一种基于涡旋网格混凝的一体化澄清池及其处理水的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于涡旋网格混凝的一体化澄清池及其处理水的方法，其中，该一体化澄清池包括：涡旋反应室、网格反应室和沉淀室，三者并排设置且形成一体化结构，原水从涡旋反应室的顶部流进池内，依次流经涡旋反应室、网格反应室和沉淀室后被处理成清水，清水从沉淀室的底部流出池体。本发明的有益之处在于：集微涡旋絮凝、小网格絮凝和小倾角斜板沉淀分离于一体，加了混凝剂的原水通过微涡旋絮凝和小网格絮凝后形成了微涡流协同混凝，该微涡流协同混凝有利于水中微粒的扩散，增加脱稳胶粒的碰撞机率，形成絮凝质量更好、密度高、分离性能好的固液两相体系，所以本发明的一体化澄清池应用于水处理中能够明显提高混凝反应效果。
【专利说明】
一种基于涡旋网格混凝的一体化澄清池及其处理水的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种澄清池及其处理水的方法，具体涉及一种基于涡旋网格混凝的一 体化澄清池及其处理水的方法，属于环境保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 澄清池是一种将絮凝反应过程与澄清分离过程综合于一体的构筑物。目前，在我 国水处理中普遍使用的澄清池不少都面临老化、产水效率低、出水水质差等问题。因此迫切 需要对现有的技术进行改造，以适应新形势下用户对水量及水质的需求。
[0003] 国外对澄清池的改造研究工作多以悬浮泥渣层的厚度、污泥回流和排放及澄清池 自动控制为研究方向。如法国德利满公司开发的高效澄清池，它综合了斜管沉淀和泥渣循 环回流的优点，将反应、预沉浓缩和澄清综合为一体，同时配以外部污泥回流和外部投药混 合组成了一个完整的净水系统。但因其是专利产品，设备、材料价格相对较贵，投资很高，很 难在国内大面积推广。
[0004] 国内对澄清池的技术改造主要有以下三个方面：
[0005] 1、在原反应室内增设网格，以提高絮凝反应效果；
[0006] 2、在沉淀区增设斜管，以提高沉淀效率；
[0007] 3、在池底加装刮泥机等设备，改造排泥装置。
[0008] 典型的案例是上海市政院开发的中置式高密度沉淀池。但是该沉淀池建设费用相 对较高，需增设回流栗、搅拌机等机械设备，并且还要考虑设备在高腐蚀水处理中的防腐等 问题，所以给实际应用带来了一定的困难和阻力，进而限制了其适用的范围。
[0009] 为了改善澄清池的性能，拓展其适用的范围，更有效地提高其抗冲击的能力、运行 的效果以及絮凝工艺的效率，同时节省投资和降低制水成本，有必要研制一种较优化的并 且经济高效的一体化澄清池。
【发明内容】
[0010] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于涡旋网格混凝的一体化 澄清池及其处理水的方法，其中，该一体化澄清池能够明显提高絮凝和净化效果、大幅降低 能耗，利用该一体化澄清池处理水的方法既经济又高效。
[0011] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0012] -种基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，包括：涡旋反应室、网格反 应室（6)和沉淀室(8)，三者并排设置且形成一体化结构，原水从涡旋反应室的顶部流进池 内，依次流经涡旋反应室、网格反应室(6)和沉淀室（8)后被处理成清水，清水从沉淀室(8) 的底部流出池体，其中，
[0013] 前述涡旋反应室由并排设置的第一涡旋反应室(3)和第二涡旋反应室(5)组成，二 者的底部相通，前述第一涡旋反应室(3)和第二涡旋反应室(5)内均堆放有若干涡旋反应器 (4)，前述涡旋反应器(4)为一中空球体，球面开有面积相近的网格状孔洞，球体的内外表面 均具有一定的粗糙度，水流在第一涡旋反应室(3)内流经涡旋反应器(4)时，得到短暂的过 渡和均合，然后直接进入到第二涡旋反应室(5)，在第二涡旋反应室(5)内再次被涡旋反应 器(4)均合并产生无数微涡旋；
[0014] 前述网格反应室(6)的顶部与前述涡旋反应室的顶部相通，前述网格反应室(6)内 沿竖直方向放置有若干网格反应器(7)，前述网格反应器(7)为一平面板，其上开有若干面 积相近的网格状孔洞，水流在网格反应室(6)内流经网格反应器(7)时，水流的过孔流速及 流向发生变化并产生无数小涡旋，得到脱稳原水；
[0015] 前述沉淀室(8)的底部与前述网格反应室(6)的底部相通，前述沉淀室(8)内放置 有清水汇集管（10 )，前述清水汇集管（10)竖直设置，其下方设置有出水渠（11 )，清水汇集管 (10)的外壁还设置有若干斜板反应器(9)，前述斜板反应器(9)为向下倾斜的板子，脱稳原 水从沉淀室(8)的底部进入沉淀室(8)后，在斜板反应器(9)的作用下，泥水分离，清水从清 水汇集管（10)的顶部流进清水汇集管（10 )，并最终流进出水渠(11)中。
[0016] 前述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，放置于第一涡旋反应室 (3)内的涡旋反应器（4)的直径为100mm-150mm、开孔率为45%-55%、铺设厚度为3.0m- 5.〇111，放置于第二涡旋反应室（5)内的涡旋反应器（4)的直径为15〇111111-20〇 111111、开孔率为 55%-65%、铺设厚度为 2.0m-4.0m。
[0017] 前述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，前述网格反应器(7)的开 孔率为45 %-70 %。
[0018] 前述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，相邻的网格反应器(7)之 间的竖直距离是60cm-90cm〇
[0019] 前述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，前述斜板反应器(9)的安 装水平倾角为15°-30°，相邻的斜板反应器(9)之间的竖直距离为5 · Ocm-8 · Ocm0
[0020] 前述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，前述斜板反应器(9)的长 度为lm，厚度为3mm-5mm，立面负荷为2m 3/m2 · h_4m3/m2 · h。
[0021 ]前述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，原水经由进水管（I)流进 涡旋反应室的顶部，前述进水管（1)的末端设置有喇叭状的配水器(2)。
[0022]前述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，前述涡旋反应室、网格反 应室（6)和沉淀室（8)的底部均设有污泥斗（13)，前述污泥斗（13)中设置有穿孔排泥管 (12)，各室沉淀下来的污泥通过各自底部的穿孔排泥管（12)排出池体。
[0023]利用前述的一体化澄清池处理水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0024] Stepl:向原水中添加混凝剂；
[0025] Step2:将添加混凝剂的原水经进水管（1)送入到澄清池内，控制原水以60m/h_ 100m/h的流速流经第一涡旋反应室(3)、以40m/h-80m/h的流速流经第二涡旋反应室(5)、以 0.2m/s-0.1m/s的过孔流速流经网格反应室(6)，原水流经网格反应室(6)之后形成无数小 漩涡，得到脱稳原水，脱稳原水流经沉淀室(8)后实现泥水分离，清水经由清水汇集管（10) 流进出水渠(11 )，污泥沉淀于相应室的底部；
[0026] Step3:将清水从出水渠（11)中引出；
[0027] Step4:将污泥从各室的底部排出。
[0028]本发明的有益之处在于：
[0029] ( - ) 一体化澄清池
[0030] (1)因为本发明的一体化澄清池集微涡旋絮凝、小网格絮凝和小倾角斜板沉淀分 离于一体，并且加了混凝剂的原水通过微涡旋絮凝和小网格絮凝后形成了微涡流协同混 凝，该微涡流协同混凝有利于水中微粒的扩散，充分利用流体能量，增加脱稳胶粒的碰撞机 率，形成絮凝质量更好、密度高、分离性能好的固液两相体系，并从根本上提高了絮凝反应 的效率，对提高净水水量和水质都有显著的效果，所以本发明的一体化澄清池应用于水处 理中能够明显提高混凝反应效果；
[0031] (2)因为本发明的一体化澄清池在沉淀室设置了斜板反应器，充分利用沉淀池的 深度大大增加了斜板反应器的安装数量，从而大大增加了有效沉淀面积，所以本发明的一 体化澄清池应用于水处理中不仅明显提高了沉淀效率，而且相对于其他沉淀工艺占地面积 更小；
[0032] (3)因为本发明的一体化澄清池在各室的底部均设了污泥斗和穿孔排泥管，很好 的实现了污泥浓缩，排放的污泥浓度高，减少了后续污泥处理设施的压力，所以本发明的一 体化澄清池应用于水处理中不仅能大幅降低能耗，而且能大幅降低污泥处理费用；
[0033](二)处理水的方法
[0034] 因为利用本发明的一体化澄清池处理水时，不但能够提高絮凝反应效率、缩短絮 凝时间、减少水头损失、降低药耗、提尚净水水质，而且能够大幅提尚沉淀分尚的效率，提尚 污泥含固率，所以该处理水的方法既经济又高效。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明的一体化澄清池的一个具体实施例的结构示意图；
[0036] 图2是图1中的涡旋絮凝反应器的结构示意图。
[0037] 图中附图标记的含义：1_进水管、2-配水器、3-第一涡旋反应室、4-涡旋反应器、5-第二涡旋反应室、6-网格反应室、7-网格反应器、8-沉淀室、9-斜板反应器、10-清水汇集管、 11 -出水渠、12-穿孔排泥管、13-污泥斗。
【具体实施方式】
[0038]本发明的一体化澄清池是基于微涡流混凝技术及浅池理论而提出的。以下结合附 图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0039] 参照图1，本发明的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池包括：涡旋反应室、网格反 应室6和沉淀室8,三者并排设置且形成一体化结构，原水经由进水管1及其末端的喇叭状的 配水器2从涡旋反应室的顶部流进池内，依次流经涡旋反应室、网格反应室6和沉淀室8后被 处理成清水，清水从沉淀室8的底部流出池体。
[0040] 作为一种优选的方案，涡旋反应室、网格反应室6和沉淀室8的底部均设有污泥斗 13,并且该污泥斗13中设置有穿孔排泥管12,各室沉淀下来的污泥汇集到各自底部的污泥 斗13中，并通过穿孔排泥管12排出池体。因为涡旋反应室和网格反应室6有较好的絮凝效 果，所以本发明的澄清池可以排出具有1%~3%含固率的污泥。
[0041] 因为本发明的一体化澄清池在各室的底部均设了污泥斗和穿孔排泥管，很好的实 现了污泥浓缩，排放的污泥浓度高，减少了后续污泥处理设施的压力，所以本发明的一体化 澄清池应用于水处理中不仅能大幅降低能耗，而且能大幅降低污泥处理费用。
[0042]下面分别详细介绍涡旋反应室、网格反应室和沉淀室的结构。
[0043] 1、涡旋反应室
[0044] 参照图1，涡旋反应室由第一涡旋反应室3和第二涡旋反应室5组成，二者并排设 置，并且底部相通。
[0045] 第一涡旋反应室3和第二涡旋反应室5内均堆放有若干涡旋反应器4，相邻涡旋反 应器4之间的距离为零。参照图2,该涡旋反应器4为一中空球体，球面开有面积相近的网格 状孔洞，球体的内外表面均具有一定的粗糙度。
[0046] 水流在第一涡旋反应室3内流经涡旋反应器4时，得到短暂的过渡和均合，然后直 接进入到第二涡旋反应室5,在第二涡旋反应室5内再次被涡旋反应器4均合，然后产生无数 微涡旋。
[0047] 作为一种优选的方案，放置于第一涡旋反应室3内的涡旋反应器4的直径为IOOmm-150mm、开孔率为45 % -55 %、铺设厚度为3. Om-5. Om，放置于第二涡旋反应室5内的涡旋反应 器4的直径为150mm-200mm、开孔率为55%-65%、铺设厚度为2.0m-4.0m。若想延长混凝反应 的时间，适当增加涡旋反应器4的厚度即可。
[0048] 在本方案中，我们通过适当降低第一涡旋反应室3内的涡旋反应器4的开孔率，增 大了第一涡旋反应室3内水流的阻力，获得了较大的速度梯度，而第二涡旋反应室5内水流 的速度梯度则慢慢变小。经验证，这样可以获得较优的絮凝反应效果。
[0049] 2、网格反应室
[0050] 参照图1，网格反应室6与涡流反应室并排设置，并且二者的顶部相通。
[0051] 网格反应室6内沿竖直方向放置有若干网格反应器7,该网格反应器7为一平面板， 其上开有若干面积相近的网格状孔洞。
[0052]水流在网格反应室6内流经网格反应器7时，其过孔流速及流向发生变化，此时产 生了无数小涡旋。
[0053]原水流经涡旋反应器4和网格反应器7后，形成微涡流协同混凝，形成了无数小漩 涡，这些无数小漩涡有利于水中微粒的扩散，充分利用流体能量，增加脱稳胶粒的碰撞机 率，从而形成絮凝质量更好、密度更高、分离性能更好的固液两相体系，并从根本上提高了 絮凝反应的效率，对提高净水水量和水质都有显著的效果，所以本发明的一体化澄清池应 用于水处理中能够明显提高混凝反应效果。
[0054]作为一种优选的方案，网格反应器7的开孔率为45 %-70 %。若开孔率过高，则无促 凝效果;若开孔率过低，则会影响絮凝效果，形成的矾华很容易因涡旋强度不当而破碎。 [0055] 更为优选的是，相邻的网格反应器7之间的竖直距离是60cm-9〇Cm。间距过大絮凝 效果不太理想，间距过小浪费网格反应器7且不便施工及后期维护。
[0056]涡旋反应器4和网格反应器7都是用作促进絮凝反应的，通常采用如下参数组合：
[0058] 3、沉淀室
[0059] 参照图I，沉淀室8与网格反应室6并排设置，并且二者的底部相通。
[0060] 沉淀室8内放置有清水汇集管10，该清水汇集管10竖直设置，其下方设置有出水渠 11，清水汇集管10的外壁还设置有若干斜板反应器9，该斜板反应器9为向下倾斜的板子，其 能够强化对细小颗粒物的沉淀，更好地保证澄清池的沉淀效果和澄清效率。
[0061] 原水流经涡旋反应器4和网格反应器7后，得到脱稳原水，脱稳原水从沉淀室8的底 部进入沉淀室8,水流在小倾角、小间距的斜板反应器9中自下向上流动，在斜板反应器9的 作用下，泥水分离，清水从清水汇集管10的顶部流进清水汇集管10,并最终流进出水渠11 中，污泥则在池底通过污泥斗13和穿孔排泥管12收集，并最终排入污泥处理系统。
[0062] 作为一种优选的方案，斜板反应器9的安装水平倾角为15°-30°，相邻的斜板反应 器9之间的竖直距离为5 · Ocm-8 · 0cm，竖直距离过小不好施工和安装，过大会使产水量下降。
[0063] 更为优选的是，斜板反应器9的长度为lm，厚度为3mm-5mm，立面负荷为2m3/m2 · h-4m3/m2 · h，在此参数下可很好的保证整个澄清池出水浊度在3.ONTU以下。
[0064] 因为本发明的一体化澄清池在沉淀室8设置了斜板反应器9,充分利用沉淀池 8的 深度大大增加了斜板反应器9的安装数量，从而大大增加了有效沉淀面积，所以本发明的一 体化澄清池应用于水处理中不仅明显提高了沉淀效率，而且相对于其他沉淀工艺占地面积 更小。
[0065]本发明的一体化澄清池处理水的方法如下：
[0066] Stepl:向原水中添加混凝剂(例如聚合氯化铝），混凝剂与原水的比例为1:100。 [0067] Step2:将添加混凝剂的原水经进水管1送入到澄清池内，为了确保生成的矾花不 会破碎，控制原水以60m/h-100m/h的流速流经第一涡旋反应室3、以40m/h-80m/h的流速流 经第二涡旋反应室5、以0.2m/s-0. lm/s的过孔流速流经网格反应室6，原水流经网格反应室 6之后形成无数小漩涡，得到脱稳原水，脱稳原水流经沉淀室8后实现泥水分离，清水经由清 水汇集管10流进出水渠11，污泥沉淀于相应室的底部。
[0068] Step3:将清水从出水渠11中引出。
[0069] Step4:将污泥从各室的底部排出。
[0070]由此可见，利用本发明的一体化澄清池处理水时，不但能够提高絮凝反应效率、缩 短絮凝时间、减少水头损失、降低药耗、提高净水水质，而且能够大幅提高沉淀分离的效率， 提高污泥含固率，所以该处理水的方法既经济又高效。
[0071]需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变 换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，包括：涡旋反应室、网格反应 室(6)和沉淀室(8)，三者并排设置且形成一体化结构，原水从涡旋反应室的顶部流进池内， 依次流经涡旋反应室、网格反应室(6)和沉淀室(8)后被处理成清水，清水从沉淀室(8)的底 部流出池体，其中， 所述涡旋反应室由并排设置的第一涡旋反应室(3)和第二涡旋反应室(5)组成，二者的 底部相通，所述第一涡旋反应室(3)和第二涡旋反应室(5)内均堆放有若干涡旋反应器(4)， 所述涡旋反应器(4)为一中空球体，球面开有面积相近的网格状孔洞，球体的内外表面均具 有一定的粗糙度，水流在第一涡旋反应室(3)内流经涡旋反应器(4)时，得到短暂的过渡和 均合，然后直接进入到第二涡旋反应室(5)，在第二涡旋反应室(5)内再次被涡旋反应器(4) 均合并产生无数微涡旋； 所述网格反应室(6)的顶部与所述涡旋反应室的顶部相通，所述网格反应室(6)内沿竖 直方向放置有若干网格反应器(7)，所述网格反应器(7)为一平面板，其上开有若干面积相 近的网格状孔洞，水流在网格反应室(6)内流经网格反应器(7)时，水流的过孔流速及流向 发生变化并产生无数小涡旋，得到脱稳原水； 所述沉淀室(8)的底部与所述网格反应室(6)的底部相通，所述沉淀室(8)内放置有清 水汇集管（10)，所述清水汇集管（10)竖直设置，其下方设置有出水渠（11)，清水汇集管（10) 的外壁还设置有若干斜板反应器(9)，所述斜板反应器(9)为向下倾斜的板子，脱稳原水从 沉淀室(8)的底部进入沉淀室(8)后，在斜板反应器(9)的作用下，泥水分离，清水从清水汇 集管（1 〇)的顶部流进清水汇集管（1 〇 )，并最终流进出水渠(11)中。2. 根据权利要求1所述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，放置于第一 涡旋反应室（3)内的涡旋反应器(4)的直径为100mm-150mm、开孔率为45%-55%、铺设厚度 为3.〇111-5.〇111，放置于第二涡旋反应室（5)内的涡旋反应器(4)的直径为15〇111111-20〇111111、开孔 率为55%-65%、铺设厚度为2.0m-4.0m。3. 根据权利要求1所述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，所述网格反 应器(7)的开孔率为45%-70%。4. 根据权利要求3所述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，相邻的网格 反应器（7)之间的竖直距离是60cm-90cm〇5. 根据权利要求1所述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，所述斜板反 应器（9)的安装水平倾角为15°-30°，相邻的斜板反应器（9)之间的竖直距离为5. Ocm-8·Ocm06. 根据权利要求5所述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，所述斜板反 应器(9)的长度为lm，厚度为3mm-5mm，立面负荷为2m 3/m2 · h_4m3/m2 · h。7. 根据权利要求1所述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，原水经由进 水管（1)流进涡旋反应室的顶部，所述进水管（1)的末端设置有喇叭状的配水器(2)。8. 根据权利要求1所述的基于涡旋网格混凝的一体化澄清池，其特征在于，所述涡旋反 应室、网格反应室(6)和沉淀室(8)的底部均设有污泥斗（13)，所述污泥斗（13)中设置有穿 孔排泥管（12)，各室沉淀下来的污泥通过各自底部的穿孔排泥管（12)排出池体。9. 利用权利要求1至8任意一项所述的一体化澄清池处理水的方法，其特征在于，包括 以下步骤： Stepl:向原水中添加混凝剂； Step2:将添加混凝剂的原水经进水管（1)送入到澄清池内，控制原水以60m/h-100m/h 的流速流经第一涡旋反应室（3)、以40m/h-80m/h的流速流经第二涡旋反应室（5)、以0.2m/ s-O.lm/s的过孔流速流经网格反应室(6)，原水流经网格反应室(6)之后形成无数小漩涡， 得到脱稳原水，脱稳原水流经沉淀室(8)后实现泥水分离，清水经由清水汇集管（10)流进出 水渠(11 )，污泥沉淀于相应室的底部； Step3:将清水从出水渠（11)中引出； Step4:将污泥从各室的底部排出。
【文档编号】C02F1/52GK105923726SQ201610444400
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】童祯恭
【申请人】华东交通大学