专利名称：一体化净水装置的制作方法
技术领域：
一体化净水装置技术领域[0001]本实用新型涉及水净化技术领域，具体涉及一种一体化净水装置。
背景技术：
[0002][0002]我国目前饮用水源污染的特点是受污染面较广、局部污染已较严重。因此，从战略上可从两个不同层次发展我国的饮用水除污染技术:一是发展适合于我国水厂、易于推广应用的经济型除微污染技术，从现有的常规给水处理工艺的某些关键环节入手，使之具备除污染功能；二是发展高级处理技术，重点放在对局部重污染水源的源水进行处理或用于水质要求较高的情况。高级处理技术即是采用某些非常规的技术手段，如高级氧化技术、膜处理技术等措施对水中有机污染物进行强化去除。研究结果表明，从某些关键环节入手，有可能实现经济有效地强化给水处理工艺系统，这样可以在不改变现有处理工艺流程、不增加大的附属设施的情况下，经济有效地改善饮用水水质。[0003]净水器是应用现代净水技术将水质净化过程有机地组合于同一机体内来完成净水过程的设备，其功能相当于一个以地面水为水源的小型净水厂。常规净水器只不过将此工艺浓缩为一体而成为可工业化生产的设备，因而其处理工艺是可靠的。作为一种常规设备，它极大地缩短了水厂的建设周期，节省了土地，降低了造价，满足了农村乡镇、站、离城市较远工矿企业、风景区的供水需要。[0004]虽然现有净水器有自身的优点，但是，仍存在一定的弊病，主要表现在滤料易板结，滤头滤网易堵塞，絮凝效果差，抗风险能力弱，对原水水质变化较大的水承受能力小，反冲洗频繁等。提高净水设备出水能力，延长出水周期，提高抗冲击能力，解决滤头堵塞，提高絮凝效果，进一步降低投资和能耗，使之焕发出新的生命力，是净水工艺必须解决的重要课题。滤池的底板系统、絮凝系统、沉淀系统也是净水技术研究的重要方面。发明内容[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种净水效果好、投资低、能量消耗低的一体化净水装置。[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:[0007]设计一种一体化净水装置，包括依次串联的絮凝池、斜板沉淀池、非溢流双层滤料滤池，其特征在于，所述非溢流双层滤料滤池由上至下依次包括滤料层、承托层、配水配气组件(也可称之为底板系统组件)、集配水渠；所述集配水渠沿滤池中部纵向布置；所述配水配气组件中包括水平设置的集水管管列(即管列阵)和垂直设置的垂直管管列，且垂直管管列中的各管上端穿过滤板分别对应的连通集水管管列中的集水管，其下端则通入所述集配水渠，所述集水管底部设有两排排水孔，其顶部和中部依次设置有排气孔和冲刷气孔，在所述垂直管列中各管的中、下部设置有一定数量的进气小孔；在所述滤料层上方15 20cm处池壁上安装有泥水排放阀。[0008]所述滤料层包括厚0.3 0.5m的陶粒层和厚40 50cm的石英砂层，且陶粒粒径为I 2mm,比重为1.4 1.6g/cm3,石英砂粒径为0.71 1.2mm,比重为2.60 2.70g/cm3 ;所述承托层包括由粒径8 12mm碌石构成的厚20 30cm的大碌石层和由粒径3 5mm碌石构成的厚8 12cm的小碌石层,且两者之间用I 3mm的筛网分隔。[0009]所述集配水渠面积占整个滤池底板面积的15 25% ;且按每0.5 1.0m2滤池底板面积布设一支垂直管。[0010]所述集水管底部与滤池底板间距为15 25mm。[0011]所述集水管横截面呈拱门形，其宽80 120mm,高度为120 160mm,各集水管中心间距为200 250mm ;所述集水管上的排水管孔眼总面积与滤池总面积之比0.88::80 120 ;所述排水孔直径10 15mm，纵向两排平行排列，各排水孔纵向孔眼间距120 180mm，水平间距50 60mm。[0012]所述冲刷气孔分布在集水管两侧，其直径3 4mm ;所述排气孔直径I 2mm，孔眼间距为120 180mm。[0013]所述絮凝池中设置有旋流网格。[0014]所述沉淀池为小间距斜板沉淀池。[0015]本实用新型具有积极有益的效果:[0016]1.该系统装置可同时配水配气，技术可靠、造价低；[0017]2.解决了双层滤料滤池滤头易堵塞、滤料冲洗不净、积泥球、滤料流失、造价高、维护复杂等问题；[0018]3.改变了双层滤料滤池常规的水冲洗强度及反冲洗排水方式，采用低位侧向排反冲洗废水技术，实现高强度水反冲洗，解决了滤层中残留大量气泡、阻力增大的问题；提高了滤料冲洗的洁净度，且滤料几乎不流失，解决了双层滤料应用中的难题，为双层滤料滤池推广应用提供了技术保证；[0019]4.该装置高效、实用、操作简单、成本低；[0020]5.以混凝动力学的涡旋理论、沉淀理论、过滤理论为基础所开发研制的高效一体化净水设备，能缩短水厂建设周期，节省土地、降低造价，能够满足农村乡镇、离城市较远的工矿企业、风景区的供水需要。
[0021]图1为一体化净 水装置的剖面结构示意图；[0022]图2为一体化净水装置的平面结构示意图；[0023]图3为一体化净水装置中滤池的纵剖面结构示意图；[0024]图4为一体化净水装置中滤池的横剖面结构示意图；[0025]图5为半圆式排水管剖面图；[0026]图6为垂直管列示意图；[0027]图7为一体化净水装置的运营工艺流程图。[0028]图中，I为絮凝池，2为斜板沉淀池，3为非溢流双层滤料滤池，4为垂直管,5为集水管，6为排水口，7为反冲洗水孔,8为反冲洗气孔,9为絮凝池排泥口，10为配水板,11为沉淀池排泥口，12为反冲洗水排放阀，13为泥水排放阀，14为陶粒层，15为石英砂层，16为承托层，17为气垫层，18为冲刷气孔，19为排气孔，20为气垫层，21为反冲洗水，22为排水孔，23为集配水渠，24为进气小孔，25为溢流堰板，26为冲洗空气进口，27为出水阀，28为排水槽，29为布气孔。
具体实施方式
[0029]以下结合具体实施例进一步阐述本实用新型。下述实施例中所涉及的系统结构如无特别说明，则为常规的系统结构；所涉及的具体方法步骤如无特别说明，则均为常规方法步骤。[0030]实施例1 一种一体化净水器(按12.5m3/h的出水量进行设计，试验流量为12.5 15m3/h)，参见图1、图2，包括依次串联的絮凝池1、斜板沉淀池2、非溢流双层滤料滤池3，所述非溢流双层滤料滤池由上至下依次包括滤料层、承托层16、配水配气组件、集配水渠23 ;所述集配水渠23沿滤池中部纵向布置；所述配水配气组件中包括水平设置的集水管5管列和垂直设置的垂直管4管列，且垂直管列中的各管上端穿过滤板分别对应的连通集水管列中的集水管5，其下端则通入所述集配水渠23，所述集水管5底部设有两排排水孔22，其顶部和中部依次设置有排气孔19和冲刷气孔18，垂直管管列中各管的中、下部设置有一定数量的进气小孔24 ;在所述滤料层上方15 20cm处池壁上安装有泥水排放阀13。以下为一体化净水装置的主要组成结构设计:[0031 ] (I)非溢流双层滤料滤池:考虑设备安装运输及占地面积等情况，设备体积尽可能小，设备高度控制在3.1Om以内。首先确定滤池的尺寸。过滤速度为8m/h，则滤池的总表面积A，[0032]A=Q/V=12.5/8=1.56m2[0033]式中:Q 设计流量；V 设计滤速；[0034]滤池的平面形状为长方形，长(L)宽(B)按4:1设计，如果:B=0.65m，则L=2.60m。[0035]确定设备长度后，要确定絮凝池和沉淀池的宽度，进而确定净水器外形尺寸。滤池的总深度应包括底部集水系统高度、承托层厚度、滤层厚度、工作水深及保护高度，各层高度具体为承托层0.35m,滤层0.85m,工作水深1.2m,底部集水系统高为0.5m,保护高度0.2m,池深H=3.1m ;滤池用钢筋混凝土建造，也可用钢板建造(供水量较小时)，本试验应用的滤池为钢板结构；池内有滤料层、承托层16和配水配气系统，池外有进水管、配水渠、出水管、反冲洗气管、反冲洗水管，冲洗水排出阀门等管道及附件(参见图3)。[0036]本例滤池结构与普通快滤池基本相同，区别之处在于配水配气组件(底板系统)和排水方式。本实用新型底板为横、纵向布水布气管组成的底板系统(其构造参见图4、5、6)，配水阻力小。底板系统包括:底板中部采用不锈钢大孔径垂直管管列，各管上接水平设置的大孔径厚壁PE材质集水管，布气布水孔径2.5 13mm，因此不易堵塞，坚固耐用。反冲洗时，在底板上下形成两个均匀的气垫层，从而保证其布水布气均匀，滤料不混层，反冲洗效果易达到最佳状态；底板下部为渠型集配水渠23，泥水排放阀13安装在距滤料上层面15 20cm处池壁上，由电动阀控制，反冲洗废水从侧向翻板阀一次性排出。[0037]滤池设计参数:①滤速为8m/h,通常不大于10m/h ;②滤层厚度:滤料总厚0.85m,陶粒层14厚400mm,粒径1.0 2.0mm,石英砂层15厚450mm,粒径0.8 1.2mm ;③过滤水头损失2.0m ;④反冲洗单位耗气量5.0mVm2 ;⑤反冲洗采用气水联合反冲洗，步骤为:气冲段，qa=16.67L (m2.s), t=3min ;气水混合冲洗段,qa=16.67L (m2.s), qw=3.45L/ (m2.s),t=3min ;水冲段，qw=15.83L/ (m2.s), t=l.0min ;停机Imin后开启反冲洗排水阀排水,再水冲(qw=15.83L/ (m2.s), t=l.0min),静止 30s 后排水,反冲洗时间约 8min。[0038]配水配气系统:滤池运行质量的好坏与气、水反冲洗进水、进气的均匀性有直接关系。纵、横向管式布水布气系统由集水管管列、垂直管管列两部分组成，各垂直管由不锈钢钢管制成，管的顶部设有进气孔(孔隙Φ 13.5mm),各垂直管下端伸入集配水渠23，上部穿过滤板与水平集水管相接，集水管底部设有两排排水孔，中部和顶部为冲刷气孔和排气孔；进气方式，空气用管道送入集配水渠23，由垂直列管送入横向排水管；送气时，只要气压大于静水压力，空气就汇聚在滤板下并逐渐增厚形成气垫层；当水面渐渐降至垂直管上的进气小孔时，空气开始经小孔进入水平的集水管，在水平集水管内上部，气压大于静水压力，空气聚集形成第二个气垫层，空气经冲刷气孔、排气孔依次进入承托层、滤层，如果流入的空气量与经气孔流走的气量相等时，水体便停止下降形成稳定的气垫层。第一个气垫层的作用是保证进入垂直管管列内的空气流量相等；第二气垫层的作用是确保布气管(水平集水管管列)进入承托层的空气流量相等，气体分布均匀；水平集水管底部排水孔的作用，过滤时均匀收集滤后水，经垂直列管进入集水渠，反冲洗时均匀分配反冲洗水；水平集水管底部与滤池底板间距为20mm。[0039]上述水平集水管孔眼总面积与滤池总面积之比0.88% ;集水管孔口流速5 6m/s，排水孔直径13mm，纵向两排平行排列，排水孔纵向孔眼间距150mm，水平间距54mm。集水管横截面呈拱门形，宽IOOmm,高度为150mm,集水管中心间距为230mm ;垂直管直径15mm,进口流速5m/s，冲刷气孔孔口流速10m/s。冲刷气孔分布在集水管两侧，冲刷气孔直径3.5mm ；排气孔直径1.5mm,孔眼间距为150mm。集配水渠高度为800mm,冲洗时形成的气垫层厚度为100 150mm。[0040]滤池的反冲洗排水方式:采用侧向排水技术，以解决滤料流失问题，同时降低反冲洗水量，增收节支。侧向排水，泥水排放阀13安装在滤料上部约15 20cm处，在排水时首先开启50%，然后开启100%。排水闸板在反冲洗时处于关闭状态，确保滤料在高速反冲洗下不流失，并且使附着在滤料上的气泡都可带走，滤料膨胀率大，冲洗得干净，反冲洗废水量可减少到最小程度。阀板可根据池体尺寸分单板式和双板式，每个单板长度一般不大于3.0m,孔宽度约10 15cm,排水时间控制1.5min以内。[0041](2)絮凝池:絮凝池采用旋流网格技术，即在穿孔旋流絮凝池的基础上增加网格板，以达到充分絮凝所要求的絮流状态，使能量损失得到充分利用。絮凝池基本参数的设定:确定处理量为12.5m3/ h;絮凝时间为IOmin;絮凝池长为2.4m;[0042]设计流量为Q=12.5m3/h=0.0035m3/s，絮凝时间为lOmin，得絮凝池的有效体积为:V=0.0035 X 10X60=2.1m3 ;设平均水深h' =3.0m，得池的面积为: r 2.1Λ[0043]』^，池长 l=2.4m，池宽 B=A/L=0.7/2.4=0.29m，取 0.30m ；[0044]设每格为正方形，边长釆用0.3m，因此每格面积为0.09m2，由此得分格数为: = = 177 ,可取 7;实际絮凝时间为:/== 540.1.= 9mk。 0.090,00 J 5[0045]絮凝池和沉淀池底部容易积泥，必须及时排泥。沉淀池排泥管采用穿孔管排泥，穿孔管DNlOOmm;穿孔管孔眼间距100mm，孔眼向下和中垂线成45°交角，并排排列；管长设计为235cm，排泥阀为手动蝶阀。絮凝池1-6格泥水采用快开式球阀(Φ 25mm)排出。[0046]斜板采用Imm厚有机塑料制作,考虑板厚池长一定的情况下,取54块,每块板长Im,宽0.6m,共55块，镶嵌在3mm厚的PE塑料中成为整体。[0047](3)斜板沉淀池:沉淀池底部安装穿孔板，以保证絮凝池出水均匀进入沉淀池内，匀速上升，提高沉淀效率。斜板为有机玻璃板，厚度为1mm，斜板傾角为60° ;设斜板沉淀池长(L) 2.4m，板内上升速度采用vQ=3mm/S，流量=0.0035m3/s，清水区上升流速v为:v = v 0sin θ =3 X 0.866=2.60mm/s=0.0026m/s,则清水区面积(A),
权利要求1.一种一体化净水装置，包括依次串联的絮凝池、斜板沉淀池、非溢流双层滤料滤池，其特征在于，所述非溢流双层滤料滤池由上至下依次包括滤料层、承托层、配水配气组件、集配水渠；所述集配水渠沿滤池中部纵向布置；所述配水配气组件中包括水平设置的集水管管列和垂直设置的垂直管管列，且垂直管管列中的各管上端穿过滤板分别对应的连通集水管管列中的集水管，其下端则通入所述集配水渠，所述集水管底部设有两排排水孔，其顶部和中部依次设置有排气孔和冲刷气孔，在所述垂直管管列中各管的中、下部设置有一定数量的进气小孔；在所述滤料层上方15 20cm处的池壁上安装有泥水排放阀。
2.根据权利要求1所述的一体化净水装置，其特征在于，所述滤料层包括厚0.3 0.5m的陶粒层和厚40 50cm的石英砂层,且陶粒粒径为I 2mm,比重为1.4 1.6g/cm3,石英砂粒径为0.71 1.2mm,比重为2.60 2.70g/cm3 ;所述承托层包括由粒径8 12mm碌石构成的厚20 30cm的大碌石层和由粒径3 5mm碌石构成的厚8 12cm的小砾石层，且两者之间用I 3mm的筛网分隔。
3.根据权利要求2所述的一体化净水装置，其特征在于，所述集配水渠面积占整个滤池底板面积的15 25% ;且按每0.5 1.0m2滤池底板面积布设一支垂直管。
4.根据权利要求3所述的一体化净水装置，其特征在于，所述集水管底部与滤池底板间距为15 25臟。
5.根据权利要求4所述的一体化净水装置，其特征在于，所述集水管横截面呈拱门形，其宽80 120mm，高度为120 160mm，各集水管中心间距为200 250mm ;所述集水管上的排水管孔眼总面积与滤池总面积之比0.88:80 120 ;所述排水孔直径10 15mm，纵向两排平行排列，各排水孔纵向孔眼间距120 180mm，水平间距50 60mm。
6.根据权利要求5所述的一体化净水装置，其特征在于，所述冲刷气孔分布在集水管两侧，其直径3 4mm ;所述排气孔直径I 2mm,孔眼间距为120 180mm。
7.根据权利要求6所述的一体化净水装置，其特征在于，所述絮凝池中设置有旋流网格。
8.根据权利要求7所述的一体化净水装置，其特征在于，所述沉淀池为小间距斜板沉淀池。
专利摘要本实用新型涉及一种一体化净水装置。该装置包括依次串联的絮凝池、斜板沉淀池、非溢流双层滤料滤池，滤池包括滤料层、承托层、配水配气组件、沿滤池中部纵向布置的集配水渠；配水配气组件中包括水平设置的集水管管列和垂直设置的垂直管管列，且垂直各管上端连通集水管列中的集水管，其下端通集配水渠，集水管底部设有排水孔，中部和顶部依次设有排气孔和冲刷气孔，在垂直各管的中下部设有进气小孔。本实用新型解决了双层滤料滤池滤头易堵塞、滤料冲洗不净、积泥球、滤料流失、造价高、维护复杂等问题；建设周期短，土地节省、造价低，能满足农村乡镇、离城市较远的工矿企业、风景区的供水需要。
文档编号B01D36/04GK202962116SQ20122069261
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月15日 优先权日2012年12月15日
发明者周振民, 王学超, 孔庆东 申请人:华北水利水电学院