CN105585157B - 一种直立浸没式水质原位净化帷屏 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直立浸没式水质原位净化帷屏，属于水处理设备领域。其主要特征是所述帷屏主要由格网单元、帷屏净化单元、电机传动系统和支撑系统组成；所述格网单元是由网孔、栅齿、栅齿前钩和侧端铰链挂齿构成的格网组成；所述帷屏净化单元是由水质净化多功能帷幕制作屏芯、侧端活动铰链和外围屏框构成的屏扇净化模块组成；所述电机传动系统可带动格网单元垂向运动，并可带动帷屏净化单元水平方向运动；所述帷屏的工作方式为直立浸没于待处理原水中；所述帷屏具有原位净化水质的功能。其有益效果是适应范围广、水质净化效果好、易于操作和维护、长期运行性能稳定、环境友好。

Description

一种直立浸没式水质原位净化帷屏

技术领域

本发明涉及一种直立浸没式水质原位净化帷屏，属于水处理设备领域，特别适用于流量较大、污染物浓度较低、流速较慢条件下的水环境治理、饮用水预处理、水安全应急处理以及污/废水的深度处理中。

背景技术

当前水环境质量总体形势不容乐观，水污染问题仍然突出。据《2014中国环境状况公报》，全国423条主要河流、62座重点湖泊（水库）的968个国控地表水监测断面（点位）开展了水质监测，Ⅳ类、Ⅴ类、劣Ⅴ类水质断面分别占20.9%、6.8%、9.2%，主要污染指标为化学需氧量、总磷和五日生化需氧量；329个地级及以上城市开展了集中式饮用水水源地水质监测，取水总量为332.55亿吨，不达标水量仍占3.8%；4896个地下水监测点位中，水质为较差级、极差级的监测点比例分别为45.4%、16.1%；春季、夏季和秋季，全海海域劣于第四类海水水质标准的海域面积分别为52280平方千米、41140平方千米和57360平方千米；全国近岸海域301个国控监测点中，四类、劣四类海水分别占7.6%、18.6%，主要污染指标为无机氮和活性磷；全年主要废水中污染物排放总量化学需氧量为2294.6万吨，氨氮为238.5万吨。同时，中国是世界农药和化肥使用大国，农药的单位面积用量为世界平均用量水平的3倍，大量氮肥、磷肥、抗生素和农药进入地表水体后，造成“水体富营养化”或“藻灾”爆发、藻毒素释放等严重后果。近年监测调查显示，我国主要河流、湖泊等水域中，均存在一定程度的有毒有害有机污染物污染，仅长江和松花江流域就检测出107种有毒有害有机污染物，包括抗生素、环境激素、持久性有机物（POPs）、全氟有机物、多环芳烃（PAHs）等有毒有害物质，新型和有毒有害污染物风险增大。此外，近几年中国重大环境污染以及事故频频发生，水污染事故占一半左右。近年来社会经济发展导致水环境压力加大，水质问题得到了广泛关注，已经引起了行政部门和社会公众的高度重视。

目前我国已经或正在兴建数千座自来水厂和污水处理厂，水质净化技术与设备也得到了迅速发展。饮用水处理方面，已由占主导地位的“混凝-沉淀-过滤-消毒”传统工艺，进而逐渐开发并应用的预处理方法有氯气预氧化、高锰酸钾预氧化、臭氧预处理、生物滤池、生物塔滤、生物接触氧化、粉末活性炭吸附等和深度处理技术如臭氧-活性碳技术、膜分离技术、生物活性碳技术、吹脱技术以及研发中的超声空化技术和光氧化技术等。针对特殊水源的处理技术工艺也得到了广泛应用，如采用气浮或者生物预处理+活性碳深度处理除藻，接触氧化过滤除铁除锰，活性氧化铝吸附法、混凝沉淀法或电渗析法除氟等。当前我国在城市污水处理方面主要采用机械截流、物理沉淀、化学沉淀、化学氧化、传统好氧活性污泥法、A²/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺、生物膜法、厌氧活性污泥法等等。在工业废水处理方面，主要有膜技术、化学氧化、化学沉淀、活性炭吸附、离子交换、电化学等技术。在水环境治理和生态修复方面，物理工程措施、投加化学药剂、人工湿地、生态浮岛、生物浮床、生物接触氧化等技术得到了广泛应用。

然而，当前我国水处理学科的总体技术水平与国外的差距主要不是工艺的差距，而是水处理设备的差距。设备是限制工艺发展的瓶颈。要提高我国水处理产业化的水平，关键是要提高水处理的设备水平，特别是要提高特种水处理专用设备和新型水处理通用设备的水平。提高设备的优化配置，加强工艺与设备的深度融合，强调工艺与设备密切相关的理念是加速水处理设备产业发展的正确途径。

近年来，新材料不断被开发和应用到水质净化领域。活性炭纤维是继粉状粉末活性炭、颗粒活性炭之后的第三代高新吸附材料，是一种新颖、高效、性能稳定、用途多种的高科技产品，具有许多特异的性能，是吸附能力更强的吸附剂，具有广阔的发展前景。与目前常用的粉末及颗粒活性炭相比其含碳量高、比表面积大、微孔丰富，孔径小且分布窄，具有较大的吸附量和较快的吸附速度，再生脱附容易，工艺灵活(可制成纱、布、毡、纸等多种形态)。连续化活性碳纤维毡不受长度限制、选择性好、质量均匀、稳定、吸附容量大、强度高、不易粉化、不会造成二次污染，而且耐酸、耐碱、耐高温、无毒无味、吸脱附速度快、使用寿命长、形态多样、易深加工。活性炭纤维吸附容量较大，对水中的无机化合物、染料、苯酚等有机化合物及贵重金属离子都具有很好的吸附能力，对微生物及细菌也有良好的吸附能力，对低浓度吸附质的吸附能力特别优良。活性炭纤维的吸附容量是颗粒活性炭的数倍以上，用活性炭纤维制造的饮用水净化装置不仅净化效率高，而且处理量大，装置紧凑占地面积小，设备投资少，效益高。

离子交换纤维是继离子交换树脂后的一种新型功能材料，具有独特的化学及物理吸附和分离功能，它具有比表面积大、传质速快、阻力小、使用的形态多样化和易循环再生等优异的特性。一般来说，水处理用离子交换树脂具有以下优点：1）吸附能力强，吸附量大，吸附速度快，比粒状树脂快数倍，对难处理难降解物质具有较好的吸附效果；2）性能稳定，不与待处理水样中的其他物质发生化学反应；3）容易脱附和再生，可以反复使用；4）分离效率高，适用范围广，可以有效避免柱层堵塞等现象；5）便于二次加工，制成线、无纺布及各种织物形式，应用灵活，有利于实现交换分离装置的小型化、连续化。

总之，我国水质污染问题严重，现有水处理工艺和设备存在一定限制，与此同时新型高效净水材料正在被开发和应用到水处理领域，所以急需开发适用我国水质污染特征的新型高效净水设备和净水工艺。

发明内容

针对我国形势严峻的水污染问题且其往往呈现多重复合污染的特性，基于快速发展的新型高效净水材料，本发明对先进材料、先进技术和设备进行深度融合，开发一种直立浸没式水质原位净化帷屏。为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种直立浸没式水质原位净化帷屏，所述帷屏主要由格网单元、帷屏净化单元、电机传动系统和支撑系统组成；所述格网单元是由网孔、栅齿、栅齿前钩和侧端铰链挂齿构成的格网组成；所述帷屏净化单元是由水质净化多功能帷幕制作屏芯、侧端活动铰链和外围屏框构成的屏扇净化模块组成；所述电机传动系统可带动格网单元垂向运动，并可带动帷屏净化单元水平方向运动；所述帷屏的工作方式为直立浸没于待处理原水中；所述帷屏具有原位净化水质的功能。

所述格网单元由多片格网组成的平面无缝组件；每片格网尺寸长为1~5米、宽2~10米；单片格网通过侧端铰链挂齿拼接安装在格网支架上；格网支架的安装角度为60~90度；格网通过格网支架上的牵引链传动；格网拦截废渣在格网转过从动轮时重力脱落或通过底刷刷落于其下方的传送带上进行收集处理。

所述格网是由高强度有机复合材料制成；其网孔尺寸为Φ1~Φ5毫米；其开孔率大于50%；其栅齿尺寸长为5~20毫米、宽为2~10毫米、高为2~10毫米，栅齿间距为1~5倍栅齿宽度；其栅齿前钩宽为2~10毫米、高为5~25毫米。

所述帷屏净化单元是由多组屏扇净化模块组成的平面无缝构件；每组屏扇净化模块尺寸长2~5米、高5~20米；单组屏扇净化模块通过左右侧端活动铰链联接延长；每组净化模块通过顶部滚轮挂件和底部滑杆导轨固定在支墩上进行水平运动。

所述制作屏芯的水质净化多功能帷幕是由滤布、高强度多孔海绵、活性炭纤维、离子交换纤维其中两种或多种及其复合制品构成的层片式帷幕状净水材料；每组层片相对独立且各层能以不同速度相对移动。

所述支撑系统主要由两个或两个以上支墩和安装在其上的格网支架、屏扇支架、机座组成；相邻支墩间距可达5米以上。

所述帷屏工作时直立浸没于待处理原水中，过流速度小于0.2米/秒。

所述帷屏适用于流量较大、流速较慢、污染物浓度较低的污染水体的原位净化处理，包括水环境治理、饮用水预处理、水安全应急处理以及污/废水的深度处理领域。

有益效果

与现有水处理设备相比，本发明具有适应范围广、水质净化效果好、易于操作和维护、长期运行性能稳定、环境友好等优点，具体体现在以下方面。

1）适应范围广，具有原位净化功能，可以广泛应用于富营养化湖泊水、城镇生活污水、工业废水、中水回用和微污染或多重复合污染水源水的常规处理以及集中式饮用水水源地突发环境事件的应急处理；

2）高度集成了物理截留、高效沉淀、吸附架桥和离子交换等原理，具备了高效协同去除水中低浓度复合污染物的能力，可以有效避免滤层堵塞等问题，从而有利于获得长期稳定高效的水质净化性能；

3）使用高强度有机复合材料制作格网、由滤布、高强度多孔海绵、活性炭纤维、离子交换纤维制作水质净化多功能帷幕屏芯，构成了该设备的核心部件，化学性质稳定，不易与待处理水样中的其他物质发生化学反应；

4）应用形式灵活，有利于实现净水设备的原位处理、连续化，易于维护和管理，可连续运行；

5）生态环保，减少了污泥等固体废物的排放量，降低了二次污染物的产生。

附图说明

图1 直立浸没式水质原位净化帷屏结构示意图

图2 格网示意图

图3 帷屏净化单元示意图

指定图1为摘要附图

1——格网支架

2——牵引链

3——机座

4——主动轮

5——传动电机

6——从动轮

7——底刷

8——传送带

9——滚轮挂件

10——帷屏净化单元

11——滑杆导轨

12——支墩

13——栅齿前钩

14——栅齿

15——网孔

16——侧端铰链挂齿

17——侧端活动铰链

18——净化屏扇

19——屏框

具体实施方式

某城市内河宽15~40米，深2~5米，属于黑臭河道，劣V类水质标准。尽管该河道两侧均实施了截污管网工程，但仍有仍有少量生活用水和生活垃圾不时排进内河的现象，造成总磷、氨氮超标。其主要水质指标如下表。

指标

DO

COD

NH3-N

TN

TP

粪大肠菌群

值

2.8

46.5

2.1

2.4

0.45

40000

单位

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

（个/L）

采用本发明所示的直立浸没式水质原位净化帷屏来处理该河道。在该河段上游和中游最窄处分别使用拦截式直立浸没式水质原位净化帷屏设备，由三组各5米宽的屏扇横跨并联而成。在净化帷屏前端打捞粗大树枝等漂浮物，然后设置直立浸没形式的净化帷屏。净化帷幕的屏芯依次由滤布、高强度多孔海绵、活性炭纤维、离子交换纤维、滤布五层层片状材料构成；滤布分布于屏芯两侧，主要起到拦截过滤和支撑作用；每组层片保持相对独立，各层之间均能相对移动。工作时流经净化帷屏的过流速度为0.1~0.2米/秒。格网拦截废渣经干脱水干化后运送至垃圾填埋场进行填埋处置。

经处理后，该水体黑臭现象消除，水生生物中浮游植物多样性及清洁水体指示种增加， 浮游动物由原生动物为主转为轮虫为主， 鱼类、 底栖生物数量明显增多。水质好转，溶解氧明显升高，COD、氨氮、总氮、总磷均显著降低，粪大肠菌群显著减少，总体达到III类水质标准。处理后的水质指标如下表。

指标

DO

COD

NH3-N

TN

TP

粪大肠菌群

值

3.7

18.4

0.68

0.7

0.17

2000

单位

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

（个/L）

Claims (7)

1.一种直立浸没式水质原位净化帷屏，其特征在于所述帷屏主要由格网单元、帷屏净化单元、电机传动系统和支撑系统组成；所述格网单元是由网孔、栅齿、栅齿前钩和侧端铰链挂齿构成的格网组成；所述格网通过格网支架上的牵引链传动，其所拦截废渣在转过从动轮时重力脱落或通过底刷刷落于其下方的传送带上进行收集处理；所述帷屏净化单元是由水质净化多功能帷幕制作屏芯、侧端活动铰链和外围屏框构成的屏扇净化模块组成；所述电机传动系统可带动格网单元垂向运动，并可带动帷屏净化单元水平方向运动；所述帷屏的工作方式为直立浸没于待处理原水中；所述帷屏具有原位净化水质的功能。

2.根据权利要求1所述的直立浸没式水质原位净化帷屏，其特征在于所述格网单元由多片格网组成的平面无缝组件；每片格网尺寸长为1~5米、宽2~10米；单片格网通过侧端铰链挂齿拼接安装在格网支架上；格网支架的安装角度为60~90度。

3.根据权利要求1所述的直立浸没式水质原位净化帷屏，其特征在于所述格网是由高强度有机复合材料制成；其网孔尺寸为Φ1~Φ5毫米；其开孔率大于50%；其栅齿尺寸长为5~20毫米、宽为2~10毫米、高为2~10毫米，栅齿间距为1~5倍栅齿宽度；其栅齿前钩宽为2~10毫米、高为5~25毫米。

4.根据权利要求1所述的直立浸没式水质原位净化帷屏，其特征在于所述帷屏净化单元是由多组屏扇净化模块组成的平面无缝构件；每组屏扇净化模块尺寸长2~5米、高5~20米；单组屏扇净化模块通过左右侧端活动铰链联接延长；每组净化模块通过顶部滚轮挂件和底部滑杆导轨固定在支墩上进行水平运动。

5.根据权利要求1所述的直立浸没式水质原位净化帷屏，其特征在于所述制作屏芯的水质净化多功能帷幕是由滤布、高强度多孔海绵、活性炭纤维、离子交换纤维其中两种或多种及其复合制品构成的层片式帷幕状净水材料；每组层片相对独立且各层能以不同速度相对移动。

6.根据权利要求1所述的直立浸没式水质原位净化帷屏，其特征在于所述支撑系统主要由两个或两个以上支墩和安装在其上的格网支架、屏扇支架、机座组成；相邻支墩间距大于5米。

7.根据权利要求1所述的直立浸没式水质原位净化帷屏，其特征在于所述帷屏工作时直立浸没于待处理原水中，过流速度小于0.2米/秒。