一种小型精细加药混凝沉淀一体化装置的制作方法

本发明涉及水资源保护与水环境治理领域，具体是一种小型精细加药混凝沉淀一体化装置。

背景技术：

混凝沉淀是饮用水和各种污废水处理中最基本也是最为重要的处理工艺，通过向水中投加混凝剂及助凝剂如聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)等，使水中难以沉淀的颗粒互相聚合而形成胶体，然后与水体中的杂质结合形成更大的混凝体，通过固液分离后净化水体。混凝沉淀在水处理中的应用非常广泛，它既可以降低原水的浊度、色度等水质的感观指标，又可以去除多种有毒有害污染物。

截止2015年底，我国城镇人口占总人口比重为56.1％，仍有超过6亿农村常住人口用水依赖量大面广的小型供排水处理工程。为了去除悬浮物、杂质或污染物，混凝沉淀常常应用于农村自来水厂、污水处理站以及应急供水系统，但在设计上直接套用大中型集中供水自来水厂和污废水处理厂的混凝沉淀池，参照《污水混凝与混凝处理工程技术规范》HJ 2006-2010设计的混凝沉淀系统，通常由溶液池、溶解池、沉淀池、搅拌机、曝气机等多个构筑物和装置设备等组成，工艺流程较为繁琐，空间利用率不高；混凝剂或助凝剂的投加主要依据经验，为保证出水水质，过量投药较为常见，这不仅提高了水处理药剂成本，还造成了一定的水质污染。

发明人在实现本发明的过程中发现，混凝沉淀工艺在小型农村供排水处理实践中存在以下不足：(1)城镇集中式规模化处理的混凝沉淀设施在小型分散式农村供排水处理中的适用性较差，土建和工程建设费用高，急需混凝沉淀系统的小型化、设备化；(2)广大农村地区经济条件落后，技术人员缺乏，不易管理流程较为繁琐的投药、混凝、沉淀等工艺，现行混凝沉淀系统的简单化和智能化不足；(3)混凝沉淀过程中混凝剂与助凝剂投加盲目，投药的针对性和科学性有待提高。

因此，如何将混凝沉淀系统进行设备化、小型化、简单化、智能化，将投药、混凝、沉淀等过程一体化设计，并进行自动化控制，为农村供排水处理提供成套适用设备，对建设美丽乡村，改善农村人居环境，保障农村地区用水安全，具有极大的经济、社会、环境效益和应用前景。

技术实现要素：

本发明提供一种小型精细加药混凝沉淀一体化装置，主要应用于小型分散式农村供排水处理，不用建设单独的投药、混凝、沉淀设施，依靠混凝与沉淀系统一体化设计，实现了混凝沉淀系统的设备化和处理流程简单化，减少了混凝沉淀工艺的占地；通过进出水浊度在线监测，精细化控制混凝药剂的投加量，避免了传统混凝沉淀系统药剂投放的粗放与盲目性，提高了混凝沉淀技术在小型分散式供排水处理中的经济性和适用性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种小型精细加药混凝沉淀一体化装置，包括混凝净化器，混凝净化器呈上部圆柱体、下部圆锥体的锥筒状，混凝净化器内设有位于圆柱体区域的混凝反应区、絮体分离区及位于圆锥体区域的絮体沉淀区，絮体分离区位于混凝反应区外部两侧，其特征在于：还包括与混凝净化器连通的混凝加药控制系统，混凝反应区中部设有药剂混合器，混凝反应区的底部设有与空气压缩机相连的曝气装置，混凝反应区的顶部两侧设有齿形溢流槽，混凝加药控制系统包括与药剂混合器连通的进水管、混凝剂投加管、设于絮体分离区外部两侧的出水管、设于进水管上的进水电磁流量计、进水浊度在线监测传感器、设于混凝剂投加管上的加药罐、混凝剂计量泵、设于出水管上的出水浊度在线监测传感器、以及与进水电磁流量计、进水浊度在线监测传感器、混凝剂计量泵相连的工控机。

进一步的，混凝反应区内部安装有多个竖直交错设置的水体导流折板，多个水体导流折板之间形成导流通道，引导进水通过水体导流折板的底部或顶部在混凝反应区内按序流动。

进一步的，工控机用于根据进水电磁流量计测得的进水流量、进水浊度在线监测传感器测得的进水浊度、出水浊度在线监测传感器测得的出水浊度，通过控制混凝剂计量泵调整药剂混合器中的混凝剂投加量。

进一步的，药剂混合器包括药剂混匀器及设于药剂混匀器中的混凝剂投加喷头，在药剂混合器内部，进水管中的原水或污废水与混凝剂投加管中预先配置好的混凝剂溶液充分混合，混凝剂投加喷头下部呈漏斗状，用于储存混凝剂溶液，上部为球形带孔管道，用于分散混凝剂溶液，混凝剂溶液自下而上经漏斗从上部小孔逸出，与原水或污废水均匀混合，然后进入混凝反应区进行混凝。

进一步的，所述曝气装置包括设于混凝反应区的底部的曝气管及与曝气管连通的设于相邻两块水体导流折板的中间位置的曝气头，空气压缩机与曝气管相连，用于鼓入空气搅动水体，强化混凝剂与污染物的高效接触。

进一步的，絮体分离区内设有用于强化沉淀的絮体固液分离斜板和絮体固液分离组件，颗粒絮体在重力作用下经过絮体固液分离斜板进行固液分离，絮体固液分离斜板上方为清液，下方为固体沉淀。

进一步的，絮体固液分离斜板材质为塑料或玻璃钢，固定在混凝净化器的壁上，倾斜布置，倾角一般为45-60°，相邻两块絮体固液分离斜板的间距8-10cm。

进一步的，絮体沉淀区设置有污泥斗，污泥斗的底部设有排泥阀，可定期通过重力排放泥渣，絮体沉淀区上部，在混凝反应器的圆柱体与圆锥体交接处，沿内壁设有冲洗管路，管路上开有朝向锥筒内壁的冲洗喷头，利用进水冲洗絮体沉淀区，排出难以自然清除的泥渣。

进一步的，进水管上还设有进水泵、进水阀。

进一步的，混凝净化器底部设有四个混凝净化器支架，混凝净化器支架上安装有混凝净化器脚轮，便于移动与搬运。

由于采用了上述方案，本发明突出的技术创新和显著进步为：

(1)整合混凝、絮体分离与沉淀等过程，形成结构紧凑，流程连续的一体化净化装置，同一装置具备多重功能，小巧灵活，装置空间利用率高。

(2)设置水体导流折板，实现了水体在混凝反应区的有序流动，改善了污染物与混凝剂的接触性能；每组水体导流折板的中间位置，设置了穿孔曝气管，利用空气搅动水体，破坏与冲洗折板表面附着的污垢，与此同时，避免污染物沉淀在混凝反应区底部淤积。

(3)混凝反应区内设置药剂混合器，通过混凝剂喷淋管和药剂混匀器，确保了药剂与进水实的高效均匀混合，提高了混凝药剂的使用效率与混凝效果。

(4)使用絮体固液分离斜板及其组件，利用浅池沉淀理论布设多层斜板，增加了絮体分离的表面处理负荷，有效提高了颗粒絮体的固液分离性能，降低了装置的空间尺寸。

(5)利用浊度在线监测与实时反馈，通过工控机自动调整混凝剂的投加量，在确保混凝沉淀效果的基础上，提高了混凝剂投加的科学性和精细化水平，降低了药剂用量与投药费用。

附图说明

图1是本发明小型精细加药混凝沉淀一体化装置中混凝净化器的横向剖面结构图；

图2是本发明小型精细加药混凝沉淀一体化装置中混凝净化器的纵向剖面结构图；

图3是本发明小型精细加药混凝沉淀一体化装置中混凝加药控制系统的结构示意图。

图中：1—进水管，2—进水泵，3—进水阀，4—进水电磁流量计，5—空气压缩机，6—进水浊度在线监测传感器，7—加药罐，8—进药阀，9—混凝剂计量泵，10—混凝剂投加管，11—工控机，12—出水口滤网，13—出水浊度在线监测传感器，14—出水阀，15—出水管，16—药剂混合器，17—混凝反应区，18—水体导流折板，19—絮体固液分离斜板，20—絮体分离区，21—井字支架，22—絮体沉降区，23—冲洗管，24—污泥斗，25—混凝净化器支架，26—混凝净化器脚轮，27—药剂混匀器，28—混凝剂投加喷头，29—絮体固液分离组件；30—混凝净化器外壳，31—曝气头，32—曝气管，33—冲洗喷头，34—排泥阀，35—齿形溢流槽。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1、图2和图3，本发明小型精细加药混凝沉淀一体化装置包括混凝净化器及与混凝净化器连接的混凝加药控制系统。

所述混凝净化器是上部呈圆柱体、下部呈圆锥体的锥筒状容器，该容器可采用防腐防撞的不锈钢材质制成，底部设有四个混凝净化器支架25，混凝净化器支架25上安装有混凝净化器脚轮26，便于移动与搬运。混凝净化器内设有位于圆柱体区域的混凝反应区17、絮体分离区20及位于圆锥体区域的絮体沉降区22。混凝反应区17内设有曝气管32、水体导流折板18、药剂混合器16和齿形溢流槽35，混凝加药控制系统设于混凝反应区17上部，混凝加药控制系统包括进水管1、进水泵2、进水阀3、进水电磁流量计4、进水浊度在线监测传感器6、加药罐7、进药阀8、混凝剂计量泵9、混凝剂投加管10和工控机11。

不具备自然重力流条件时，利用进水泵2将混凝净化器外的原水或污废水经进水管1连续抽入混凝反应区17中的药剂混合器16。混凝反应区17通过其底部的不锈钢井字支架21固定在混凝净化器上部的圆柱体区域内。混凝反应区17由高密度聚氯乙烯材质制成，做防水密封处理，确保混凝前后的原水或污废水不相互掺混。进水泵2的流量通过混凝加药控制系统的进水阀3与进水电磁流量计4进行调控。

药剂混合器16位于混凝反应区17的中部，包括药剂混匀器27及设于药剂混匀器27中的混凝剂投加喷头28，在药剂混合器16内部，进水管1中的原水或污废水与混凝剂投加管10中预先配置好的混凝剂溶液充分混合。混凝剂投加喷头28下部呈漏斗状，用于储存混凝剂溶液，上部为球形带孔管道，用于分散混凝剂溶液。混凝剂溶液自下而上经漏斗从上部小孔逸出，与原水或污废水均匀混合。

混凝反应区17内部安装有多个竖直设立的水体导流折板18，多个水体导流折板18之间形成导流通道。出于确保混凝效率考虑，相邻两块水体导流折板18的间距不大于15cm，原水或污废水在混凝反应区17内的停留时间不超过5分钟。为引导原水或污废水在混凝反应区17内按序流动，每块水体导流折板18的顶部与底部均以插槽的方式固定在混凝反应区17的壁面上。

混凝反应区17的底部，相邻两块水体导流折板18的中间位置安装双向开孔的与曝气管32连通的曝气头31，曝气头31具有分布均匀、孔口与进水方向平行的小孔。曝气过程中，气水比为5:1～10:1。曝气管32与安装在混凝反应区17上部的空气压缩机5相连，通过鼓入空气搅动水体，强化混凝剂与原水或污废水中污染物的高效接触；与此同时，曝气扰动还能破坏附着在水体导流折板18表面的污垢，减少絮体及沉淀在混凝反应区17底部的淤积。

原水或污废水中的污染物经充分混凝后，形成的絮体混合液通过混凝反应区17两侧的齿形溢流槽35，流入混凝反应区17外部两侧的絮体分离区20和絮体沉降区22。为确保絮体分离和出水水质，絮体混合液在絮体分离区20与絮体沉淀区22中的停留时间不低于15min。

絮体分离区20内，混凝反应区17的两侧设置了用于强化沉淀的絮体固液分离斜板19和絮体固液分离组件29，颗粒絮体在重力作用下，经过絮体固液分离斜板19进行固液分离，絮体固液分离斜板19上方为清液，下方为固体沉淀。絮体固液分离斜板19材质为塑料或玻璃钢，固定在混凝净化器的壁上，倾斜布置，倾角一般为45°-60°，相邻两块絮体固液分离斜板19的间距8-10cm。

絮体沉淀区22设置有污泥斗24，污泥斗24的底部设有排泥阀34，可定期通过重力排放泥渣。絮体沉淀区22上部，在混凝反应器的圆柱与圆锥交接处，沿内壁设有冲洗管路23，管路上开有朝向锥筒内壁的冲洗喷头33，利用进水冲洗絮体沉淀区22，排出难以自然清除的泥渣。

絮体分离区20的外部两侧设有出水管15，经固液分离斜板19处理后的清液通过出水口滤网12进一步过滤，拦截浮渣或颗粒絮体后，通过出水管15外排。

混凝处理过程中，混凝剂的投放主要通过与混凝净化器相连的混凝加药控制系统进行精细化管理。如图3所示，加药控制系统包括加药罐7、进药阀8、混凝剂计量泵9、混凝剂投加管10、工控机11、进水浊度在线监测传感器6、出水浊度在线监测传感器13、进水电磁流量计4、进水阀3和出水阀14，混凝加药控制系统通过线路与混凝净化器相连。

工控机11与进水电磁流量计4、进水浊度在线监测传感器6、出水浊度在线监测传感器13和混凝剂计量泵9相连，根据进水流量、进水浊度、出水浊度，通过控制混凝剂计量泵9调整药剂混合器16中的混凝剂投加量。

加药罐7与工控机11位于混凝反应区17上部，加药罐7中预先配置的混凝剂(无机类混凝剂如聚合氯化铝，有机类混凝剂如聚丙烯酰胺等)溶液通过混凝剂计量泵9、进药阀8和混凝剂投加管10进入混凝剂混合器16，与进水中的污染物在药剂混匀器27内进行均匀混合。

进水管1与出水管15分别安装有进水浊度在线监测传感器6和出水浊度在线监测传感器13，能够实时地向工控机11反馈混凝前后浊度变化；进水管1上还装有进水阀3和进水电磁流量计4，用于显示和控制进水流量。

工控机11根据处理流量、进出水浊度的变化，参照《污水混凝与混凝处理工程技术规范(HJ 2006-2010)》或按照预先研究建立的进水浊度和原水或污废水处理量对应的混凝剂投加量范围，自动调整混凝剂计量泵9，增加或降低混凝剂用量，直至出水浊度达到预定的处理目标。一般来说，混凝剂品种的选择及其用量，应根据原水或污废水混凝沉淀试验结果或参照相似水质条件下的运行经验等，经综合比较确定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。