CN108328786B - 一种水处理装置及水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水处理装置，包括:沿水流方向依次连通设置的进水池、混合池、反应池、过渡池、沉淀池；所述的混合池底部设置有微孔曝气盘，所述的反应池内竖直地设置有导流筒，在所述的导流筒内部设置有桨式搅拌机，导流管用以连通所述的混合池底部与导流筒底部；所述的反应池底部形成有与过渡池连通的出水通孔，所述的过渡池内设置有导流墙，所述的导流墙的前侧的流道上设置有前网格。混合池采用微孔曝气进行空气搅拌，取代桨式搅拌机进行搅拌的方式。微孔曝气穿透性强，有助于混合池内水体的湍流程度，增加污染物与絮凝剂的接触几率，同时避免了污泥沉积在混合池的问题。

Description

一种水处理装置及水处理方法

技术领域

本发明涉及给水处理领域，特别涉及一种水处理装置及水处理方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，我国饮用水水源水也遭受着日益严重的破坏，水体水质恶化，而随着人们生活水平的提高，人们对饮用水水质要求也越来越高。我国于2006年颁布了新的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)，对水厂出水水质要求更加严格，增加了水处理的难度和复杂性。面对如此严峻的水处理现状，现有的常规饮用水净化工艺很难满足高标准的水质要求，但我国现阶段仍有超过90％的饮用水处理工艺采用的是常规水处理工艺。

因此，如何升级改造或改善常规处理工艺的效能是我国水处理领域如今函待解决的技术难题。常规的饮用水处理工艺包括:混凝、沉淀、过滤、消毒。混凝过程是给水处理工艺中最关键的部分，其处理效果的好坏直接影响后续单元的处理效果，所以混凝过程一直是业内研究和应用的焦点之一。改善和强化混凝过程是提高饮用水处理效果的最重要的途径之一。

在这方面，国内外已经开展了多种技术的研究和应用，其中在原水中投加泥液、污泥、微砂等物质，提高原水混凝过程所需的载体数量，是提高混凝速度、改善絮凝体凝结程度、提升低温低浊水体处理效果、提高污染物去除率的有效方法。在多年前研究人员和水厂就已经在低温低浊的原水中投加泥液，以增加胶体颗粒与混凝剂的反应速度，提高混凝效果。近年来国外在这方面取得了比较大的进展，研发和应用了多种介质添加方式的强化混凝工艺，具有代表性的主要是法国得利满公司的Densadeg高密度沉淀池、德国帕萨旺-洛蒂格公司的Turbo-LME高速沉淀池、法国威立雅公司的Actiflo高效澄清池等。上述工艺在国外已经应用多年，近年来在国内的多个水处理领域也逐步得到应用。由于我国的水源水质多样，污染程度较重，国内尚没有建立相关的行业设计规范、标准等，该工艺在实际应用过程中还不能得以大规模推广。

针对我国的水质情况和处理工艺现状，有必要对这些典型高效混凝沉淀工艺的工程设计特点和适用性进行对比和分析。

在实现本发明的过程中，发现至少存在如下问题：

1.高效混凝沉淀池是一种高效的水处理设备，但目前存在的问题是絮凝剂适应能力较差，处理效果不稳定的缺陷。

2.由于我国各地区的水体水质不尽相同，该工艺在实际运行中还存在污泥成分及污泥浓度不易掌控，回流比需要调试设定等不足之处。

3.实际的沉淀情况总是偏离理想的沉淀假设，沉淀池内总会存在不同程度的死角、短流、异重流等影响出水水质的因素。

4.沉淀区内的流态并不理想，存在着异重流、短流及漩涡现象，这势必会影响矾花的沉降效果。

发明内容

本发明的目的是提出一种占地面积小，处理效率高的水处理装置。

本发明的目的是提出一种适用于处理低温低浊水、低温高浊水、微污染水的水处理装置。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种水处理装置，包括:

沿水流方向依次连通设置的进水池、混合池、反应池、过渡池、沉淀池；

所述的混合池底部设置有微孔曝气盘，所述的反应池内竖直地设置有导流筒，在所述的导流筒内部设置有桨式搅拌机，导流管用以连通所述的混合池底部与导流筒底部；所述的反应池底部形成有与过渡池连通的出水通孔，

所述的过渡池内设置有导流墙，所述的导流墙的前侧的流道上设置有前网格。

根据本发明的另一个方面，所述的沉淀池包括设置在底部的刮泥机以及设置在刮泥机上方的斜板或斜管，所述的斜板或斜管的底部前方设置有挡板。

根据本发明的另一个方面，所述的导流墙为弧形。所述的导流墙后侧的流道上设置有后网格。

根据本发明的另一个方面，所述的混合池为与进水池对应溢流式连通的两个，所述的反应池和过过渡池分别为对应设置的两个，两个所述的过渡池连通至同一斜板沉淀池，所述的进水池、混合池、反应池、过渡池和沉淀池为对应的矩形。

根据本发明的另一个方面，还包括与沉淀池底部连通的污泥处理机构，所述的污泥处理机构包括回流至混合池底部的回流污泥管，以及设置在混合池内的污泥浓度计。

一种利用所述的水处理装置的水处理方法，包括以下步骤，

1)进水池的原水溢流至混合池，

2)在混合池内投加混凝剂，并通过曝气使水体中悬浮物与混凝剂及回流污泥快速混合形成小的絮体；

3)自导流管进入反应池的导流筒内，在搅拌机搅拌下水体悬浮物与助凝剂进入小的絮体形成更大的絮体，自导流筒顶部流入反应池内形成高密度絮体；

4)自反应池底部进入过渡池，经前网格缓流及后网格布水后进入沉淀池；

5)水体的大颗粒絮状物进入底部，水体自底部进入斜管或斜板后上清液排出。

本发明的水处理装置的有益效果为:

一、混合池采用微孔曝气进行空气搅拌，取代桨式搅拌机进行搅拌的方式。微孔曝气穿透性强，有助于混合池内原水的湍流程度，增加污染物与絮凝剂的接触几率，同时避免了污泥沉积在混合池的问题。

二、过渡池与沉淀区进口处设有前网格，使得水力有效分布开来，从而进一步提高配水状态，防止水流出现短路而影响沉淀实际效果。多层前网格消耗了水流能量，有效减小水体流速，降低出水湍流程度，防止絮体在此过程中出现破碎现象，保证颗粒大的絮体沉淀到池底，从而保证泥水有效分离。

三、过渡池弧形导流墙的设计。将导流墙改为弧形后，部分来水在沉淀区内形成循环流动，水力停留时间延长，并能通过控制水流流型的稳定性，以降低来水与底部沉积的污泥之间发生相对运动的速率，从而能减轻池底的异重流现象，减轻斜板的回流现象，减小出水的污泥浓度，使出水效果变好。

四、在斜板底部前端设置0.75m的挡板。来水经斜板区挡板潜入池底，此时流态相当于沉淀池下端进水，水流由下至上纵向运动，随着动能的耗散，来水将向上流，形成一个回流区，增加水力停留时间，矾花沉降时间随之增加，从而提高沉淀物除去效率。且挡板的设置在很大程度上抑制斜板前端短流。

五、指形槽进水采用孔口式集水槽，因为其受水头变化影响最小，最易实现均匀出水，是较为理想的集水方式。

六、在前、后网格、弧形墙以及挡板联合作用下，有效防止水体进入斜板沉淀区后垂直下落，冲击沉淀区污泥，带动周围水体产生涡旋，部分进水未经过沉淀就直接排出，不利于沉淀；水流直接冲击池底污泥层，污泥絮体被扰动而浮起，大大影响出水水质。因此，这些改进措施有效改善了常规斜板沉淀区异重流的问题。

附图说明

图1是本发明的水处理设备的剖面图；

图2是本发明的水处理设备的底层平面示意图；

图3是本发明的水处理设备的上层平面示意图；

1、闸阀，2、曝气盘，3、风管，4、导流管，5、导流筒，6、桨式搅拌器，8、前网格，9、挡板，10、斜板，11、刮泥机，12、指形槽，15、剩余污泥管，16、回流污泥管，17、剩余污泥泵，18、回流污泥泵，19、加药管，20、泥斗，30、进水池，40、混水池，50、反应池，60、过渡池，70、沉淀池，71、后网格，80、污泥泵房。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面，结合说明书附图，对本发明进行进一步的说明。

实施例一

本发明公开了一种水处理装置，包括:

沿水流方向依次设置的进水池30、混合池40、反应池50、过渡池60、沉淀池70；其中，进水池设进水闸阀1，方便检修。混合池40底部设置有多个呈矩阵布列的微孔曝气盘2，反应池内设置有受驱动旋转的导流筒5，在导流筒5内部设置有桨式搅拌机6，混合池底部设置有连通至导流筒底部的导流管4；反应池底部形成有与过渡池连通的出水通孔，

过渡池内设置有导流墙，导流墙的前侧的流道上设置有前网格8，优选，前网格为上下间隔设置的两层，如网格孔眼间距为80mm×80mm，其水平地或者包括倾斜角度地设置在导流墙和反应池的池壁之间。曝气盘采用膜片式微孔曝气装置，具体可选用260mm膜片式微孔曝气装置，该装置曝气气泡直径小，气液界面积大，气泡扩散均匀，不会产生孔眼堵塞，耐腐蚀性强。

在混合池内内设微孔曝气盘，通过曝气使原水中悬浮物与投加的PAC等混凝剂、回流污泥快速混合。反应池使用导流筒进行絮凝反应，将桨式搅拌机与导流筒有效协同使用，使水体在导流筒内实现快速的絮凝反应，并在导流筒外面，而导流筒外部水体流速下降，保证絮凝区具有很多的高密度絮体。过渡池设置的作用主要是为了反应池与沉淀区自然平稳的结合，使絮凝后的水均匀稳定地浸入沉淀区。过渡池内前网格主要用于改善后续段的水流状态，可以限制颗粒不合理的增大，使矾花由松散到密实，消除水流的富裕动能，降低未沉降的矾花被带到出水区的几率，并实现均匀布水。反应池在搅拌机的作用下同水体中悬浮物与投加PAM等助凝剂，小絮体通过吸附、电性中和和相互间的架桥作用形成更大的絮体，加絮凝的实际效果。

具体地，反应池导流筒的桨式搅拌器搅动周围流体产生运动，流体进行混合，使得导流筒内流速分布均匀，混凝效果变好；但过大的桨叶使得电机功率增大，运行成本增加。考虑混凝效果和实用经济，选择导流筒半径的80％～85％为最佳桨叶半径，如内半径为1.85m的导流筒，选择1.5m为最佳的桨叶半径。反应池内导流筒的转速过大会产生最大的剪切力，破坏已形成的絮体，不利于混凝效果；且转速过快，出水流速过大，周围流体被快速的卷起转动，水流容易形成漩涡，导致水体与絮凝剂不能混合均匀；导流筒的上部是出水口，出水口处如果流速过大会造成后续的沉淀过程的负荷增大，出水水质变差。所以，转速过小、过大都对混凝效果不利。故选择3～5rad/s，优选为4rad/s为最佳转速。

具体实施例二

作为一个具体实施方式，沉淀池包括设置在底部的刮泥机以及设置在刮泥机上方的斜板或斜管10，斜板或斜管的底部前方设置有挡板9，在挡板和导流墙之间设置有后网格71。斜板前端挡板长度越长出水断面平均速度值越小，能有效避免斜板的出水短流现象；但挡板长度超过0.75m之后，自沉淀池的来水经折流后将冲刷池底不利于池底污泥浓缩，并且易将上层矾花扬起带入清水区，增大出水浊度。优选地，斜板底部前端设高度为0.75m的挡板，使得沉淀区的出水断面平均流速减小，避免了异重流现象导致水体垂直下落，冲击池底污泥层，将已沉淀的矾花被带出，沉淀效果好。并能够有效的改善斜板的回流现象，提高出水效果。

其中，斜板沉淀区斜板与水平的倾角取45°～60°，斜板长度的范围为0.8～1.2m，斜板间距的范围为0.08～0.12m。

斜板沉淀池区与过渡池采用导流墙连接，导流墙与挡板间设一层100mm×100mm后网格71，前、后网格分层、分段布置，用于改善后续段的水流状态，消除水流的富裕动能，降低未沉降的矾花被带到出水区的几率，水流经网格形成的微涡流，使形成的絮体更加稳定密实，并实现均匀布水。进一步减慢水体流速，网格孔眼尺寸增大，防止絮体在此过程中出现破碎现象，保证颗粒大的絮体可以完全进入到沉淀区内，从而保证泥水有效分离。当进入面积较大的沉淀区时，矾花移动速度放缓，从而沉降下来，沉沉降下来的污泥通过刮泥机进入泥斗20进行浓缩，浓缩污泥的上层进入污泥回流管，底部剩余污泥则进入剩余污泥管。

作为优选方案，导流墙为弧形其底部将沉淀池与过渡池分割，上部形成流通区。斜板沉淀池区与过渡池的底部采用弧形导流墙连接，通过弧形导流墙控制水流流型的稳定性，以降低来水与底部沉积的污泥之间发生相对运动的速率，从而大大改善斜板沉淀区内的水流条件，减弱异重流现象，提高沉淀效果。过渡池底部于导流墙前侧设置有陡坡，过渡池底部设置为陡坡61，池底陡坡与水平成60°，防止絮体与池壁碰撞，沉积在过渡池底部，形成死角。

其中，混合池为与进水池对应溢流式连通的两个，反应池和过渡池分别为对应设置的两个，两个过渡池连通至同一沉淀池，进水池、混合池、反应池、过渡池和沉淀池为对应的矩形。采用弧形导流墙，该导流墙与刮泥机的半径相对应，实现了空间上的紧凑设计。

即，整体呈长方形池体设置，通过弧形导流墙与刮泥机圆形运转半径相结合，占地面积小、集成度高。将混合、絮凝、沉淀、污泥浓缩综合于一座长方形池体内，节省占地面积，且集成度高，尤其适合山区等用地较为紧张地区或用水规模较小的地区。

当池中处于紊流状态的来水经过前、后网格时，由于前、后网格的扰流作用和水的惯性，大尺度的涡旋很容易破碎为小尺度的涡旋，设置多层、分段网格，可以更有效地降低紊流的程度，增加微涡流的比例，另一方面，多层、两段网格的扰动，可以限制颗粒不合理的增大，使矾花由松散到密实。且多层、两段网格消耗了水流能量，缩小了出水断面上平均速度及平均湍流动能值，可以消除池尾折射流引起高流速的负面影响。网格在一定程度上还起到了分流的作用，使来水均匀布水。

进一步地，沉淀池于斜板或斜管上方设置有指型槽12。出水区采用指型槽出水，而进入指形槽时采用孔口出水方式出水，其受水头变化影响最小，最易实现均匀出水。

具体实施例三

还包括与沉淀池底部连通的污泥处理机构，污泥处理机构包括设置在泥斗上层的污泥回流管16，回流污泥泵18，将污泥输送至混合池底部的污泥再用管，以及设置在混合池内的污泥浓度计。

具体地，泥斗内安装污泥回流管和剩余污泥管，使浓缩污泥的上层进入污泥回流管，底部剩余污泥则进入剩余污泥管。进水池底部设置有污泥泵房80，污泥泵房池壁设检修孔。污泥泵房80内设剩余污泥泵17、污泥回流泵18。通过泵控制污泥回流量，以维持最佳的固体浓度。污泥回流至混合池，起到助凝剂的作用，从而使耗药量低于其他传统沉淀池型。回流污泥通过污泥回流泵回流至混合池与原水进行混合，以维持最佳的固体浓度，剩余污泥则通过剩余污泥泵排入后续污泥处理构筑物进行处理。

沉淀区上部污泥作为助凝剂回流至混合池，沉淀区下部剩余污泥排至外部进行后续处理。回流的污泥可以改变絮凝体的结构形式，使得颗粒小而分散的絮粒更加大而密实，提高沉淀区的沉降效率。污泥螺杆泵回流污泥能够有效控制调整污泥回流量，达到最优的污泥回流比。

本发明还同时公开了一种利用水处理装置的水处理方法，包括以下步骤，

1)进水池的原水溢流至混合池，

2)在混合池内投加混凝剂，并通过曝气使水体中悬浮物与混凝剂及回流污泥快速混合形成小的絮体；

3)自导流管进入反应池的导流筒内，在搅拌机搅拌下水体中悬浮物与助凝剂进入小的絮体形成更大的絮体，自导流筒顶部流入反应池内形成高密度絮体；

4)自反应池底部进入过渡池，经前网格缓流及后网格布水后进入沉淀池；

5)水体中的大颗粒絮状物进入底部，水体自底部进入斜管或斜板后上清液排出。

具体地说，来水，如低温低浊水、低温高浊水或微污染水等通过进水池进入到混合池与絮凝剂、回流污泥进行混合，在曝气对水流的扰动作用下同水体中悬浮物快速混合，通过中和颗粒表面的负电荷使颗粒“脱稳”，形成小的絮体。通过反应池底部的导流管进入导流筒，反应池内投加助凝剂，PAC等混凝剂与PAM等助凝剂联合使用，可以进一步促进絮凝反应的强度，从而产生体积比较大的絮体，有效的增加絮凝的实际效果。后进入过渡池通过双层网格，可以限制颗粒不合理的增大，使矾花由松散到密实，并消耗水的动能，降低水流的速度，减缓下一阶段的异重流现象。然后，来水经弧形导流墙进入斜板沉淀区，水流经过斜板时较重的絮体、杂质等得到沉降，处理后的清水沿斜板上升流动进入出水区，分离出的泥渣在重力作用下沉降到池底，经刮泥机浓缩至泥斗，泥斗上部的部分污泥经污泥回流泵回流至混合池，泥斗下部的污泥经剩余污泥泵排放至外部。

该工艺是在传统的斜板沉淀池的基础上，充分利用了混合、絮凝原理、澄清和斜板沉淀理论，把混合、絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化，从而达到比其他混凝和沉淀池更加优越的性能。该工艺通过投加不同的药剂，可以进一步去除部分悬浮物、有机污染物以及大部分的磷。

本发明的水处理方法，具有以下有益效果：

1、混凝时间短，沉淀效果好。由于污泥回流，池内混合液浓度能达到5000mg/L以上，从而提高了絮凝效果，微孔曝气器的使用，使得水体与药剂充分混合，缩短了反应时间；由于絮凝效果好，加上弧形导流墙、网格、挡墙的设计，在斜板沉淀区下部，大部分絮粒就已沉除，通过斜板沉淀进一步降低浊度，沉降性能大幅度提高。特别是处理低温低浊水、低温高浊水、微污染水。

2、药剂使用量少。由于污泥的回流起到助凝剂的效果，且多层多段网格的设置，使得所形成的絮体颗粒大而密实，从而使降低药剂使用量。

3、抗冲击能力强，适用水质广泛。因为混凝沉淀效果好，使得当来水流量、浊度、药量有些变化时，出水水质依然稳定。

4、污泥产量少，厂区可不设浓缩池。由于斜板沉淀区底部采用浓缩刮泥，污泥含固率高，污泥产量少，因此在污泥处理工艺中无需设浓缩池，可直接进行脱水处理。

5、运行管理成本低。由于采用高效的混凝反应，且药剂使用量低，设备集成度高，管理人员少，运行管理费低。

6、运行启动方便，操作简单。该工艺设备启动调试简单。采用电动闸阀进水、电动蝶阀排泥，自动控制程度高，使得操作更简单。

本发明针对絮凝剂适应能力较差，处理效果不稳定的缺陷的问题，从采用微孔曝气、合理选择导流筒转速、导流筒桨叶半径、以及合理加设网格等方面进行了优化；针对一般的混凝与沉淀池中沉淀池总存在不同程度的死角、短流、异重流等问题对斜板沉淀区进行了改进优化。从增加斜板区挡板、优化斜板参数、增加弧形导流墙、合理分段分层增加网格等方面进行了优化。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种水处理装置，其特征在于包括:

沿水流方向依次连通设置的进水池、混合池、反应池、过渡池、沉淀池；

所述的混合池底部设置有微孔曝气盘，所述的反应池内竖直地设置有导流筒，在所述的导流筒内部设置有桨式搅拌机，导流管用以连通所述的混合池底部与导流筒底部,所述的反应池底部形成有与过渡池连通的出水通孔；

所述的过渡池内设置有导流墙，所述的导流墙的前侧的流道上设置有前网格,所述的导流墙后侧的流道上设置有后网格；

所述的沉淀池包括设置在底部的刮泥机以及设置在刮泥机上方的斜板或斜管，所述的斜板或斜管的底部前方设置有挡板；

其中，所述的导流墙为弧形，导流墙底部将所述沉淀池与所述过渡池分隔，上部形成流通区，呈弧形的所述导流墙与刮泥机圆形运转半径相对应。

2.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：所述的后网格的网孔直径大于所述的前网格的网孔直径。

3.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：

所述的混合池为与进水池对应溢流式连通的两个，所述的反应池和过过渡池分别为对应设置的两个，两个所述的过渡池连通至同一斜板沉淀池，所述的进水池、混合池、反应池、过渡池和沉淀池为对应的矩形。

4.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：

所述的进水池底部设置有污泥泵房，污泥泵房池壁设检修孔。

5.如权利要求4所述的水处理装置，其特征在于：

还包括与沉淀池底部连通的污泥处理机构，所述的污泥处理机构包括回流至混合池底部的回流污泥管，以及设置在混合池内的污泥浓度计。

6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的水处理装置的水处理方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)进水池的原水溢流至混合池，

2)在混合池内投加混凝剂，并通过曝气使水体中悬浮物与混凝剂及回流污泥快速混合形成小的絮体；

3)自导流管进入反应池的导流筒内，在搅拌机搅拌下水体中悬浮物与助凝剂进入小的絮体形成更大的絮体，自导流筒顶部流入反应池内形成高密度絮体；

4)自反应池底部进入过渡池，经前网格缓流及后网格布水后进入沉淀池；

5)水体的大颗粒絮状物进入底部，水体底部进入斜管或斜板后上清液排出。

7.如权利要求6所述的水处理方法，其特征在于，所述的步骤1)中所述的原水为低温低浊水、低温高浊水或微污染水。

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