CN104452878A - 一种粗滤式浮船取水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粗滤式浮船取水装置，包括设置在水库中的浮船，浮船的船舱侧面设置有进水口，进水口内的船舱中设置有过滤装置，过滤装置净化后的水进入设置在过滤装置一侧的密闭的集水仓中；船舱侧面开设进水口，过滤装置未开启时，水库中水经进水口、设置在集水仓上的水门进入集水仓中，进入集水仓中的水通过集水仓中设置的出水管排出；浮船底部设置第一水力推进器，第一水力推进器推动水流的方向与进入过滤装置的水流方向交叉；集水仓中设置有反冲洗水管，反冲洗水管与过滤装置连接。本发明中应用虹吸式出水，在反冲洗时利用液位差将水压进反冲洗水管中，再进行反冲洗，降低了能源消耗，具有运行简单，节省用地，拆修方便等优点。

Description

一种粗滤式浮船取水装置

技术领域

本发明涉及给水技术领域的净化取水构筑物，具体为一种设置在湖库和河流等地表水水源的降低原水颗粒物的取水浮船，可在水源水质发生恶化时，实现集取水、粗滤、反冲洗于一体的粗滤式浮船取水装置。

背景技术

水环境遭受到不同程度的污染以及饮用水水质标准的不断提高，传统的水处理设施在一些特定的时期，如水体富营养化藻类爆发和雨季山洪暴发使大量有机物和泥沙进入水体时，处理的水质有可能不能达到新的水质标准，因此如何提高水处理厂供水水质并尽可能减少基建和运行费用已是给水领域的重要问题。

在全国乃至全世界范围内都存在湖库水体富营养化、藻类生长的问题。藻类在一定的季节爆发，因其体积小，格栅不能将其截留；又因其密度小，在沉淀过程中也不易除去。因为这些原因，藻类去除是常规水处理工艺的一个比较难处理的问题。根据实验研究，藻类的大小基本上都是在10μm以上，所以如果在原水取水时，以10μm为分界线，进行选择性取水，即采用10μm左右孔径的滤布进行粗滤，藻类对于原水水质的影响就可以降低很多。

在一些地方的雨季，大量的雨水会造成对地表冲刷，使地表径流中携带大量的泥沙，更有甚者会造成洪水，泥石流等。这样大量泥沙伴随着地表大量的有机物进入水体，对水质也会造成很大的影响。当泥沙量较大时，使水处理厂沉淀池负荷增大，处理后的水质不能达到预期的效果，对后续水厂的过滤单元也会造成影响，使得最终的出水水质不能保证。

基于上述原因，现在缺乏这样一种技术，在原水水质发生变化时，及时调整原水水质，保证水处理厂进水水质稳定。

发明内容

针对目前原水中大量藻类、大量泥沙未经处理直接进入水处理厂导致水处理厂处理难度提高的问题，本发明的目的在于，提供一种将浮船取水与粗滤装置结合在一起的浮船式水质净化取水装置，提高原水水质，为水处理厂进水水质稳定提高保证。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：

一种粗滤式浮船取水装置，包括设置在水库中的浮船，浮船的船舱侧面设置有进水口，进水口内的船舱中设置有过滤装置，过滤装置净化后的水进入设置在过滤装置一侧的密闭的集水仓中；过滤装置未开启时，水库中水经进水口、设置在集水仓上的水门进入集水仓中，进入集水仓中的水通过集水仓中设置的出水管排出；浮船底部设置第一水力推进器，第一水力推进器推动水流的方向与进入过滤装置的水流方向交叉；集水仓中设置有反冲洗水管，反冲洗水管与过滤装置连接。

进一步地，所述的集水仓中设置有出水堰板将集水仓分隔为出水仓和缓冲水仓，过滤装置或经水门进的水首先进入缓冲水仓中，缓冲水仓中的水位升高并漫过出水堰板后进入出水仓，所述的出水管位于出水仓中，反冲洗水管位于缓冲水仓中。

进一步地，所述的出水管沿着堤坝表面通向水库堤坝另一侧的储水池中，出水管位于储水池一端的开口位置低于出水管位于集水仓一端的开口位置。

进一步地，所述的过滤装置采用纤维滤布转盘过滤器，过滤器中滤布转盘上的滤布孔径为8～10μm，滤布转盘过滤后的水进入过滤器中部的集水管中，该集水管连接在集水仓的侧壁上。

进一步地，所述的水门为提拉式门，关闭水门时水流不能进入集水仓中；在水门上和进水口上均设置有过滤网，水门上过滤网的网格孔径小于进水口上过滤网的孔径。

进一步地，所述的过滤装置上方的浮船上安装有悬挂式起重机，起重机上设置有电葫芦。

进一步地，在出水管上安装有止回阀和闸阀，并在出水管上并联有虹吸水泵；出水管中部串联一段可伸缩管，使出水管沿其径向可移动。

进一步地，所述的浮船通过架桥与堤坝连接，连接部位采用限位铰接的方式，连接部位通过弧形压力支撑座进行支撑。

进一步地，所述的浮船后部设置有第二水力推进器，第二水力推进器工作时，推动浮船向靠近水库堤坝的方向运动。

进一步地，所述的浮船后部设置有多个可拆卸的浮箱，使浮船保持浮力；船舱内外大气相通，浮船的吃水深度与船舱中的工作水深保持一致。

进一步地，所述的出水管和反冲洗水管位于集水仓中的一端均通过喇叭口支架进行固定。

本发明与同类取水设备相比具有以下技术特点：

1.出水水质稳定。由于滤布主要采用10微米左右的物理过滤达到去除污染物的目的，而一般原水中的藻类都大于10微米，故此方法可以去除原水中的大量藻类。另外在雨季时，该装置可以降低因为雨水冲刷造成的大量泥沙等。一般的水处理厂可能不会考虑进水藻类和洪水造成的水质恶化问题，所以一旦出现这些情况，通过该装置取得原水可以将藻类以及其他的一些杂质去除，保证水质的稳定性；

2.水量稳定。根据水处理厂处理能力的不同，可以设置三组或者以上的过滤式浮船取水装置。将其设置成在一定的时间间隔后进行反冲洗，将几套装置反冲洗时间间隔开，就可以保证水处理厂进水水量的稳定，不会发生进水水量过少的情况；

3.节约能源。在取水过程中，将处理后的水利用虹吸原理直接流出，进入下一处理阶段管道，仅需在吸水时开动水泵，而虹吸形成后即可停止水泵的运作，整个取水过程能耗低；

4.与传统的过滤设备需要设置复杂的反冲洗***不同，本装置中不用专门设置反冲洗泵，而利用液差进行反冲洗，节约设备和能源，操作简单；

5.基建费用低。可以利用现有的浮船取水装置进行改造，不需要重新建造，另外因为过滤后的水质清洁度高，降低了水处理的运营成本，节省了水处理厂的基建和运营成本。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中装置的主视图；

图3是本发明中装置的俯视图；

图4是图3的B-B向视图；

图5是是图3的A-A向视图；

图6是本发明装置的反冲洗水流方向示意图；

图中标号分别表示：1—储水池，2—浮船，3—虹吸水泵，4—闸阀，5—止回阀，6—集水仓，7—压力支撑座，8—架桥，9—可伸缩管，10—浮箱，11—第二水力推进器，12—电葫芦，13—悬挂式起重机，14—进水口，15—第一水力推进器，16—缓冲水仓，17—反冲洗水管，18—出水堰板，19—喇叭口支架，20—出水仓，21—喇叭状开口，22—出水管，23—过滤装置，24—水门，25—集水管，26—反冲洗分水管，27—闸门；

具体实施方式

遵从上述技术方案，如图1至图3所示，一种粗滤式浮船取水装置，包括设置在水库中的浮船2，浮船2的船舱侧面设置有进水口14，进水口14内的船舱中设置有过滤装置23，过滤装置23净化后的水进入设置在过滤装置23一侧的密闭的集水仓6中；过滤装置23未开启时，水库中水经进水口14、设置在集水仓6上的水门24进入集水仓6中，进入集水仓6中的水通过集水仓6中设置的出水管22排出；浮船2底部设置第一水力推进器15，第一水力推进器15推动水流的方向与进入过滤装置23的水流方向交叉；集水仓6中设置有反冲洗水管17，反冲洗水管17与过滤装置23连接。

本装置的基本工作原理如下：

利用取水浮船2，将过滤装置23直接设置于浮船2船舱中，船舱侧面开设有开放式进水口14，水库中的水从进水口14进入船舱中，有两种方式：

第一种，当湖库水质较好且稳定时，过滤装置23不运行，原水从进水口14、设置在集水仓6上的水门24进入到集水仓6中，继而通过设置在集水仓6中的出水管22排出，通向自来水厂或蓄水池中；

第二种，当湖库水质发生较大变化，例如藻类爆发式繁殖或出现洪水等情况时，会导致湖库水质剧烈恶化，此时开启过滤装置23，原水经过过滤装置23过滤后，藻类、泥沙等杂质被去除，过滤后的水进入到集水仓6中，通过出水管22排出。

而在第二种工况时，由于采用过滤的方式去除水中杂质，在工作一段时间后，过滤装置23上会积留多种截留物，导致过滤装置23的工作效能下降。这些截留物主要停留在过滤装置23的表面上，和过滤装置23的孔隙中。

对于过滤装置23表面上的截留物：

本发明中在船舱底部设置了第一水力推进器15，该水力推进器设置于船舱底部边缘，靠近进水口14的一侧，设置一个或多个。当第一水力推进器15工作时，其搅动水体产生涡流，涡流以旋转的形式从船底、船侧旋转从进水口14进入到过滤装置23中；一般的过滤装置23进水方向为水平方向，即第一水力推进器15运作产生的水流的流动方向与进入过滤装置23的水流的流向相互交叉。而过滤装置23表面上留下的截留物，其累积方向为进入过滤装置23水流的方向，并在这个方向上长时间累计，具有一定的强度；如果从这个方向上对其进行冲洗剥离，即使有较大的水压，清洗效果也不好，并且耗能较多。

而采用本方案中第一水力推进器15产生的水流以垂直于进入过滤装置23水流的方向作用在过滤装置23表面的截留物上时，则从侧面对截留物进行剥离，使截留物受到水流的冲击面变大，但承力面小，这样污物就容易被清洗掉。

第一水力推进器15可以根据不同的策略在过滤装置23开启时一直保持开启，也可以定时开启或在过滤装置23进行反冲洗时开启。

对于过滤装置23孔隙中的截留物：

第一水力推进器15产生的水流难以冲击到，不能有效进行去除，则本方案中，对于这些杂质，采用反冲洗的方式。反冲洗水管17与过滤装置23连接，传统的反冲洗水管17上安装反冲洗泵，利用水泵吸取水从内部向外部对过滤装置23进行冲洗，能对孔隙中的污物、杂物进行有效冲洗。利用反冲洗水泵操作比较繁琐，并且不是一种有效节约能源的方式。

而本方案中，利用浮船2和水库堤坝结合的优势，采用高差作为反冲洗过程中水的动力来源，对过滤装置23进行反冲洗。本装置中的集水仓6，是一个密闭的仓体，仅与出水管22、过滤装置23、水门24和反冲洗水管17连接。水门24可以关闭，而过滤装置23通向集水仓6的集水管25也可以被截断。当水门24和集水管25均关闭时，只有出水管22和反冲洗水管17与集水仓6连接。出水管22将水从集水仓6导出，沿着堤坝表面铺设，先上后下，通向堤坝另一侧的储水池1中。

堤坝一般相对于湖库的水面具有一定高度，而与出水管22连通的集水仓6位于水面以下更低的位置，这就提供了足够的势能。需要进行反冲洗时，首先关闭水门24和集水管25，暂时停止出水管22的水流输送，那么出水管22中的水流在重力作用下倒流进入到集水仓6中，由于集水仓6密闭，仅余反冲洗水管17一个通道，而与反冲洗水管17连通的过滤装置23内部此时水压小，则在水压的作用下，出水管22中的水流依次通过集水仓6、反冲洗水管17进入到过滤装置23内部，对过滤装置23进行反冲洗。

反冲洗后产生的污物聚集在过滤装置23周围，随着第一水力推进器15的运行，其产生的涡流带动污物从进水口14的方向离开船舱中。

因此，在本方案的反冲洗过程中，不需要额外的动力源，即可进行方便有效的反冲洗。

为了使集水仓6能有更好的工作效能，本方案中的集水仓6，其中设置有出水堰板18将集水仓6分隔为出水仓20和缓冲水仓16，出水堰板18的高度小于集水仓6的高度，未将集水仓6分割成相对隔绝的两个部分。过滤装置23或经水门24进的水首先进入缓冲水仓16中，缓冲水仓16中的水位升高并漫过出水堰板18后进入出水仓20，漫过出水堰板18的水相对比较平稳，水量也比较充足，利于出水过程。

出水管22位于出水仓20中，反冲洗水管17位于缓冲水仓16中。出水管22在出水仓20的一端的端口、反冲洗水管17位于缓冲水仓16中的一端端口均为喇叭状开口21，利于进水，并且两者均通过喇叭口支架19固定在集水仓6的底面上，使开口均朝下，能对两个水管进行有效固定，并且不妨碍进水过程。

与传统的取水装置不同，本方案中，利用虹吸原理进行取水，整个取水过程中不需要额外的动力源，节约能源。

利用虹吸原理，则需要出水管22两端的液面存在高差，另外需要提供一个初始动力即可。本方案中，吹水管从浮船2上引出后，沿着岸边铺设，继而沿着堤坝表面设置并从堤坝顶端通至堤坝另一侧的储水池1中，并且出水管22位于储水池1一端的开口位置低于出水管22位于集水仓6一端的开口。

对于吸水过程的初始动力，可采用一个虹吸水泵3实现。虹吸水泵3以并联的方式连接在出水管22上，将虹吸水泵3设置在出水管22的最高点，即出水管22位于堤坝顶端的部分。开启虹吸水泵3后，出水管22中的空气被排出，气压减小，继而被集水仓6中的水充满，即可将水从集水仓6中引出，并将水导致堤坝另一侧。虹吸形成后，即可断开虹吸水泵3，则虹吸会一直持续，将水源源不断地引出。

出水管22上安装有止回阀5和闸阀4，其中止回阀5防止出水管22中的水倒流，而闸阀4可以将出水管22中的水暂时断开。进行过滤装置23的反冲洗时，首先需要破坏虹吸状态，则可以先通过闸阀4断开出水管22中的水流，虹吸终止，然后再打开闸阀4，使出水管22中的水倒流以进行反冲洗。

由于出水管22承载着向外输送水流的任务，因此应保证出水管22的稳定。出水管22不能承力，否则容易发生破损。而由于季节的不同，原水水位有波动，而水位变化时会使出水管22受到较大的压力或拉力，极易超出管道可承受能力而造成管道的损坏。因此在出水管22的中部串联一段可伸缩管9，使出水管22沿其径向可以移动，保证出水管22在一定的范围内可以伸缩，防止出水管22由于水位的涨落而导致的损坏。

浮船2是通过架桥8与堤坝连接的，由于船体比较大，如果采用完全刚性固定，则船体晃动时，容易造成金属疲劳，而使连接处损坏。湖库中设置的浮船2，一般湖库的水位变化较少，浮船2大多数情况下产生的运动为左右晃动，因此本方案中架桥8与堤坝、浮船2的连接部位采用限位铰接的方式，即连接部位能在一定范围内活动，但不能超出限定的范围，例如在铰接部位设置限位卡。这样浮船2在长期的晃动过程中，始终能保持一定的活动范围而不完全受到浮桥的限制，但不能超过过大的范围，以防止浮船2晃动过大积蓄过多的动能而产生危险。由于连接部位承受压力大，因此在连接部位设置有弧形压力支撑座7，采用弹性支撑的方式，有效保护连接部位；另外这样的连接方式也能在第一水力推进器15运作时有效平衡船体。

浮船2在通过架桥8与堤坝连接时，始终保持远离堤坝方向运动的趋势，因此本方案中在浮船2后部设置有第二水力推进器11，第二水力推进器11工作时，推动浮船2向靠近水库堤坝的方向运动，这样就平衡了一部分架桥8上的拉力，使浮船2能稳定地与架桥8连接，保证浮船2稳定的工作状态。

浮船2的体积有限，但其内部具有较大的重量，为了保持船体的浮力平衡不会使船体下沉，而在浮船2后部设置有多个可拆卸的浮箱10，增大浮船2与水面的接触面积，保证浮船2具有足够的福利而不会下沉。另外，船舱内外大气相同，浮船2的吃水深度与船舱中工作水深保持一致，即船舱内外的水位高度相同，这样船舱中的过滤装置23等在工作时不会受到外界大气压的影响。

过滤装置23沉装于浮船2的船舱中，如果过滤装置23出现问题需要维修，由于船舱比较狭小，工作人员难以操作，因此在过滤装置23上方的浮船2上设置有悬挂式起重机13，起重机上设置有电葫芦12。当过滤装置23不能正常工作需要维修时，通过电葫芦12将过滤装置23从水中掉出，进行修理。

实施例

在本实施例中，过滤装置23采用纤维布转盘过滤器，过滤器中滤布转盘上的滤布孔径为8～10μm，最优为10μm，根据物理过滤达到去除污染物的目的。根据现在的一些数据显示，很多原水中都有藻类的存在，并且在一定的季节还会出现藻类大量繁殖的现象，这就对于水处理厂造成了一定的难度，所以希望有一种工艺，可以在取水时去除藻类，降低其对水处理厂原水水质的影响。根据实验数据显示，大部分的藻类直径都大于10微米，该尺寸大于一般滤布的孔径，所以原理上可以通过滤布滤池来过滤去除原水中的藻类。这个孔径可以隔绝大部分的藻类，而过小时其密度太大，影响进水效率。

纤维布转盘过滤器是由多个由滤布包裹的转盘组成的，原水进入滤布转盘后，从一个个滤布转盘汇聚至过滤器中部的集水管25中，而该集水管25连接在集水仓6的侧壁上，在连接处设置有过滤网并且安装有闸门27，如图5所示；进行过滤时，水从集水管25中进入集水仓6中。

本例中的进水口14，为开放式进水口14，进水口14上设置有过滤网，而水门24上也设置有过滤网，水门24上过滤网的网格孔径小于进水口14上过滤网的孔径。水门24用于在水质好的时候不开启过滤装置23而向集水仓6中输送水，因此水门24的设置位置较出水堰板18高，保证能正常漫水。进水口14上的过滤网对原水进行初步过滤，而水门24上的过滤网再次过滤；水质好的情况下，双重过滤基本能满足水质的应用要求。

水门24为提拉式门，当水质变差，水门24需要关闭时，手动或通过电动机放下水门24的门板，将水门24堵住，然后开启转盘过滤器，利用过滤器对水质进行过滤，过滤后的水质能达到使用要求。

滤布转盘上截留物吸附于滤布外侧，截留物逐渐积累，随着滤布上截留物的增多，滤布过滤阻力增加，导致粗滤水量的减少，减少到一定的水量时，要进行反冲洗。反冲洗水管17上接出多个分水管，分别连接至每一个滤布转盘上的反冲洗分水管26，如图4所示；反冲洗时，关闭闸门27和水门24，利用出水管22中的水高差进行反冲洗，如图6所示；冲洗后混有污物的脏水在船舱内部，随着船舱底部第一水力推进器15的运行，反冲洗后的水被第一水利推进器产生的涡流带走，从进水口14处离开船舱，并扩散稀释。

经实际使用表明，本装置在不同水质的湖库中使用时出水水质均能达到标准，并且故障率低，适宜推广应用。

Claims (10)

1.一种粗滤式浮船取水装置，包括设置在水库中的浮船(2)，其特征在于，浮船(2)的船舱侧面设置有进水口(14)，进水口(14)内的船舱中设置有过滤装置(23)，过滤装置(23)净化后的水进入设置在过滤装置(23)一侧的密闭的集水仓(6)中；过滤装置(23)未开启时，水库中水经进水口(14)、设置在集水仓(6)上的水门(24)进入集水仓(6)中，进入集水仓(6)中的水通过集水仓(6)中设置的出水管(22)排出；浮船(2)底部设置第一水力推进器(15)，第一水力推进器(15)推动水流的方向与进入过滤装置(23)的水流方向交叉；集水仓(6)中设置有反冲洗水管(17)，反冲洗水管(17)与过滤装置(23)连接。

2.如权利要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，所述的集水仓(6)中设置有出水堰板(18)将集水仓(6)分隔为出水仓(20)和缓冲水仓(16)，过滤装置(23)或经水门(24)进的水首先进入缓冲水仓(16)中，缓冲水仓(16)中的水位升高并漫过出水堰板(18)后进入出水仓(20)，所述的出水管(22)位于出水仓(20)中，反冲洗水管(17)位于缓冲水仓(16)中。

3.如权利要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，所述的出水管(22)沿着堤坝表面通向水库堤坝另一侧的储水池(1)中，出水管(22)位于储水池(1)一端的开口位置低于出水管(22)位于集水仓(6)一端的开口位置。

4.如权利要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，所述的过滤装置(23)采用纤维滤布转盘过滤器，过滤器中滤布转盘上的滤布孔径为8～10μm，滤布转盘过滤后的水进入过滤器中部的集水管(25)中，该集水管(25)连接在集水仓(6)的侧壁上。

5.如权利要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，在出水管(22)上安装有止回阀(5)和闸阀(4)，并在出水管(22)上并联有虹吸水泵(3)；出水管(22)中部串联一段可伸缩管(9)，使出水管(22)沿其径向可移动。

6.如权利要求要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，所述的过滤装置(23)上方的浮船(2)上安装有悬挂式起重机(13)，起重机上设置有电葫芦(12)。

7.如权利要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，所述的水门(24)为提拉式门，关闭水门(24)时水流不能进入集水仓(6)中；在水门(24)上和进水口(14)上均设置有过滤网，水门(24)上过滤网的网格孔径小于进水口(14)上过滤网的孔径。

8.如权利要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，所述的浮船(2)通过架桥(8)与堤坝连接，连接部位采用限位铰接的方式，连接部位通过弧形压力支撑座(7)进行支撑。

9.如权利要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，所述的浮船(2)后部设置有第二水力推进器(11)，第二水力推进器(11)工作时，推动浮船(2)向靠近水库堤坝的方向运动。

10.如权利要求1所述的粗滤式浮船取水装置，其特征在于，所述的浮船(2)后部设置有多个可拆卸的浮箱(10)，使浮船(2)保持浮力；船舱内外大气相通，浮船(2)的吃水深度与船舱中的工作水深保持一致。