CN101474512A - 一种开式地表水源热泵取水水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开式地表水源热泵取水水处理系统，包括取水系统和与之串联的过滤系统；所述取水部系统由取水头部A、取水头部B、取水泵a、取水泵b、以及管路和阀门组成，取水头部A的管路和取水头部B的管路并联而设；过滤系统由至少两条并列的过滤管路构成；过滤系统的输出端与热泵机组Z相连。它不仅能够有效避免漂浮物堵塞取水头部，还能够起到有效除沙除藻的作用，从而防止漂浮物和泥沙等杂质对热泵系统通道的堵塞和冲蚀；以及防止藻类等物质在热泵系统管壁形成生物粘泥。该系统取水头部的反冲洗通过连接取水头部和取水水泵的管路上的阀门来控制，不需另设反冲洗系统；过滤器反冲洗不需另设反冲洗系统，通过过滤器进出水阀门控制，实现过滤器的反冲洗过程。它不仅能节约排沙排泥用水所耗电能，节约基建和运行费用；而且还能大大地减轻热泵系统管道的堵塞、冲蚀和结垢现象，提高开式地表水源热泵系统的热交换效率。

Description

一种开式地表水源热泵取水水处理系统

技术领域

本发明涉及给水工程领域，尤其涉及一种防止泥沙堵塞和具有高效除藻功能的开式地表水源热泵取水水处理系统。

背景技术

水源热泵系统因其利用可再生能源，具有高效节能、环保的优点，在工程技术领域得到了广泛的研究和应用。水源热泵系统中的开式地表水源热泵系统直接把水源引入机组或中间换热器进行热交换，这对水源水质必须有严格的要求。因此，开式地表水源热泵必须对原水水质进行处理。目前，开式地表水源热泵取水水处理工艺主要有三种类型：

一、传统的水厂水处理方式

地表水通过传统水厂的水处理方式，即通过混凝沉淀、过滤等一系列的水处理工艺，达到一定水质标准再进入热泵系统。这种工艺虽适应性强，出水水质好，但修建的沉淀池或滤池将占用大面积的土地，这使得工程的投资费用和运行费用会大增。因此，这种水处理工艺会受到土地及投资成本的限制。

二、简单取水+水处理设备

现有的水处理设备一般有旋流除沙器、综合水处理器和粗效过滤器。工艺中一般根据原水水质情况采用其中一种或两种水处理设备组合。旋流除沙器和粗效过滤器具备一定的除沙效果，综合水处理器能减轻水源对管道的腐蚀和结垢影响。该工艺占地省，设备简单，造价较低。但粗效过滤器容易堵塞，需另设反冲洗系统。对于不断变化的原水水质，该工艺不一定能够充分发挥其处理效率；而且，该工艺对于含藻水基本没有什么去除效果。

也可以在这种工艺前加人工湖，人工湖会对水源起到一定的沉淀除沙效果，对于变化的原水水质有一定的适应性，但该工艺的使用受到建设用地的限制，同时对于某些浅水人工湖，这种工艺可能会面临藻类的问题。

三、渗滤取水

经渗滤取水一方面可以得到夏天温度更低、冬季温度更高的水源；而且经渗滤取水后，水质一般都能满足热泵机组的需要，无需其他的水处理工艺。但该工艺施工复杂，初期投资较大；且工艺的使用受到工程地质和水文地质的的严格限制；渗渠取水的后期，取水效果常常由于管道堵塞，而容易受到影响，使用寿命难于得到保证。

发明内容

针对现有取水水处理工艺技术存在的上述不足，本发明的目的是提出一种具备除沙除藻功效，而且占地省、结构简单和造价较低的开式地表水源热泵取水水处理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开式地表水源热泵取水水处理系统，包括取水系统和与之串联的过滤系统；其特征在于，所述取水系统由第一取水头部A、第二取水头部B、第一取水泵a、第二取水泵b、以及管路和阀门组成，第一取水头部A的管路和第二取水头部B的管路并联而设；其中，第一取水头部A的管路由依次串联的第一取水头部A、阀门103、第一取水泵a和阀门104构成，第二取水头部B的管路由依次串联的第二取水头部B、阀门106、第二取水泵b和阀门107构成；第一取水头部A和第二取水头部B的输出端之间还设有串联的阀门101和阀门102；阀门101和阀门102之间与取水系统的输出端还连有阀门105；

所述过滤系统由至少两条并列的过滤管路构成；所述第一过滤管路由依次串联的阀门108、过滤器C、阀门109组成，过滤器C上还连接排污阀110；第二过滤管路由依次串联的阀门111、过滤器D、阀门112组成，过滤器D上还连接排污阀113；第三过滤管路由依次串联的阀门114、过滤器E、阀门115组成，过滤器D上还连接排污阀116；

过滤系统的输出端与热泵机组Z相连；

所述第一取水头部A和第二取水头部B为带除沙功能的伞型取水头部；

所述过滤器C、D、E为带反冲功能的除藻型过滤器。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

(I)该系统采用取水系统和与之串联的过滤系统进行取水，取水系统中的取水头部的反冲洗通过连接取水头部和取水水泵的管路系统上的阀门控制来实现，不需另设反冲洗系统；过滤器反冲洗不需另设反冲洗系统，通过过滤器进出水阀门控制，就可实现过滤器的反冲洗过程。

(II)该系统中的带防堵除沙功能的取水头部外部采用格网可以拦截较大的杂质，内部由多层环形斜板增加进水的沉淀面积；水流在环形斜板间有较低的雷诺数和较高的弗罗德数，水力条件好，有利于小的杂质颗粒沉淀去除，强化了除沙效果。

(III)本发明中的过滤系统中的除藻型过滤器是利用微滤管和超声波换能器的共同作用来清除水中的藻类，微滤管对水体进行过滤除藻；超声波灭藻具有操作方便、高效、无污染(或减少污染)等优点，利用超声波的空化作用可以抑制水体中藻类生长，达到强化除藻的效果；超声波产生的机械震动效应可以阻止细菌、胶体颗粒等在滤管壁上的沉积，减少微滤管的堵塞，大大提高过滤的效能；采用四个微滤管并联作用，提高了过滤面积；其中微滤管的滤管孔径为30～50μm，过滤效果高；微滤管采用不锈钢材料，增加其强度，能受高压，不宜损坏；

(IV)该结构不仅能节约排沙排泥用水所耗电能，节约基建和运行费用；而且还能大大地减轻热泵系统管道的堵塞、冲蚀和结垢现象，提高开式地表水源热泵系统的热交换效率。具有能耗较低，水处理效果较好，造价低廉，操作简便等优点。

附图说明

图1为本发明开式地表水源热泵取水水处理系统原理图；

图2是本发明中的取水头部的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图3的B—B剖视图；

图5是本发明中的除藻型过滤器的结构示意图；

图6是图5的A—A剖视图；

图7是本发明中的除藻型过滤器的五通管结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种开式地表水源热泵取水水处理系统，包括取水系统和与取水系统串联的过滤系统；所述取水系统由第一取水头部A、第二取水头部B、第一取水泵a、第二取水泵b、以及管路和多个阀门组成，第一取水头部A的管路和第二取水头部B的管路一端并联；其中，第一取水头部A的管路由依次串联的第一取水头部A、阀门103、第一取水泵a和阀门104构成，第二取水头部B的管路由依次串联的第二取水头部B、阀门106、第二取水泵b和阀门107构成；第一取水头部A和第二取水头部B的输出端之间还设有串联的阀门101和阀门102；阀门101和阀门102之间与取水系统的输出端还连有阀门105；

所述过滤系统由至少两条并列的过滤管路构成；所述第一过滤管路由依次串联的阀门108、过滤器C、阀门109组成，过滤器C上还连接排污阀110；第二过滤管路由依次串联的阀门111、过滤器D、阀门112组成，过滤器D上还连接排污阀113；第三过滤管路由依次串联的阀门114、过滤器E、阀门115组成，过滤器D上还连接排污阀116；

过滤系统的输出端与热泵机组Z相连。

所述第一取水头部A和第二取水头部B为带防堵除沙功能的取水头部；

所述过滤器C、D和E为带反冲功能的除藻型过滤器。

参见图1，第一取水头部A、第二取水头部B平时两个都工作，第一取水泵a或/和第二取水泵b工作，取水泵出水进入并列连接的过滤器C、D和E。过滤器出水管和废水管通过出水连通管和废水连通管分别连通。平时工作时，关闭联络管阀门105以及备用泵的进出水阀门，其他阀门打开。当第一水头部A需要反冲洗时，打开联络管阀门105，关闭阀门102、阀门103和阀门104；当第二取水头部B需要反冲洗时，打开联络管阀门105，关闭阀门101、阀门106和阀门107。第一取水泵a和第二取水泵b的任意一台可为备用泵，也可为两台同时工作。

工作时，过滤器进水管阀门108、阀门111和阀门114，以及出水管阀门109、阀门112和阀门115和废水管阀门110、阀门113和阀门116都打开；当过滤器C需要反冲时，关闭进水管阀门108，其他过滤器的出水通过连通管和出水管阀门109对其进行反冲。对其它过滤器进行反冲时，也采用类似方法，关闭需要进行反冲洗的过滤管路上的进水管阀门，并利用工作的过滤管路的出水与需要反冲洗的过滤器内外的水压差进行反冲洗，故不需要另设反冲洗水系统。

该系统由于采用防堵除沙型取水头部，其圆筒形格网内的小网格呈正方形，圆筒形格网内部为若干层相互平行的环型斜板。同时水流越靠近取水头部中心的地方，截面积越小，水流流速越大，使集水筒处不易被堵。除藻型过滤器由微滤管和装于过滤器内的超声波发生器组成。

如图2、图3和图4所示，本发明中的带除沙防堵功能的取水头部，包括圆筒形格网21、集水筒23和连接于集水筒23底部的出水管24，所述圆筒形格网21的上部设有锥型上盖26；所述锥型上盖26和圆筒形格网21形成中空结构。

锥型上盖26与圆筒形格网21、集水筒23同轴而设，集水筒23设于锥型上盖内，集水筒23的上端与锥型上盖26的内壁相连；集水筒23的外侧轴向设有相互平行并大小相同的多层环形斜板22；所述环形斜板22的上端与集水筒23外壁相连，环形斜板22的下端与圆筒形格网21之间留有5～10cm的间隙，集水筒23底部对应该间隙设有一个或多个排沙口25；所述环形斜板22两两之间的板间距为1～3cm左右并与集水筒23侧壁上的进水口相对应；环形斜板22与水平面的夹角为50°～70°，其中夹角60°为最好。

所述取水头部进行取水时，水源通过圆筒形格网21壁上的网格孔进入该取水头部的空腔内，并经环形斜板22过滤流入集水筒23后，由出水管24排出。外界的漂浮物由于受到圆筒形格网21的阻挡而不能够进入到取水头部中，从而有效的防止取水头部遭到堵塞。而水中的泥沙由于重力作用下，在环形斜板22上向下滑落，并经过环形斜板22底部与圆筒形格网21之间留有的间隙而落入圆筒形格网21的底部经排沙口25排出，从而起到有效排沙、防沙的作用。该种结构不仅强化了除沙的效果，也增加了沙粒沉淀的面积，沙粒在斜板面上滑动距离短，水流在板间有较低的雷诺数和较高的弗罗德数，水力条件好；同时水流越靠近中心的地方，截面积越小，水流流速越大，使集水筒处不易被堵。

所述圆筒形格网21的小格网呈正方形或圆形，小格网各边边长(或圆形直径)均为50mm；从而更加有效的拦截大型漂浮物和悬浮物。所述环形斜板22与进水管24之间通过固定装置加以固定，可使取水头部不容易倾斜，从而保证了取水头部的防止漂浮物堵塞和除沙的使用效果。

如图5和图6所示，所述除藻型过滤器，包括顶部封闭的筒体状壳体5，壳体5上部侧壁设有由出水阀门3控制的出水管4，壳体5底部为沉砂斗16，沉砂斗16底部设有排泥阀7，当需要排除锥型沉沙斗16底部的淤泥时，打开排泥阀门7即可；所述壳体5和沉砂斗16组成的内腔为集水室9，集水室9内设有并行的微滤管6；各微滤管6的底部分别连接穿过壳体5的进水管8，进水管8与进水总管1连通并由进水总阀2控制；各微滤管6的顶部分别连接穿过壳体5并与微滤管6连通的废水管11，废水管11与废水总管13连通并由废水管总阀12控制；

所述集水室9上部的中央还设有由防水材料隔绝的超声波换能器15，超声波换能器15与微滤管6共同作用除藻，并可以减少滤管的堵塞。

所述除藻型过滤器采用的微滤管的滤管孔径为30～50μm，过滤效果高，滤管采用了不锈钢材料，增加其强度，能受高压，不宜损坏。

如图6所示，微滤管6为四根并排而成。

参见图7，进水管8和废水管11为五通管，具有结构简单、安装方便的特点。

所述除藻型过滤器使用时，水流经过进水总管1再经进水管8进入四根并行的微滤管6，大部分水流经微滤管过滤后，进入集水室9，由于集水室9内超声波的空化作用可以抑制水体中藻类生长，并进行超声波灭藻达到强化除藻的效果；经过滤和除藻处理的清水由出水管4流出。该装置具有高效、无污染(或减少污染)等优点，同时超声波产生的机械震动效应可以阻止细菌、胶体颗粒等在滤管壁上的沉积，减少微滤管的堵塞，大大提高了过滤的效能。本实用新型中采用四个微滤管6并联作用，大大提高了过滤面积。当然，本实用新型并不限于四根微滤管6，还可为三根、五根或六根等。微滤管6内带有截留杂质的水流经废水管11由废水总管13排出。

本发明系统采用取水头部系统和与之串联的过滤系统进行取水，取水头部的反冲洗通过连接取水头部和取水水泵的管路系统上的阀门控制来实现，不需另设反冲洗系统；过滤器反冲洗不需另设反冲洗系统，通过过滤器进出水阀门控制，就可实现过滤器的反冲洗过程。

本发明不仅能节约排沙排泥用水所耗电能，节约基建和运行费用；而且还能大大地减轻热泵系统管道的堵塞、冲蚀和结垢现象，提高开式地表水源热泵系统的热交换效率。具有能耗较低，水处理效果较好，造价低廉，操作简便等优点。

Claims (7)

1、一种开式地表水源热泵取水水处理系统，包括取水系统和与之串联的过滤系统；其特征在于，所述取水系统由第一取水头部A、第二取水头部B、第一取水泵a、第二取水泵b、以及管路和阀门组成，第一取水头部A的管路和第二取水头部B的管路并联而设；其中，第一取水头部A的管路由依次串联的第一取水头部A、阀门103、第一取水泵a和阀门104构成，第二取水头部B的管路由依次串联的第二取水头部B、阀门106、第二取水泵b和阀门107构成；第一取水头部A和第二取水头部B的输出端之间还设有串联的阀门101和阀门102；阀门101和阀门102之间与取水系统的输出端还连有阀门105；

所述过滤系统由至少两条并列的过滤管路构成；所述第一过滤管路由依次串联的阀门108、过滤器C、阀门109组成，过滤器C上还连接排污阀110；第二过滤管路由依次串联的阀门111、过滤器D、阀门112组成，过滤器D上还连接排污阀113；第三过滤管路由依次串联的阀门114、过滤器E、阀门115组成，过滤器D上还连接排污阀116；

过滤系统的输出端与热泵机组Z相连；

所述第一取水头部A和第二取水头部B为带防堵除沙功能的取水头部；

所述过滤器C、D、E为带反冲功能的除藻型过滤器。

2、根据权利要求1所述的开式地表水源热泵取水水处理系统，其特征在于，所述取水头部，包括圆筒形格网21、集水筒23和连接于集水筒23底部的出水管24，所述圆筒形格网21的上部设有锥型上盖26；锥型上盖26与圆筒形格网21、集水筒23同轴而设，集水筒23设于锥型上盖内，集水筒23的上端与锥型上盖26的内壁相连；集水筒23的外侧轴向套设有相互平行并大小相同的多层环形斜板22，所述环形斜板22的上端与集水筒23外壁相连；所述环形斜板22两两之间的板间距与集水筒23侧壁上的进水口相对应；所述圆筒形格网21底部设有排沙口25。

3、根据权利要求2所述的开式地表水源热泵取水水处理系统，其特征在于，所述环形斜板22的下端与圆筒形格网21之间留有5～10cm的间隙。

4、根据权利要求2所述的开式地表水源热泵取水水处理系统，其特征在于所述环形斜板22两两之间的板间距为1～3cm，环形斜板22与水平面的夹角为50°～70°。

5、根据权利要求1所述的开式地表水源热泵取水水处理系统，其特征在于，所述除藻型过滤器，包括顶部封闭的筒体状壳体5，壳体5上部侧壁设有由出水阀门3控制的出水管4，壳体5底部设有沉砂斗16，沉砂斗16底部设有排泥阀7；所述壳体5和沉砂斗16组成的内腔为集水室9，集水室9内设有并行的微滤管6；各微滤管6的底部分别连接穿过壳体5的进水管8，进水管8与进水总管1连通并由进水总阀2控制；各微滤管6的顶部分别连接穿过壳体5并与微滤管6连通的废水管11，废水管11与废水总管13连通并由废水管总阀12控制；

所述集水室9上部的中央还设有由防水材料隔绝的超声波换能器15。

6、根据权利要求5所述的开式地表水源热泵取水水处理系统，其特征在于，所述并行的微滤管6为四根并排而成；所述进水管8为五通管；所述废水管11也为五通管。

7、根据权利要求5所述的开式地表水源热泵取水水处理系统，其特征在于，所述微滤管6为不锈钢材料，微滤管6的孔径为30～50μm。

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