专利名称：采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水质净化装置，用于分离水中悬浮态和胶体颗粒，尤其涉 及以结团絮凝为核心、集混凝、沉淀、过滤及滤层自清洗于一体的水质净化工 艺，可适用于夏秋季的高浊水和冬春季的低温低浊水的净化处理。
背景技术：
从除浊角度看，高浊和低温低浊是截然相反的两种极端水质条件。高浊水 含固量往往是正常条件下的几十甚至上千倍，水质冲击负荷高，直接影响净水
工艺运行的稳定性和净水效果；而低温低浊水由于水的粘滞性大、颗粒浓度 低，致使脱稳胶体颗粒之间碰撞效率低、絮凝体成长困难。很多情况下，两种 极端水质条件往往会在净水工艺中交替出现。如黄河干流及其支流，夏季6-9 月份浊度平均在5000NTU左右，有时甚至高达10000NTU以上，冬春平均浊度 一般在10NTU以下，而水源水库甚至在5NTU以下，且能持续3-5个月。
针对单独的高浊和低温低浊水，国内外已相继研究开发出了多种处理技 术，而两种极端水质条件的交替出现，是水质净化工艺中需重点研究解决的问 题之一。目前，解决该问题的主要方法是增设预处理、强化处理单元或采取应 急处理措施，由此带来了净化工艺复杂、占地面积大、操作运行管理不便、净 水水质稳定性差、处理成本高等系列问题。增效澄清技术也可以一定程度上解 决高浊和低温低浊水质条件交替出现的问题，该技术以法国威利雅集团Actflo 工艺和得利满公司DensaDeg工艺为代表，通过泥渣回流与脱稳后的原水进行 混合，并投加高分子助凝剂，使脱稳后的杂质颗粒以回流泥渣为絮核，利用高 分子的吸附架桥作用快速形成密度较大的絮体，从而縮短沉淀时间，提高澄清 处理能力并有效应对高冲击负荷。但增效澄清技术存在系统组成复杂、基建投 资高等问题。总之，迄今为止还没有既能有效应对高浊度和低温低浊水质条件交替出现 的问题，又能使处理工艺简单、成本低廉以及投资省的处理方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种水质净化装置，该装置能将混凝、沉淀和过滤以 及滤层自清洗功能集为一体，兼备高浊水和低温低浊水处理能力，适用于水质 冲击负荷变化大的原水处理，能保证水质净化效果。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案
采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装置，包括主体设备、进水管 路和排泥管路，其中，该主体设备从上至下分别为清水区、内部缓冲区、反应 区和集泥区；主体设备的顶部设有清水出管，内部沿轴向设有搅拌轴，底部设 有刮泥板及排泥管；搅拌轴上间隔设置搅拌桨，搅拌轴的底部设置布水器；搅 拌轴及刮泥板由分别设于主体设备顶部和底部的驱动电机驱动旋转；进水管路 包括原水管及沿水流方向依次设于原水管上的管式反应器、射流器和静态混合 器；该原水管与布水器连通；排泥管路包括排泥管、泥渣回流管、设于泥渣回 流管上的泥渣回流阀及设于泥渣回流管下游位置的排泥阀，泥渣回流管与排泥 管连通，且泥渣回流管通过所述射流器与进水管路相连。
优选的，在主体设备内部的缓冲区和清水区之间设有软性纤维束滤层，该 软性纤维束滤层包括若干层其上设有孔的圆形滤板，圆形滤板下方设有软性纤 维束过滤单元，圆形滤板通过设于主体设备内壁上的固定槽固定于主体设备 中。
优选的，所述软性纤维束过滤单元呈毛刷状。 优选的，所述软性纤维束过滤单元高度约为10cm。
优选的，所述圆形滤板下方设有置于固定在主体设备内壁的导轨上的自清 洗搅拌器，自清洗搅拌器由4-6根自主体设备中心向内壁辐射的搅拌栅条组成 并包括设于其上的压力传感器及与压力传感器连接的电磁继电器。优选的，所述管式反应器由至少3个管式反应单元串联而成，串联的管式 反应单元之间分别设有阀门，至少两个管式反应单元上并联设置有旁通管，所 述旁通管上分别设有旁通阀门。
由以上方案可见，本发明是一种以结团絮凝为核心、集混凝、沉淀剂滤层 自清洗功能为一体的水质净化装置，采用结团絮凝反应器为主体设备，主体设 备工艺原理为结团絮凝反应，进水管路上沿水流方向依次设置混凝剂投加口、 管式反应器、射流器、高分子助凝剂投加口和静态混合器，主体设备排泥管路 上增设泥渣回流管，泥渣回流管通过射流器与进水管道相连，实现泥渣回流， 回流量通过阀门控制；通过控制泥渣回流，工艺兼备了高、低浊水的处理能 力；回流泥渣在射流器抽吸作用下进入进水管路与脱稳后原水混合，泥渣回流 无需额外动力设备，具有节能效果。同时，该装置采用管式反应器进行原水脱 稳凝聚反应，可提高工艺对原水水质的适应性。
图1为本发明的主体设备结构示意图； 图2为本发明的工艺流程示意图； 图3a为本发明的滤板结构示意图； 图3b为本发明的滤板的侧视图； 图4为本发明的自清洗器示意图； 图5为本发明的管式反应器示意图。
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细地说明。
具体实施例方式
参照图i及图2，本发明包括主体设备i 、进水管路n和排泥管路ni。 其中，主体设备i是结团絮凝反应器，工艺原理为结团絮凝反应。主体设
备I为直圆筒结构，从上至下分别为清水区12、内部缓冲区10、反应区6和 集泥区9。主体设备I的顶部设有清水出管13，主体设备I内部沿轴向设有搅 拌轴7，搅拌轴7上设有搅拌桨8，搅拌桨8位于反应区6所在位置，搅拌轴7的底部设置布水器5，布水器5通过安装构件50安装在主体设备I内，且布水 器5与原水管1连通。主体设备I底部设有刮泥板14及排泥管15。搅拌轴7 和刮泥板14由分别设于主体设备I顶部和底部的驱动电机19驱动旋转。
进水管路II包括沿水流方向依次设置于原水管1上的管式反应器2、射流 器3和静态混合器4。原水采用管式反应器2进行脱稳凝聚反应，如图5所 示，管式反应器2由至少3个管式反应单元30串联而成，串联的管式反应单 元30之间分别设有阀门31，至少两个管式反应单元30上并联设置有旁通管 32,旁通管32上分别设有旁通阀门33。串联级数根据原水水质，通过控制位 于原水管1上阀门3和位于旁通管32上的旁通阀门33的启闭进行调节。通过 调节串联级数改变原水在管式反应器2中的水里停留时间，适应原水水质变 化。
排泥管路m包括排泥管15、泥渣回流阀18、泥渣回流管17、排泥阀16， 其中，泥渣回流管17通过射流器3与进水管路II相连，排泥管15与泥渣回流 管17连通。
同时参照图3a、图3b及图4，为了达到良好的水质净化效果并实现滤层 自清洗功能，更优选的方案为，在主体设备I内部缓冲区10和清水区12之间 设置软性纤维束滤层11，该软性纤维束滤层11由若干层穿孔的圆形滤板21组 成，圆形滤板21通过设于主体设备I内壁上的固定槽22固定于主体设备I 中，每层圆形滤板21下方布有高度约为10cm的软性纤维束过滤单元23，过滤 单元23呈毛刷状，并固定于滤板21下方。更进一步的，每层圆形滤板21下 方6cm处设有自清洗搅拌器24，自清洗搅拌器24置于固定在主体设备I内壁 的导轨25上，自清洗搅拌器24主要由4-6根自主体设备I中心向内壁辐射的 搅拌栅条26组成，自清洗搅拌器24上还设有电磁继电器27，与压力传感器 28连接。通过设置软性纤维束滤层11水头损失范围，当滤层水头损失超过最 大值，自清洗搅拌器24由压力传感器28经电磁继电器27控制与主体设备I 搅拌轴7耦合上并随之转动进行滤层自清洗;滤层水头损失低于最小值，自清 洗搅拌器24与主体设备I搅拌轴7脱离，自清洗结束。
以下对本发明的工作过程作进一步的详细说明高浊水条件下，在管式反应器2前投加絮凝剂，原水进入原水管1后与投 加的混凝剂在管式反应器2中进行凝聚反应，胶体颗粒脱稳并形成后续结团絮 凝所需的小粒径、高密度的微絮体；接着原水通过射流器3，在静态混合器4 中与高分子助凝剂进行快速混合，使高分子均匀附着在微絮体上，之后进入主 体设备I ;以高分子助凝剂对脱稳颗粒的吸附架桥作用为前提，增大微絮体间 的结合强度，经布水器5整流作用形成均匀上向流，流进入反应区6，在反应 区6进行结团絮凝；在上向流水力作用、固定于搅拌轴7上搅拌桨8的机械致 密作用及反应区6致密结团絮凝体悬浮层内颗粒间的挤压摩擦等致密作用力作 用下，浊水在反应区6中进行结团絮凝反应，迅速生成大粒径致密的结团絮凝 体，实现高效固液分离；而固液分离后的结团絮凝体靠自重沉降至集泥区9， 清水则继续上升，经缓冲区10进入软性纤维束滤层11进行上向流过滤，最后 进入清水区12，由清水出管13排出；集泥区9中的泥渣在刮泥板14的搅拌作 用下进一步浓縮后由排泥管15排出，排泥量由排泥阀16控制；
低温低浊条件下，通过控制泥渣回流阀18调节回流量，实现泥渣部分回 流，部分泥渣经由泥渣回流管17在射流器3抽吸作用下进入原水管1，在射流 器3内与脱稳后低浊度原水充分混合，低浊水中的微絮体与回流泥渣混合后， 原水含固量得到提高，再经静态混合器4与高分子助凝剂充分混合后，高分子 迅速均匀附着在颗粒表面，原水中微絮体以回流泥渣颗粒为凝聚核接触混合， 最终进入主体设备I进行结团絮凝，而后过程与高浊水相同。
以下对软性纤维束滤层11的过滤和自清洗实施方式进行说明
固液分离后的清水中仍可能含有少量微小絮体，采用软性纤维束滤层11 进行过滤拦截。本实施例的自清洗搅拌器24主要由4-6根自主体设备中心向 内壁辐射的搅拌栅条26组成，并由压力传感器28经电磁继电器27控制与主 体设备搅拌轴7发生耦合或脱离。上向流清水中的微小絮体被软性纤维束过滤 单元23拦截，清水则通过滤板穿孔进入上层过滤单元继续过滤，最终进入清 水区12。被拦截的微小絮体在滤层11中凝聚成长，通过设置滤层水头损失范 围，当滤层水头损失超过最大值，自清洗搅拌器24由压力传感器28经电磁继 电器27控制与主体设备搅拌轴7耦合上并随之转动，自清洗搅拌器24开始对 过滤单元23进行搅动，在搅拌栅条26的机械摩擦剪切作用下，过滤单元23中成长的污泥颗粒与软性纤维束剥离，依靠自重重新落入反应区6，滤层自清洗得以实现；滤层水头损失低于最小值，自清洗搅拌器24与主体设备搅拌轴7脱离，自清洗结束。
在主体设备内部缓冲区和出水区之间设置软性纤维束滤层，将结团絮凝和软性纤维束滤层的上向流过滤有机结合在一起，并利用主体设备的机拌轴转动作用作为滤层机械自清洗动力，可以集混凝、沉淀、过滤和滤层自清洗于一身。
本发明具有下述优点
1、 在充分发挥结团絮凝对高浊水处理的技术优势基础上，低温低浊条件下，进行部分泥渣回流，在增大原水中固体颗粒数量的同时，脱稳后的杂质颗粒以回流泥渣颗粒为絮凝核，在高分子助凝剂的吸附架桥作用下在主体设备中进行结团絮凝，实现了对低温低浊水的高效处理，整个工艺兼备高浊水和低温低浊水高效处理能力；
2、 本发明采用上向流软性纤维束过滤，并设有自清洗搅拌器，自清洗搅拌器可由压力传感器经电磁继电器控制与主体设备搅拌轴耦合并随之转动对滤层进行搅拌，实现了滤层机械自清洗，自清洗过程中主体设备仍可继续运行，且整个自清洗过程不需额外动力设备，具有节能优势；
3、 本发明采用管式反应器实现对原水中胶体或悬浮粒子的脱稳凝聚，形成结团工艺要求的小粒径、高密度的微絮体；管式反应器由多个反应单元串联而成，串联级数可以根据原水水质进行调节，提高了整个工艺对原水水质的适应性；
4、 采用射流器实现泥渣的回流，并使回流泥渣与原水充分混合，混合效果好，无需额外动力设备，具有节能优势；
5、 与传统高浊水和低温低浊水强化、应急处理工艺及Actflo、 DensaDeg等增效澄清技术相比，本发明中除结团絮凝主体设备外的其余附属设备均置于原水进水管路和排泥管路上，具有系统组成简单、设备占地面积小以及投资和运行成本低廉的优势。
当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
权利要求
1、采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装置，包括主体设备(I)、进水管路(II)和排泥管路(III)，其特征在于所述主体设备(I)从上至下分别为清水区(12)、内部缓冲区(10)、反应区(6)和集泥区(9)；所述主体设备(I)的顶部设有清水出管(13)，内部沿轴向设有搅拌轴(7)，底部设有刮泥板(14)及排泥管(15)；所述搅拌轴(7)上间隔设置搅拌桨(8)，所述搅拌轴(7)的底部设置布水器(5)；所述搅拌轴(7)及刮泥板(14)由分别设于主体设备(I)顶部和底部的驱动电机(19)驱动旋转；所述进水管路(II)包括原水管(1)及沿水流方向依次设于所述原水管(1)上的管式反应器(2)、射流器(3)和静态混合器(4)；所述原水管(1)与所述布水器(5)连通；所述排泥管路(III)包括排泥管(15)、泥渣回流管(17)、设于泥渣回流管(17)上的泥渣回流阀(18)及设于泥渣回流管(17)下游位置的排泥阀(16)，所述泥渣回流管(17)与所述排泥管(15)连通，且所述泥渣回流管(17)通过所述射流器(3)与所述进水管路(II)相连。
2、 根据权利要求1所述的采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装 置，其特征在于在所述主体设备(I)内部的缓冲区(10)和清水区(12)之间设有软性纤维束 滤层(ll)，所述软性纤维束滤层(11)包括若干层其上设有孔的圆形滤板(21)， 所述圆形滤板(21)下方设有软性纤维束过滤单元(23)，所述圆形滤板(21)通过 设于主体设备(I)内壁上的固定槽(22)固定于主体设备(I )中。
3、 根据权利要求2所述的采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装 置，其特征在于所述软性纤维束过滤单元(23)呈毛刷状。
4、 根据权利要求2所述的采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装 置，其特征在于所述软性纤维束过滤单元(23)高度约为10cm。
5、 根据权利要求2所述的采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装 置，其特征在于所述圆形滤板(21)下方设有置于固定在主体设备(I )内壁的导轨(25)上的 自清洗搅拌器(24)，所述自清洗搅拌器(24)由4-6根自主体设备(I)中心向内 壁辐射的搅拌栅条(26)组成并包括设于其上的电磁继电器(27)及与所述电磁继 电器(27)连接的压力传感器(28)。
6、 根据权利要求1所述的采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装 置，其特征在于所述管式反应器(2)由至少3个管式反应单元(30)串联而成，串联的管式 反应单元(30)之间分别设有阀门(31)，至少两个管式反应单元(30)上并联设置 有旁通管(32)，所述旁通管(32)上分别设有旁通阀门(33)。
全文摘要
一种采用结团增效澄清水质净化工艺的水质净化装置，包括主体设备、进水管路和排泥管路，该主体设备从上至下分别为清水区、内部缓冲区、反应区和集泥区；主体设备的顶部设有清水出管，内部沿轴向设有搅拌轴，底部设有刮泥板及排泥管；搅拌轴上间隔设置搅拌桨，搅拌轴底部设置布水器；搅拌轴及刮泥板由分别设于主体设备顶部和底部的驱动电机驱动旋转；进水管路包括原水管及沿水流方向依次设于原水管上的管式反应器、射流器和静态混合器；原水管与布水器连通；排泥管路包括排泥管、泥渣回流管、设于泥渣回流管上的泥渣回流阀及设于泥渣回流管下游位置的排泥阀，泥渣回流管与排泥管连通，且泥渣回流管通过射流器与进水管路相连。
文档编号C02F9/02GK101643285SQ20091002367
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者何文杰, 刚 张, 聂小保, 韩宏大, 黄廷林 申请人:西安建筑科技大学;天津市自来水集团有限公司