CN103395872A - 低水头水力混凝工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种低水头水力混凝的工艺方法。它主要是通过在进水口上方设置线性喷淋穿孔管喷洒药剂，利用L型水力混合起旋器的导流、混合与起旋作用，同时利用悬浮活性泥渣层的接触絮凝作用，实现低水头的一体化水力混凝过程。与常规的混凝方法相比，本发明低水头水力混凝方法的混凝效率高，悬浮活性泥渣层絮凝和配水均衡，且加药量小，充分利用了水处理工艺流程本身就有的常规水位高差，不耗电，无任何活动部件，运行可靠，是一种高效节能简便的混凝工艺方法。

Description

低水头水力混凝工艺方法

技术领域

本发明涉及的是一种低水头水力混凝工艺方法，特别是利用L型水力混合起旋器的导流、水力混合、水力起旋与接触絮凝作用，实现药剂与水的充分混合和高效絮凝的一体化方法。

背景技术

在水处理领域中，混凝——沉淀是最基本的水处理方法或过程之一。在自来水行业，混凝——沉淀——过滤——消毒是最常规的处理方法，至今全世界绝大多数地表水源水厂采用该方法生产自来水；在污水深度处理工序中，混凝——沉淀是常用方式之一；在工业废水处理中，混凝——沉淀是重要的一种技术手段。为了实现混凝过程，首先要将药剂与水进行快速均匀的充分混合，然后进行相对温和的絮凝体相互接触较多的絮凝反应，让其生成大而密实的矾花絮体，以利后续沉淀工段进行有效沉淀。通常情况下，实现药剂与水充分混合的主要方式是：水泵叶轮剧烈混合、机械快速搅拌混合、管式静态混合器水力混合、跌水水跃混合等。前两者为机械类，后两者为水力类。但在一体化水处理工艺中，机械快速搅拌混合和跌水水跃混合两种形式最为多见。

实用新型专利申请《一种一体化净水器》（公告号CN 2512772Y，公告日2002.9.25），其装置的混合絮凝由搅拌机和三段涡流套筒完成，但该方法需要设置专门的搅拌机并需用电和有维修工作量，同时，该方法的絮凝时间短，絮凝效果一般，且圆形的斜管有效利用率低，高度受到工程应用限制，因而该方法难以放大到更大规模，难以成功运用到大面积矩形水池的斜管沉淀之中。而在目前规模相对较大的AO硅藻土污水处理工艺中，使用了较大规模水力循环澄清池、该水力循环澄清池的加药混合则是通过水泵叶轮混合，能耗较大，需要专门的水泵设备和水泵间。

发明专利申请《一种污水生化处理一体化装置、系统及工艺方法》（公开号CN 102923908A，公开日2013.2.13），该装置中水流在药剂喷淋穿孔管投加药剂后进行跌水水力混合，其混合强度不够充分，该装置中沉淀组件下方水体的絮凝体颗粒之间相互接触碰撞程度与力度不足，要达到合格的出水水质需要投加相对较多的药剂用量，另外，该装置在规模放大后配水效果变差，因而该装置的混合絮凝效果还有进一步提升的空间。

基于上述背景和各项公知技术的诸多不足，加上一体化混凝沉淀水处理装置低水头水力混合和悬浮接触絮凝反应的的实际需要，使得本发明申请应运而生。

发明内容

本发明的目的，是为了提出一种简便高效的、能够将澄清池上层澄清液加药后进行充分的水力混合，利用水力喷射接力带动悬浮活性泥渣层缓慢旋转的、节能型免维护的低水头水力混凝一体化工艺方法。

本发明是这样实现上述目的的。通过在澄清池出水槽上方位置设置加药喷淋穿孔管喷洒投加水处理药剂，利用澄清池出水槽水位高于斜管／板沉淀池水面的高差，通过依池壁设置L型水力混合起旋器，再配合适当加大斜管／板沉淀池的池深以留足下层悬浮活性泥渣层所需的空间高度，利用L型水力混合起旋器的导流、水力混合与水力起旋作用，借助处于缓慢旋流状态的悬浮活性泥渣层的接触絮凝作用，从而实现高效率的混合——絮凝一体化目的。

本发明低水头水力混凝工艺方法所采用的同期申请的L型水力混合起旋器，其结构包括：进水管、分水箱和附壁斜管，所述进水管经分水箱分流后分别和两附壁斜管相连，两附壁斜管分别和带有异径喷嘴的两L形弯管相连通，所述两L形弯管呈非对称布置。

所述分水箱内设双层穿孔板，双层穿孔板的孔口错开设置。

所述附壁斜管内设1～3级螺旋固定叶片，每级由1～3片相互搭接且空间垂直的固定叶片组成，使水流发生螺旋前进；相邻级螺旋固定叶片之间保持一定距离。

所述两L形弯管末端的异径喷嘴位于同一个水平面上并相隔一定距离，两异径喷嘴的喷出方向呈90°垂直。

本发明的技术独创性和技术可靠性主要集中体现在以下三个方面：

首先，利用公知技术与管式静态混合原理，创造性地在国内首次提出低水头水力混凝方法，从根本上解决了澄清池澄清液如何直接进行加药→混合→絮凝→沉淀的一体化问题。在此之前，水处理领域的澄清池澄清液要么是加药→机械搅拌混合或水泵叶轮混合→慢速搅拌絮凝、喷嘴朝上喷射的上下水力循环絮凝或网格絮凝→沉淀，要么就是喷淋加药→跌水水力混合→自然絮凝→沉淀；前者效果好但占地大、设备多、能耗高，后者简单但效果不理想且药耗相对较多，后者在小规模上应用上尚可，但规模扩大后混凝效果难以满足生产实际需要。

第二，本发明同时利用了4种快速混合方法，保障了药剂与水的高效混合。

① 利用加药喷淋穿孔管对进水口上部水槽中水流进行线性喷洒加药，之后水流通过水平相向汇集并急速改变方向朝下，第一次实现了快速混合；

② L型水力混合起旋器的分水箱中，其双层穿孔板由于是上下层孔口错开设置，水流通过上下短距离穿越绕行实现了第二次快速混合；

③ L型水力混合起旋器在附壁斜管内设置了1～3级螺旋固定叶片，利用公知的管式静态混合原理，让水流在管道内产生缩放激烈的变速运动和旋流运动，实现了第三次快速混合；

④ L型水力混合起旋器的出口异径喷嘴在内外水压差之下，水流经过缩放喷射而实现第四次快速混合和内外两种介质的卷吸混合。

本发明经过严格的科学计算，对每一环节的流速、流态进行分析，利用流体力学方程计算得出的结果是：控制L型水力混合起旋器的管内流速在0.5～0.8m/s范围、控制穿孔板孔口和螺旋叶片孔口及喷嘴流速在0.9～1.2m/s范围，即可获得混合效果好而进口、出口水头差小的综合平衡，符合工程实际应用，确保了理论与实践的一致性。

第三，最简洁的方式，往往也是最为可靠的方式。本发明构造巧妙简洁，主体设备L型水力混合起旋器采用方管或圆管设计，水流从进口到出口，环节与功能分区明确，充分考虑了防堵塞问题和便于施工安装等问题，不占用六角蜂窝斜管的有效面积，不会出现短流现象，也不妨碍六角蜂窝斜管的安装，确保了运行使用无忧。

本发明低水头水力混凝工艺方法，具有三点最明显的有益效果：

第一是简洁高效：本发明完全利用水力作用，不仅水头损失小，四重混合效果好，而且顺利实现了水力喷射起旋后充分的悬浮接触絮凝反应，获得了其它混凝方法无法获得的意想不到的混合絮凝效果。

第二是节能降耗效果显著：本发明是对澄清池或预沉池出水进行加药和混合絮凝，一是澄清液或预沉池悬浮物（SS）浓度低，本身需要的加药量小；二是L型水力混合起旋器混合效率高，使得加药量小；三是斜管／板下部的水力旋流实现了悬浮接触絮凝反应，充分利用了悬浮泥渣层的反复循环絮凝作用和螺旋上升流的接触絮凝作用，获得相同的絮凝效果而所需加药量小。三者合起来实现了总的低药耗、低能耗、低运行成本的目的。因此，本发明是真正意义上的水处理节能型混凝方法。

第三是运行可靠性高，运行效果好：本发明低水头水力混凝工艺方法所采用的L型水力混合起旋器构造简单，无任何机械活动部件和电动设备，不易损坏，基本无维护工作量，可靠性极高。应用到工程实践中，不仅明显节省了工程投资，节约了用地，降低了运行成本，而且实现了混凝与沉淀两个工序的真正一体化，极大地方便了运行管理。

上述各项优势充分表明，本发明低水头水力混凝工艺方法，不仅结构巧妙简洁、不占地，而且工程投资省、能耗药耗低、运行成本低、运行管理简单，适合在我国水处理行业中和新型城镇化建设中广泛应用。

附图说明

图1为本发明混凝方法工艺流程框图。

图2为本发明所用L型水力混合起旋器剖面结构示意图。

图3为本发明所用L型水力混合起旋器正立面装配示意图。

图4为本发明所用L型水力混合起旋器平面装配示意图。

其中：1—进水口、2—分水箱、3—双层穿孔板、4—附壁斜管、5—螺旋固定叶片、6—L形弯管、7—异径喷嘴、8—支撑件、9—澄清池、10—加药喷淋穿孔管、11—悬浮泥渣层、12—六角蜂窝斜管。

具体实施方式

实施例一

下面以附图及实施例为例，对本发明做进一步说明。

从图2、图3和图4中可以看出，本发明所用主体设备L型水力混合起旋器主要由进水口1、分水箱2、箱内双层穿孔板3、附壁斜管4、螺旋固定叶片5、L形弯管6、异径喷嘴7和支撑件8组成。该L型水力混合起旋器，其分水箱2中双层穿孔板3上下层孔口错开设置；附壁斜管4内设置2级螺旋固定叶片5；2个L形弯管6非对称布置；L形弯管6末端异径喷嘴7为水平方向；2个喷嘴出口在同一个水平面上并相隔一定距离，其喷出方向呈90°垂直。该设备可用金属材料或非金属材料制成。本实施例中为钢板焊接的方形钢管制成。

本发明低水头水力混凝方法的工艺流程是这样的：

1、澄清池9上清液通过加药喷淋穿孔管10进行线性喷洒加药后，汇入L型水力混合起旋器的进水口1，再经过方形管道进入下方的分水箱2内，由此完成第一次快速混合。

2、L型水力混合起旋器的分水箱2内中上部，设置有上下两层平行的穿孔板3，其上下层孔洞交错布置，孔洞直径可以为30mm～50mm，过小易于堵塞，过大难以起到混合作用，应根据流量、流速和孔洞数量确定孔径，但以不被污水中杂质堵塞为准，上下层孔径可以不同。水流通过上下短距离穿越绕行实现第二次快速混合。

3、水流从双层穿孔板3下方分流向两边的水平管道，经过弯头后进入附壁斜管4内，本实施例在2级螺旋固定叶片5的导向和收缩扩放作用下，水流在附壁斜管4内产生缩放激烈的变速运动和旋流运动，实现了第三次快速混合。

4、之后，水流继续向下进入L形弯管6和异径喷嘴7，在管道内外水压差作用下，水流以潜流形式喷射而出，经过激烈的缩放而实现第四次快速混合和内外两种介质的卷吸混合。

5、通过L形弯管6将水流从池面导入到水池下层空间，在2个相互垂直且相隔一定距离的异径喷嘴7的水力作用下形成接力式推流，使得六角蜂窝斜管12之下的悬浮泥渣层11发生缓慢旋转，如此反复循环并形成螺旋式的上升流，不仅使得六角蜂窝斜管12下层的配水变得均匀，而且起到了强化接触絮凝效果，絮凝体越变越大，大颗粒在重力作用下沉入下部排泥斗槽中，小颗粒絮凝体随水流上升进入六角蜂窝斜管12内，在浅层沉淀机理作用下得以沉降并顺斜管壁滑落去除，最终实现了高效的泥水分离。

本发明低水头水力混凝工艺方法通过上述步骤完成，该方法获得了简便高效的水力混合效果和最佳的絮凝效果，实现了最低能耗药耗和最好出水水质的目标。

实施例二

某污水处理厂污水处理量为1.2万m³／d，建有2座各6000m³／d的V型气提一体化污水处理池，采用本发明的低水头水力混凝工艺方法对一体化池澄清区中澄清液进行加药混合和絮凝处理，共设置了2套L型水力混合起旋器，其L形弯管6的口径规格为300×300mm，方管设计流速为0.77m/s，异径喷嘴7的喷嘴口径规格为240×240mm，喷嘴设计流速为1.21m/s，获得了良好的混凝效果和污水处理最终效果。其水质见下表。

污水处理厂设计进、出水水质表

项目

COD

BOD5

SS

TN

NH3-N

TP

进水水质(mg／L)

300

140

200

40

35

4

出水水质(mg／L)

≤50

≤10

≤10

≤15

≤5(8)

≤0.5

处理效率 (%)

≥83.3

≥92.9

≥95.0

≥62.5

≥85.7(77.1)

≥87.5

倘若该污水处理厂采用常规的混凝工艺方法，则需要配用2台立式桨叶快速搅拌机作为快速混合设备，以及2台低速搅拌机作为絮凝设备，并设置混合池和絮凝池；快速搅拌机单台功率N=1.5kW，慢速搅拌机单台功率N=0.75kW，每日混凝工段用电量108kW·h。因此，应用本发明低水头水力混凝工艺方法每年可节约电耗3.942万度，节能效果显著，且可节约工程投资和设备投资约30万元。本发明低水头水力混凝工艺方法对我国节能型社会的建立和新型城镇化给排水工程建设，具有明显的促进作用。

Claims (1)

1.低水头水力混凝工艺方法，其特征是：首先通过设置L型水力混合起旋器并配合加大斜管／板沉淀池的池深，然后以L型水力混合起旋器的导流、混合与起旋作用为主，以进水口上方线性喷淋穿孔管喷洒药剂利用水力跌落混合为辅，借助斜管／板下层水力起旋形成的处于缓慢旋流状态的悬浮活性泥渣层的接触絮凝作用，最终实现高效率的混合——絮凝一体化功能。

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