用于污水在海洋中7～10m水深排放的5°射流角多噴口擴散器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于污水在海洋中7～10m水深排放的5°射流角多噴口擴散器，的技術方案是：該擴散器包括主管，主管上均布有多個上升管，上升管與主管連通，上升管上設有2個噴射管，噴射管的一端與上升管連通，噴射管的另一端為出流噴口，主管由多段不同管徑的管段連接而成；其特征在于，上升管的間隔為4m，出流噴口的射流角為5°，所有出流噴口的中心在同一水平線上。采用本實用新型擴散器進行污水深海（7～10m）排放不僅在水力方面滿足深海排放工程的要求，實現工程的高效運行，而且能夠有效保護海洋環境，避免污水在海平面的積聚，大大降低污水對海洋生態系統的影響，間接減少了工程相應的環保投資。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種污水深海排放用擴散器設備，尤其涉及一種污水深海排放多 噴口擴散器。 用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射流角多噴口 擴散器
【背景技術】
[0002] 污水深海排放是在嚴格控制排污混合區的位置和范圍，符合排放水域的水質目標 要求，不影響周圍水域使用功能和生態平衡的前提下，選定合適的排污口位置，選取設計合 理、運行可靠的污水排放方式，采取科學的工程系統措施，合理利用海域的凈化能力，處置 污水的一種工程技術措施。即污水經過規定要求的預處理后，通過鋪設于海底很長的放流 管，離岸輸送到一定的水下深度，再利用有相當長度、具備特殊構造的多孔擴散器，使污水 與周圍水體迅速混合，在盡可能小的范圍內高度稀釋，達到要求的標準，無嚴格控制要求和 自由亂排及無完整水下工程的岸邊排放，都不是科學的污水海洋處置，不利于海洋資源的 合理開發利用。
[0003] 而多孔擴散器作為整體污水排海工程的終端設施，是現代沿海城市污水排海工程 中的重要組成部分，是有別于早期污水排海工程的主要特征，也是實現海洋環境保護的重 要設施。在污水排海工程中，多孔擴散器的主要作用是通過它可以將污水均勻分散地排放 到海洋環境水體中去，因此擴散器可提供給污水極大的初始稀釋，能夠對海洋生態及水質 起到明顯的保護作用。從目前已投入運行的污水排海工程來看，良好的多孔擴散器水力及 結構設計，已成為污水排海工程成功的關鍵因素。
[0004] 對于整體污水海洋處置而言，終端擴散器是影響污水稀釋擴散效果、保護海洋環 境的重要環節，直接體現污水深海排放工程的價值。擴散器的主要結構由主管、上升管以及 出流噴口組成(模型如圖1所示)，其中主管主要用于承擔污水的正常流動，上升管一般接于 主管之上，用于疏導污水的出流位置，終端噴口則用于污水的出流。目前對于擴散器的設計 研究主要集中于其主管的結構型式，例如美國加利福尼亞的奧諾腓排海工程擴散器采用的 為上升管單噴口結構；澳大利亞的North Head排海工程采用I型結構擴散器；Malabar污 水海洋處置工程采用L型結構。此外我國的研究人員也對擴散器的結構型式進行了大量研 究，如嚴忠民等人結合我國河道排放的發展方向，研究了多孔擴散器在有限水深且有限寬 度水域水平潛沒排放的近區摻混稀釋特性，得到近區稀釋度變化的影響規律，為排放工作 研究和設計提供了可靠的依據；王超等從航運、施工、管理及水生生物回游等角度出發，提 出采用多孔T型擴散器排放污水，根據多孔射流發展規律，分析了 T型擴散器排放近區流態 特性，并通過數學模型計算，預報型擴散器排放近區軸線流速，濃度及稀釋度的沿程變化規 律，得出了相對動量和擴散器長度是影響污染物橫向擴散的主要因素。可以看出，目前大多 污水終端擴散器的結構型式還是以主管的變化為主，對噴口射流角度的設計研究較少。所 謂射流角，即污水出流傾角與海水水平角的夾角，射流角度是影響污水近區稀釋的重要因 素之一，但目前還沒有一個完整的計算模式。
[0005] 根據工程實例可知,射流角度越大，射流射出后，由于水力繞流阻力的作用，射流 慢慢彎曲，同時與橫流慢慢交混，其寬度越來越大。目前在一些水深條件較好的工程中（一 般水深大于10米)，往往采用射流角度大于15°的擴散器結構型式，但是目前很多排海工 程的排污口設置區域水深條件往往小于10米，過大的射流角度會導致污水過快升頂，使得 污水云團來不及擴散，與周圍環境水體接觸較小，得不到充分的稀釋擴散，反而使稀釋擴散 較差；而污水出流角度與海平面保持平行，這種角度設計雖然能夠避免污水過早升頂，但是 也會使污水與周圍環境水體接觸較小，得不到充分的稀釋擴散，污水擴散效果較差，因此可 考慮利用較小角度的射流角解決水深條件小于10米區域的污水稀釋擴散問題。 實用新型內容
[0006] 為解決水深條件較差的排海工程污水出流的稀釋擴散效果問題，本實用新型提供 一種用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射流角多噴口擴散器，針對現有擴散器的噴 口射流角度進行改良，同時保證污水出流的水力效果，從而保證污水排海工程的高效運行， 減小污水對海洋環境的影響，降低相關的環保措施費用。
[0007] 本實用新型用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射流角多噴口擴散器，的 技術方案是：該擴散器包括主管，所述主管上均布有多個上升管，所述上升管與所述主管連 通，所述上升管上設有2個噴射管，所述噴射管的一端與所述上升管連通，所述噴射管的另 一端為出流噴口，所述主管由多段不同管徑的管段連接而成；其特征在于，所述上升管的間 隔為4m，所述出流噴口的射流角為5°，所有出流噴口的中心在同一水平線上。
[0008] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
[0009] 用于水深條件小于10米的污水排海工程實際應用，既能保證污水與海水的充分 混合，也能避免污水的過快升頂積聚，是港口或沿海地區實施污水深海排放的重要技術保 障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1是本實用新型5°射流角多噴口擴散器的結構示意圖；
[0011] 圖2是圖1中主管上A-A位置剖視圖；
[0012] 圖3是本實用新型擴散器工作狀態示意圖。
[0013] 圖中：1-主管，2-上升管，3-噴射管，4-出流噴口。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型技術方案作進一步詳細描述。
[0015] 如圖1和圖2所示，本實用新型一種用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射 流角多噴口擴散器，包括主管1、上升管2、噴射管3和出流噴口 4,其中，所述主管1由多段 不同管徑的管段連接而成，實際應用中，所述主管1的一端與污水排放設施的放流管連接， 所述主管1可以由兩段不同管徑的管段連接而成，所述主管1自放流管連接端至另一端兩 段管段之間長度比為10:7,兩段管段之間的管徑為漸變過渡的錐形管段，兩段管段之間的 管徑之比為1. 3 :1 ;主管1主要用于承擔污水的正常流動，所述主管1上均布有多個上升管 2,上升管2 -般接于主管1之上，所述上升管2與所述主管1連通，用于疏導污水的出流位 置，所述上升管2上至少設有2個噴射管3,所述噴射管3的一端與所述上升管2連通，所述 噴射管3的另一端為出流噴口 4,出流噴口 4則用于污水的出流；所述上升管的間隔為4m， 所述出流噴口 4的射流角為5°，所有出流噴口 4的中心在同一水平線上；所述出流噴口 4 的水平方位角（與環境水流方向之間的夾角）為〇?90°，該水平方位角優選為0°即污水 出流的水平角度與環境水流方向平行。
[0016] 本實用新型擴散器實施例的結構如圖1和圖2所示，其結構尺寸如表1所示。
[0017]表 1
[0018] 擴散器主管長度 18. Om 上升管間距 4.0m 上升管數量 5支 單上升管噴ΓΙ數 2個 水平方位角 （T (與環境水流方向平行） 射流角度 5° 上升管的長度（ra) 1.0 主管各管段內徑（m) R1=0. 34 m R2=0. 26 m 主管各管段長丨艾（m) 10. 0 m 7. 0 m 椎形管段的長度（m) 1.0 m 上升管出流噴口內徑 ~ ~ ,、 0. 1 m 0. 11 m _(m)_[_*_J_
[0019] 射流角度是影響污水近區稀釋的重要因素之一。縱向擴散形狀與射流角度有關， 射流與垂線角度越大，射流射出后，由于水力繞流阻力的作用，射流慢慢彎曲，在此同時，射 流與橫流慢慢交混，其寬度越來越大。
[0020] 經過擴散器稀釋擴散效果物理試驗表明：
[0021] 當射流角度為0°時，由于一些污水云團由于受到水流夾帶，漂移距離過長，影響 其稀釋擴散。
[0022] 當射流角度為10°時，雖然污水稀釋擴散效果滿足要求，但是在試驗過程中發現， 污水上升到水面的時間較短，容易在水面形成污水場，影響其稀釋擴散。因此10°的射流角 度已經過大，會對污水的稀釋擴散產生不利影響。
[0023] 當射流角度為5°時，在環境水流的強烈擾動下，不易形成某一污水云團，且具有 一定的漂移距離，不容易在水面形成污水場，可取得較好的稀釋擴散效果。表2-表4分別 為射流角度為〇°、5°與10°時的試驗結果。
[0024] 表2射流角度為0°時的試驗結果
[0025] ITTI擴散器主管 稀釋儕數 J、少__長度 - 50m 100m 250m 400m ^^ 18m - 81 - 84 - 98 106 __22m__98__H)6__104__120 潮~ 18m ~ 90 92 111 122 、洛· 22m 102 107 118 129 ~ 18m -_擴散范圍：0.023km2_ ^'?，1 22m 擴散范圍：0.019km2
[0026] 表3射流角度為5°時的試驗結果
[0027] ^|擴散器+:管^ 稀釋倍數 說'、__長度 - 50m 100m 250m 100m ~ 1%； 73 75 84 97 A ^ -22m- 90.......................................98 ...................................102............................................................117--- ~~ 18m ~ 79 一 84 93 l〇5~~ 谷朝__22m 一 93 97 J 111 124 ^ 1? 擴散范圍：0.034km2 心抓 j.................. 22m J 0.041km2
[0028] 表4射流角度為10°時的試驗結果
[0029] ^^|擴散器主管| 稀釋倍數 沏 y__氏度 - 50m 100m 250m 400m ^ ?&； 60 49 40 38 j 張潮-22m ?^ 73 > 79 83 t 湖 18m 65 58 54 47 Μ 22m 77 j 80 74 | 69 舌為汰 _18m__擴散范圍;0.037km2_ J"YiIL I 22m I 擴散范圍：0.045km2
[0030] 通過試驗發現，當噴口射流角度為5°時，各上升管污水在冒頂時基本混合，說明 上升管個數的設計也能滿足實際海洋環境保護的要求，因此噴口射流角度為5°的擴散器 結構型式能夠達到污水深海排放的環保要求。
[0031] 本實用新型擴散器的工作過程是：
[0032] 污水深海排放的整體工作過程主要是通過提升泵站將污水進行加壓，再利用排海 管道輸送經過處理的生產廢水、工業污水或生活污水到提前選定的海洋合適位置進行排 放，利用海洋巨大的稀釋能力來解決污水排海問題。同時，為了使該處海水具有最佳的凈化 能力，需要在該排放點采用離岸潛沒的多孔擴散管進行排放，示意圖如圖3所示。
[0033] 污水排放終端擴散器放置于選定位置的海床上，擴散器進口端與排海管道連接， 污水進入擴散器主管后，經各上升管疏導后由上升管所連接的噴口噴射入海水中。根據數 值模擬計算與物理模型試驗，污水經射流角度為5°的擴散器進入海洋后，能夠達到很好的 稀釋擴散效果，這種結構型式往往適用于污水排放點水深條件較差的地區，一般水深小于 l〇m，基本上是在7?10m之間，既能夠保證污水得到充分稀釋擴散，同時也能避免污水的過 早升頂。同時根據以往深海排放工程的后期水質監測情況來看，實際工程中的污水稀釋擴 散效果與數值模擬與物理試驗的分析結果相一致，因此通過5°射流角的擴散器進行污水 深海（7?10m)排放不僅在水力方面滿足深海排放工程的要求，實現工程的高效運行，而且 能夠有效保護海洋環境，大大降低污水對海洋生態系統的影響，間接減少了工程相應的環 保投資，對我國沿海地區經濟開發及港口水運事業發展提供了有力的技術保障。
[0034] 盡管上面結合附圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的 【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術 人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這 些均屬于本實用新型的保護之內。
【權利要求】
1. 一種用于污水在海洋中7?10m水深排放的5°射流角多噴口擴散器，包括主管 (1)，所述主管（1)上均布有多個上升管（2)，所述上升管（2)與所述主管（1)連通，所述上升 管（2)上至少設有2個噴射管（3)，所述噴射管（3)的一端與所述上升管（2)連通，所述噴射 管（3)的另一端為出流噴口（4)，所述主管（1)由多段不同管徑的管段連接而成；其特征在 于， 所述上升管的間隔為4m，所述出流噴口（4)的射流角為5°，所有出流噴口（4)的中心 在同一水平線上。
【文檔編號】E03F1/00GK203905143SQ201420081470
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】于航, 白景峰, 王心海, 趙宏鑫, 陳瑤泓伶, 吳建明, 何澤慧 申請人:交通運輸部天津水運工程科學研究所, 天津水運工程勘察設計院