CN101585570B - 高、低浊水一体式水质净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高、低浊水一体式净化装置。该装置包括主体装置、药剂混合投加***和自动控制***，其中主体装置为直圆筒结构，自上至下依次为清水区、轻质悬浮滤床、缓冲区、第一反应区、第二反应区和集泥区，在第一反应区和第二反应区底部分别设有高浊水布水器和低浊水布水器。该装置采用两点布水方式，高、低浊水布水***各自独立，通过自动控制***在两者之间进行切换，改变原水在装置中的流程和反应时间，以适应水质变化，实现高、低浊水处理能力兼备。该装置将将结团絮凝与轻质悬浮滤床上向流过滤有机结合，可集混凝、沉淀、过滤和滤料自清洗于一身。

Description

高、低浊水一体式水质净化装置

技术领域

本发明涉及一种水质净化装置，用于分离水中悬浮态和胶体颗粒，尤其涉及一种两用的一体式水质净化装置，可适用于夏秋季高浊度和冬春季低温低浊度特点的水质净化。

背景技术

从除浊角度看，高浊和低温低浊是截然相反的两种极端水质条件，是水质净化工艺中重点研究解决的问题之一。高浊水含固量往往是正常条件下的几十甚至上千倍，水质冲击负荷高，直接影响净水工艺的稳定运行和净水效果；而低温低浊水由于水的粘滞性大、颗粒浓度低，致使脱稳胶体颗粒之间碰撞效率低、絮凝体成长困难。针对上述问题，国内外已相继研究开发出了针对高浊水和低温低浊水处理的多种技术，前者如改良型涡流式沉淀反应、高密度旋流絮凝技术和结团絮凝技术等，后者包括活性炭吸附、膜滤、涡旋混凝低脉动沉淀和泥渣回流等技术。

特殊的环境条件造成北方地表水源水往往同时具有夏季高浊度和冬季低温低浊的水质特点。如黄河干流及其支流，夏季6-9月份浊度平均在5000NTU左右，有时甚至高达10000NTU以上，冬春平均浊度一般在10NTU以下，而水源水库甚至在5NTU以下，且能持续3-5个月。两种极端水质条件的交替出现，迫使净水工艺必须增设预处理、强化处理单元或采取应急处理措施，由此带来了净化工艺复杂、占地面积大、操作运行管理不便、净水水质稳定性差、处理成本高等系列问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水质净化装置，该装置能将混凝、沉淀和过滤以及滤层自清洗功能集为一体，兼备高浊水和低温低浊水处理能力，适应水质负荷的大幅度变化，保证水质净化效果。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

高、低浊水一体式水质净化装置，包括主体装置、药剂混合投加***和自动控制***，主体装置包括顶板、底板、位于主体装置上部的轻质悬浮滤床、沿主体装置轴向设于主体装置内的反应搅拌轴，设于顶板上方驱动反应搅拌轴的第一驱动部件、间隔设于反应搅拌轴上的搅拌桨、位于主体装置中部套在反应搅拌轴上的高浊水布水器、位于反应搅拌轴底部位置的低浊水布水器、设于底板上方的刮泥搅拌轴、设于刮泥搅拌轴上的刮泥板及设于底板下方驱动刮泥搅拌轴的第二驱动部件，顶板侧壁设有出水管，底板侧壁设有排泥管；该高浊水布水器与高浊水进水管连通，该低浊水布水器与低浊水进水管连通；该高浊水进水管上设有高浊水电磁阀，该低浊水进水管上设有低浊水电磁阀；高浊水进水管及所述低浊水进水管与进水总管连通，进水总管上沿进水方向依次设有进水阀门、电磁流量计、污泥浓度计、静态混合器，并通过进水泵从原水池进水；药剂混合投加***包括依次连接的混凝剂溶液池、混凝剂投加泵、混凝剂控制阀、混凝剂投加管以及依次连接的助凝剂溶液池、助凝剂投加泵、助凝剂控制阀及助凝剂投加管；其中，混凝剂投加管与进水总管的连接处位于静态混合器和污泥浓度计之间；助凝剂投加管与进水总管的连接处位于低浊水进水管与进水总管的连接处；该自动控制***包括控制器，该控制器分别与电磁继电器、高浊水电磁阀、低浊水电磁阀、混凝剂控制阀、助凝剂控制阀、总进水阀、污泥浓度计及电磁流量计连接。

由以上方案可见，本发明采用了两点布水方式，高、低浊水布水体统各自独立，根据原水水质条件在两种布水方式之间进行切换，控制高、低浊水在主体装置中的流程和反应时间，实现兼备处理高、低浊水的双重功能。高浊水经高浊水布水器形成上向流，在第一反应区进行结团絮凝，经过上向水流、机械搅拌、反应区絮凝体间相互摩擦挤压和助凝剂吸附架桥等联合作用，迅速生成大粒径致密絮凝体，实现高效固液分离；低浊水首先经低浊水布水器形成下向流，使低浓度的微絮体与集泥区高浓度结团絮凝体充分接触，提高其固体含量，然后经装置底板的作用形成上向流，在第二反应区进行絮凝反应，进一步提高其固体含量，最后在第一反应区进行结团絮凝，实现固液分离。本发明实现了高、低浊水处理能力兼备，而且将结团絮凝和轻质悬浮滤床的上向流过滤有机结合在一起，可以集混凝、沉淀、过滤和滤料自清洗于一身。结团絮凝后污泥颗粒可由自重沉降至集泥区排出。同时，轻质悬浮滤床可有效截留清水中携带的微絮体，微絮体在滤床中成长导致滤层水头损失逐渐增大，通过滤层水头损失控制继电装置启动滤层搅拌装置，经搅拌截留絮体与滤料剥离可重新落入高浓度污泥悬浮层，达到滤料自清洗目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的高浊水布水器的示意图；

图3为本发明的高浊水布水器的俯视图；

图4为本发明的低浊水布水器的示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括主体装置I、药剂混合投加***II和自动控制***III。

主体装置I为一个刚性的直圆筒结构，顶部为倒锥形顶板48，底部为锥形底板53，圆筒内部的中心位置沿圆筒轴线方向设有反应搅拌轴49。顶板48上方与反应搅拌轴49对应位置安装有搅拌电机46和减速器47，第一搅拌电机46和第一减速器47为第一驱动部件以驱动反应搅拌轴49转动，顶板48侧壁有设出水管33；底板53上方设有刮泥搅拌轴52及设于刮泥搅拌轴52上的刮泥板(54)，底板53下方与刮泥搅拌轴52对应位置安装有第二搅拌电机50和第二减速器51，第二搅拌电机50和第二减速器51为第二驱动部件以驱动刮泥搅拌轴52转动，底板53侧壁设有排泥管55。主体装置I内部从上至下依次为清水区32、轻质悬浮滤床29、缓冲区23、第一反应区21、第二反应区20和集泥区19。

轻质悬浮滤床29包括设于顶部的轻质滤料承截网30和设于底部的自清洗搅拌桨24，该轻质滤料承截网30通过设在主体装置I内壁上的固定槽31固定于主体装置I中，自清洗搅拌桨24通过其边缘下方的滑轮27置于固定在主体装置I内壁上的导轨28中。自清洗搅拌桨24通过电磁继电器26在通电情况下固定于反应搅拌轴49上并随反应搅拌轴49转动。自清洗搅拌桨24上设有若干搅拌栅条25，搅拌栅条25的长度为轻质悬浮滤床29高度的1/3，其宽度沿轴向渐缩。

位于第一反应区21和第二反应区20中的反应搅拌轴49上沿轴向设有若干搅拌桨22，搅拌桨22采用变截面形式设计，其宽度沿反应搅拌轴49的径向渐缩。第一反应区21底部设有高浊水布水器40，第一反应区21的中上部为高浓度悬浮泥渣层，第二反应区20底部设有低浊水布水器16。

参照图2和图3，高浊水布水器40包括环形顶板41、配水栅条42、环形布水室44和支撑肋条45。配水栅条42和支撑肋条45为棒球杆形状，若干配水栅条42围绕环形布水室44的***设置，且成一定角度倾斜，形成倒扣碗状的配水器43，水可从配水栅条42之间的间隙通过。支撑肋条45与环形布水室44下端连接并支撑配水器43。高浊水布水器40套在反应搅拌轴49外，通过固定在主体装置I内壁上的安装架60安装于主体装置I中。环形布水室44、支撑肋条45和配水器43围成一个非封闭空间，依次通过高浊水进水管39和高浊水电磁阀38与进水总管11相连。

高浊水经由高浊水进水管39首先进入环形布水室44，接着流入配水器43内部，然后斜向上通过配水栅条42，最后在主体装置I内壁强制作用下形成上向流。配水栅条42采用棒球杆状，优化了水利条件，配水更为均匀，其次可以有效防止污泥在布水器上攒积，污泥颗粒可以从配水栅条42表面顺畅滑落，并通过支撑肋条45间的间隙最终沉降至污泥层。

参照图4，为低浊度布水器16的示意图。低浊度布水器16包括环形布水管17和十字形布水支管18，环形布水管17和十字形布水支管18均为下壁穿孔管，且两者相连通。低浊度布水器16设于反应搅拌轴的底端，也通过固定在主体装置I内壁上的安装架60安装于主体装置I中。十字形布水支管18上设有支架15，通过轴套14固定反应搅拌轴49。低浊水布水器16通过低浊水进水管13和低浊水电磁阀12与进水总管11相连。

环形布水管17和十字形布水支管18相连通，保障了布水均匀性。低浊水通过环形布水管17和十字形布水管18下壁的孔口形成下向流，继而在锥体底板53强制作用下形成上向流，依次通过第二反应区20、第一反应区21，并在第一反应区21内的高浓度悬浮污泥层进行结团絮凝。低浊度布水器通过改变低浊水流程，可有效提高低浊水的固体含量和反应时间，有利于其进行结团絮凝。

继续参照图1，进水总管11上沿进水方向依次设有进水阀门3、电磁流量计4、污泥浓度计5、静态混合器10，并通过进水泵2从原水池1进水。

药剂混合投加***II包括依此连接的混凝剂溶液池6、混凝剂投加泵7、混凝剂控制阀8、混凝剂投加管9和依次连接的助凝剂溶液池34、助凝剂投加泵35、助凝剂控制阀36、助凝剂投加管37。其中，混凝剂投加管9与进水总管11的连接处位于静态混合器10和污泥浓度计5之间；助凝剂投加管37与进水总管11的连接处位于低浊水进水管13与进水总管11的连接处。

自动控制***III主要包括控制器56，控制器56分别与电磁继电器26、高浊水电磁阀38、低浊水电磁阀12、混凝剂控制阀8、助凝剂控制阀34、总进水阀3、污泥浓度计5及电磁流量计4连接。控制器56通过连续采集污泥浓度计5和电磁流量计4的数据，自动计算并控制混凝剂和助凝剂投加量，进行高浊水和低浊水处理的切换，以及轻质悬浮滤床29的自清洗。

本发明净化装置的出水管33位于顶部，设置两个进水口，即高浊水进水管39和低浊水进水管13，分别位于中部和下部，排泥管53位于底部。高浊度原水和低浊度原水分别由中部和下部进水口进入装置，通过改变进水位置调节原水在装置中的流程和反应时间，以适应水质变化。

以下对本发明装置的工作过程及原理作进一步的说明：

原水由进水泵2提升经过电磁流量计4、污泥浓度计5后，水量水质被自动控制***III识别。自动控制***III计算并控制混凝剂和助凝剂投加量，同时进行高浊水和低浊水处理的切换。

净化高浊水时，高浊水电磁阀38开启，低浊水电磁阀12关闭，与混凝剂和助凝剂充分混合后的高浊水经高浊水布水器40形成上向流，并进入第一反应区21，在第一反应区21中的高浓度污泥悬浮层中进行结团絮凝，实现固液分离。固液分离后的污泥颗粒依靠自重经由第二反应区20沉降至集泥区19，清水则继续上升，经缓冲区23进入轻质悬浮滤床29进行上向流过滤，最后进入清水区32，从出水管33排出。

净化低浊水时，高浊水电磁阀38关闭，低浊水电磁阀12开启，与混凝剂和助凝剂充分混合后的低浊水经低浊水布水器16形成下向流进入集泥区19，在刮泥板54的搅拌下与集泥区19的高浓度活性污泥混合，低浊水固体含量得以提高，之后在底板53的作用下，低浊水改为上向流，依次通过第二反应区20和第一反应区21，进行絮凝反应，固体含量进一步提高，并在第一反应区21的高浓度污泥悬浮层中进行结团絮凝，实现固液分离。固液分离后的污泥颗粒依靠自重经由第二反应区20沉降至集泥区19，清水则继续上升，经缓冲区23进入轻质悬浮滤床29进行上向流过滤。过滤后的清水进入清水区32经由出水管33排出。

净化过程中，第一反应区21的高浓度污泥悬浮层内少量微小絮体可能被清水携带进入缓冲区23，并被轻质悬浮滤料截留，继而在轻质悬浮滤床29内凝聚成长。通过设置最大允许滤层水头损失，控制电磁继电器26启动，滤料自清洗搅拌桨24搅拌，进行滤料自清洗，在搅拌栅条25的剪切作用下，轻质悬浮滤床29内成长的污泥颗粒与滤料剥离，依靠自重重新落入高浓度污泥悬浮层。

本发明采用了两点布水方式，主体装置I设有两套各自独立的布水***，即分别位于第一反应区21和第二反应区20底部的高浊水布水***和低浊水布水***。高、低浊水布水***各自独立，根据原水水质条件在两种布水方式之间进行切换，控制高、低浊水在主体装置I中的流程和反应时间，实现兼备处理高、低浊水的双重功能。原水与混凝剂和助凝剂混合后，通过结团絮凝反应实现固液分离，生成的污泥颗粒下沉至集泥区19，水则通过反应区上升进入轻质悬浮滤床29过滤，轻质悬浮滤床29拦截水中残留的微絮体，滤层中截留的凝结固体在搅拌作用下与滤料剥离，落入污泥悬浮层，滤后水进入上部清水区32流出，从而实现混凝、沉淀和过滤净水工艺的有机集成。

本发明中，高浊水经高浊水布水器40形成上向流，在第一反应区21进行结团絮凝，经过上向水流、机械搅拌、反应区絮凝体间相互摩擦挤压和助凝剂吸附架桥等联合作用，迅速生成大粒径致密絮凝体，实现高效固液分离；低浊水首先经低浊水布水器16形成下向流，使低浓度的微絮体与集泥区19高浓度结团絮凝体充分接触，提高其固体含量，然后经装置底板53的作用形成上向流，在第二反应区20进行絮凝反应，进一步提高其固体含量，最后在第一反应区21进行结团絮凝，实现固液分离。

本发明实现了高、低浊水处理能力兼备，而且将结团絮凝和轻质悬浮滤床的上向流过滤有机结合在一起，可以集混凝、沉淀、过滤和滤料自清洗于一身。结团絮凝后污泥颗粒可由自重沉降至集泥区排出，轻质悬浮滤床可有效截留清水中携带的微絮体，微絮体在滤床中成长导致滤层水头损失逐渐增大，通过滤层水头损失控制继电装置启动滤层搅拌装置，经搅拌截留絮体与滤料剥离可重新落入高浓度污泥悬浮层，达到滤料自清洗目的。

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种高、低浊水一体式水质净化装置，包括主体装置(I)、药剂混合投加***(II)和自动控制***(III)，其特征在于：

所述主体装置(I)包括顶板(48)、底板(53)、位于主体装置(I)上部的轻质悬浮滤床(29)、沿主体装置(I)轴向设于主体装置(I)内的反应搅拌轴(49)，设于顶板(48)上方驱动反应搅拌轴(49)的第一驱动部件、间隔设于反应搅拌轴(49)上的搅拌桨(22)、位于主体装置(I)中部套在反应搅拌轴(49)上的高浊水布水器(40)、位于反应搅拌轴(49)底部位置的低浊水布水器(16)、设于底板(53)上方的刮泥搅拌轴(52)、设于刮泥搅拌轴(52)上的刮泥板(54)及设于底板(53)下方驱动刮泥搅拌轴(52)的第二驱动部件，所述顶板(48)侧壁设有出水管(33)，所述底板(53)侧壁设有排泥管(55)；

所述高浊水布水器(40)与高浊水进水管(39)连通，所述低浊水布水器(16)与低浊水进水管(13)连通；所述高浊水进水管(39)上设有高浊水电磁阀(38)，所述低浊水进水管(13)上设有低浊水电磁阀(12)；

所述高浊水进水管(39)及所述低浊水进水管(13)与进水总管(11)连通，所述进水总管(11)上沿进水方向依次设有总进水阀(3)、电磁流量计(4)、污泥浓度计(5)、静态混合器(10)，并通过进水泵(2)从原水池(1)进水；

所述药剂混合投加***(II)包括依次连接的混凝剂溶液池(6)、混凝剂投加泵(7)、混凝剂控制阀(8)、混凝剂投加管(9)以及依次连接的助凝剂溶液池(34)、助凝剂投加泵(35)、助凝剂控制阀(36)及助凝剂投加管(37)；其中，所述混凝剂投加管(9)与所述进水总管(11)的连接处位于所述静态混合器(10)和所述污泥浓度计(5)之间；所述助凝剂投加管(37)与所述进水总管(11)的连接处位于所述低浊水进水管(13)与所述进水总管(11)的连接处；

所述自动控制***(III)包括控制器(56)，所述控制器(56)分别与电磁继电器(26)、所述高浊水电磁阀(38)、所述低浊水电磁阀(12)、所述混凝剂控制阀(8)、所述助凝剂控制阀(36)、所述总进水阀(3)、所述污泥浓度计(5)及所述电磁流量计(4)连接。

2.根据权利要求1所述的高、低浊水一体式水质净化装置，其特征在于：所述高浊水布水器(40)包括环形顶板(41)、配水栅条(42)、环形布水室(44)和支撑肋条(45)，所述配水栅条(42)围绕所述环形布水室(44)的***设置，且成一定角度倾斜形成倒扣碗状配水器；所述支撑肋条(45)与环形布水室(44)下端连接并支撑配水器。

3.根据权利要求2所述的高、低浊水一体式水质净化装置，其特征在于：所述配水栅条(42)和所述支撑肋条(45)为棒球杆形状。

4.根据权利要求1所述的高、低浊水一体式水质净化装置，其特征在于：所述低浊度布水器(16)包括环形布水管(17)和十字形布水支管(18)，所述环形布水管(17)和所述十字形布水支管(18)均为下壁穿孔管，且两者相连通。

5.根据权利要求4所述的高、低浊水一体式水质净化装置，其特征在于：所述十字形布水支管(18)上设有支架(15)，并通过轴套(14)固定所述反应搅拌轴(49)。

6.根据权利要求1所述的高、低浊水一体式水质净化装置，其特征在于：所述轻质悬浮滤床(29)包括设于其顶部的轻质滤料承截网(30)和设于其底部的自清洗搅拌桨(24)，所述轻质滤料承截网(30)通过设在所述主体装置(I)内壁上的固定槽(31)固定于所述主体装置(I)中；所述自清洗搅拌桨(24)上设有若干搅拌栅条(25)，所述自清洗搅拌桨(24)通过其边缘下方的滑轮(27)置于固定在所述主体装置(I)内壁上的导轨(28)中；所述自清洗搅拌桨(24)通过电磁继电器(26)固定于所述反应搅拌轴(49)上并随反应搅拌轴(49)转动。

7.根据权利要求6所述的高、低浊水一体式水质净化装置，其特征在于：所述搅拌栅条(25)的长度为所述轻质悬浮滤床(29)高度的1/3，且其宽度沿轴向渐缩。

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