CN105753121B - 一种可调式水处理混凝反应系统 - Google Patents
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- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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Abstract
本发明公开了一种适应原水水质水量变化的可调式水处理混凝反应系统，主要包括机械混合池和水力絮凝池，所述机械混合池与水力絮凝池间的高度差大于机械混合池与水力絮凝池间水头损失；所述水力絮凝池外围设有周边环绕式进水渠，上部设有出水渠，底部设有放空管和排泥管；所述机械混合池通过连接管道与所述周边环绕式进水渠相连通，连接管道上设有阀门，周边环绕式进水渠底部设有若干个进水管，进水管与水平方向形成夹角，且进水管设有若干个开孔。该发明可以根据实际的水质水量情况，通过装置本身的构造特点，并结合相应的调节方式，对G值进行调节，以起到更好的混凝效果，实现节能，具有良好的经济效益。
Description
一种可调式水处理混凝反应系统
技术领域
[0001] 本发明属于混凝反应装置制造及应用技术领域，具体是一种可根据水质水量进行 速度梯度调节的机械混合池-水力型絮凝池相结合的水处理混凝反应系统。
背景技术
[0002] 在给水处理过程中，自药水和水均匀混合直至大颗粒絮凝体形成的过程为混凝， 混凝由混合和絮凝两部分组成，且均通过相应的设备促进完成。其中，混合设备的基本要求 是:药剂与水的混合必须快速均匀。絮凝设备的基本要求是：原水与药剂混合后，通过絮凝 设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体，从而实现沉淀分离的目的。
[0003] 在絮凝阶段，主要依靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，通常以速度梯度G值和 GT值作为控制指标。
[0005] G——速度梯度，s—1
[0006] μ——水的动力粘度，Pa · s
[0007] p——单位体积流体所耗功率，W/m3
[0008] 当采用机械搅拌时，式中p值有机械搅拌器提供，当采用水力絮凝池时，式中p为水 流本身能量消耗。在混凝过程中，所施功率或G值愈大，颗粒碰撞速率愈大，絮凝效果愈好。 但G值增大时，水流剪力也随之增大，已形成的絮凝体又有破碎可能，所以必须控制好G值的 变化过程。絮凝过程中，絮凝尺寸逐渐增大，变化幅度达几个数量级。由于大的絮凝体容易 破碎，故自絮凝开始至絮凝结束，G值应逐次减小。采用机械搅拌时，搅拌强度应逐渐减小； 采用水力絮凝时，水流速度应逐渐减小。在机械混合过程可通过改变搅拌的转速进行G值的 调节;在水力型絮凝池中可通过控制水流流速进行对G值的调节。
[0009] 目前，我国常用的混合设备包括水栗混合，管式混合和机械混合。水栗混合，通常 用于取水栗房靠近水厂处理构筑物的场合，但间距超过一定范围时，原水在长距离管道输 送过程中，可能过早地在管中形成絮凝体，出现破碎难再聚集的现象，不利于后续絮凝;管 式混合，可能因流量过小，管内流速过低，出现混合不充分、混合效果不好的问题;机械混合 池的混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规模的水厂，可根据水质水量的情况灵 活调节搅拌速率以提高出水水质。
[0010] 絮凝池主要有机械搅拌式和水力搅拌式。机械搅拌式是利用电机或其他动力带动 叶片进行搅动，使水流产生一定的速度梯度，机械式搅拌式絮凝池中的水流能量全部由外 部提供，所需耗能较大;水力搅拌式絮凝池主要是利用水流自身能量，通过流动过程中的阻 力来给水流提供能量以实现絮凝作用，较机械絮凝池所需外部能耗较少。水力型絮凝池较 机械型更节省能耗，但现存的水力型絮凝池较机械絮凝池在调节性上较差。
发明内容
[0011] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种可调式 水处理混凝反应系统，可以根据实际的水质水量情况，通过装置本身的构造特点对速度梯 度进行调节，以起到更好的混凝作用，实现更好的节能效果。
[0012] 一种可调式水处理混凝反应系统，主要包括机械混合池和水力絮凝池，机械混合 池与水力絮凝池存在高度差，高度差需满足机械混合池-水力絮凝池间水头损失的要求；； 所述水力絮凝池外围设有周边环绕式进水渠，上部设有出水渠和底部设有放空管和排泥 管;所述机械混合池通过连接管道与所述周边环绕式进水渠相连通，周边环绕式进水渠底 部设有若干个进水管，进水管与水平方向形成夹角，且进水管设有若干个开孔。
[0013] 按上述方案，所述周边环绕式进水渠为若干个，沿水力絮凝池的垂直方向间隔独 立分布，从上到下分别环绕在水力絮凝池外围；所述连接管道的个数与周边环绕式进水渠 相同，每个周边环绕式进水渠均通过一个连接管道与机械混合池相联通。
[0014] 按上述方案，所述周边环绕式进水渠的进水管的管径、数量、长度、开孔的孔径、开 孔的数量及其与水平方向形成夹角均沿纵向方向呈梯度变化。具体地，所述相对位置低的 周边环绕式进水渠的进水管的管径更细，数量更多，长度更长，开孔的孔径更小，开孔的数 量更多，与水平方向形成夹角更大。为满足G值在絮凝过程中的变化情况，即由大到小的变 化，每层环绕式进水渠设置的进水管管径、进水管数量、进水管长度、进水管上开孔的孔径 和数量、与水平方向形成夹角均沿垂直方向呈梯度变化，即最底部设置的进水管管径最小， 数量最多，且长度最大，夹角角最大，进水管上开孔的孔径最小，开孔数量最多，其造成池内 最底层流速最大，G值最大;依次往上，进水管管径增大、数量减少、开孔孔径增大、开孔数量 减少、长度减少、夹角变小，流速逐渐减小，其相应G值也逐渐减小;可推，最上层的池内流速 最小，其G值最小。
[0015] 按上述方案，所述进水管与水平方向形成的夹角α、β和γ，夹角范围为5°<α<β< γ <60°〇
[0016] 按上述方案，所述进水管均匀分布在环绕式进水渠底部，直接伸入到水力絮凝池 内部。
[0017] 按上述方案，所述连接管道上均安设有阀门；所述连接管道的布置形式可采取垂 直方向上的交错布置或平行布置。通过阀门的开启程度可实现对水质水量的调节。当水量 很小时，减小阀门的开启程度，以增大连接管内的水流流速，维持絮凝池内的分层G值，确保 平均G值在范围内，保证其出水水质，当出水水质不好时，也可采用上述方式；当进水量很大 时，可适当增大阀门的开启程度，提高进水负荷，提升处理能力，当出水水质好时，可采用同 样的方法提升处理能力。
[0018] 按上述方案，所述连接管道的管径沿垂直方向呈梯度变化，由下往上逐步增大，也 可交错布置。
[0019] 按上述方案，所述机械混合池与外界进水管相连，所述出水渠与外界出水管相连。
[0020] 按上述方案，所述机械混合池内安装搅拌设备，以电动机驱动搅拌器使水和药剂 混合。原水进入水力絮凝池前，先在机械混合池内加入絮凝剂进行快速混合，可通过控制搅 拌设备的转速调节混合速率。
[0021] 按上述方案，所述水力型絮凝池的主体结构为直筒型，底部设有放空管和排泥管， 经絮凝后的水由出水渠进外界出水管流入下一构筑物或者外界。
[0022] 因依靠重力作用，实现水力絮凝，机械混合池与水力絮凝池存在高度差，根据实际 情况可设置不同差值，以实现较好的水力条件。设置的高度差需满足机械混合池-水力絮凝 池间水头损失的要求，可参照公式：
[0023] h = iL+ECv2/ (2g)
[0024] h--总水头损失，m;
[0025] i——管道坡度，0/〇〇;
[0026] L——管道长度，m;
[0027] ξ——阻力系数；
[0028] V一一管内流速，m/s;
[0029] g——重力加速度，取9.8，m/s2。
[0030] 根据本申请的可调式水处理混凝反应系统的结构，具体公式为：
[0032] h--总水头损失，m;
[0033] ii一一连接管的管道坡度，％〇;
[0034] I2一一进水管的管道坡度，％〇;
[0035] Li一一连接管的管道长度，m;
[0036] L2一一进水管的管道长度，m;
[0037] ξι一一连接管入口阻力系数；
[0038] ξ2一一连接管弯头阻力系数；
[0039] ξ3一一阀门阻力系数；
[0040] ξ4一一连接管出口阻力系数；
[0041] ξ5一一进水管入口阻力系数；
[0042] ξ6一一进水管出口阻力系数；
[0043] Vi一一连接管管内流速，m/s;
[0044] V2--进水管内流速，m/s;
[0045] g——重力加速度，取9.8，m/s2。
[0046] 利用机械混合池与水力絮凝池的高度差产生的重力作用，自发通过两池间的连接 管道流入絮凝池。由于沿垂直方向连接管道的管径呈梯度变化，底部的连接管道管径小，管 内水流速度大，上部管径大，管内流速小。再者，各个连接管道两端的高差值也不同，也影响 管内流速，底部管内流速加剧，上部管内流速放缓。所以由连接管道进入到进水渠中的水流 流速沿垂直方向呈梯度变化，底部进入进水渠的流速最大，逐渐递减，最上层的流速最小。 再者，每层环绕式进水渠设置的进水管管径、进水管数量、进水管长度、进水管上开孔的孔 径和数量、与水平方向形成夹角均沿垂直方向呈梯度变化，即最底部设置的进水管管径最 小，数量最多，且长度最大，夹角角最大，进水管上开孔的孔径最小，开孔数量最多，其造成 池内最底层流速最大，G值最大;依次往上，进水管管径增大、数量减少、开孔孔径增大、开孔 数量减少、长度减少、夹角变小，流速逐渐减小，其相应G值也逐渐减小;可推，最上层的池内 流速最小，其G值最小。在水力型絮凝池内，G值沿池体垂直方向呈梯度变化，底部最大，往上 逐步减小，最上层最小，满足絮凝体形成的要求，且平均G值在允许范围。
[0047] 与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0048] 1、本发明通过设置连接管道的布置及其阀门的开启程度，可调节进入絮凝池的水 流流速，并通过调节周边环绕式进水渠及其进水管的分布和各参数设置即可控制后续水力 絮凝池内G值，增加了水力絮凝的可调性;2、本发明中机械混凝池和水力絮凝池存在高度 差，可利用重力自发进水，实现水力絮凝，节省能耗，且采用机械混合池，混合快速效果好， 且不受水量变化影响，可根据实际的水质水量来调节搅拌器的转速以实现充分用能；3、本 发明总体上能根据实际的水质水量情况，进行对G值的调节，既可以满足颗粒的快速增长也 能减少大尺度颗粒的破碎，在提高了絮凝效果的同时降低了能耗和反应时间，对水质水量 适应力强，具有良好的经济效益。
[0049] 综上，本发明为改善现有水力型絮凝技术上的不足，实现G值可调的特点，提供了 一种将机械混合池和水力型絮凝池相结合的新型混凝反应装置。本发明可以根据实际的水 质水量情况，通过装置本身的构造特点，并结合相应的调节方式，对G值进行调节，以起到更 好的混凝效果，实现节能。
附图说明
[0050] 图1为本发明的工艺部分流程图。
[0051] 图2为本发明所述可调式水处理混凝反应系统的结构示意图。
[0052] 图3为水力絮凝池的剖视图。
[0053] 图4为本发明所述可调式水处理混凝反应系统的结构俯视图。
[0054] 图5为进水管及其开孔的示意图。
[0055] 其中：1、原水进水管；2、机械混合池；3、搅拌器;4、连接管道；5、周边环绕式进水 渠;6、进水管;7、水力絮凝池;8、出水渠;9、放空管；10、阀门；11、出水管;α、β γ，均为进水管 与水平方向形成夹角；12、排泥管。
具体实施方式
[0056] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本 发明不仅仅局限于下面的实施例。
[0057] 如图1所示，本发明对给水处理的混凝工艺部分的反应装置进行改造，工艺流程 为:原水通过原水进水管1进入机械混凝池2，投加絮凝剂，搅拌器3快速旋转，进行水与药剂 的快速混合加药混合，然后进入水力絮凝池，通过出水管11进入下一个工艺。
[0058] 以图2为例，一种可调式水处理混凝反应系统，包括机械混合池2和水力絮凝池7， 机械混合池2与水力絮凝池7间的高度差大于机械混合池2与水力絮凝池7间的水头损失;所 述水力絮凝池7外围设有周边环绕式进水渠5,上部设有出水渠8,底部设有放空管9和排泥 管12;所述机械混合池2通过连接管道4与所述周边环绕式进水渠5相连通，周边环绕式进水 渠5底部设有若干个进水管6,进水管6与水平方向形成夹角α、β、γ，且进水管6设有若干个 开孔。
[0059] 进一步地，周边环绕式进水渠5为若干个，沿水力絮凝池7的垂直方向间隔独立分 布，从上到下分别环绕在水力絮凝池7外围；所述连接管道4的个数与周边环绕式进水渠5相 同，每个周边环绕式进水渠5均通过一个连接管道4与机械混合池2相联通。
[0060] 进一步地，所述周边环绕式进水渠5底部设置的进水管6的管径、数量、长度、开孔 的孔径、开孔的数量及其与水平方向形成夹角均沿纵向方向呈梯度变化，使水力絮凝池内 的速度梯度从上到下梯度增大。具体地，所述相对位置低的周边环绕式进水渠5底部设置的 进水管6的管径更细，数量更多，长度更长，开孔的孔径更小，开孔的数量更多，与水平方向 形成夹角更大。
[0061] 进一步地，所述进水管6与水平方向形成的夹角α、β、γ，夹角范围为5°<α<β< γ <60°〇
[0062] 进一步地，所述进水管6均匀分布在环绕式进水渠5底部，直接伸入到水力絮凝池2 内部。
[0063] 进一步地，所述连接管道4上均安设有阀门10;所述连接管道4的布置形式可采取 垂直方向上的交错布置或平行布置。
[0064] 进一步地，所述连接管道4的管径沿垂直方向呈梯度变化，由下往上逐步增大。具 体地，管径范围为15mm〜50mm，连接管道的数量为四个时，管径可以分别为15mm、25mm、 40mm、50mm 〇
[0065] 进一步地，所述机械混合池2与原水进水管I相连，所述出水渠8与外界出水管11相 连。
[0066] 进一步地，所述机械混合池2内安装搅拌设备3，以电动机驱动搅拌器使水和药剂 混合。
[0067] 进一步地，所述水力型絮凝池7的主体结构为直筒型，底部设有放空管9和排泥管 12，放空管9便于检修，排泥管12便于排走絮凝池7底部积泥。
[0068] 进一步地，所述水力型絮凝池7与出水渠8相连，经絮凝后的水由出水渠8经外界出 水管11流入下一构筑物或者外界。
[0069] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的 保护范围。
Claims (8)
1. 一种可调式水处理混凝反应系统，其特征在于主要包括机械混合池和水力絮凝池， 所述机械混合池与水力絮凝池间的高度差大于机械混合池与水力絮凝池间水头损失;所述 水力絮凝池外围设有周边环绕式进水渠，上部设有出水渠和底部设有放空管和排泥管;所 述机械混合池通过连接管道与所述周边环绕式进水渠相连通，周边环绕式进水渠底部设有 若干个进水管，进水管与水平方向形成夹角，且进水管设有若干个开孔； 所述周边环绕式进水渠为若干个，沿水力絮凝池的垂直方向间隔独立分布，从上到下 分别环绕在水力絮凝池外围；所述连接管道的个数与周边环绕式进水渠相同，每个周边环 绕式进水渠均通过一个连接管道与机械混合池相联通； 所述周边环绕式进水渠的进水管的管径、数量、长度、开孔的孔径、开孔的数量及其与 水平方向形成夹角均沿纵向方向呈梯度变化，使水力絮凝池内的速度梯度从上到下梯度增 大。
2. 根据权利要求1所述的一种可调式水处理混凝反应系统，其特征在于所述进水管与 水平方向形成的夹角α、β和γ，夹角范围为5°<α<β< γ <60°。
3. 根据权利要求1所述的一种可调式水处理混凝反应系统，其特征在于所述进水管均 匀分布在环绕式进水渠底部，直接伸入到水力絮凝池内部。
4. 根据权利要求1所述的一种可调式水处理混凝反应系统，其特征在于所述连接管道 上均安设有阀门；所述连接管道的布置形式采取垂直方向上的交错布置或平行布置。
5. 根据权利要求1所述的一种可调式水处理混凝反应系统，其特征在于所述连接管道 的管径沿垂直方向呈梯度变化，由下往上逐步增大。
6. 根据权利要求1所述的一种可调式水处理混凝反应系统，其特征在于所述机械混合 池与外界进水管相连，所述出水渠与外界出水管相连。
7. 根据权利要求1所述的一种可调式水处理混凝反应系统，其特征在于所述机械混合 池内安装搅拌设备，以电动机驱动搅拌器使水和药剂混合。
8. 根据权利要求1所述的一种可调式水处理混凝反应系统，其特征在于经水力絮凝池 絮凝后的水由出水渠经外界出水管流入下一构筑物或者外界。
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