广，实际处理水量更大、更均匀。
[0046] 尽管图中示出的是净水系统3与进气机构的进气分管223连接，净水系统3也可以连接到射流机构的入口前端的其他位置。只要净水系统3连接到射流机构的入口前端的负压区之内，就可以利用射流机构的负压作用将净水剂液吸入至出水管231。
[0047] 从以上结构可以看出，在本设备中，曝气系统2和净水系统3交汇混合使用，曝气搅动水体增进了净水剂与水体的
接触影响范围。此外，净水系统3通过连接到射流机构的入口前端，例如进气机构22的进气分管223，与第一曝气系统共用射流机构23，来排出净水剂液。当净水系统3工作时(即在净化模式中)，阀门222关闭。由于射流机构23形成负压，因此净水剂液将被吸入至出水管231，通过负压的作用投加到水体中。由此，节省了投加净水剂液所需的能源并且减少了投加所需的设备(比如，水泵)。
[0048] 返回参照图1，微生物系统4可以包括微生物桶41、电磁阀42、分配器43和管道44。微生物桶41内存放微生物，其可以是原生微生物菌液或者菌剂与
营养液配置培养的微生物菌液等等形式。微生物桶41通过分配器43和管道44与第二曝气系统的进气机构52的进气分管526连接。
[0049] 尽管图中示出的是微生物系统4与进气机构的进气分管526连接，微生物系统4也可以连接到射流机构的入口前端的其他位置。只要微生物系统4连接到射流机构的入口前端的负压区之内，就可以利用射流机构的负压作用将微生物菌液吸入至出水管533。
[0050] 从以上结构可以看出，微生物系统4通过连接到射流机构的入口前端，例如，进气机构52的进气分管526，与第二曝气系统共用射流机构53，来投加微生物菌液。当微生物系统4工作时(即在微生物投加模式中)，阀门525关闭。由于射流机构53形成负压，微生物系统4内的微生物菌液被吸入至出水管533，从投加孔534处流出，从而附着至填料535上生长繁殖，用来降解水体中的有机物。
[0051] 在本设备中，第二曝气系统5和微生物系统4交汇混合使用，曝气搅动水体增进了微生物与污染物的接触，并且提供的溶解氧(Do)激活了微生物的生物活性。通过设置填料535提供微生物的寄居载体，为微生物的繁衍、增殖及生长栖息创造更为适宜的生长环境，避免了由于曝气搅动使得投加的微生物落入水体中形成菌胶团而快速沉淀到池底，并且节省了投加微生物菌液所需的能源。
[0052] 图4示出了根据本公开一个实施例的多功能净水设备的控制系统的控制流程的示意图。
[0053] 控制系统包括一个或多个控制器，并且可以采用现场或者远程控制的方式。控制系统还可以包括
存储器，用于记录设备的各种运行参数(包括但不限于，曝气系统、净水系统、微生物系统的运行参数；各阀门和水泵的运行参数；检测的水质参数等)，并且将其传输到控制中心或者
数据中心，来进行实时监控或者数据分析。
[0054] 控制系统首先获取通过水质分析传感器测得的水质的相关数据(步骤401)。水质分析传感器6可以安装在多功能净水设备中，也可以安装在其他设备中或者作为单独的检测设备。水质分析传感器可以检测待处理水体的化学需氧量(COD)、氨氮含量(NH3-N)、溶解氧(Do)、水浊度(H)、水温、PH参数等。控制系统根据待处理水质情况，可以
自动调节设备的运行模式，并且可以根据水质参数自动调节各运行模式下的运行参数。
[0055] 判断H测与H设之间的关系(步骤410)。当测定的水浊度H测小于设定的或者期望的水浊度H设时，即H测
[0056] 1.确定干湿泵的水处理量Q水(即确定通过干湿泵泵入的水量)。因为采用了射流形式，实际影响的水处理量比Q水大，所以可以用nQ水表示(n的数值根据射流强度确定)实际的水处理量。
[0057] 2.根据nQ水确定净水剂的投加量m净，其中净水剂的投加量m净将通过调节阀312控制：
[0058] m净＝nQ水η1(η1为投加比例系数，一般来说，η1为经验值，其与水浊度有关系，水越浑浊，投加系数越大)。
[0059] 3.根据m净确定水泵321的进水量Q：
[0060] Q＝m净/η2(η2是净水剂的稀释比例，一般为经验值)。
[0061] 4.净水剂液的总量为Q净＝Q+m净，即由计量泵331控制投放的净水剂液的量。
[0062] 净水系统3的工作流程可以参照图4的
框图413。首先，关闭阀门222，切断进气机构22的通道；启动干湿泵214，其中干湿泵的水处理量为Q水；调节阀312根据计算的净水剂投加量m净投放净水剂；水泵321控制进水量Q进入净水剂桶34；启动搅拌机35来均匀混合净水剂桶中的净水剂和水。混合后的净水剂液由计量泵331根据计算结果定量投加到水体中。由于进水量Q和净水剂投加量m净可以是确定的，因此也可以省略计量泵331。
[0063] 以上的计算既可以是在净水系统3开始工作时进行的，也可以是根据水体水质、干湿泵214的水处理量、待处理水域的水量等条件实时进行调整的。
[0064] 如果确定H测大于等于设定的或者期望的水浊度H设时，即H测≥H设时，水体透明度较好或者符合要求，此时第一曝气系统2可以被启动，而不运行净水系统3。第一曝气系统2启动时，阀门222打开，使得气体进入进气机构22。
[0065] 另外，还可以判断水质中的有机污染物含量是否超标，例如，判断氨氮含量是否符合要求(步骤420)。当(NH3-N)测>(NH3-N)设时(步骤421)，水体中的有机物含量较高，此时微生物系统4被启动。参照图4的框图423，首先关闭阀门525，切断进气机构52的通道；启动第二曝气系统的干湿泵(未示出)；启动电磁阀42使得微生物菌液进入到出水管，从而从投加孔534流出。
[0066] 当(NH3-N)测≤(NH3-N)设时，水体中氨氮含量符合要求，第二曝气系统5可以被启动(步骤425)，而不运行微生物系统4。第二曝气系统5启动时，阀门525打开，使得气体进入进气机构52。
[0067] 除氨氮含量外，也可以使用COD(化学需氧量)或者BOD(生化需氧量)等来作为判断有机污染物含量是否超过设定值的参数。
[0068] 此外，当Do测
[0069] 根据本公开的多功能净水设备，可以集合曝气、净水、微生物投加等水处理功能于一体，结构简单紧凑。
[0070] 根据本公开的实施例的多功能净水设备，能够实现以下技术效果中的一种或者几种：根据本公开的实施例，本多功能净水设备可以将曝气系统和净水系统交汇混合使用，通过射流机构排出净水剂液，增加了净水剂与水体的接触影响范围，使得净水剂能够处理的水量更大，也更加均匀。由于净水系统与射流机构连接，使得可以利用射流机构的负压自吸作用来排出净水剂液，节省了投加净水剂液所需的能源并且减少了投加所需的设备。此外，根据本公开的实施例，本设备还可以将曝气系统和微生物系统交汇混合使用，利用曝气搅动水体增加了微生物与污染物的接触，提供了溶解氧激活微生物的生物活性。本设备还利用了负压自吸原理来投放微生物，节约了能源。本设备集成了多种水处理功能，可以根据水体水质情况自动设置相应参数并且执行相关的功能，提高了水处理的自动化程度。
[0071] 以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。
