CN102784516B

CN102784516B - 一种一体式上向流水处理装置

Info

Publication number: CN102784516B
Application number: CN201210250030.9A
Authority: CN
Inventors: 张雪; 李孝兵; 程明; 蒋国荣; 李红; 周洵; 刘奔逸
Original assignee: NANJING ZHONGCHENG AUTOMATION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NANJING RUICHENG INFORMATION TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: CN102784516A

Abstract

本发明公开了一种一体式上向流水处理装置，包括斜管沉淀区、过滤区以及出水区，所述的斜管沉淀区设置在过滤区下端，在过滤区的上端设置所述的出水区，在所述的斜管沉淀区的下端设置有沉淀排泥区，在沉淀排泥区内设置有装置进水管，所述的装置进水管的出水端对应所述斜管沉淀区的斜管进水端；在所述的过滤区设置有滤料；在所述的斜管沉淀区和过滤区之间还设置有过滤配水区，在过滤配水区设置有清洗及反冲洗进水管；在所述的出水区的上设置有出水管。本发明提出了在斜管沉淀区和过滤区之间设置过滤配水区，从而形成了斜管沉淀及上向流过滤联合反冲洗技术，不但实现了滤池的良好处理效果，而且弥补了传统斜管沉淀技术的弊端。

Description

一种一体式上向流水处理装置

技术领域

本发明涉及一种水处理技术，特别适用于对工业和民用饮用水、污水、雨水径流处理，应用该项技术所生产的装置具有自动反冲洗功能，易于逆洗涤，处理方便，效果好，过滤装置出现故障时可以更短的时间内进行维修，同时具有可拆卸、可移动的性能，可以适用于水处理地点经常变化的场所（如施工废水、农村临时给水）。

背景技术

目前，常规工艺中沉淀、过滤等技术都存在相应的不足。对于沉淀而言，传统的竖向沉淀池、辐流式沉淀池、平流沉淀池，占地面积与构筑物体积较为庞大，单位面积的去除效率较低，以给水处理为例，处理负荷在1~2.3m³/(m².h)左右。为此部分学者研究出了斜管或者斜板沉淀池，降低了沉淀池的占地面积，处理负荷可以达到5~9m³/(m².h)，是平流沉淀池的4~5倍。然而在实际使用过程中，由于斜管及斜板的管径和间距较小，排泥一旦不畅就会引起堵塞，导致该技术在应用方面的限制，在污水处理和高藻污染的饮用水处理领域，该技术均不宜采用。堵塞及排泥问题是该技术发挥功效的主要限制性因素。传统沉淀池通过排泥管及排泥行车进行排泥，无法应用反冲洗系统，因而传统沉淀池就无法应用反冲洗系统进行排泥区清洁。此外，传统沉淀池（包括平流及斜管），池面面积较大（一般占地1200m²/座左右），在工艺中水量（2000m³/（座.h）左右）所占比重较大，水处理过程中不便中止运行，更谈不上中止运行后排泥区的反冲洗，因此传统沉淀池是无法与反冲洗技术结合，进行排泥区的污泥清理。

对于过滤技术而言，特别是砂滤大都采用的是下向流过滤技术，被过滤水依靠重力水头方式通过滤料，水中的污物被砂滤床吸附截流。由于重力原因，下向流过滤技术中的滤料反冲洗过后，常常会出现下层滤料粒径大（重），滤料间空隙大，上层滤料细小（轻），滤料间空隙小的水力分层现象。水力分层后，上层滤料间空隙小，水头损失大，消耗了大量的水头，截留污染物后就会导致过滤过程中整体水头损失增加迅速，缩短了反冲洗周期。由于上细下粗的分层现象，致使污染物仅截留在表面，底层滤料发挥不了截留效果，滤料的利用率相对偏低，过滤效果较差。当这种现象积累到一定程度，就会导致反冲时，滤料洗脱附不彻底，砂滤床堵塞，表层细滤料流失。遇到这种情况，就需要更换滤料，完全靠人工淘出及铺垫，工作量大，而且十分麻烦。为了尽量提高滤料污染物脱附效果，只能采取提高冲洗强度的办法，这样会降低滤料的使用寿命。对于多层滤料而言，加大反冲洗强度会加重滤料的混层，引起过滤失效，恢复同样相当麻烦。

为此国内外学者在理论研究中，提出了上向流过滤技术的概念。相比之下上向流操作方式可以降低过滤的水头损失，延长过滤周期，提高滤料的利用率，优化了传质条件。但是上向流滤池，尤其是上向流砂滤池多数停留在理论阶段，实际应用的较少，只是在活性炭滤池中略有体现。这是由于现有的上向流滤池，特别是上向流砂滤池出水浊度高，滤层反冲洗不易干净等缺点，限制了使用空间。流速低没有一定的膨胀率不能达到良好的传质条件，但流速高，滤料膨胀厉害，使出水中小颗粒物非常明显，这在一定程度上限制了上向流过滤装置的推广与应用。因此随着各种水质标准的不断提升，管理及技术要求的不断提高，传统的下向流及上向流过滤技术都存在较大弊端，难以适应新的水质、管理及运行的要求，在原有技术上进行创新改进，开发新的处理技术势在必行。

此外，在建造方面，传统技术下的装置一般是由土建构筑物筑建而成，用户需要根据自己的水质水量特点邀请设计院进行设计，再邀请施工单位修筑，流程复杂，周期长，这给用户带来了不必要的负担。运行方面，传统的下向流过滤装置多为户外构筑物，易受气温、光照、降雨等外在条件的影响，运行条件及自动化集成水平不高，影响运行效率。此外这种传统固定的土建构筑物形式的滤池，建造成本较高，不能适应，停留时间短需要经常移动的施工工地的污水处理，灵活性不够。

针对以上问题，特别研究并提出一种一体式上向流水处理技术，综合了吸收并优化了斜管沉淀技术，上向流过滤技术，并增添新型反冲洗技术，融合而成了一种一体式上向流水处理技术。该项技术充分地发挥了斜管沉淀池的高处理负荷，低占地面积，上向流过滤技术低能耗、反冲洗周期长、高效率的优点，同时也解决了斜管沉淀易堵塞，上向流过滤出水差、过滤周期短、运行不便的缺点，是一项具有很好发展前景的新技术。同时该技术可以采用组建的形式得以实现，降低建设难度，改善运行条件，提高管理效率。

发明内容

技术问题

为了解决以上问题，对现有处理技术不足之处进行改进。旨在解决传统斜管沉淀易堵塞，上向流过滤出水差、过滤周期短、运行不便的缺点，并将二者优势结合在一起共同提高水处理效率，同时该项技术可以通过组建形式得以发挥，可以解决传统技术建设周期长以及自动化程度不高的缺点。

技术方案

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种一体式上向流水处理装置，其特征在于：包括斜管沉淀区、过滤区以及出水区，所述的斜管沉淀区设置在过滤区下端，在过滤区的上端设置所述的出水区，在所述的斜管沉淀区的下端设置有沉淀排泥区，在沉淀排泥区内设置有装置进水管，所述的装置进水管的出水端对应所述斜管沉淀区的斜管进水端；在所述的过滤区设置有滤料；在所述的斜管沉淀区和过滤区之间还设置有过滤配水区，在过滤配水区设置有清洗及反冲洗进水管；在所述的出水区的上设置有出水管。

所述的斜管均匀布置。

在所述的过滤配水区的清洗及反冲洗进水管上方设置有反冲洗布水面板。

在所述的过滤区滤料上端还设置有一滤料平衡压板。

压板的密度ρ_p为：

其中，m_p-压板的孔隙率（厂家提供），m_s-滤料未膨胀状态下的孔隙率（2~5%）；ρ₀-水的密度，ρ_s-滤料密度，g/cm³；L_p-压板的厚度，L_s-滤层膨胀状态下的厚度，cm；d_s-与滤料颗粒体积相同的球体直径，cm；-滤料颗粒球形度系数；e-滤料的膨胀率，%；μ-水的动力粘度，pa.s。

在所述的过滤区设置有整体滤料填充盒，在整体滤料填充盒内填充有整体滤料。

本发明将斜管沉淀技术与管孔均匀布水技术进行了融合，对斜管进行均匀布置，将其作为后续工艺（过滤）的布水系统，用斜管进行后续工艺的布水。由于斜管具有良好的沉淀效果，沉淀效率是普通平流沉淀池的数倍，可以在有限的空间内发挥高效的沉淀效果。使其对水中的浊度进行初步分离，将大颗粒物通过沉淀的作用加以去除，以降低后续工艺的处理负荷，延长过滤周期。因此，该项技术的融合，不但节省了常规的过滤的布水系统，达到了均匀布水的目的，而且可以对水中污染物进行初步去除，提升过滤的除浊效果并延长过滤周期。

本发明采用了上向流滤池过滤技术，滤料在平衡压板的作用下处于微膨胀状态，因而水头损失小，能耗低。处于微流化膨胀状态下的滤料利用充分，污染物会与滤料层接触更加充分，不会出现下向流技术中表层滤料负荷过重，深沉滤料得不到充分利用的现象，该技术具有反冲洗周期长，滤料的利用率高，得水率高，可以节约水量与电耗等诸多优点。

本发明处理装置将斜管沉淀区和过滤区连成一个整体，在被处理水中投加一定量的混凝剂（如硫酸铝）后，就形成了二次絮凝，即首次在斜管沉淀区絮凝一次，然后在过滤区进行第二次絮凝，该技术作为深度处理措施进行水处理后，使减低水中污染物的稳定性，构造大的絮体来聚集水中的污染物，使小颗粒物聚集成大颗粒物，增大颗粒物粒径，从而提高后续工艺（沉淀和过滤）的处理效果。

本发明创造性地提出了微膨胀过滤理论，并形成了关键技术。传统上向流过滤装置，因为受水量与流速影响，滤料处于膨胀、压缩的脉冲交替状态。流化状态不稳定，使得滤料间的空隙忽大忽小，致使污染物较易穿透滤料层，导致出水效果不稳定，出水水质差的缺点。而且在实际使用过程中，由于进水水量的波动，导致这种受水流影响的脉冲状态难以解决，进而导致传统上向流的技术缺陷。本发明采用了均匀布水和滤料压板配重的两种计算来稳定滤料膨胀状态。（1）应用前面叙述的管孔均匀布水技术，对进水进行均匀布水，提高水流稳定性。（2）针对滤料的密度和平均进水水量，计算出配重压板的重量来降低滤料受水流的影响，使滤料始终保持在微膨胀状态，滤料与滤料间只保持微小空隙，以提高出水水质。（3）进水配合水量调节阀，稳定进水水量（恒定流量进水），进一步稳定滤料的微膨胀状态。

本发明创造性地提出了在斜管沉淀区和过滤区之间设置过滤配水区，从而形成了斜管沉淀及上向流过滤联合反冲洗技术，一项技术两方面使用，既可以反冲洗滤料，也能够清理沉淀斜管中的积泥。不但实现了滤池的良好处理效果，而且弥补了传统斜管沉淀技术的弊端，实现了斜管沉淀能够应用反冲洗技术的突破，同时也实现了反冲洗技术的突破。应用气冲、汽水联合反冲、水冲来提高斜管沉淀区、过滤区的反冲洗效果，延长滤料的使用周期。传统的斜管沉淀，一般是靠沉淀物的自然沉淀来达到排泥的目的，常常会导致斜管的积泥现象，影响沉淀效果，导致其不能处理高藻和污水。而本发明应用了放冲洗技术避免了该项弊端，汽水反冲可以有效地去除斜管中的各类污染物，采用反冲洗系统来清除沉淀区的沉泥，保证沉淀区的沉淀效果，避免了传统斜管沉淀池不能处理高藻和污水的弊端。此外，气冲、水冲、气水冲效果良好，可以提高滤料的冲洗效果，从而达到滤料脱附效果，提高装置的运行效果。

本发明集上向流斜管沉淀、管孔均匀布水、上向流过滤、二次絮凝、微膨胀过滤及斜管沉淀及上向流过滤联合反冲洗于一体，进行有机整合，从而形成了本发明的一种新的一体式水处理处理装置，在国内外均未曾报道，创新性明显。

本发明以组件的形式构建，其中过滤部分采用了滤料通过整体滤料填充盒固定放置的方式与滤器分离的构建方案，并采用整体滤料的概念构建过滤体，过滤体与过滤器是安装组合而成的，当过滤体中的滤料不符合要求时，只需将其整体拆除更换即可，如以处理水中浊度为主的用户可以采用石英砂过滤体，以处理水中有机物为主的用户可以采用活性炭或者吸附树脂过滤体，以软化水中硬度为主的用户，可以采用软化树脂过滤体。这使得该装置使用方便，满足了不同用户的需求。

组建的构建形式，改变传统土建浇筑现状，使得过滤不再是一个庞然大物。用PVC材料制作成无数个小规模的过滤组建。业主只需根据自身水量的大小，计算出组建数量，并根据组建数量购买足够的组建，通过软管相互连接即可使用。这种模式不但满足了小水量用户的需求，而且也缩短了大水量用户的的建设周期，安装后处理厂区整齐划一，美观大方。本发明配备了自动化仪表和监控设备，便于用户的集中控制，提高运行效率。

有益效果

对于饮用水处理而言，原水浊度较低的原水（通常浑浊度<100NTU），传统沉淀效果并不明显，因而较多水厂会采用微絮凝，加混凝剂后直接过滤的方式，这种缺乏沉淀的过滤会使得滤池负荷增加，缩小过滤周期。斜管沉淀式的布水方式，保留了沉淀的功能，降低大颗粒污染物对滤池过滤周期的影响，又保证了上向流过滤的均匀布水。

膨胀率控制在2~5%，属于微膨胀状态，砂粒之间的空隙较小，既保证了上向流的截留过滤效果，又降低了传统重力流过滤的水头损失，从而降低相应的能耗。与传统上向流的过滤相比，微膨胀过滤出水水质可以提高50%左右（以浑浊度计量），而与传统重力流微膨胀上向流可以比重力流降低2~3m的过滤水头损失，因而是一种极佳的运行方式。

反冲洗进水管设置在斜管沉淀区与过滤区之间，通过阀门的切换达到两者反冲洗。反冲洗过程中会采用气冲-气水联合反冲洗-水冲的模式来冲洗滤料及沉淀区域斜管，效果可以得到有效保证。具有反冲洗的斜管沉淀，可以有效疏通堵塞的斜管，经济有效，可以有效弥补斜管沉淀缺陷，可以改变斜管沉淀不能去除高藻水的传统模式。

沉淀区域的滤料压板可以很好地控制滤料的膨胀状态，使得滤料受力在同一水平面上，已达到均匀控制滤料空隙的目的。

过滤装置较为灵活，进水水量、进水压力和内部填料都可以根据需求进行调整，可以根据工程需要进行功能性调整，以满足生产需要。

附图说明

图1传统上向流过滤滤料膨胀状态及水流状态。

图2微膨胀状态下的滤料膨胀状态及水流状态。

图3整体滤料结构示意图。

图4本发明水处理装置结构示意图；

图5平衡压板结构示意图。为滤料的压板，用于稳定滤料膨胀是的受力及出水平衡；

图6斜管沉淀区A-A剖面图；

图7装置装配使用图。

其中：1、斜管沉淀区，11、斜管，111，斜管进水端，2、过滤区，21、滤料，22、滤料平衡压板，23、整体滤料填充盒，24、过滤区外壳，25、滤料支撑，26、提手，3、过滤配水区，31、清洗及反冲洗进水管，32、反冲洗布水面板，4、沉淀排泥区，41、污泥斗，42、排泥管，5、出水区，51、出水管，52、收集端头，6、装置进水管，7、管道静态混合器，8、被过滤水，9、过滤出水。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施作进一步说明，一体式上向流水处理装置，包括斜管沉淀区1、过滤区2以及出水区5，斜管沉淀区1设置在过滤区2下端，在过滤区2的上端设置出水区5，在斜管沉淀区1的下端设置有沉淀排泥区4，在沉淀排泥区内4设置有装置进水管6，装置进水管6的出水端对应斜管沉淀区1的斜管进水端111；在过滤区2设置有滤料21；在斜管沉淀区1和过滤区2之间还设置有过滤配水区3，在过滤配水区3设置有清洗及反冲洗进水管31；在出水区5的上设置有出水管51。斜管沉淀区1内的斜管11均匀布置，其剖面图如图6所示。

被处理水在进入装置进水管6前，可以根据水质情况投入相应的混凝剂，混凝剂由配备的管道静态混合器7混合（图4），随后从装置进水管6进入，经过斜管沉淀区1进行沉淀处理，沉淀下来的沉泥由排泥管42排出，沉淀后的水流经滤料21过滤，进而从出水管51排出。反冲洗时，关闭装置进水管6及排泥管42阀门，打开出水管51阀门，从清洗及反冲洗进水管31通入清水、压缩空气进行滤料的反冲洗，清水清洗滤料后从出水管51排出。此外当沉淀区污堵严重时，可以关闭出水管51和装置进水管6，打开排泥管42阀门，打开出水管51阀门，从清洗及反冲洗进水管31通入清水、压缩空气进行滤料的，从清洗及反冲洗进水管31通入清水、压缩空气进行沉淀区域的反冲洗，清水清洗斜管沉淀区后从排泥管42排出，从而达到沉淀区的清洁。

滤料可以采取整体滤料的方式，结构图如图3所示，在过滤区外壳24内加工两个滤料支撑25，然后将滤料21填充在整体滤料填充盒内，并在滤料填充盒23上端连接把手26，通过把手26将滤料填充盒23放置在滤料支撑25上。需要更换滤料时，只需通过手提把手即可完成滤料的更换。

压板根据滤料密度不同配备的重量均不一样，主要根据进水流量、压力来限制滤料的膨胀程度，使滤料始终保持在微膨胀状态，以提高出水水质。

（1）应用案例1

将过滤区填入石英砂整体滤料，进行饮用水常规处理手段，沉淀与过滤的完美集合，可以大大降低水厂的占地面积，优化的反冲洗手段，解决了斜管沉淀无法处理高藻水的弊端，该装置也可以作为超滤膜的预处理，作为超滤膜的保安过滤设施。此外，整体滤料技术可以大大降低滤料的更换工作量，提高工作效率。

（2）应用案例2

将过滤区填入活性炭，接在常规处理工艺之后，作为深度处理工艺使用，以去除水中的有机污染物，降低后续消毒副产物的生成量。

（3）应用案例3

将过滤区填入吸附树脂整体滤料，放置在小区中水回用项目上。生活小区用地较为紧张，常规混凝沉淀、过滤设施占地面积较大，管理较为不便，同时小区中水回用水质要求不如饮用水。采用塑料粒子滤料，可以提高过滤速率，减少装置数量，降低占地面积，以实现应用效果。同时本装置较易实现自动化运行，较易管理与维护，较为合适缺乏水处理专业人员的小区中水回用处理。

（4）应用案例4

将过滤区填入石英砂或吸附树脂整体滤料，作为工程建设项目现场污水处理设施。工程建设现场的污水处理一直是我国污水治理的一项难题，由于项目场地变换频繁，固定的污水处理设施势必不可行，而本装置可以随拆随走，处理效果好，管理维护可以实现自动化，较为合适工地污水处理，来保护国家的生态环境。

（5）应用案例5

作为占地紧张的污水处理厂提标改造设备，接入传统二次沉淀池后，配合混凝剂，进一步去除污水中的TP、SS及微生物等。

Claims

1.一种一体式上向流水处理装置，其特征在于：包括斜管沉淀区、过滤区以及出水区，所述的斜管沉淀区设置在过滤区下端，在过滤区的上端设置所述的出水区，在所述的斜管沉淀区的下端设置有沉淀排泥区，在沉淀排泥区内设置有装置进水管，所述的装置进水管的出水端对应所述斜管沉淀区的斜管进水端；在所述的过滤区设置有滤料；在所述的斜管沉淀区和过滤区之间还设置有过滤配水区，在过滤配水区设置有清洗及反冲洗进水管；在所述的出水区上设置有出水管；在所述的过滤区滤料上端还设置有一滤料平衡压板，压板的密度ρ_p为:

其中，m_p-压板的孔隙率(厂家提供)，m_s-滤料未膨胀状态下的孔隙率(2-5％)；ρ₀-水的密度，ρ_S-滤料密度，g/cm³；L_P-压板的厚度，L_S-滤层膨胀状态下的厚度，cm；d_S-与滤料颗粒体积相同的球体直径，cm；滤料颗粒球形度系数；e-滤料的膨胀率，％；μ-水的动力粘度，pa.s。

2.根据权利要求1所述的一体式上向流水处理装置，其特征在于：所述的斜管均匀布置。

3.根据权利要求1所述的一体式上向流水处理装置，其特征在于：在所述的过滤配水区的清洗及反冲洗进水管上方设置有反冲洗布水面板。

4.根据权利要求1、2或3所述的一体式上向流水处理装置，其特征在于：在所述的过滤区设置有整体滤料填充盒，在整体滤料填充盒内填充有整体滤料。