CN113443751B - 一种高效节能的农村给水净化装置及其净化工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高效节能的农村给水净化装置及其净化工艺，属于水处理领域。一种高效节能的农村给水净化装置包括处理池、进水管、过滤组件、反冲洗组件以及污泥管，过滤组件包括安装在处理池中集水管、与集水管连通的排水管以及多根安装在集水管上的微孔陶瓷过滤管，微孔陶瓷过滤管的顶端封堵设置、底端与集水管连通，反冲洗组件包括空气压缩设备以及与空气压缩设备连接的排空管，排空管、排水管以及出水管通过设置三通阀连通。本申请为微孔过滤与沉降过滤一体化处理，具有占地面积小、低耗能、净水高效、不易堵塞等优点，适用于电力设施较差的农村环境使用。

Description

一种高效节能的农村给水净化装置及其净化工艺

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其是涉及一种高效节能的农村给水净化装置及其净化工艺。

背景技术

在农村环境中，一般可以从水库或者溪流中获取作为农村给水的天然水源，以减少使用自来水的费用支出。虽然水库或溪流的水质比较好，但水中仍含有一些悬浮物颗粒杂质，需要经过进一步的净化处理达标后，才能供居民作为饮用水使用。

目前的农村给水大多采用无阀滤池工艺，原水中的杂质经过滤池内的滤料而被过滤去除，过滤后的水上涨至设计高度后经出水管流出，随着杂质的截留，滤层的阻力不断增加，滤池内的虹吸管真空度增加而形成虹吸，将滤层的杂质反冲排走，滤池中的水位再次下降而破坏虹吸，冲洗结束后再次继续过滤出水，为提高出水效率，无阀滤池一般还会使用水泵增加进水压力。

然而，由于无阀滤池的杂质会在过滤过程中沉积在滤层表面，容易引起滤层堵塞而给水效率低下的问题，特别在暴雨季节时水源浊度短期内激增，更容易造成滤层表面板结的情况，最终导致虹吸反洗失效，无阀滤池无法正常运行。即使滤池中能够虹吸反冲洗，但仍无法解决反冲洗前滤层堵塞导致给水效率低下的问题，而利用水泵来提高出水效率，则耗电量大，电源电压要求较高，农村环境的电力设施条件较差，难以配比运行。

发明内容

为了更好地净化水质实现农村给水，本申请提供一种高效节能的农村给水净化装置及其净化工艺。

本申请提供的一种高效节能的农村给水净化装置及其净化工艺，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种高效节能的农村给水净化装置，包括：处理池；进水管，原水经由进水管与絮凝药剂接触并流入所述处理池中；过滤组件，所述过滤组件包括安装在所述处理池中集水管、与所述集水管连通的排水管以及多根安装在所述集水管上的微孔陶瓷过滤管，所述微孔陶瓷过滤管的顶端封堵设置、底端与所述集水管连通；出水管，所述出水管连通所述排水管，所述出水管标的出水端高低于所述处理池液面标高；反冲洗组件，所述反冲洗组件包括空气压缩设备、以及与所述空气压缩设备连接的排空管；所述排空管、排水管以及出水管通过设置三通阀连通；污泥管，所述污泥管连接在处理池底部。

通过采用上述技术方案，利用处理池液面与出水管之间的液位差，使水分能够自行渗入微孔陶瓷过滤管内而净化排出，原水中的小颗粒物杂质由于自重较小，能够被微孔陶瓷过滤管的管内外压力差作用而吸附在微孔陶瓷过滤管外得到过滤，而原水中的絮凝胶团等大颗粒物杂质则由于自重较大，微孔陶瓷过滤管对大颗粒物杂质的吸附力不足以阻碍其重力沉降，因此大颗粒物不易被吸附于微孔陶瓷过滤管外，减少了大颗粒物杂质对微孔陶瓷过滤管水分渗透的干扰，从而使原水的沉淀处理与微孔过滤处理能够在处理池中同时运行，具有高效净水的处理效果。正是由于原水从外向内通过微孔陶瓷过滤管，微孔陶瓷过滤管的过滤杂质被堵塞在微孔陶瓷过滤管外，堵塞物能够被反冲洗组件向微孔陶瓷过滤管管内注入的高压空气而向外喷射出，使堵塞物沉降至处理池底部与大颗粒物杂质一并经由污泥管排出。本技术方案净水效率高、出水量稳定，重力沉降和微孔过滤一体化处理，具有占地面积小的优点，处理过程几乎不耗电，特别适用于电力设施落后的农村环境，具有良好的实用性与经济价值。

优选的，所述过滤组件设置有多组，所述排空管、出水管以及三通阀与所述过滤组件相配套设置有多个。

通过采用上述技术方案，有序调节与各组过滤组件连接的三通阀，使各组的微孔陶瓷过滤管能够轮流循环进行反冲洗，从而在微孔陶瓷过滤管反冲洗时处理池仍能正常净化出水，使净水处理装置更加高效，出水效率更加稳定。

优选的，所述微孔陶瓷过滤管倾斜设置，同组所述过滤组件的微孔陶瓷过滤管倾斜方向一致，相邻所述过滤组件的微孔陶瓷过滤管的倾斜方向相反，每两组相邻的所述过滤组件的微孔陶瓷过滤管间隔交错设置。

通过采用上述技术方案，使单组微孔陶瓷过滤管在反冲洗时不易影响相邻组微孔陶瓷过滤管的正常运行，间隔交错地排布能够使相邻组微孔陶瓷过滤管的管身互不平行，从而减少了同组微孔陶瓷过滤管朝向相邻组正常渗水运作的微孔陶瓷过滤管喷出的径直气流，使喷出的堵塞物不易重新喷进相邻组的微孔陶瓷过滤管中，提高了反冲洗效果。

优选的，所述处理池池底设置有污泥斗，所述污泥斗底部与所述污泥管连通。

通过采用上述技术方案，使絮凝胶团等大颗粒物杂质沉降至污泥斗后，在污泥斗中进一步沉降，不易受到进水流动的影响，也能够使沉淀杂质经污泥管抽取排放得更加彻底。

优选的，包括污泥池，所述污泥管连通至所述污泥池，所述污泥池的上清液回流至所述处理池，所述污泥池的沉淀污泥通过压滤机进行污泥压缩处理。

通过采用上述技术方案，含水量较高的沉降物杂质能够在污泥池中进一步沉降压缩，使污泥减量化，污泥池的上清液回流至处理池中也提高了装置的净水处理量。

优选的，还包括控制***，所述三通阀以及空气压缩设备受控制***控制。

通过采用上述技术方案，使处理装置的反冲洗处理能够自动化规律性进行，减少了人工维护成本。

优选的，所述处理池的液面标高与所述出水管标高之差为2～5m，所述集水管标高与所述处理池池底标高之差为1～3m。

通过采用上述技术方案，使微孔陶瓷过滤管在处理池液面与出水管出水端的一定范围高度差形成适宜的吸附力，使大部分的小颗粒物杂质能够高效地被吸附过滤，而大部分的大颗粒物杂质仍能够顺利地沉淀去除，此外，保持集水管到处理池池底的一定距离，有利于减少微孔陶瓷过滤管在反冲洗时对沉降的杂质造成的影响，提高沉淀杂质的压缩沉降效果。

优选的，所述微孔陶瓷过滤管的微孔孔径为2～10μm，水通量为1200～1800kg/(m² •h)。

通过采用上述技术方案，使原水中的大部分杂质能够被过滤去除。

另一方面，本申请提供一种高效节能的农村给水净化装置的净水工艺，其包括如下步骤：

步骤一：集中收集原水，将原水与絮凝药剂接触后输送至处理池中进行沉降处理；

步骤二：原水以及杂质流经过滤组件，原水中的小颗粒物杂质被微孔陶瓷过滤管吸附过滤，原水中的絮凝胶团等大颗粒物杂质自重沉降，过滤后的净水由微孔陶瓷过滤管流入集水管，并由出水管排出；

步骤三：通过调节三通阀关闭出水管、开启排空管，将堵塞物被所述空气压缩设备喷射的气流从所述微孔陶瓷过滤管的自内朝外喷出去除；

步骤四：步骤一的大颗粒物以及步骤三中的堵塞物通过自重沉降至处理池底部，并由污泥管排走。

优选的，还包括步骤五：污泥管的污泥排至污泥池中进一步污泥压缩沉降，污泥池的上清液回流至处理池中。

通过采用上述技术方案，使水中的大颗粒物杂质以及小颗粒杂质能够分别通过沉淀、微孔过滤的方式去除，使沉淀与微孔过滤在处理池中一体化同步进行，使杂质不易对微孔陶瓷过滤管造成堵塞的问题，提高了净水效率，减少了净水耗能，并且通过有序调控各组过滤组件的反冲洗运行，使处理池在反冲洗时也能够连续性出水，使净水装置更高效地运作。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置过滤组件、反冲洗组件以及出水管与处理池液面的高度关系，使处理池的水能够自行渗入微孔陶瓷过滤管而排走，自重较小的颗粒物杂质被微孔陶瓷过滤管所吸附过滤，而自重较大的杂质则能够顺利沉降至处理池池底而由污泥管排走，使得处理池的不同自重杂质能够自行分离去除，沉淀的杂质对陶瓷微孔过滤管无堵塞影响，从而使处理池一体化进行沉淀与微孔过滤的净化给水处理，净水耗能低、占地面积小，对于电力设施落后的农村环境特别适用；

2.通过对各过滤组件的轮流反冲洗，使处理池能够在正常给水的情况下进行微孔陶瓷过滤管的反冲洗处理，从而使净水更加高效，给水稳定；

3.通过对各组件之间的微孔陶瓷过滤管进行间隔交错的排布设置，使单组微孔陶瓷过滤管在反冲洗时不易对相邻组的微孔陶瓷过滤管造成回堵的影响，提高了反冲洗的效果。

附图说明

图1是本申请实施例1中的正视剖面结构示意图；

图2是本申请实施例1中的侧视剖面结构示意图；

图3是本申请实施例1中的俯视结构示意图；

图4是本申请实施例2中的过滤组件局部示意图。

附图标记说明：1、处理池；11、型钢檩条；12、清水渠；13、净水总管；14、污泥斗；2、进水管；21、微涡混合器；3、过滤组件；31、集水管；32、排水管；33、微孔陶瓷过滤管；4、反冲洗组件；41、空气压缩设备；42、排空管；43、三通阀；5、出水管；6、污泥管。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请公开一种高效节能的农村给水净化装置及其净化工艺。

实施例1：

本实施例公开一种高效节能的农村给水净化装置，参照图1，包括处理池1，本实施例的处理池1为15m×8m×7m的立方体处理箱，在其他实施例中，处理装置可以做成圆柱体的处理罐形式，也可以由混凝土砖墙的土建形式筑建而成。

参照图1，处理池1的一侧壁设置有进水管2，进水管2连通至处理池1池内，进水管2连通有微涡混合器21，原水在微涡混合器21中与絮凝药剂混合接触，与絮凝药剂混合后的原水经由进水管2流向处理池1。

参照图1、图2，处理池1内壁水平预埋有多根型钢檩条11，型钢檩条11的顶部安装有多组过滤组件3，每组过滤组件3包括一根集水管31、一根排水管32以及多根安装在集水管31上的微孔陶瓷过滤管33。本实施例中微孔陶瓷过滤管33的微孔孔径为5μm，水通量为1500kg/(m² •h)，原水通过微孔陶瓷过滤管33时，原水中的颗粒物杂质能够截留在微孔陶瓷过滤管33的微孔外而被过滤掉。在其他实施例中，根据具体的出水水质需求，可以选择微孔孔径为2～10μm，水通量为1200～1800kg/(m² •h)的不同规格的微孔陶瓷过滤管33。

参照图2，集水管31水平固定在型钢檩条11的顶部，集水管31的一端封堵、另一端与排水管32连通，集水管31的顶面等距间隔贯穿开设有多个通水孔，多根微孔陶瓷过滤管33的底端一一对应多个通水孔并竖直卡接安装在集水管31上，微孔陶瓷过滤管33的顶端为封堵设置，使进入微孔陶瓷过滤管33内的水能够向下流通至集水管31中，再流通至排水管32。

参照图2、图3，处理池1的外壁设置有清水渠12，各组过滤组件3的排水管32穿出处理池1池壁并连接有出水管5，出水管5的出口端位于清水渠12的上方，清水渠12的底端连接有净水总管13。处理池1池内的液面标高与出水管5的开口端标高存在高度差，高度差形成的水压能够使微孔陶瓷过滤管33的管内外形成压力差，从而使得处理池1的水能够自发地从微孔陶瓷过滤管33管外流向管内，然后依次流经集水管31、排水管32、出水管5，最后汇集在清水渠12中往净水总管13排走。本实施例中，处理池1的液面标高与出水管5标高之差为3m，其它实施例中，可以根据进水水质与净化处理量的需求对处理池1尺寸进行调整，处理池1的液面标高与出水管5出水端标高之差可以在3～5m的范围之间。

参照图3，净水处理装置还包括有反冲洗组件4以及控制***，反冲洗组件4包括空气压缩设备41以及安装在空气压缩设备41输出端的排空管42，排空管42连通设置有多根，排空管42、排水管32以及出水管5之间通过三通阀43连接。三通阀43在本实施例中具体为气动三通阀，连接在各组过滤组件3的三通阀43以及空气压缩设备41由控制***控制。通过控制***关闭出水管5与排水管32的连通，并开启排空管42与排水管32的连通，同时启动空气压缩设备41，使高压气体从排空管42通入集水管31，堵塞在微孔陶瓷过滤管33微孔的堵塞物被高压气体冲出，堵塞物通过自重掉落至处理池1池底,从而实现微孔陶瓷过滤管33反冲洗清堵的效果。

净水处理装置还包括污泥池，处理池1的池底设置有污泥斗14，污泥斗14底部连接有与污泥池连通的污泥管6，污泥斗14的内侧壁倾斜度为45°，深度为1m，并且集水管31的标高与处理池1池底标高之差为2m，在其他实施例中，集水管31的标高与处理池1池底的标高之差可以在1～3m的范围之间。原水中的絮凝胶团等大颗粒物、被反冲洗清理出的堵塞物等杂质通过自重沉降至污泥斗14中，沉积在污泥斗14内的污泥通过污泥管6排至污泥池中，含水量较多的污泥在污泥池中进一步沉淀压缩，污泥池的上清液可回流至处理池1中继续净化处理。

本实施例还公开一种高效节能的农村给水净化装置的净水处理工艺。

一种高效节能的农村给水净化装置的净水处理工艺，包括以下步骤：

步骤一：集中收集原水，将原水与絮凝药剂在微涡混合器21接触后输送至处理池1中进行沉降处理；

步骤二：原水以及杂质流经过滤组件3，原水中的小颗粒物杂质被微孔陶瓷过滤管33吸附过滤，原水中的絮凝胶团等大颗粒物杂质自重沉降，过滤后的净水由微孔陶瓷过滤管33流入集水管31，并由出水管5排出；

步骤三：通过控制***开启空气压缩设备41，轮流调节连接各组过滤组件3的三通阀43，以关闭相应的出水管5、开启相应的排空管42，将吸附在微孔陶瓷过滤管33的堵塞物被高压气流自内朝外喷出，使各组过滤组件3的微孔陶瓷过滤管33轮流循环放冲洗清理；

步骤四：步骤一的大颗粒物以及步骤四中的堵塞物通过自重沉降至处理池1底部，并由污泥管6排走；

步骤五：污泥管6的污泥排至至污泥池中，含水量较多的污泥在污泥池中进一步压缩沉降，污泥池的上清液回流至处理池1中，沉降压缩后的污泥可以通过压滤机压成污泥饼再排走。

本申请实施例的实施原理为：

处理池1液面与出水管5之间的高度差使微孔陶瓷过滤管33的管内外形成一定的压力差，这种压力差能够使水自行从微孔陶瓷过滤管33管外渗入管内而经由出水管5排走，夹带在原水中的小颗粒物则在跟随水的流动堵塞吸附于微孔陶瓷过滤管33的微孔外，而原水中的絮凝胶团等大颗粒物杂质，由于自重较大，在沉降过程中不易被微孔陶瓷过滤管33外的压力差作用而吸附于微孔陶瓷过滤管33外，从而利用大颗粒物与小颗粒物具有自重差异，达到了大颗粒物杂质沉淀过滤、小颗粒物吸附过滤的杂质分离过滤的手段，降低了微孔陶瓷过滤管33的过滤负荷。此外，空气压缩设备41将空气从微孔陶瓷过滤管33的管内注入，使堵塞物冲出而掉落于处理池1池底，堵塞物与大颗粒物杂质能够一并经由污泥管6排走，清理方式便捷，冲洗效果好、效率高。

本申请实施例的处理池1能够同时进行微孔过滤与沉降过滤，能够处理SS＜1000mg/L的原水水质，出水浊度≤3.0NTU，单位占地面积处理池的水处理量可达800m³ /h,具有不易堵塞、净水高效、耗能低、占地空间小的特点，特别适用于电力设施落后的农村环境，具有良好的实用性与经济价值。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，参照图4，处理池1的液面标高与出水管5标高之差为5m，减少了20%左右的微孔陶瓷过滤管33安装数量，且相邻过滤组件3的微孔陶瓷过滤管33错开分布，微孔陶瓷过滤管33以7°的倾斜角度安装在集水管31上，同一过滤组件3中的微孔陶瓷过滤管33倾斜方向均一致，而相邻过滤组件3的微孔陶瓷过滤管33的倾斜方向则相反，即每两组相邻的过滤组件3的微孔陶瓷过滤管33朝向相对方向倾斜设置，使每两组相邻过滤组件3的微孔陶瓷过滤管33间隔且交错分布。

通过优化各组过滤组件3微孔陶瓷过滤管33的分布，使相邻组的微孔陶瓷过滤管33的管身互不平行，使得反冲洗组件4在对各组过滤组件3进行轮流反冲洗时，从微孔陶瓷过滤管33管内冲出的高压水流以及气体不会径直冲向相邻组的微孔陶瓷过滤管33，进而使夹带的堵塞物不易喷射至相邻的微孔陶瓷过滤管33中，减少了堵塞物二次回堵的情况，有利于提高反冲洗的效果，减少了反冲洗对相邻组微孔陶瓷过滤管33过滤净水的影响。

此外，原水从处理池1一端进水后，原水中的小颗粒物的流动方向多为水平流动，小颗粒物在水平流动的过程中碰撞至微孔陶瓷过滤管33管身，从而被微孔陶瓷过滤管33所吸附。而本实施例由于将微孔陶瓷过滤管33倾斜相交错设置，提高了小颗粒物水平流动时与微孔陶瓷过滤管33的碰撞接触面积，从而加速了微孔陶瓷过滤管33对小颗粒物的吸附过滤作用。本实施例减少了微孔陶瓷过滤管33的使用数量，降低了微孔陶瓷过滤管33的购置与维修成本，通过提高处理池1的水位，即可在等同占地面积的处理池1中达到 800m³ /h的水处理量，具有更佳的经济效益。

以上均为本申请的较佳实施例，本实施例仅是对本申请做出的解释，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效节能的农村给水净化装置，包括处理池(1)，其特征在于，包括：

进水管(2)，原水经由进水管(2)与絮凝药剂接触并流入所述处理池(1)中；

过滤组件(3)，所述过滤组件(3)包括安装在所述处理池(1)中集水管(31)、与所述集水管(31)连通的排水管(32)以及多根安装在所述集水管(31)上的微孔陶瓷过滤管(33)，所述微孔陶瓷过滤管(33)的顶端封堵设置、底端与所述集水管(31)连通；

出水管(5)，所述出水管(5)连通所述排水管(32)，所述出水管(5)的出水端标高低于所述处理池(1)液面标高；

反冲洗组件(4)，所述反冲洗组件(4)包括空气压缩设备(41)以及与所述空气压缩设备(41)连接的排空管(42)；所述排空管(42)、排水管(32)以及出水管(5)通过设置三通阀(43)连通；

污泥管(6)，所述污泥管(6)连接在处理池(1)底部；

所述过滤组件(3)设置有多组，所述排空管(42)、出水管(5)以及三通阀(43)与所述过滤组件(3)相配套设置有多个；

所述微孔陶瓷过滤管(33)倾斜设置，同组所述过滤组件(3)的微孔陶瓷过滤管(33)倾斜方向一致，相邻组所述过滤组件(3)的微孔陶瓷过滤管(33)的倾斜方向相反，每两组相邻的所述过滤组件(3)的微孔陶瓷过滤管(33)间隔交错设置。

2.根据权利要求1所述的一种高效节能的农村给水净化装置，其特征在于，所述处理池(1)池底设置有污泥斗(14)，所述污泥斗(14)底部与所述污泥管(6)连通。

3.根据权利要求1所述的一种高效节能的农村给水净化装置，其特征在于，包括污泥池，所述污泥管(6)连通至所述污泥池，所述污泥池的上清液回流至所述处理池(1)，所述污泥池的沉淀污泥通过压滤机进行污泥压缩处理。

4.根据权利要求1所述的一种高效节能的农村给水净化装置，其特征在于，还包括控制***，所述三通阀(43)以及空气压缩设备(41)受所述控制***控制。

5.根据权利要求1所述的一种高效节能的农村给水净化装置，其特征在于, 所述处理池(1)的液面标高与所述出水管(5)出水端标高之差为2～5m，所述集水管(31)标高与所述处理池(1)池底标高之差为1～3m。

6.根据权利要求1所述的一种高效节能的农村给水净化装置，其特征在于，所述微孔陶瓷过滤管(33)的微孔孔径为2～10μm，水通量为1200～1800kg/(m²•h)。

7.一种权利要求1-6任一所述一种高效节能的农村给水净化装置的净化工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：集中收集原水，将原水与絮凝药剂接触后输送至处理池(1)中进行沉降处理；

步骤二：原水以及杂质流经过滤组件(3)，原水中的小颗粒物杂质被微孔陶瓷过滤管(33)吸附过滤，原水中的絮凝胶团大颗粒物杂质自重沉降，过滤后的净水由微孔陶瓷过滤管(33)流入集水管(31)，并由出水管(5)排出；

步骤三：开启空气压缩设备(41)，调节三通阀(43)关闭出水管(5)、开启排空管(42)，将吸附在微孔陶瓷过滤管(33)的堵塞物被高压气流自内朝外喷出去除；

步骤四：步骤一的大颗粒物以及步骤三中的堵塞物通过自重沉降至处理池(1)底部，并由污泥管（6）排走。

8.根据权利要求7所述的一种高效节能的农村给水净化装置的净水工艺，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤五：污泥管（6）的污泥排至污泥池中进一步污泥压缩沉降，污泥池的上清液回流至处理池(1)中。

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