专利名称：均衡/非均衡水处理工艺及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是水处理领域，特别涉及的是一种单一石灰软化和净化澄清的高效处理工艺及其设备。
背景技术：
现有的石灰软化水处理工艺，大都采用软化和混凝团时进行的方法，混凝剂一般采用聚合硫酸铁、硫酸亚铁、三氯化铁、或聚合氯化铝，沉降的渣浆不能回收利用；或采用自然沉降加过滤的方法。
现有澄清净化反应设备主要分为两大类一为水力类，二为机械类。前者包括隔板式反应池，旋流式反应池。涡流式反应、折板式反应池，孔室旋流式反应池，自激式反应澄清器等，其特点是设备简单、投资省、运行成本低，药剂耗用高，适应范围窄。后者是一种通过机械搅拌，使水、絮凝剂(聚合硫酸铁或聚合氯化铝)进行混合絮凝的反应设备，其特点是设备复杂、投资大、运行成本高，药剂耗用低，适应范围宽。
上述设备(池)存在不足如下1、设备(池)效率不高。水在反应设备内停留时间长，一般为3～5小时，过滤耗时1～2小时。设备(池)体积大。
2、渣浆处理与设备分离，工程占地面积大。
3、填料过滤易堵塞，清洗系统复杂且不彻底。
4、对中、低硬度水软化、除盐效果差。一般除硬率30～50％，除盐率15～20％。
5、石灰软化反应设备管路系统易结垢堵塞，清洗复杂，维修量大。
6、石灰粉尘及排放的渣浆对环境污染。
7、设备(池)大多数为单一功能或简易组合。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种高效、低成本、操作简单、运行稳定、多用途、除硬、除盐、净化水的均衡/非均衡水处理工艺。本发明的的另一个目的是为了提供一种活性絮团利用率高，反应迅速，反应能量分配合理，混凝效果好，澄清净化效率高，药耗低，原水适应范围宽，结构简单，投资、运行费用低，占地面积少，启动快，易维修，使用范围广的均衡/非均衡水处理设备。
本发明的目的是这样来实现的本发明均衡/非匀衡水处理工艺是将水压至少为1.5兆帕的原水与水中去除物等当量的氧化钙纯度大于或等于60％的石灰粉在水力自身旋流作用下进行混合均衡反应除硬、除盐后从旋流混凝室上部沿旋流混凝室侧壁切向进入旋流混凝室，自旋流至下部，在低旋流呈梯级衰减的流态环境下，由在旋流混凝室顶部的活性絮团发生器将氧化钙纯度大于或等于60％的石灰粉投入旋流混凝室中产生的大量多核羟基钙活性絮团与回流的老絮团的共同作用下经碰撞、吸附、架桥形成大絮团，在重力作用下产生沉降分离，由旋流混凝室底部经活性絮团滤层的水经充分过滤后进一步澄清分离上行而成澄清水，重力作用下沉降于旋流混凝室底部的絮团进一步浓缩、分离，使泥渣挤压脱水后排出，原水水压可采用1.5～2.5兆帕，石灰粉粒度可为0.120～0.175mm。
上述的方法中从旋流混凝室流出的澄清水进入气浮室进一步澄清。
上述的方法中通过等当量干粉投药器，向旋流混凝室中投入碳酸钠进行软化反应，解决水中的永久硬度，使之软化。
经过除硬、除盐化学反应后的原水进入旋流混凝室上部沿轴心自旋流至下部，活性絮团发生器产生大量活性絮团(即多核羟基钙)，在进行水处理混凝净化过程中，石灰粉絮凝剂在水中形成活性絮团，大大提高了原水净化的效果。石灰粉在旋流水速搅动中徐徐加入水中，立即形成较大的带电活性絮团(白色)，极大地提高了净化水的效率，经初步研究确定，该带电活性絮团(白色)具有的多种特征，同聚合硫酸铁在水中形成的带电絮团十分相似，如絮团的颗粒度、密度、比表面积吸附力、絮团形成速度、絮团沉降晶体化，沉淀性能等。石灰细粒在水中迅速溶胀形成Ca(OH)2，絮粒，由于Ca(OH)2在水中溶解度较小，使Ca(OH)2在水中处在局部过浓环境中，难于溶解；同时因Ca(OH)2絮粒自身特征吸附水中钙、镁、铁、铝、锰离子等形成难溶于水的氢氧化物在其周围，进一步阻止了该带电性絮粒的溶解。其反应简式如下活性絮团活性组成(1)在过程中CaO为放热反应，由于Ca(OH)2絮粒难于快速溶解，故该絮粒表面离子剩余活化能大，使Ca(OH)2絮粒成为极具活性的絮团反应物。
(2)Ca(OH)2絮粒在水中形成的多核带正电性絮粒，使絮团具有强电中和作用力。
石灰粉在软化、除盐、净化原水的过程中，既进行化学除硬、除盐反应过程，又进行絮团净化除悬浮物的物理过程。
化学过程
物理吸附过程电中和、网捕、架桥、压缩双电层。
CaCO3(细晶体)
MgCO3(细晶体) 本发明方法具有如下优点(1)除硬、除盐、净化于一体的高效、低成本、多功能水处理工艺。
(2)活性絮团发生器直接生成大量活性絮团，从内因上提高了净化水的效率。
(3)自上而下的自旋流混凝沉降方式环境梯给衰减低旋流最优化了絮凝沉降过程，提高了设备处理水的效率。
(4)石灰软化水处理采用等当量(与除去物等当量药剂)旋流混合反应，直接利用石灰干粉溶解，反应一步法，简化、方便加药过程，提高了除硬率，(可达90％以上)，除盐率(可达50％以上)。
(5)操作简单、运行稳定。
本发明水处理设备包括与原水进管连通的液体负压发生器(1)，通过原水输送管(3)与液体负压发生器连通的旋流混合反应应器(19)，向原水输送管(3)中输入药剂的等当量干粉投药器(4)，非均衡高效反应器(20)，非均衡高效反应器中有筒体(21)，位于筒体内的旋流混凝室(23)，位于筒体下部的与旋流混凝室相通的含出渣口的渣浆分离沉降室(38)，位于筒体与旋流混凝室间的澄清室(25)，位于筒体上部的与澄清室相通的集水槽(20)，筒体上有与集水槽连通的澄清原水出口(27)，筒体上部有与旋流混凝室相通的活性絮团发生器(33)，液体负压发生器将原水压力能转换为动能，利用液体流动速度卷吸效应产生负压，用以吸附活性絮团发生器等当量干粉投药器，投放药剂时产生的粉尘以及吸附投药器内的潮汽，使药剂干燥；旋流混合反应器利用旋转流动方式加速药剂与原水的混合及反应；旋流混凝室与等当量药剂反应后的原水，在该室与活性絮团发生器投放的药剂以及活性絮团回流管回流的活性絮团进行第二次混合反应，在旋转流动中产生混凝，沉积在渣浆分离沉降室；澄清室水流由旋流混凝室底部经过澄清室入口处的活性絮团滤层进入澄清室，网捕机理使反应后的原水得到澄清，集水槽用于收集澄清后的原水渣浆分离沉降室用于收集由于失去活性的絮团而转化的渣浆，同时其又是浆料处理机的压缩室；活性絮团发生器用以产生活性絮团；等当量干粉投药器由直流调速电机驱动，具有将不同干粉药剂混合功能用以将与原水中去除物等当量粉状药剂注入原水输送管中。
上述的水处理复合反应器中等当量干粉投药器包括与原水输送管相通的含无压力水进口和药剂进口的水药混合室(7)，位于水药混合室内的受电动机带动的螺旋输送器(9)，与药剂进口相通的干粉投药器壳体(11)，位于干粉投药器壳体出口处的受电动机带动的带叶片的锥度螺旋输送器(13)，带叶片的锥度螺旋输送器可使不同干粉药剂混合均匀。
上述的水处理复合反应器中有与通过干粉药剂输送管与干粉投药器壳体相通的含干粉药剂进口的气体负压发生器(16)，活性絮团发生器(33)通过干粉药剂输送管(34)与气体负压发生器相通，气体负压发生器用以吸入干粉药剂，活性絮团发生器、等当量干粉投药器分别通过管道与液体负压发生器连通，形成循环密闭系统设备中有一端通过管道与旋流混合反应器连通，而另一端伸入旋流混凝室中的絮团回流管(24)，活性絮团回流管将活性絮团输送至旋流混凝室上部，完成活性絮团循环的功能。上述的渣浆分离沉降室壁上有压缩空气进口(3)，渣浆分离沉降室内有与压缩空气进口相通的的浆料处理，浆料处理器中有与压缩空气进口相通的橡胶囊(40)，位于渣浆分离沉降室内相对于旋流混凝室与沉降室渣浆进口(41)处的与渣浆分离沉降室铰接的能将渣浆进口堵住的堵盖(42)，堵盖上有含排水槽(43)的海棉橡胶垫(44)，橡胶囊外壁上有排水槽(45)，渣浆分离沉降室为圆锥体，气体从压缩空气进口进入橡胶囊中，将堵盖上托将渣浆进口堵住，随着渣浆的不断生产，在处理水的压力下将充填入橡胶囊内的气体逐渐排出，堵盖随之向下转动使渣浆进口打开，当渣浆在渣浆沉降室沉集满时，气体又充填入橡胶囊，随着橡胶囊不断被充胀，沉集在渣浆沉降室内的渣浆得到挤出，挤压出的水则顺着橡胶囊外壁上的排水槽被挤到渣浆沉降室上部，通过堵盖上的海棉橡胶的微孔及排水槽而进入混反应，待橡胶囊被完全充胀后，开启渣浆排放阀，排放挤压后的渣浆，完成渣浆挤压排放工作，又进入下一个工作循环。
上述的旋流混凝室下部有折板，将滤层高度降低，确保过滤有效路径。
上述的水处理设备中有上部与非均衡高效反应器筒体上澄清原水出口相通的气浮室(28)，气浮室有下部有与溶气泵(29)连通的进水管和澄清水出口，溶气泵用以产生高度分散的微小气泡，反应澄清后的原水经由澄清室上部集水槽进入气浮室，利用溶气泵产生的高度分散的微小气泡作为载体去粘附水中残留的微絮体，使反应后的原水得到进一步澄清。
上述的水处理设备中有含装在非均衡反应器筒体内壁上的活性滤层监测传感器(47)的监测控制器(16)，监测控制器可在市场上买到，可采集活性滤层高度数据和出水PH值、电导率数据，起动或关闭浆料处理机、以及调整活性絮团发生器和等当量干粉投药器的投药量，提供投药器药剂补充量的告警，电磁阀失效告警，系统故障告警，提供电力故障、系统故障等保护。
参见图1，原水在沿管路输送过程中，首先经过负压发生器，在进入旋流混合反应器前，由等当量干粉投药器直接将与原水去除物等当量干粉药剂加入管中，投放的药剂与原水一起进入旋流混合反应器进行反应。反应后的原水在进入非均衡高效反应器的过程中吸入非均衡高效反应器内的活性絮团，在旋流混凝室内与活性絮团发生器投放的新活性絮团进行混凝反应，混凝反应生成的絮团沉入旋流混凝室底部，水经过旋流混凝室底部进入澄清室进行澄清。然后上行翻入集水槽而入气浮室，进一步得到澄清后的水由气浮室出水管排出。
本发明设备结构简单，投资、运行费用低，占地面积少，(和已有处理设备相比占地面积缩小1/3)，活性絮团利用率高，反应迅速，反应时间较已有澄清设备缩短2～3倍，投药系统筒洁小巧，投药量无级调整，混凝效果好，澄清净化效率高，软化、澄清净化用药单一，药耗低，除硬率可达90％以上，除盐率可达50％以上，出水浊度＜1°，自动化程度高，适用范围广，能广泛用于投加化学药剂的所有净水过程。既可作为饮用水处理设备或工业水预处理设备——有效去除水中钙、镁、铁、锰等离子及盐、硅、有机物、细菌等杂质，也可作为污水深度处理的中端设备——中水回用降浊设备。
图1为本实用新型结构示意图。
图2为等当量干粉投药器结构示意图。
图3为旋流混合反应室与旋流混凝室连接示意图。
图4为渣浆分离沉降室结构示意图。
图5为图4中橡胶囊充液过程图。
图6为图4中堵盖堵住渣浆进口状态图。
图7为图6中I部放大图。
图8为图6中II部放大图。
具体实施例方式参见图1、图2，外购的液体负压发生器1分别与原水进管2和原水输送管3相连通。等当量干粉投药器4如图2所示包括与原水输送管3连通的含无压力水进口5和药剂出口6的水药混合室7，位于水药混合室中受直流变速电动机8带动的螺旋输送器9。在水药混合室前端有控制阀10。与药剂进口连通的干粉投药器壳体11中有直流变速电动机12，与直流变速电动机连接的位于药剂出口处的带叶片的锥度螺旋输送器13。干粉投药器壳体分别通过干粉药剂输送管14、15与液体负压发生器和外购气体负压发生器16连通。气体负压发生器16上有干粉药剂进口17，气体负压发生器与空气压缩机18连通。外购旋流混合反应器19与原水输送管3连通。非均衡高效反应器20的筒体21中有通过输送管22与旋流混合反应器19连通的旋流混凝室23，输送管22与旋流混凝室23壁如图3所示切向连接。絮团回流管24的一端与输送管22连通而另一端伸入旋流混凝室底部。位于筒体与旋流混凝室间有澄清室25，其上部有与澄清池相通的集水槽26。筒体上有与集水槽26连通的澄清原水出口27。气浮室28与澄清原水出口27连通而下部有与溶气泵29连通的液体输送管30，再次澄清水出口31。再次澄清水出口处连有澄清水输送管32。活性絮团发生器33置于筒体顶部且与之连通。活性絮团发生器通过干粉药剂输送管34和粉尘吸附管35与气体负压发生器16和液体负压发生器1连通。筒体下部有折板48，与旋流混凝室连通的含出渣口36和压缩空气进口37的圆锥体渣浆分离沉降室38。参见图4～图8，浆料处理机39包括位于渣浆分离沉降室中的调控弹性橡胶囊40，位于渣浆分离沉降室渣浆进41处一端铰接在渣浆分离沉降室上的堵盖42。堵盖上有含排水槽43的海棉橡胶44，橡胶囊外壁上有排水槽45。外购的监测控制器46中的活性滤层监测传感器47装在筒体内壁上。各管道上分别装有控制阀。
本实施例均衡/非匀衡水处理工艺是将水压至少为1.5兆帕(可为1.5～2.5兆帕)的原水与水中去除物等当量的氧化钙纯度大于85％的石灰粉在水力自身旋流作用下进行混合均衡反应除硬、除盐后从旋流混凝室上部沿旋流混凝室侧壁切向进入旋流混凝室，自旋流至下部。在低旋流呈梯级衰减的流态环境下，由在旋流混凝室顶部的活性絮团发生器将氧化钙纯度大于或等于85％的石灰粉投入旋流混凝室中产生的大量多核羟基钙活性絮团与回流的老絮团的共同作用下经碰撞、吸附、架桥形成大絮团，在重力作用下产生沉降分离，由旋流混凝室底部经活性絮团滤层的水经充分过滤后进一步澄清分离上行而成澄清水，重力作用下沉降于旋流混凝室底部的絮团进一步浓缩、分离、晶体化，使泥渣挤压脱水后排出。从旋流混凝室出了的澄清水再经气浮室进一步澄清。
权利要求
1.均衡/非均衡水处理工艺，该工艺是将水压至少为1.5兆帕的原水与水中去除物等当量的氧化钙纯度大于或等于60％的石灰粉在水力自身旋流作用下进行混合均衡反应除硬、除盐后从旋流混凝室上部沿旋流混凝室侧壁切向进入旋流混凝室，自旋流至下部，在低旋流呈梯级衰减的流态环境下，由在旋流混凝室顶部的活性絮团发生器将氧化钙纯度大于或等于60％的石灰粉投入旋流混凝室中产生的大量多核羟基钙活性絮团与回流的老絮团的共同作用下经碰撞、吸附、架桥形成大絮团，在重力作用下产生沉降分离，由旋流混凝室底部经活性絮团滤层的水经充分过滤后进一步澄清分离上行而成澄清水，重力作用下沉降于旋流混凝室底部的絮团进一步浓缩、分离，使泥渣挤压脱水后排出。
2.根据权利要求1所述的均衡/非均衡水处理工艺，其特征在于从澄清室流出的澄清水进入气浮室进一步澄清。
3.根据权利要求1或2所述的均衡/非均衡水处理工艺，其特征在于通过等当量干粉投药器向旋流反应室中投入碳酸钠进行软化反应。
4.根据权利要求1所述的均衡/非匀衡水处理设备，其特征在于包括与原水进管连通的液体负压发生器(1)，通过原水输送管(3)与液体负压发生器连通的旋流混合反应器(19)，向原水输送管(3)中输入药剂的等当量干粉投药器(4)，非均衡高效反应器(20)，非均衡高效反应器中有筒体(21)，位于筒体内的旋流混凝室(23)，位于筒体下部的与旋流混凝室相通的含出渣口的渣浆分离沉降室(38)，位于筒体与旋流混凝室间的澄清室(25)，位于筒体上部的与澄清室相通的集水槽(20)，筒体上有与集水槽连通的澄清原水出口(27)，筒体上部有与旋流混凝室相通的活性絮团发生器(33)。
5.根据权利要求4所述的均衡/非均衡水处理设备，其特征在于等当量干粉投药器包括与原水输送管相通的含无压力水进口和药剂进口的水药混合室(7)，位于水药混合室内的受电动机带动的螺旋输送器(9)，与药剂进口相通的干粉投药器壳体(11)，位于干粉投药器壳体出口处的受电动机带动的，使药剂混合均匀带叶片的锥度螺旋输送器(13)。
6.根据权利要求4或5所述的均衡/非均衡水处理设备，其特征在于有通过干粉药剂输送管与干粉投药器壳体相通的含干粉药剂进口的气体负压发生器(16)，活性絮团发生器(33)通过干粉药剂输送管(34)与气体负压发生器相通，活性絮团发生器、等当量干粉投药器分别通过管道与液体负压发生器连通，设备中有一端通过管道与旋流混合反应器连通而另一端伸入旋流混凝室中的絮团回流管(24)。
7.根据权利要求4或5所述的均衡/非均衡水处理设备，其特征在于旋流混凝室下部有折板。
8.根据权利要求4或5所述的均衡/非均衡水处理设备，其特征在于渣浆分离沉降室壁上有压缩空气进口(3)，渣浆分离沉降室内有与压缩空气进口相通的浆料处理器(39)，浆料处理器中有与压缩空气进口相通的橡胶囊(40)，位于渣浆分离沉降室内相对于旋流混凝室与沉降室渣浆进口(41)处的与渣浆分离沉降室铰接的能将渣浆进口堵住的堵盖(42)，堵盖上有含排水槽(43)的海棉橡胶垫(44)，橡胶囊外壁上有排水槽(45)，渣浆分离沉降室为圆锥体。
9.根据权利要求4或5所述的均衡/非均衡水处理设备，其特征在于有上部与非均衡高效反应器筒体上澄清原水出口相通的气浮室(28)，气浮室有下部有与溶气泵(29)连通的进气管和澄清水出口。
10.根据权利要求4或5所述的均衡/非均衡水处理设备，其特征在于有含装在非均衡反应器筒体内壁上的活性滤层监测传感器(47)的监测控制器(46)。
全文摘要
本发明提供了均衡/非均衡水处理工艺，该工艺是将原水与石灰粉在水力自身旋流作用下进行混合均衡反应除硬、除盐后沿旋流混凝室上部侧壁切向进入旋流混凝室，在低旋流呈梯级衰减的流态环境下，由活性絮团发生器将石灰粉投入旋流混凝室中产生的大量多核羟基钙活性絮团与回流的老絮团的共同作用下形成大絮团，在重力作用下产生沉降分离，由旋流混凝室底部经活性絮团滤层的水经充分过滤后进一步澄清分离上行而成澄清水，重力作用下沉降于旋流混凝室底部的絮团进一步浓缩、分离，使泥渣挤压脱水后排出。本发明还提供了均衡/非均衡水处理设备。
文档编号C02F11/12GK1410370SQ02134180
公开日2003年4月16日 申请日期2002年11月27日 优先权日2002年11月27日
发明者张宇, 孙庆瑞, 向红英 申请人:张宇, 孙庆瑞, 向红英