CN208561944U - 一种地表水预处理装置及石墨烯过滤器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种地表水预处理装置及石墨烯过滤器，包括依次连接的旋风固液分离器、沉淀单元、石墨烯过滤器、絮凝单元、沉淀单元、过滤单元、消毒单元，地表水预处理装置可以分单元的过滤各种大小颗粒、藻类等物质，可以提高地表水的水质。

Description

一种地表水预处理装置及石墨烯过滤器

技术领域

本实用新型涉及一种水处理装置,特别涉及一种地表水预处理装置及石墨烯过滤器。

背景技术

以地表水为水源的常规给水处理***,一般有混合、絮凝、沉淀、过滤和消毒几个主要环节。

粗略的可以分为一级处理混合、絮凝、沉淀和二级处理过滤两个阶段。这种地下水处理***,建立在以粘土胶体微粒和致病细菌为主要处理对象的基础上,处理方法针对的是胶体颗粒布朗运动、颗粒间的静电斥力及颗粒表面的水化学作用导致的稳定性。一级处理的技术核心是利用絮凝剂的电离特性,发挥其电离、水解产物的压缩水中胶体双电层和电性中和、高分子长链状吸附架桥及沉淀物卷扫等作用,使水中杂质失去稳定性、形成大的絮凝体并沉淀去除。二级处理则模仿天然过滤,利用滤料对颗粒的粘附等作用截流水中悬浮杂质。预处理是设置在传统处理工艺之前的各种处理措施,包括格栅筛除原水中的漂浮杂物,预氯投加,调整原水的值,泥砂在预沉池中预沉以及投加粉末活性炭或生物过滤等各种工艺措施。

我国的预处理***主要是预氯投加,即在长距离输水管的起始点小剂量加氯,或在预沉池前投氯目的有初步杀死水中的微生物、氧化有机物、增加混凝、保证充分的消毒效果等。粉末活性炭的投加多为季节性,当水质严重污染时,为了去除臭味和有机物而采用的临时性措施。由于我国生活水准所限,粉末活性炭投加对制水成本影响较大,采用不普及,多数自来水公司仅在源水污染严重时,季节性投加。从投加粉末活性炭的效果看还是令人满意的。

以上处理技术是我国目前普遍采用的地表水预处理技术，这个技术存在的问题有：

1、前期预处理采用“预氯投加”方式加大了氯与水体中有机物结合的几率，所产生的三卤甲烷等致癌物增加了在后续的处理过程中的难度。

2、前期预处理采用“粉末活性炭投加”，增加了处理成本，而且并不是全程添加，因此所起到的效果有限。

3、由于我国南北方水体差异很大，对于雨季北方洪水带来的大量泥沙和南方水体中大量的泥沙和藻类采用上述预处理方法基本上无效。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种地表水预处理装置及石墨烯过滤器，以改善地表水的水质。

一种地表水预处理装置包括依次连接的旋风固液分离器、沉淀单元、石墨烯过滤器、絮凝单元、沉淀单元、过滤单元、消毒单元。

进一步的，沉淀单元为沉淀池，絮凝单元为絮凝池，过滤单元为过滤池，消毒单元为消毒池。

进一步的，沉淀池为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池的一种。

进一步的，絮凝池为隔板絮凝池、折板絮凝池、机械搅拌絮凝池及网格絮凝池的一种。

进一步的，石墨烯过滤器包括箱体、石墨烯过滤网；箱体具有进水口和出水口，石墨烯过滤网设置在箱体内。

进一步的，石墨烯过滤网为中空圆柱体形；进水口与中空圆柱体形的内部中空部分连通。

进一步的，石墨烯过滤器包括反冲洗水管，反冲洗水管设置在石墨烯过滤网的上方。

进一步的，箱体包括清水箱和进水箱，进水箱设置进水口，清水箱设置出水口，石墨烯过滤网可旋转地设置在清水箱内；进水箱与中空圆柱体形的内部空间连通。

进一步的，石墨烯过滤器还包括集污排污装置；集污排污装置包括设置在石墨烯过滤网内部的锥形漏斗和延伸至外部的排污管；排污管与锥形漏斗的下方连接。

一种石墨烯过滤器，包括箱体、石墨烯过滤网；箱体具有进水口和出水口，石墨烯过滤网设置在箱体内。

进一步的，石墨烯过滤网为中空圆柱体形；进水口与中空圆柱体形的内部中空部分连通；

进一步的。石墨烯过滤器包括反冲洗水管，反冲洗水管设置在石墨烯过滤网的上方；

进一步的，箱体包括清水箱和进水箱，进水箱设置进水口，清水箱设置出水口，石墨烯过滤网可旋转地设置在清水箱内；进水箱与中空圆柱体形的内部空间连通；

进一步的，石墨烯过滤器包括箱体、石墨烯过滤网；箱体具有进水口和出水口，石墨烯过滤网设置在箱体内；

进一步的，石墨烯过滤器还包括集污排污装置；集污排污装置包括设置在石墨烯过滤网内部的锥形漏斗和延伸至外部的排污管；排污管与锥形漏斗的下方连接。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术效果有：

本实用新型提供的地表水预处理装置，由于采用依次连接的旋风固液分离器、沉淀单元、石墨烯过滤器、絮凝单元、沉淀单元、过滤单元、消毒单元，分部分的过滤各种大小颗粒、藻类等物质，整个装置可以对地表水进行有效的预处理，提高地表水的水质。

本实用新型地表水预处理装置，由于地表水首先进入旋风固液分离器，可以有效的分离泥沙等大颗粒物、固形物及部分藻类，避免地表水携带大量泥沙而造成的意外停水事故，保证人民的正常用水，排出来的固体废料还可以运送至固体废料处理厂进行无害化处理保护了环境。

本实用新型提出了新的处理地表水的工艺路线。

本实用新型地表水预处理装置由于采用石墨烯过滤器来过滤水体中的藻类和细小颗粒物，减少了氯、高锰酸钾等化学药剂的使用，可以有效的避免对处理过的地表水造成二次化学污染石墨烯膜承压强度高，通透量大，石墨烯过滤器占地面积小（约50㎡），处理水量大（2万吨每天），膜每平方米的通过量可达50t/h；产生的废水量低，仅为进水量的3‰，处理效果好，出水浊度小于10NTU，运行费用低，独立式的石墨烯过滤网使用周期长，可独立拆除，更换安全便捷，过滤出来的泥砂等大颗粒物还可以收集起来，送往污泥堆肥***。

本实用新型地表水预处理装置可根据当地地表水的实际情况和建造地的地理条件选择采用相匹配的沉淀单元和絮凝单元，保证了这两个单元高效的运行，同时提高了整个装置的工作效率。

附图说明

图1是本实用新型的水预处理装置的整体结构图。

图2是本实用新型的水预处理装置的石墨烯过滤器的结构示意图。

图3是本实用新型的水预处理装置的石墨烯过滤器的另一角度结构示意图。

图4是本实用新型的水预处理装置的设备旋液分离器的结构示意图。

附图标记说明

1、旋风固液分离器，2、沉淀单元，3、石墨烯过滤器，31、清水箱，311、出水口，32、进水箱，321、进水口，33、石墨烯过滤网，34、集污排污装置，341、锥形漏斗，342、排污管，35、反冲洗管，4、絮凝单元，5、沉淀单元，6、过滤单元，7、消毒单元，81、筒体，82、锥体，83、地表水进口，84、底流出口，85、中心管，86、溢流出口。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面配合附图详细说明本实用新型的技术方案及其产生的有益效果。

如图1所示，本实施例的地表水预处理装置，包括依次连接的旋风固液分离器1、沉淀单元2、石墨烯过滤器3、絮凝单元4、沉淀单元5、过滤单元6、消毒单元7。

地表水进入预处理装置，先进入旋风固液分离器1，旋风固液分离器1可有效去除地下水中的大颗粒泥沙、固形物和部分藻类。从旋风固液分离器1出来的液体水进入沉淀单元2（沉淀池），沉淀池通过水自身的沉淀作用可有效去除水中悬浮物，经过沉淀池的地表水进入石墨烯过滤器3，由于石墨烯过滤网33具有超高的比表面积，可达2630m2/g，其独特的π-π共轭具有极强的吸附性，再加上石墨烯可负载的大量的官能团，可控制允许通过的物质类型。因此，石墨烯过滤器3可有效拦截地表水中的固体颗粒物、胶体粒子、油类物质等，还可对地表水中的小颗粒和藻类进行过滤。优选地，本实施例将石墨烯与金属基材复合形成了石墨烯基金属网膜，具有吸附性能强、选择性通过、膜层可控、过滤效率高、机械强度大等特点。该膜具有亲水性，水可快速通过，而油类及杂质颗粒则不易通过，对于固体颗粒杂质是经形成的网膜阻隔，对于胶体粒子则是通过官能团上的电荷吸引力进行吸附分离。固体废料运至固体废料处理厂进行无害化处理，这个过程可以使出水达到20NTU以下。在原水受季节影响而导致的浊度大幅的变化时可以通过多台石墨烯设备的串、并联保证石墨烯处理***对浊度的去除效果，实现水体的预处理效果。优选地，从石墨烯过滤器出来的水的浊度低于10NTU，因此可以减少絮凝剂的使用量。

经过石墨烯过滤器3处理的地表水进入絮凝单元4（絮凝池），地表水与絮凝池中的絮凝剂经过充分混合，使地表水中的颗粒形成絮凝物，然后进入沉淀单元5（沉淀池）和过滤单元6（过滤池），使地表水中的颗粒物形成的絮凝物等被沉淀，过滤。最后，地表水进入消毒单元7（消毒池），经过消毒池处理的地表水可有效杀死地表水中的微生物。地表水经过整个地表水预处理装置的处理，可有效过滤水中的各种颗粒物和藻类，并可对地表水消毒。整个装置可以对地表水进行预处理，并且由于装置采用先进的石墨烯过滤网33，不仅处理效率高，过滤效果好，其本身运行费用也特别低。

请参阅图2至图3，为本实用新型地表水预处理装置的石墨烯过滤器结构。石墨烯过滤器3包括箱体、石墨烯过滤网33、集污排污装置34。箱体包括清水箱31和进水箱32。进水箱32设置进水口321，经过沉淀单元2的水从进水口321流进石墨烯过滤器3的进水箱32，清水箱31设置出水口311，经过石墨烯过滤器3过滤的水，从出水口311流出。

优选的，进水口321设置在进水箱32的下半部分，出水口311设置在清水箱31的下半部分。石墨烯过滤网33为中空圆柱体形结构，进水口321通过进水箱32与中空圆柱体形的内部空间连通，中空圆柱体形的石墨烯过滤网33可旋转的设置在清水箱31内。

集污排污装置34包括设置在中空圆柱体形内部的锥形漏斗341和与锥形漏斗下方连接的排污管342,排污管342一直延伸至箱体（进水箱32）的外部，锥形漏斗341用于承接收集到的污染物，污染物通过排污管342排走到外部。石墨烯过滤器3还包括安装在清水箱31内部上方的反冲洗水管35，反冲洗水管35可以将沾附在石墨烯过滤网33内部的颗粒等污物冲进集污排污装置34的锥形漏斗341内，再通过排污管342冲洗走。

具体地说，进入石墨烯过滤器3的地表水，从进水口321进入进水箱，然后地表水进入旋转的石墨烯过滤网33内，颗粒等吸附在石墨烯过滤网33上，同时，石墨烯过滤网33旋转，可以持续性地向反冲洗水管35提供水流，反冲洗管35冲出的水对中空圆柱体形的石墨烯过滤网33进行喷射冲洗，把吸附在石墨烯过滤网33的颗粒冲进集污排污装置34的锥形漏斗341里面，然后经过排污管342排走，而经过处理的地表水则进入清水箱31，通过出水口311流入下一单元。

在本实用新型的另一实施例中，旋风固液分离器包括转载和带空心转轴的螺旋输送器，需要处理的地表水有空心转轴送入转筒，在旋转产生的离心力的作用下，泥砂等固形物被甩入转鼓腔内。由于比重不一样，形成固液分离。颗粒物等物质在螺旋输送器的推动下，被输送到转鼓的锥端由出口连续排出；地表水则由堰口“溢流”至转鼓外靠重力排出。旋风固液分离器在稳定的工作条件下可在其中形成高含量、大粒径的泥渣悬浮层，从其底部进入的经脱稳后形成的初始微小颗粒与悬浮层中颗粒之间的反应，属于粒径和含量相差悬殊的两种颗粒之间的反应，微小颗粒与含量高、表面积大的悬浮颗粒之间的结合力远大于微小颗粒之间的结合力，颗粒的结合和成长以微小颗粒在悬浮颗粒表面逐一附着的方式进行，使成长的颗粒内部空隙达到最小、密度最大，沉淀效果最好，通过旋风固液分离器处理的地表水可达500NTU以下。

在本实用新型的又一实施例中，请参阅图4，旋风固液分离器还可以用旋液分离器代替。旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉降原理使悬浮液中固体颗粒增浓，或使悬浮液中粒径不同及密度不同的颗粒进行分级的设备，旋液分离器主体包括筒体81和锥体82两部分，筒体81和锥体82由中心管85连通，在锥体82的底部设有底流出口84，溢流出口86设在筒体81外侧，锥体82的外侧上方设有地表水进口83。地表水从锥体81上部的地表水进口83进入旋液分离器后，旋转向下流动，地表水中的较大较重的颗粒在离心力的作用下沉降到器壁，并随水流下降到锥体82底部的底流出口84，成为较稠的悬浮液（底流）而排出。澄清的地表水或含有较小较轻颗粒的地表水，则形成向上的内旋流（溢流），经上部中心管从顶部溢流出口86排出。

因为固液间的密度差比固气间的密度差小，在一定的切线进口速度下，小直径的筒体有利于增大惯性离心力，以提高沉降速度；同时，锥体82加长可增大液流的行程，从而延长了悬浮液在分离器中的停留时间。

旋液分离器可采用铸铁材质，地表水进口83的管径和与溢流出口86臂径大小在设计制造中可根据需要的大小采用可调节的装置。由于颗粒沿器壁快速运动时产生严重磨损，为了延长使用期限，还可采用耐磨材料制造或采用耐磨材料作内衬。

因生产能力与分离效率有矛盾，所以常常是多个旋液分离器并联，然后再串联组成旋液分离器组。当不使用三级筛时，为了提高分离效率，一般是三级旋液分离器串联，每级两个旋液分离器并联，即组成旋液分离器组。若各级的底流较稀，则还应加一级旋液分离器对其进行再次分离，溢流返回粗灰乳池，底流则用手推车进至堆渣场。

在本实用新型的其他实施例中，根据地表水实际的水质情况，还可以串联或并联多台石墨烯过滤器来保证对地表水的预处理效果。根据当地的实际情况选择沉淀池的种类以及絮凝池的种类。

虽然本实用新型已利用上述较佳实施例进行说明，但其并非用以限定本实用新型的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属于本实用新型所保护的范围，因此，本实用新型的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种地表水预处理装置，其特征在于，包括：

依次连接的旋风固液分离器、沉淀单元、石墨烯过滤器、絮凝单元、沉淀单元、过滤单元、消毒单元。

2.根据权利要求1所述的地表水预处理装置，其特征在于，

所述沉淀单元为沉淀池，所述絮凝单元为絮凝池，所述过滤单元为过滤池，所述消毒单元为消毒池。

3.根据权利要求2所述的地表水预处理装置，其特征在于，

所述沉淀池为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池的一种；

所述絮凝池为隔板絮凝池、折板絮凝池、机械搅拌絮凝池及网格絮凝池的一种。

4.根据权利要求1所述的地表水预处理装置，其特征在于，

所述石墨烯过滤器包括箱体、石墨烯过滤网、集污排污装置；所述箱体具有进水口和出水口。

5.根据权利要求4所述的地表水预处理装置，其特征在于，

所述石墨烯过滤网为中空圆柱体形；所述进水口与所述中空圆柱体形的内部中空部分连通。

6.根据权利要求5所述的地表水预处理装置，其特征在于，

所述石墨烯过滤器包括反冲洗水管，所述反冲洗水管设置在所述石墨烯过滤网的上方。

7.根据权利要求6所述的水预处理装置，其特征在于，

所述箱体包括清水箱和进水箱，所述进水箱设置所述进水口，所述清水箱设置所述出水口，所述石墨烯过滤网可旋转地设置在所述清水箱内；所述进水箱与所述中空圆柱体形的内部空间连通。

8.根据权利要求7所述的水预处理装置，其特征在于，

所述石墨烯过滤器还包括集污排污装置；所述集污排污装置包括设置在所述石墨烯过滤网内部的锥形漏斗和延伸至外部的排污管；所述排污管与所述锥形漏斗的下方连接。

9.一种石墨烯过滤器，其特征在于，所述石墨烯过滤器包括箱体、石墨烯过滤网；所述箱体具有进水口和出水口，所述石墨烯过滤网设置在所述箱体内。

10.根据权利要求9所述的石墨烯过滤器，其特征在于，

所述石墨烯过滤网为中空圆柱体形；所述进水口与所述中空圆柱体形的内部中空部分连通；

所述石墨烯过滤器包括反冲洗水管，所述反冲洗水管设置在所述石墨烯过滤网的上方；

所述箱体包括清水箱和进水箱，所述进水箱设置所述进水口，所述清水箱设置所述出水口，所述石墨烯过滤网可旋转地设置在所述清水箱内；所述进水箱与所述中空圆柱体形的内部空间连通；

所述石墨烯过滤器还包括集污排污装置；所述集污排污装置包括设置在所述石墨烯过滤网内部的锥形漏斗和延伸至外部的排污管；所述排污管与所述锥形漏斗的下方连接。