CN102001769A - 一体化水质净化处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化水质净化处理设备，包括外筒和内筒，外筒顶部有凸形封头，凸形封头中心有出水口，外筒底部有锥形底板；在锥形底板底部中心安装有搅拌电机和减速器，减速器上有搅拌轴，锥形底板侧壁上设有排泥管，锥形底板底部设有放空管；外筒内部自上至下依次被分为清水区、斜管沉淀区、泥水分离区、二级结团絮凝区、初级絮凝反应区和集泥区，内筒和外筒之间为泥渣浓缩区；该设备设有混凝剂快速凝聚和泥渣水力自动回流装置，保持反应区内泥渣浓度稳定。在泥渣浓缩区设有螺旋斜板，实现泥渣的高效浓缩。在清水区设有集水板，实现压力出水。结构简单布置紧凑，空间利用率高，操作方便，适用于中小城镇自来水澄清及以除浊为主的工业水净化处理。

Description

一体化水质净化处理设备

技术领域

本发明涉及给水技术领域的净化设备，具体涉及一种集凝聚、絮凝、澄清、沉淀、泥渣浓缩、泥渣自动回流及压力出水于一身的一体化水质净化处理设备。

背景技术

近年国家大力提倡发展中小城镇，农村人口向中小城镇集中，小城镇数量和规模不断增加，简单简易的分户供水难以满足城镇化发展需求。随着我国新的饮用水水质标准（GB5749-2006）的颁布和在不同规模供水系统中的执行，传统的以混凝土为主体结果的净水处理技术具有占地面积大、处理效率低、管理复杂等多种困难，难以满足小城镇供水的需求。而现有的各种小型一体化净水技术和设备，是目前小城镇供水中普遍采用设备，但小城镇供水特点是人口少供水量变化大、以小水库或河流为水源原水浊度变化大，现有设备均不同程度地存在以下几方面的不足：

1）设备对原水水质适应性不强。当进水水质变化大时，由于缺乏必要的改善原水水质的技术措施，处理固体负荷波动很大，处理效果无法保证。如现有一体化设备对西北地区以水库为水源、在夏秋暴雨季节时出现高浊水和冬春季的低温低浊原水的处理效果较差。

2）设备对净水负荷变化适应性差。絮凝阶段控制着形成絮体沉降性能，是水净化处理的关键步骤。目前受设备体积和高度的限制，一体化净水设备的絮凝区小，导致絮凝不够充分，形成絮体颗粒较小，且松散，容易被带出，导致出水水质恶化。

3）设备的沉淀效率低。沉淀区所用的填料一般为斜管、斜板，部分设备沉淀区中心有搅拌轴穿过，致使斜板或斜管的整体性遭到破坏，而且，容易造成较大比例的死水区，致使沉淀区域的空间利用率降低。

4）沉淀区采用斜板或斜管时设备出水无动能，后续过滤设备连接选择受限。为保证设备沉淀区不短流，而在沉淀区上部设置穿孔管或锯齿堰重力跌水收集沉淀区出水，导致后续过滤设备只能利用设备出水势能，只能通过降低设备安装高度采用重力滤池或中间再次加压才能使用压力滤池。

5）泥渣的吸附作用未被利用。一般的水处理设备不能将沉淀泥渣循环利用，而絮凝过程和沉淀过程中沉淀的泥渣，仍具有较好的吸附活性，且对于低温低浊水而言，泥渣可以起到助凝作用。泥渣的循环使用，可以降低絮凝剂和助凝剂的用量。

6）排泥水含固率低，设备产水率低。泥渣沉淀区普遍采用自然沉降，不具备泥渣浓缩的功能，沉淀效率低，导致大量水和泥渣一起作为排泥水排出。

发明内容

针对现有净水处理设备存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种新型的一体化水质净化处理设备。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种一体化水质净化处理设备，其特征在于，包括外筒和内筒，外筒顶部有凸形封头，凸形封头中心有出水口，外筒底部有锥形底板；在锥形底板底部中心安装有搅拌电机和减速器，减速器上有搅拌轴，锥形底板侧壁上设有排泥管，锥形底板底部设有放空管；

外筒内部自上至下依次被分为清水区、斜管沉淀区、泥水分离区、二级结团絮凝区、初级絮凝反应区和集泥区，内筒和外筒之间为泥渣浓缩区；其中，清水区设有集水板；斜管沉淀区内布置有斜管；二级结团絮凝区底部设有布水器；初级絮凝反应区设有助凝剂投加管；集泥区设有泥渣回流装置和集泥槽，其中，集泥槽和排泥管连通，泥渣回流装置上连接有进水管，进水管上有混凝剂投加口；泥渣浓缩区设有螺旋斜板；

搅拌轴的顶端通过轴套固定于斜管的十字形支架上，十字形支架由外筒壁上的支脚支撑；搅拌轴上安装有搅拌桨和小型搅拌桨，其中，搅拌桨位于二级结团絮凝区内，小型搅拌桨位于初级絮凝反应区内。

本发明的一体化水质净化处理设备，与目前开发和使用的同类设备相比，具有以下多方面的创新和优点：

1、泥渣回流装置采用喉管，利用高速水流产生的负压作用实现泥渣自动回流，不仅可以保证反应区内的泥渣浓度，发挥泥渣的剩余吸附作用，降低混凝剂和助凝剂的投加量，而且还省去了因采用泵回流而产生的能耗成本，从而总体上大大降低了制水成本。此外，高速水流与回流泥渣进入喉管，在喉管内发生快速凝聚和吸附。泥渣回流装置同时设有调节旋钮，通过调节喷嘴与喉管之间的距离，可改变泥渣的回流量，使初级絮凝反应区内泥渣浓度发生变化，以增强对不同水质原水的适应性。

2、本发明的一体化水质净化处理设备，两处应用浅层沉淀理论。首先，装置内外筒之间设置螺旋斜板。根据浅层沉淀理论，泥渣能在短时间内沉降至斜板，与普通污泥浓缩池的斜板相比，螺旋斜板相对较长，因此可以实现泥渣较好的浓缩效果，使泥渣含固率不仅相对较高，而且排出后可直接进行脱水处理。其次，设置斜管沉淀区，根据浅层沉淀理论，斜管可将水中微絮凝体截留下来，使水质得到净化。

3、本发明的一体化水质净化处理设备，存在两处混合作用。首先，在泥渣回流装置的内管上设有均匀细缝，当水流流经细缝时，细缝对水起初步混合的作用。其次，初级絮凝反应区设有小型搅拌桨，不仅可以使该区内水混合均匀，而且还增强了絮体的抗剪能力，最大程度上避免了反应不完全现象的发生。

4、搅拌电机设于装置底部，搅拌轴由底部穿入，使斜管沉淀区的整体性没受到破坏，提高了沉淀区域的空间利用率，从而提高了沉淀效果，使出水水质得到保证。

5、一体化水质净化处理设备中设有布水器和集水板。布水器上圆孔均匀布置，实现布水的均匀性；集水板的设置可以增大出水的压力势能，实现压力出水，另外，集水板由中心向四周圆孔孔径逐渐变大，圆孔分布密度也依次增大，从而使沉淀后各个位置的出水到出水管的总水头损失（沿程损失和局部损失之和）基本一致，保证出水的均匀性。集水板的设置使得后续过滤设备连接更加灵活。

6、设计合理，结构紧凑。清水区、絮凝反应区、泥水分离区、集泥区设在一个筒体内，消除了设备内的无效空间，从而使设备具有占地面积小、造价低、使用灵活、空间利用率高、操作方便以及出水水质好等特点。

附图说明

图1是本发明的一体化水质净化处理设备结构示意图。

图2是布水器俯视图。

图3是集水板俯视图。

图4是螺旋斜板示意图。其中，（a）是螺旋斜板俯视图，（b）是螺旋斜板侧视图，（c）是螺旋斜板立面图。

图5是泥渣回流装置示意图。

图6是集泥区的区域划分图。

图中的标号分别表示：1、清水区，2、斜管沉淀区，3、泥水分离区，4、二级结团絮凝区，5、初级絮凝反应配水区，6、集泥区，7、泥渣浓缩区，8、内筒，9、外筒，10、凸形封头，11、出水管，12、集水板，13、固定槽，14、斜管，15、支脚，16、十字形支架，17、轴套，18、搅拌轴，19、搅拌桨，20、螺旋斜板，21、布水器，22、圆孔，23、小型搅拌桨，24、助凝剂加注口，25、泥渣回流装置，26、喉管，27、喇叭口，28、喷嘴，29、内管，30、外管，31、细缝，32、调节旋钮，33、进水管，34、锥形底板，35、减速器，36、搅拌电机，37、集泥槽，38、排泥管，39、放空管，40、混凝剂投加口。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的一体化水质净化处理设备，其设计思想是将混合、结团絮凝、浅层沉淀理论、均匀布水理论、喉管回流原理等理论技术有机结合，集凝聚、絮凝、澄清、沉淀、泥渣浓缩、泥渣自动回流及压力出水等功能于一身。通过加混凝剂快速凝聚和泥渣水力自动回流吸附脱稳胶体，保持初级絮凝反应区内泥渣浓度稳定，在结团絮凝区利用高浓度悬浮层再次吸附和机械搅拌剪切选择形成密实及沉降性能良好絮体，基于浅层沉淀理论分别设置泥水分离和泥渣浓缩，通过沉淀区上部水力均匀强制集水板，实现压力出水。该设备在原水水量和水质变化时能保证净水效率，提高供水保障率，后续过滤设备衔接灵活，设备结构简单布置紧凑，空间利用率高，操作方便。

参见图1，一体化水质净化处理设备，包括外筒9和内筒8，外筒9顶部有凸形封头10，凸形封头10中心有出水口11，外筒9底部有锥形底板34；在锥形底板34底部中心安装有搅拌电机36和减速器35，减速器35上有搅拌轴18，锥形底板34侧壁上设有排泥管29，锥形底板34底部设有放空管39；

外筒9内部自上至下依次被分为清水区1、斜管沉淀区2、泥水分离区3、二级结团絮凝区4、初级絮凝反应区5和集泥区6，内筒8和外筒9之间为泥渣浓缩区7；其中，清水区1设有集水板12；斜管沉淀区2内布置有斜管14；二级结团絮凝区4底部设有布水器21；初级絮凝反应区5设有助凝剂投加管24；集泥区6设有泥渣回流装置25和集泥槽37，其中，集泥槽37和排泥管29连通，泥渣自动回流装置25上连接有进水管33，进水管33上有混凝剂投加口40；泥渣浓缩区7设有螺旋斜板20；

搅拌轴18的顶端通过轴套17固定于斜管14的十字形支架16上，十字形支架16由外筒9壁上的支脚15支撑；搅拌轴18上安装有搅拌桨19和小型搅拌桨23，其中，搅拌桨19位于二级结团絮凝区4内，小型搅拌桨23位于初级絮凝反应区5内。

参见图2，布水器21的形状是锥形板，锥形板上设置孔径为50mm的圆孔22，圆孔中心距为200mm，圆孔22分布由中心向四周逐渐变密且对称布置，使得布水器单位面积通过的水量基本相同，实现均匀布水。

参见图3，在集水板12上开设不同直径的圆孔23，圆孔23的孔径由中心向四周逐渐变大（半径依次增大10cm），圆孔23分布密度也依次增大。集水板12通过固定槽13固定于外筒9内壁。这样布置能实现出水的均匀性。因为水流经过不同的圆孔会产生不同的局部水头损失，而水流从不同圆孔流至出水管也会产生不同的沿程水头损失，最终使总水头损失基本一致，实现均匀出水。此外，增设集水板12可增加出水势能，实现压力出水。清水区1的集水板12的设置可以增加出水的压力势能，实现压力出水，是后续的过滤设备连接更加灵活。

斜管沉淀区2采用斜管14布置，斜管14为六角蜂窝状，倾角60°，管长1m，管径40mm。斜管14下部设有十字形支架16，十字形支架16由外筒9壁上的支脚15支撑。

二级结团絮凝区4沿水流方向设有3个搅拌桨19，采用变截面形式设计，固定于搅拌轴18上，最上层的搅拌桨与内筒8上边缘的纵向距离大约为20cm。搅拌轴18的顶端用轴套17固定在斜管14的十字形支架16上。

初级絮凝反应区5中部设置的小型搅拌桨23，同样采用变截面形式布置，固定于搅拌轴18上。小型搅拌桨23和二级结团絮凝区4的搅拌桨19由搅拌电机36和减速器35共同控制。通过小型搅拌桨23的搅动作用，使初级絮凝反应区5内的混凝剂、助凝剂以及回流泥渣混合均匀，并与原水中颗粒物反应，生成较小的絮凝体。

参见图4，泥渣沉淀浓缩区7的四个对称布置的螺旋斜板20是本发明的最突出特色之一，螺旋斜板20的倾斜角度为60°。螺旋斜板20环绕内筒8外壁螺旋向下延伸，其中一个螺旋斜板20延伸至集泥区的集泥槽37。根据浅层沉淀理论，泥渣可以快速沉降至螺旋斜板20上，此外，由于螺旋斜板角度较大且相对于普通斜板长度较长，所以对污泥有很好的浓缩作用。经泥水分离区3固液分离后的泥渣颗粒依靠自重沉降至泥渣浓缩区7，浓缩后的污泥一般含水率会比较低，可直接进行脱水处理。

参见图5，泥渣回流装置25分为上部的回流部分以及下部的调节部分，上部回流部分主要由喷嘴28、喇叭口27和喉管26组成；下部的调节部分主要由内管29、外管30和调节旋钮32组成，内管29上设有均匀细缝31。可对原水进行初次混合。内管29及外管30上均有丝扣，进水管33与内管29中部相连。调节旋钮32与内管29连接，密封方式采用滑动密封。泥渣回流装置25与进水管33连接，进水管33上设有混凝剂投加口40。混凝剂与高速水流中颗粒物在细缝31处进行初次混合，而后经喷嘴28形成高速水流进入喉管25，在喉管26下部的喇叭口27附近形成负压而吸入回流泥渣。当需要改变反应区内泥渣浓度时，可调节调节旋钮32，改变喷嘴28与喉管26的距离，从而改变污泥回流量。使初级絮凝反应区5内的泥渣浓度发生变化，以利于原水中颗粒物发生高效絮凝反应。

图6为集泥区的区域划分图。集泥区6设置集泥槽28，集泥槽37占集泥区6区域的1/4，集泥槽37下部与排泥管38连通，将集泥槽37中的剩余泥渣排出。集泥区6底端的放空管39既可以将装置里的水放空，也可对底部泥渣进行冲洗。

本发明的一体化水质净化处理设备的工作原理是，加入混凝剂的原水从进水管33进入泥渣回流装置25，在泥渣回流装置25的内管29的细缝31处，混凝剂与原水中的颗粒物进行初次混合，经过瞬间凝聚反应脱稳后，混合后的水经喷嘴28形成高速水流进入喉管26，在喉管26下部的喇叭口27附近形成负压而吸入回流泥渣，达到提高进水颗粒物浓度和利用泥渣吸附澄清作用；高速水流与回流泥渣在喉管26中瞬间混合后，进入初级絮凝反应区5。在该区通过助凝剂投加管24加入助凝剂，由于小型搅拌桨23的搅动作用，混凝剂、助凝剂以及回流泥渣混合均匀，回流泥渣和原水中脱稳颗粒在初级絮凝反应区底部在小搅拌桨搅拌作用下逐步形成微絮凝体，絮凝体经过布水器21的均匀布水后进入结团絮凝区4发生结团絮凝反应。即在该区施以机械搅拌，利用预先形成的大粒度、高密度颗粒悬浮层，实现微小颗粒在母体表面的逐一附着式结合模式。处于流态化的絮体颗粒在机械、水力剪切作用下达到动力学平衡状态，形成密实且沉降性能良好絮体。在泥水分离区3实现固液分离。固液分离后的泥渣颗粒依靠自重经由泥渣浓缩区7的螺旋斜板20的沉淀浓缩作用后下沉至集泥区6，获得含固率较高的泥渣。反应后的水和部分沉速小微絮体则继续上升，经斜管沉淀区2的斜管14作用将高浓度泥渣悬浮层内产生的少量微小絮体截留，使出水水质满足出水要求。经沉淀处理后的水进入清水区1，在集水板12的作用下实现压力均匀出水，最终由出水管11排出。从而实现了凝聚、絮凝、澄清、沉淀、泥渣浓缩、泥渣自动回流及压力出水的有机集成。

在进水固体负荷变化时，可通过进水管33上的调节旋钮32改变泥渣的回流量，使初级絮凝反应区内泥渣浓度恒定，处理效果高效稳定。对于我国西北黄土高原地区以河流为水源的小城镇，水源常表现为夏秋高浊和冬春季低温低浊水，该设备可有效地解决现有设备存在的不足，出水浊度<1.5NTU的保证率能达到95%以上。

Claims (8)

1.一种一体化水质净化处理设备，其特征在于，包括外筒（9）和内筒（8），外筒（9）顶部有凸形封头（10），凸形封头（10）中心有出水口（11），外筒（9）底部有锥形底板（34）；在锥形底板（34）底部中心安装有搅拌电机（36）和减速器（35），减速器（35）上有搅拌轴（18），锥形底板（34）侧壁上设有排泥管（29），锥形底板（34）底部设有放空管（39）；

外筒（9）内部自上至下依次被分为清水区（1）、斜管沉淀区（2）、泥水分离区（3）、二级结团絮凝区（4）、初级絮凝反应区（5）和集泥区（6），内筒（8）和外筒（9）之间为泥渣浓缩区（7）；其中，清水区（1）设有集水板（12）；斜管沉淀区（2）内布置有斜管（14）；二级结团絮凝区（4）底部设有布水器（21）；初级絮凝反应区（5）设有助凝剂投加管（24）；集泥区（6）设有泥渣回流装置（25）和集泥槽（37），其中，集泥槽（37）和排泥管（29）连通，泥渣自动回流装置（25）上连接有进水管（33），进水管（33）上有混凝剂投加口（40）；泥渣浓缩区（7）设有螺旋斜板（20）；

搅拌轴（18）的顶端通过轴套（17）固定于斜管（14）的十字形支架（16）上，十字形支架（16）由外筒（9）壁上的支脚（15）支撑；搅拌轴（18）上安装有搅拌桨（19）和小型搅拌桨（23），其中，搅拌桨（19）位于二级结团絮凝区（4）内，小型搅拌桨（23）位于初级絮凝反应区（5）内。

2.如权利要求1所述的一体化水质净化处理设备，其特征在于，所述的集水板（12）上开设不同直径的圆孔（23），圆孔（23）的孔径由内向外依次增大，圆孔（23）分布密度也依次增大。

3.如权利要求1所述的一体化水质净化处理设备，其特征在于，所述的布水器（21）的形状是圆锥形板，在锥形板上设置孔径为50mm的圆孔（22），圆孔中心距为200mm，圆孔（22）分布由中心向四周逐渐变密且对称布置。

4.如权利要求1所述的一体化水质净化处理设备，其特征在于，所述的初级絮凝反应区（5）内的小型搅拌桨（23）采用变截面形式布置。

5.如权利要求1所述的一体化水质净化处理设备，其特征在于，所述的泥渣回流装置（25）分为上部的回流部分以及下部的调节部分，上部回流部分主要由喷嘴（28）、喇叭口（27）和喉管（26）组成；下部的调节部分主要由内管（29）、外管（30）和调节旋钮（32）组成，内管（29）上设有均匀细缝（31）。

6.如权利要求1所述的一体化水质净化处理设备，其特征在于，所述的螺旋斜板（20）的倾角采用60°，设置4个，对称布置，螺旋斜板（20）沿内筒（9）外壁向下延伸，其中一个螺旋斜板（20）底部延伸至集泥槽（37）内。

7.如权利要求1所述的一体化水质净化处理设备，其特征在于，所述的斜管（14）为六角蜂窝状，倾角为60°，管长1m，管径40mm。

8.如权利要求1所述的一体化水质净化处理设备，其特征在于，所述的搅拌桨（19）为3个，沿水流方向采用变截面形式布置，最上层的搅拌桨与内筒（8）上边缘的纵向距离为20cm。

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