CN101564609B - 涡旋网格澄清池及其用于水处理中提高混凝反应及沉淀效果的澄清方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境保护领域，涉及一种涡旋网格澄清池及其用于水处理中提高混凝反应及沉淀效果的澄清方法，它包括絮凝反应单元、澄清单元和污泥浓缩单元，其中：第一涡流反应室和第二涡流反应室共同组成絮凝反应单元，涡流澄清池底部的进水管依次经过喷嘴、喉管与第一涡流反应室底部的喇叭口连通；第一涡流反应室和第二涡流反应室连通，第二涡流反应室与缓冲区连通；在第一涡流反应室和第二涡流反应室内设置有涡旋网格絮凝反应器；设置在池顶的操作杆通过连接件控制喉管在纵向上的升降。本发明加大了第一反应室的容积利用率，降低能耗，能提高絮凝反应效率、减少水头损失、降低药耗、提高净水水质，具有较高的社会与经济效益。

Description

涡旋网格澄清池及其用于水处理中提高混凝反应及沉淀效果的澄清方法

技术领域：

本发明属于环境保护领域，涉及一种涡旋网格澄清池及其用于水处理中提高混凝反应及沉淀效果的澄清方法，它是基于涡旋网格絮凝的微涡流混凝技术及浅池理论基础上而提出的。

背景技术：

澄清池是一种将絮凝反应过程与澄清分离过程综合于一体的构筑物。目前在我国水处理中普遍使用的澄清池不少都面临老化、产水效率低、出水水质差等问题。如处理水量较大的机械搅拌澄清池，存在着占地面积大、土建费用高、运行不稳定、机械投资及维修麻烦等缺点；水力循环澄清池则因其泥渣回流量难以控制，且反应室容积小，反应时间短，适应性差，絮凝作用得不到完全发挥等不足之处。因此迫切需要技术改造以适应新形势下用户对水量及水质的需求。国外对澄清池的改造研究工作多以悬浮泥渣层、污泥回流和排放及澄清池自动控制为研究方向。如法国德利满公司开发的的高效澄清池，它综合了斜管沉淀和泥渣循环回流的优点，将反应、预沉浓缩和澄清综合为一体，同时配以外部污泥回流和外部投药混合组成一个完整净水系统。但因其是专利产品，设备、材料价格相对较贵，投资很高，很难在国内大面积推广。国内对澄清池的技术改造主要有以下三个方面：第一，在原反应室内增设网格以提高反应效果；第二，在沉淀区增设斜管以提高沉淀效率；第三，在池底加装刮泥机等设备改造排泥装置。如上海市政院开发了中置式高密度沉淀池，但其建设费用相对较高，需增设回流泵、搅拌机等机械设备；且还要考虑设备在高腐蚀水处理中的防腐等问题。为了改善澄清池的性能，拓展其适用范围，更有效地提高絮凝工艺的效率、抗冲击能力、运行效果，节省投资和降低制水成本，有必要研制一种较优化的经济高效澄清技术。

现有的涡流澄清池通常也包括絮凝反应单元、澄清单元和污泥浓缩单元，但其絮凝反应单元通常缺少辅助絮凝的涡旋网格絮凝反应器。因而净水处理效果还不十分理想。特别是当环保要求逐步提高后，常规的絮凝反应单元、澄清单元和污泥浓缩单元不足以满足新的净化要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种涡旋网格澄清池及其用于水处理中提高混凝反应及沉淀效果的澄清方法。

本发明的技术方案是：

涡旋网格澄清池，它包括絮凝反应单元、澄清单元和污泥浓缩单元，其中：第一涡流反应室和第二涡流反应室共同组成絮凝反应单元，涡流澄清池底部的进水管依次经过喷嘴、喉管与第一涡流反应室底部的喇叭口连通；第一涡流反应室和第二涡流反应室连通，第二涡流反应室与缓冲区连通；在第一涡流反应室和第二涡流反应室内设置有涡旋网格絮凝反应器；设置在池顶的操作杆通过连接件控制喉管在纵向上的升降。

一种用于水处理中提高混凝反应及沉淀效果的澄清方法，加入混凝剂的水流经管道混合器从涡流澄清池底部的进水管进入，再依次经过喷嘴、喉管流入第一涡流反应室底部的喇叭口；

在喇叭口处完成配水后再进入第一涡流反应室和第二涡流反应室，水流在安放在第一涡流反应室和第二涡流反应室中的多个涡旋网格絮凝反应器的帮助下完成絮凝，水流再由第二反应室底部流出至缓冲区；

絮凝工序产生的絮凝体沉淀物因重力作用下沉至位于缓冲区下面的污泥区，水流通过斜管或斜板区后进一步进行固液分离完成澄清工序，分离后的水经从清水区向上溢流进入环形集水槽；设置在池顶的操作杆通过连接件控制喉管在纵向上的位置调节污泥回流量；污泥区中的少量污泥经喉管回流至第一涡流反应室，其余大量部分污泥通过在池底的环形排泥管排出池外。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

其一，在絮凝反应单元即第一涡流反应室和第二涡流反应室内，设置了涡流网格絮凝反应器，第一涡流反应室及第二涡流反应室的涡流反应时间、涡流区设置高度以及涡旋网格絮凝反应器的组合搭配顺序及其开孔率控制根据处理原水水质而设计。加了混凝剂的水流通过涡流网格絮凝反应器后，水流形成微小的涡旋流动，有利于水中微粒的扩散，充分利用流体能量，增加脱稳胶粒的碰撞机率，形成絮凝质量更好、密度高、分离性能好的固液两相体系，并从根本上提高了絮凝反应的效率，对提高净水水量和水质都有显著的效果。其二，在澄清分离室内设置了斜管或斜板沉淀器，强化了对细小颗粒物的沉淀，更好地保证了澄清池的沉淀效果和澄清效率，具有较高的表面水力负荷；其三，污泥浓缩单元与涡流网格絮凝反应器的组合技术，能有效地完成污泥浓缩，排放的污泥浓度高，减少后续污泥处理设施的压力，降低了污泥处理费用；其四，该系统采用低回流或无回流技术，同时缩短喉管长度，一方面加大了第一反应室的容积利用率，另一方面又使水头损失减少。

该技术的应用，不但能够提高净水工艺的絮凝反应效率、缩短絮凝时间、减少水头损失、降低药耗、提高净水水质，而且还提高沉淀分离的效率，提高污泥含固率，还具有占地面积小，运行平稳，耐冲击负荷，节省整体工程投资、降低制水成本等优点，具有较高的社会与经济效益。

本发明可以解决澄清池普遍存在的絮凝和净化效果较差、能耗较高等不足之处，本发明提供的用于水处理工艺中的经济高效低耗涡流网格澄清技术是基于涡旋网格絮凝的微涡流混凝技术及浅池理论基础上而提出的。该技术主要包括微涡流絮凝反应技术、斜管或斜板沉淀分离技术和污泥浓缩技术，并涉及结构形式、施工条件及操作管理等方面。

本发明的突出优点：能够在保持现有澄清池的大部分结构的情况下，对絮凝反应单元进行适当改造，并在其中辅助安放涡流反应器，获得好的净化效果。而且在水处理过程中，水流速度的控制与涡旋网格絮凝反应器的开孔率的配合也非常关键，从而获得更好的净化效果。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是涡流反应室放置的涡旋网格絮凝反应器的一种形式的示意图；

附图说明：操作杆1，环形集水槽2，清水区3，斜管或斜板区4，第一涡流反应室5，第二涡流反应室6，缓冲区7，喉管8，喷嘴9，污泥区10，排泥管11，进水管12，涡旋网格絮凝反应器13。

具体实施方式：

以下将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地详细描述。

实施例1、涡旋网格澄清池，它包括絮凝反应单元、澄清单元和污泥浓缩单元，其中：第一涡流反应室5和第二涡流反应室6共同组成絮凝反应单元，涡流澄清池底部的进水管12依次经过喷嘴9、喉管8与第一涡流反应室5底部的喇叭口连通；第一涡流反应室5和第二涡流反应室6连通，第二涡流反应室6与缓冲区7连通；在第一涡流反应室5和第二涡流反应室6内设置有涡旋网格絮凝反应器13；设置在池顶的操作杆1通过连接件控制喉管8在纵向上的升降。

实施例2、一种用于水处理中提高混凝反应及沉淀效果的澄清方法，加入混凝剂的水流经管道混合器从涡流澄清池底部的进水管12进入，再依次经过喷嘴9、喉管8流入第一涡流反应室5底部的喇叭口；

在喇叭口处完成配水后再进入第一涡流反应室5和第二涡流反应室6，水流在安放在第一涡流反应室5和第二涡流反应室6中的多个涡旋网格絮凝反应器13的帮助下完成絮凝，水流再由第二反应室底部流出至缓冲区7；

絮凝工序产生的絮凝体沉淀物因重力作用下沉至位于缓冲区7下面的污泥区10，水流通过斜管或斜板区4后进一步进行固液分离完成澄清工序，分离后的水经从清水区3向上溢流进入环形集水槽2；设置在池顶的操作杆1通过连接件控制喉管8在纵向上的位置调节污泥回流量；污泥区10中的少量污泥经喉管8回流至第一涡流反应室5，其余大量部分污泥通过在池底的环形排泥管11排出池外。

实施例3、第一涡流反应室和第二涡流反应室内安放的涡流网格絮凝反应器13为一中空球体，球面开有网格状孔洞，开孔率为50％～70％。其余同实施例1或2。

实施例4、第一涡流反应室水流的上升流速控制为50～90m/h，涡旋网格反应器开孔率控制为50％～65％；第二涡流反应室水流的下行流流速控制为：30～70m/h，涡旋网格反应器开孔率控制为55％～70％。其余同实施例1或2。

各反应室涡流反应时间、涡流区设置高度以及涡旋网格絮凝反应器的组合搭配顺序可以根据处理原水水质而设计。

实施例5、分离室内设置用于提高沉淀效果的由若干倾斜设置的斜管或斜板，强化了对细小颗粒物的沉淀，更好地保证了澄清池的沉淀效果和澄清效率；斜管或斜板区4中的斜管或斜板的斜长为1m，斜管或斜板与水平面之间的安装倾角为60度。

实施例6、池体下方设置的污泥区10的底部设计为斜坡，斜坡坡度采用45°～60°。因有较好的絮凝效果，通过控制排泥措施使排出污泥具有较高的含固率。因有较好的絮凝效果，通过控制排泥措施使排出污泥的含固率达到1％～3％。

实施例7、整个系统采用低污泥回流或无污泥回流措施。即回流比控制为：0～50％。同时缩短喉管长度，使第一反应室容积率提高，减少水头损失，降低能耗。

结合各实施例解释工作原理：

加入混凝剂的原水经管道混合器后沿进水管12，从池底流入，经喷嘴9及喉管8后流入配水喇叭口进入第一涡流反应室5，经短暂的过渡区后向下流入第二涡流反应室6。第一涡流反应室5及第二涡流反应室6中放置了涡旋网格絮凝反应器13。水流经过涡流反应器后，形成无数小漩涡，使絮凝反应出水形成的絮体矾花质量更高，使出水质量更加稳定，抗冲击负荷能力提高。第一涡流反应室5及第二涡流反应室6的涡流反应时间、涡流区设置高度以及涡旋网格絮凝反应器的组合搭配顺序及其开孔率控制根据处理原水水质而设计。水流从第二反应室底部流出至缓冲区7，具有良好沉淀效果的絮体沉淀至污泥区10进行污泥浓缩，澄清水则通过在沉淀区设置的斜管/板4进一步进行固液分离，分离水经配水均匀的清水区3流入沿池体外墙而设置的环形集流槽2。污泥区中浓缩后的污泥少部分经喉管回流至第一反应室，其回流量可由设置在池顶的操作杆1控制；大部分污泥通过在池底对称设置的环形排泥管11排出池外。

表1  水力循环澄清工艺与涡旋网格澄清工艺比较

比较项目	现有技术：水力循环澄清工艺	本发明的涡旋网格澄清工艺	备注
				清水区上升流速mm/s	0.7～1.0	1.9～4.2	采用实施例3与4的技术方案
出水浊度(NTU)	≤10	≤3	采用实施例2的技术方案
				回流比	200％～400％	0～50％	采用实施例3与4的技术方案
污泥含固率	0.2％～1.0％	1％～3％	采用实施例2、3、4、5的技术方案
				喷嘴流速m/s	6～9	3～6	采用实施例3与4的技术方案
喉管中停留时间s	0.5～0.7	0.1	采用实施例3与4的技术方案

表2  涡旋网格絮凝反应器的开孔率对回流比的影响

涡旋网格絮凝反应器的开孔率

20％

35％

45％

60％

75％

85％

回流比

120％

95％

50％

70％

120％

160％

表3  涡流反应室水流流速、坡度对出水浊度和污泥含固率的影响

第一涡流反应室水流的上升流速

20m/h

35m/h

50m/h

70m/h

90m/h

120m/h

第二涡流反应室水流的下行流速

10m/h

20m/h

30m/h

50m/h

70m/h

100m/h

池体底部斜坡设计坡度

70°

65°

60°

45°

35°

25°

出水浊度

≥3NTU

＞3NTU

≤3NTU

≤3NTU

＞5NTU

＞6NTU

污泥含固率

0.5％

1.0％

2.0％

3.0％

1.5％

1.0％

Claims (1)

1.一种用于水处理中提高混凝反应及沉淀效果的澄清方法，其特征在于：该澄清方法涉及的涡旋网格澄清池，它包括絮凝反应单元、澄清单元和污泥浓缩单元，其中：第一涡流反应室(5)和第二涡流反应室(6)共同组成絮凝反应单元，涡旋网格澄清池底部的进水管(12)依次经过喷嘴(9)、喉管(8)与第一涡流反应室(5)底部的喇叭口连通；第一涡流反应室(5)和第二涡流反应室(6)连通，第二涡流反应室(6)与缓冲区(7)连通；在第一涡流反应室(5)和第二涡流反应室(6)内设置有涡旋网格絮凝反应器(13)；设置在池顶的操作杆(1)通过连接件控制喉管(8)在纵向上的升降；

第一涡流反应室(5)和第二涡流反应室(6)内安放的涡旋网格絮凝反应器(13)为一中空球体，球面开有网格状孔洞，开孔率为50％～70％；第一涡流反应室(5)水流的上升流速控制为50～90m/h，涡旋网格絮凝反应器(13)开孔率控制为50％～65％；第二涡流反应室(6)水流的下行流流速控制为：30～70m/h，涡旋网格絮凝反应器(13)开孔率控制为55％～70％；斜管或斜板区(4)中的斜管或斜板的斜长为1m，斜管或斜板与水平面之间的安装倾角为60度；池体下方设置的污泥区(10)的底部设计为斜坡，斜坡坡度采用45°～60°；

其澄清方法步骤如下：

加入混凝剂的水流经管道混合器从涡旋网格澄清池底部的进水管(12)进入，再依次经过喷嘴(9)、喉管(8)流入第一涡流反应室(5)底部的喇叭口；

在喇叭口处完成配水后再进入第一涡流反应室(5)和第二涡流反应室(6)，水流在安放在第一涡流反应室(5)和第二涡流反应室(6)中的多个涡旋网格絮凝反应器(13)的帮助下完成絮凝，水流再由第二涡流反应室(6)底部流出至缓冲区(7)；

絮凝工序产生的絮凝体沉淀物因重力作用下沉至位于缓冲区(7)下面的污泥区(10)，水流通过斜管或斜板区(4)后进一步进行固液分离完成澄清工序，分离后的水经从清水区(3)向上溢流进入环形集水槽(2)；设置在池顶的操作杆(1)通过连接件控制喉管(8)在纵向上的位置调节污泥回流量；污泥区(10)中的少量污泥经喉管(8)回流至第一涡流反应室(5)，其余大量部分污泥通过在池底的环形排泥管(11)排出池外。

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