CN114682128A - 一种重介质颗粒自动液态制备及投加*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，包括重介质悬浊液制备箱和重介质粉仓；重介质悬浊液制备箱顶部开口与防潮输送机和回流管道均相连，回流管道与输送管道相连，输送管道上设置有悬浊液投加门和悬浊液投加流量计，回流管道上设置有悬浊液质量密度计和悬浊液回流调节门，重介质悬浊液制备箱侧壁底部设置有制备箱液位计；制备箱进水门、制备箱液位计等均与控制器相连。本发明可有效降低重介质颗粒在投加过程中对设备的污堵，大幅度提高重介质颗粒的利用效率，同时精确控制重介质悬浊液的制备浓度及投加量，精准控制重介质混凝澄清反应器中悬浮物浓度，制备及投加过程可实现自动控制，***运行稳定可靠。

Description

一种重介质颗粒自动液态制备及投加***

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种重介质颗粒自动液态制备及投加***。

背景技术

重介质絮凝技术是通过向混凝设备中投加比重较大的颗粒或粉末，通过搅拌及水流混合作用使重介质颗粒与软化及混凝反应产生的絮体充分接触混合，絮体在此过程中逐渐包裹重介质颗粒，重介质颗粒对污泥絮体产生向下拖拽作用，提高了污泥的沉降速度。上述过程能够在提高设备上升流速的同时保证设备出水水质，增加设备的沉淀效率，提高了单位面积设备的处理水量。

在实际应用中，通常向絮凝构筑物内部直接投加大量固态重介质颗粒，由于颗粒在短时间内被投入，其遇水缺乏足够的搅拌，短时间内难以分散均匀，极易发生板结，导致大量重介质颗粒相互粘连并沉积在设备底部，在运行期间难以通过水流作用使其恢复悬浮状态，导致设备中悬浮重介质颗粒密度不足，强化絮凝的作用有限。在实际运行中，设备容易发生污堵，且通过常规的疏通手段难以对淤积进行有效的清理，需停运设备放空存水后对污堵进行人工清理，极大增加了设备的维护成本，加大了重介质絮凝工艺的应用难度。另外，在设备连续运行期间需要定期检测重介质颗粒的密度并及时进行补充，上述过程无法对设备的运行参数进行实时反馈，且通常需要耗费大量人力完成。

因此，针对传统重介质絮凝设备重介质颗粒投加方式粗放、运行期间自动化程度低等弊端，有必要开发出一种重介质颗粒自动液态制备及投加***。

发明内容

针对重介质絮凝工艺现阶段采取的重介质颗粒人工投加的方式劳动强度大、投加后重介质颗粒易板结和淤积、投加量不精确等问题，本发明的目的是提供一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，该***能够大幅降低重介质颗粒在投加期间对重介质混凝澄清反应器产生的污堵现象，同时精确控制重介质颗粒的投加量，制备及投加过程可实现自动控制。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，包括重介质悬浊液制备箱、重介质粉仓、破拱刮片喂料机、计量输送机、防潮输送机、清洁水管道、冲洗回流管道以及输送管道；

其中，重介质悬浊液制备箱顶部设置有清洁水入口，清洁水入口与清洁水管道相连，清洁水管道上设置有制备箱进水门，重介质悬浊液制备箱顶部开口与所述防潮输送机和所述回流管道均相连，回流管道与输送管道相连，输送管道上设置有悬浊液投加门和悬浊液投加流量计，回流管道上设置有悬浊液质量密度计和悬浊液回流调节门，重介质悬浊液制备箱侧壁底部设置有制备箱液位计；

所述悬浊液制备箱底部出口设置有重介质悬浊液投加泵，重介质悬浊液投加泵出口与所述输送管道相连；所述重介质粉仓出口与所述破拱刮片喂料机、所述计量输送机和所述防潮输送机相连；

破拱刮片喂料机、计量输送机、防潮输送机、制备箱进水门、制备箱液位计、重介质悬浊液投加泵、悬浊液质量密度计、悬浊液回流调节门、悬浊液投加门和悬浊液投加流量计均与控制器相连。

本发明进一步的改进在于，重介质悬浊液制备箱底部出口设置有冲洗水管道，重介质悬浊液制备箱侧壁上部设置有溢流管道。

本发明进一步的改进在于，所述重介质悬浊液制备箱内部中心位置安装有制备箱搅拌器。

本发明进一步的改进在于，所述重介质悬浊液制备箱内部的顶板上安装有颗粒扩散装置。

本发明进一步的改进在于，颗粒扩散装置下沿低于所述溢流管道与所述重介质悬浊液制备箱的连接位置。

本发明进一步的改进在于，所述重介质粉仓顶部设置有所述重介质粉仓料位计。

本发明进一步的改进在于，通过控制制备箱液位计、累计下料质量控制重介质悬浊液配制浓度，并通过悬浊液质量密度计反馈读数调整重介质制备箱进水量与下料量，从而实现悬浊液制备浓度的控制。

本发明进一步的改进在于，当制备箱液位计反馈低液位时，进行重介质悬浊液制备步骤，具体步骤如下：

开制备箱进水门，到达高液位时，关闭制备箱进水门；

依次开防潮输送机、计量输送机、破拱刮片喂料机，开始计时，基础投加时间t₁根据配制浓度计算；

累计计时达到80％t₁时逐渐降低计量输送机的频率至25Hz，当悬浊液质量密度计反馈值达到设定值时，依次关闭破拱刮片喂料机、计量输送机以及防潮输送机。

本发明进一步的改进在于，通过重介质投加流量计和重介质回流密度计的读数，通过下式计算重介质颗粒的补充量W_补充；

其中：

Q_t为重介质悬浊液投加泵出口流量计实时读数；

ρ_t为重介质悬浊液投加泵出口质量密度计实时读数；

ρ₁——清洁水密度的平均值；

当重介质颗粒的补充量W_补充等于重介质混凝澄清反应器需补充重介质颗粒的量m₂时，停止补充；其中，需补充重介质颗粒的量m₂通过下式计算：

式中：m₂——需补充重介质颗粒的量；

V——重介质混凝澄清反应器的总池容；

ρ₁——清洁水密度的平均值；

ρ₂——重介质混凝澄清反应器集泥槽中重介质颗粒密度的理论值；

ρ₃——重介质混凝澄清反应器循环污泥泵出口质量密度计反馈值；

β——投加系数；

γ——单位池容重介质颗粒投加基数。

本发明进一步的改进在于，当重介质混凝澄清反应器循环污泥质量密度小于设置值，且累计达到设定时间时，进行重介质悬浊液自动补充步骤，具体如下：

(1)开悬浊液投加门；

(2)降低悬浊液回流调节门开度至悬浊液投加流量计反馈值稳定达到设定值；

(3)待重介质颗粒的补充量W_补充与需补充重介质颗粒的量m₂相等时，根据式控制重介质悬浊液投加门的实际开时间；

(4)补充完毕后增加悬浊液回流调节门开度至100％，关悬浊液投加门。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过将固态的重介质颗粒与清水混合而成悬浊液输送至重介质絮凝制备箱的方式进行投加，悬浊液投加入重介质絮凝制备箱后可迅速均匀分布在水体中，并随水流作用持续保持悬浮状态，重介质颗粒不易淤积；根据破拱刮片喂料机、计量输送机、防潮输送机、制备箱进水门、制备箱液位计、重介质悬浊液投加泵、悬浊液质量密度计、悬浊液回流调节门、悬浊液投加门和悬浊液投加流量计运行参数反馈，自动控制重介质颗粒投加时机，投加量精确，无需人工介入，并且***内重介质颗粒不易发生污堵，维护工作量小。

进一步的，重介质颗粒采用先制备后液态投加的方式，投加后重介质颗粒能够快速在重介质絮凝设备中随水流作用混合均匀，在常规水流作用下即可悬浮于水体中，不易板结和淤积；

进一步的，重介质悬浊液的配制、投加、计量、反馈调节等步骤可实现全自动操作，可实时监控重介质悬浊液的配制浓度，针对重介质混凝澄清反应器运行参数反馈精准自动调整重介质颗粒的投加时机与投加量，大幅提高了重介质制备及投加部分的运行自动化程度。

进一步的，在重介质颗粒自动液态制备及投加***中设置计量装置监控重介质颗粒下料量、重介质制备箱液位、悬浊液投加流量、悬浊液制备及投加密度等，精准控制重介质颗粒的制备浓度和补充量。

附图说明

图1为本发明的适用于重介质混凝澄清工艺的重介质悬浊液全自动制备及投加***的***结构示意图；

图中，1-重介质悬浊液制备箱、2-制备箱搅拌器、3-制备箱液位计、4-颗粒扩散装置、5-重介质悬浊液投加泵、6-悬浊液质量密度计、7-悬浊液回流调节门、8-悬浊液投加门、9-悬浊液投加流量计、10-制备箱进水门、11-制备箱冲洗门、12-重介质粉仓、13-重介质粉仓料位计、14-破拱刮片喂料机、15-计量输送机、16-防潮输送机、17-清洁水管道、18-冲洗水管道、19-溢流管道等、20-回流管道、21-输送管道、22-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

参见图1，本发明的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，包括重介质悬浊液制备箱1、制备箱搅拌器2、制备箱液位计3、颗粒扩散装置4、重介质悬浊液投加泵5、悬浊液质量密度计6、悬浊液回流调节门7、悬浊液投加门8、悬浊液投加流量计9、制备箱进水门10、制备箱冲洗门11、重介质粉仓12、重介质粉仓料位计13、破拱刮片喂料机14、计量输送机15、防潮输送机16、清洁水管道17、冲洗水管道18、溢流管道19、回流管道20、输送管道21等。

其中，重介质悬浊液制备箱1顶部设置有清洁水入口，清洁水入口与清洁水管道17相连，清洁水管道17上设置有制备箱进水门10。重介质悬浊液制备箱1顶部开口与所述防潮输送机16、所述清洁水管道17和所述回流管道20相连，回流管道20与输送管道21相连，回流管道20上依次设置悬浊液质量密度计6和悬浊液回流调节门7，输送管道21上设置悬浊液投加门8和悬浊液投加流量计9。重介质悬浊液制备箱1底部出口与所述冲洗水管道18相连，冲洗水管道18上设置制备箱冲洗门11，重介质悬浊液制备箱1侧壁上部与所述溢流管道19相连，重介质悬浊液制备箱1侧壁底部设置有制备箱液位计3；所述制备箱搅拌器2安装在所述重介质悬浊液制备箱1内部中心位置；所述颗粒扩散装置4安装在所述重介质悬浊液制备箱1内部的顶板上，颗粒扩散装置4下沿低于所述溢流管道19与所述重介质悬浊液制备箱1的连接位置；所述悬浊液制备箱1底部出口还与所述重介质悬浊液投加泵5入口相连，重介质悬浊液投加泵5出口通过管道与所述输送管道21相连；所述重介质粉仓12顶部设置有所述重介质粉仓料位计13；所述重介质粉仓12出口依次与所述破拱刮片喂料机14、所述计量输送机15和所述防潮输送机16相连，破拱刮片喂料机14、计量输送机15、防潮输送机16、制备箱进水门10、制备箱液位计3、悬浊液质量密度计6、悬浊液回流调节门7、悬浊液投加门8和悬浊液投加流量计9均与控制器22相连。所述控制器22负责对上述自动设备的启停控制及各变送、器反馈信号的处理、制备及投加步骤的控制。

重介质颗粒直接通过粉粒物料运输车直接将重介质颗粒输送至所述重介质颗粒料仓12内部，无需人工装卸，降低了运行人员的劳动强度。

控制器22为PLC控制器，本***设置PLC控制器自动控制重介质悬浊液的配制、投加、计量、反馈调节等步骤，可实现全自动操作，可针对运行参数反馈精准自动调整重介质颗粒的投加时机与投加量，大幅提高了重介质制备及投加部分的运行自动化程度，降低了运行人员的劳动强度。

本发明通过控制制备箱液位计3、累计下料质量控制重介质悬浊液配制浓度，同时通过悬浊液质量密度计6反馈读数调整重介质制备箱进水量与下料量，实现悬浊液制备浓度的精确控制，当制备箱液位计3反馈低液位L时，自动启动重介质悬浊液制备步骤，具体步骤如下：

(1)开制备箱进水门10，到达高液位H时，关闭制备箱进水门10；

(2)依次开防潮输送机16、计量输送机15、破拱刮片喂料机14，开始计时，基础投加时间t₁根据配制浓度计算；

(3)累计计时达到80％t₁时逐渐降低计量输送机15的频率至25Hz，当悬浊液质量密度计6反馈值达到设定值时，依次关闭破拱刮片喂料机14、计量输送机15以及防潮输送机16，步骤结束。

本发明通过重介质投加流量计9和重介质回流密度计6的读数，计算重介质颗粒的补充量，具体的，实际的重介质颗粒的补充量W_补充可通过下式进行测量：

其中：

Q_(t)为重介质悬浊液投加泵出口流量计实时读数，L/h；

ρ_(t)为重介质悬浊液投加泵出口质量密度计实时读数，kg/L；

ρ₁——清洁水密度的平均值，可通过测量得到，取0.998-1.002kg/L；

优选的，还包括与控制器22相连的重介质混凝澄清反应器循环污泥质量密度计，***通过重介质混凝澄清反应器循环污泥质量密度计读数判断是否需要补充重介质悬浊液，具体的，当重介质混凝澄清反应器循环污泥质量密度计小于读数ρ₄累计达到1800s时，启动重介质悬浊液自动补充步骤；并计算补充量。

进一步的，重介质混凝澄清反应器颗粒需要的重介质颗粒补充量可通过下式详细计算：

式中：m₂——需补充重介质颗粒的量，kg；

V——重介质混凝澄清反应器的总池容，L；

ρ₁——清洁水密度的平均值，可通过测量得到，取0.998-1.002kg/L；

ρ₂——重介质混凝澄清反应器集泥槽中重介质颗粒密度的理论值，根据来水水质取1.06-1.20kg/L；

ρ₃——重介质混凝澄清反应器循环污泥泵出口质量密度计反馈值，kg/L；

β——投加系数，取0.8-1.4；

γ——单位池容重介质颗粒投加基数，取20-40kg/m³；

本***通过重介质混凝澄清反应器循环污泥质量密度计读数判断是否需要补充重介质悬浊液，并计算补充量。当重介质混凝澄清反应器循环污泥质量密度计读数小于设定值ρ₄累计达到1800s时，启动重介质悬浊液自动补充步骤；

(1)开悬浊液投加门8，开始计时。

(2)悬浊液投加流量计9开始累计流量；

(3)悬浊液质量密度计6开始计算悬浊液投加密度平均值；

(4)降低悬浊液回流调节门7开度至悬浊液投加流量计9反馈值稳定达到设定值Q₁；

(5)通过计算m₂并反馈至W_补充，即待W_补充与m₂相等时，根据式(1-1)控制重介质悬浊液投加门8的实际开时间。

(6)补充完毕后增加悬浊液回流调节门7开度至100％，关悬浊液投加门8，悬浊液投加流量计9累计流量清零，步骤结束。

本发明的进一步改进在于，重介质悬浊液制备箱1配套冲扫及搅拌措施防止重介质颗粒发生污堵。所述制备箱搅拌器2配置推进式搅拌桨。搅拌桨将制备箱中悬浊液向制备箱下部推进，向下的水流对重介质悬浊液制备箱1底部产生冲刷作用，防止重介质颗粒在重介质悬浊液制备箱1底部的淤积；重介质悬浊液投加泵5保持连续运行，并对重介质悬浊液制备箱1中的悬浊液进行持续循环搅拌。同时制备箱冲洗门11每隔t₂时间打开30s，对重介质悬浊液制备箱1底部沉积的重介质颗粒进行冲洗，可防止所述重介质悬浊液制备箱1底部发生污泥淤积，降低了污堵发生的频率，从而降低***的维护成本。

具体实施例如下：

某厂来水为高含盐量矿井疏干水，经一体化装置进行软化混凝澄清软化处理，装置设计最大处理量600m³/h，上升流速15-20m/s，进水水质指标见下表1：

表1进水水质指标

Ca<sup>2+</sup>(mg/L)	Mg<sup>2+</sup>(mg/L)	浊度(NTU)	TDS(mg/L)	总碱度(mmol/L)
					220	130	40	5000	2.48

一体化装置配套重介质颗粒自动液态制备及投加***在运行期间，重介质悬浊液的制备及补充投加全自动运行，无需人工操作及维护。

***重介质制备箱有效容积为3m³，高液位H设定值为1.7m，低液位L设定值为0.5m，设定重介质颗粒配制浓度为150g/L。设定重介质悬浊液配制下料量为470kg，基础投加时间t1为1700s。重介质悬浊液的制备根据上述步骤运行，当投加时间达到80％t1时，悬浊液质量密度计示数在1.07-1.09kg/L，降低计量输送机15频率至25Hz，直至悬浊液质量密度计示数稳定达到1.125kg/L，重介质悬浊液配制结束。

当重介质混凝澄清反应器循环污泥密度小于1.15kg/L持续达到1800s时，启动重介质悬浊液自动补充步骤，累计1800s期间循环污泥密度平均值为1.147kg/L。重介质颗粒补充量m₂根据式(1-2)计算：

通过重介质颗粒补充量m₂计算值反馈至W_补充，根据式(1-1)控制重介质悬浊液投加门8的实际开时间。

重介质悬浊液自动补充步骤启动后，通过悬浊液投加流量计累计值及悬浊液质量密度计读数平均值计算补充时间。运行期间补充流量约为2m³/h，补充时间约为20min，重介质补充步骤完成后循环污泥密度上升至1.153m³/h，***日常运行过程中约2-3h自动启动一次重介质补充步骤。***连续运行期间无需人工维护，重介质混凝澄清反应器循环污泥密度在运行期间维持在1.13-1.17kg/L，运行效果良好，***运行稳定可靠。

本发明适用于采用重介质絮凝工艺的混凝设备，可有效降低重介质颗粒在投加过程中对设备的污堵，大幅度提高重介质颗粒的利用效率，同时精确控制重介质悬浊液的制备浓度及投加量，精准控制重介质混凝澄清反应器中悬浮物浓度，制备及投加过程可实现自动控制，***运行稳定可靠，无需人工维护。

Claims (10)

1.一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，包括重介质悬浊液制备箱(1)、重介质粉仓(12)、破拱刮片喂料机(14)、计量输送机(15)、防潮输送机(16)、清洁水管道(17)、冲洗回流管道(20)以及输送管道(21)；

其中，重介质悬浊液制备箱(1)顶部设置有清洁水入口，清洁水入口与清洁水管道(17)相连，清洁水管道(17)上设置有制备箱进水门(10)，重介质悬浊液制备箱(1)顶部开口与所述防潮输送机(16)和所述回流管道(20)均相连，回流管道(20)与输送管道(21)相连，输送管道(21)上设置有悬浊液投加门(8)和悬浊液投加流量计(9)，回流管道(20)上设置有悬浊液质量密度计(6)和悬浊液回流调节门(7)，重介质悬浊液制备箱(1)侧壁底部设置有制备箱液位计(3)；

所述悬浊液制备箱(1)底部出口设置有重介质悬浊液投加泵(5)，重介质悬浊液投加泵(5)出口与所述输送管道(21)相连；所述重介质粉仓(12)出口与所述破拱刮片喂料机(14)、所述计量输送机(15)和所述防潮输送机(16)相连；

破拱刮片喂料机(14)、计量输送机(15)、防潮输送机(16)、制备箱进水门(10)、制备箱液位计(3)、重介质悬浊液投加泵(5)、悬浊液质量密度计(6)、悬浊液回流调节门(7)、悬浊液投加门(8)和悬浊液投加流量计(9)均与控制器(22)相连。

2.根据权利要求1所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，重介质悬浊液制备箱(1)底部出口设置有冲洗水管道(18)，冲洗水管道(18)上设置有制备箱冲洗门(11)，重介质悬浊液制备箱(1)侧壁上部设置有溢流管道(19)。

3.根据权利要求2所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，颗粒扩散装置(4)下沿低于所述溢流管道(19)与所述重介质悬浊液制备箱(1)的连接位置。

4.根据权利要求1所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，所述重介质悬浊液制备箱(1)内部中心位置安装有制备箱搅拌器(2)。

5.根据权利要求1所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，所述重介质悬浊液制备箱(1)内部的顶板上安装有颗粒扩散装置(4)。

6.根据权利要求1所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，所述重介质粉仓(12)顶部设置有所述重介质粉仓料位计(13)。

7.根据权利要求1所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，通过控制制备箱液位计(3)、累计下料质量控制重介质悬浊液配制浓度，并通过悬浊液质量密度计(6)反馈读数调整重介质制备箱进水量与下料量，从而实现悬浊液制备浓度的控制。

8.根据权利要求1所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，当制备箱液位计(3)反馈低液位时，进行重介质悬浊液制备步骤，具体步骤如下：

(1)开制备箱进水门(10)，到达高液位时，关闭制备箱进水门(10)；

(2)依次开防潮输送机(16)、计量输送机(15)、破拱刮片喂料机(14)，开始计时，基础投加时间t₁根据配制浓度计算；

(3)累计计时达到80％t₁时逐渐降低计量输送机(15)的频率至25Hz，当悬浊液质量密度计(6)反馈值达到设定值时，依次关闭破拱刮片喂料机(14)、计量输送机(15)以及防潮输送机(16)。

9.根据权利要求1所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，通过重介质投加流量计(9)和重介质回流密度计(6)的读数，通过下式计算重介质颗粒的补充量W_补充；

其中：

Q_t为重介质悬浊液投加泵出口流量计实时读数；

ρ_t为重介质悬浊液投加泵出口质量密度计实时读数；

ρ₁——清洁水密度的平均值；

当重介质颗粒的补充量W_补充等于重介质混凝澄清反应器需补充重介质颗粒的量m₂时，停止补充；其中，需补充重介质颗粒的量m₂通过下式计算：

式中：m₂——需补充重介质颗粒的量；

V——重介质混凝澄清反应器的总池容；

ρ₁——清洁水密度的平均值；

ρ₂——重介质混凝澄清反应器集泥槽中重介质颗粒密度的理论值；

ρ₃——重介质混凝澄清反应器循环污泥泵出口质量密度计反馈值；

β——投加系数；

γ——单位池容重介质颗粒投加基数。

10.根据权利要求9所述的一种重介质颗粒自动液态制备及投加***，其特征在于，当重介质混凝澄清反应器循环污泥质量密度小于设置值，且累计达到设定时间时，进行重介质悬浊液自动补充步骤，具体如下：

(1)开悬浊液投加门(8)；

(2)降低悬浊液回流调节门(7)开度至悬浊液投加流量计(9)反馈值稳定达到设定值；

(3)待重介质颗粒的补充量W_补充与需补充重介质颗粒的量m₂相等时，根据式(1-1)控制重介质悬浊液投加门(8)的实际开时间；

(4)补充完毕后增加悬浊液回流调节门(7)开度至100％，关悬浊液投加门(8)。

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