CN108483759A - 一种浊垢同除的地下水水质净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，包括外筒、内筒、混合单元、絮凝单元、过滤单元、曝气单元和集水单元；外筒为封闭筒体，内筒通过外筒顶部的插接口悬空设置在外筒中，内筒顶部封闭，过滤水流通过内筒底部与外筒内部流通；内筒顶部设置有第一自动排气阀，外筒顶部设置有第二自动排气阀。本发明的结构设计不需要较大的高度差即可实现除浊和除垢，避免了高程布置困难的问题。本发明的装置既可实现混合、絮凝、过滤、曝气及反冲等多种功能，也解决了传统的除浊和除垢设施占地面积大、高程布置困难、管道连接繁琐的问题。
Description
技术领域
本发明属于地下水给水技术领域，具体涉及一种集微絮凝、过滤及曝气于一体的地下水水质净化设备。
背景技术
地下水是我国居民重要和优质的饮用水水源，但是，在一些地区尤其是边远农村地区，地下水浊度达不到饮用水标准，并且存在硬度和暂时硬度(水垢)较高等问题。针对低浊度原水，给水领域工作者研发了直接过滤工艺，即原水不经沉淀而直接进入滤池过滤。直接过滤有两种方式：接触过滤和微絮凝过滤。原水加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备的称为接触过滤；原水加药混合后经过微絮凝，形成粒径相近的微絮粒后进入滤池过滤称为微絮凝过滤。直接过滤工艺简单，混凝剂用量少，适宜处理低浊度原水。针对处理高硬度水、去除水垢的技术，有酸碱平衡曝气法，即向水中投加少量酸，将水中产生水垢的碳酸氢根转化为二氧化碳，通过曝气吹脱二氧化碳恢复pH。此工艺不仅能有效去除水垢，还能保证水中的钙、镁离子不流失，且制水成本低。
目前对于低浊度和高硬度(水垢)原水，目前还没有一体化设备能够很好解决；而且，现有的过滤设备在反冲洗时，在滤料层底部设置有单独的配水管渠，并在外部施加压力才能实现反冲洗过程；其次，现有的除浊结构设施+除垢结构设施存在占地面积大、高程布置困难、管道连接繁琐等缺点。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种浊垢同除的地下水水质净化装置，该装置集混合、絮凝、过滤、曝气及反冲洗多种功能于一身，并且通过结构巧妙布置，使得反冲洗过程不需要外部设备即可实现，解决现有的设备功能单一且反冲洗过程繁琐的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种除浊除垢一体的水质净化装置，包括外筒、内筒、混合单元、絮凝单元、过滤单元、曝气单元和集水单元；
所述外筒为封闭筒体，所述外筒顶部设置有供内筒插入的插接口，所述内筒通过插接口悬空设置在外筒中，所述内筒顶部封闭，过滤水流通过内筒底部与外筒内部流通；所述内筒顶部设置有第一自动排气阀，外筒顶部设置有第二自动排气阀。
所述混合单元设置在外筒侧壁上，所述混合单元一端与进水管连接，另一端与絮凝单元的絮凝管道连接；所述进水管上设置有加药管，所述絮凝管道缠绕在外筒内壁上，并延伸到内筒顶部；
所述过滤单元设置在内筒底部；所述曝气单元位于外筒底部，且曝气单元高于内筒的最底面；
所述集水单元设置在外筒上部，所述集水单元包括集水槽，所述集水槽为沿外筒内壁周向设置的环形槽，所述集水槽上连接有出水管和反冲洗进水管；
所述内筒顶部设置有反冲洗排水槽，所述反冲洗排水槽设置在过滤单元上方，所述絮凝管道末端延伸至反冲洗排水槽中，所述反冲洗排水槽外接有反冲洗排水管。
进一步的，所述混合单元包括管式混合器，所述管式混合器设置在进水管上。
进一步的，所述过滤单元包括均质滤料层、承托层、滤板和短柄滤头，所述均质滤料层、承托层、滤板由上至下依次设置在内筒中，所述滤板上设置有开孔，所述短柄滤头设置在开孔中。
进一步的，所述均质滤料层的厚度为60～120cm，滤料采用砂滤料，滤料的有效粒径为0.9～1.50mm；所述承托层采用天然卵石，天然卵石的有效粒径为2～4mm，承托层厚度为80～100mm。
进一步的，所述短柄滤头均匀安装在滤板上，所述短柄滤头的安装数量为每平米30～50个。
进一步的，所述反冲洗排水槽为沿着内筒径向设置的长形槽，所述反冲洗排水槽的底部逐渐收缩为锥形。
进一步的，所述曝气单元包括管式曝气器、通气管和通气支管，所述通气管为环形，所述通气管通过管箍固定在外筒底部，所述管式曝气器通过通气支管连接在通气管上方，所述管式曝气器沿通气管周向均匀分布。
进一步的，所述管式曝气器位于内筒最底面向上4～6cm处。
进一步的，所述外筒的底部设置有用于排出筒内水的排水管。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明装置由顶部封闭的内筒和外筒组成，通过在外筒底部曝气来吹脱CO2气体进行除垢，通过内筒过滤来降低水的浊度；通过在外筒和内筒的顶部设置自动排气阀，首先，在过滤时通过外筒顶部排气阀排除曝气气体以及所吹脱的CO2气体，在反冲洗时，利用外筒顶部排气阀只排气不排水的原理，在外筒中进行憋压，将外筒中的反冲洗水均匀的压向内筒，实现对滤料的反冲洗，不需要另外设置布水装置，解决了传统的除浊设备管道连接繁琐的问题；另外，随着过滤的进行内筒中的多余气体被排出，内筒中滤层上方水深不断增加，当水面达到内筒顶部时，顶部的自动排气阀门关闭，由于内筒顶部封闭，此时由进水的压力推动过滤过程，使得过滤周期延长；同时使得设备的总高度降低，因为传统的过滤装置顶部是开放结构，需要较大的滤层上水深来进行过滤，本发明的结构设计不需要较大的滤层上水深即可实现过滤，避免了高程布置困难的问题。
(2)本发明通过在外筒内壁缠绕絮凝管道并延伸至内筒，原水与混凝剂混合后进入絮凝管道，进行微絮凝形成粒径相近的微絮粒后进入滤层，在滤层中发生絮凝、沉积，同时，滤料颗粒物起到了强化水体颗粒物絮凝的作用，并且充分利用滤料表面的吸附能力，达到净水目的，提高过滤效率。
(3)本发明的装置既可实现混合、絮凝、过滤、曝气及反冲等多种功能，也解决了传统的除浊和除垢设施占地面积大、高程布置困难、管道连接繁琐的问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明的整体系统图，(a)为重力过滤时的工况图，(b)为依靠水压力过滤的工况图，(c)为反冲洗时的工况图。其中实线箭头表示水流方向，虚线箭头表示气流方向。
图2是整体系统的俯视图。
图3是曝气单元的结构示意图，(a)为俯视图，(b)为管式曝气器的安装示意图。
图中各标号表示为：1-外筒，2-内筒，8-第一自动排气阀，9-第二自动排气阀，10-进水管，11-加药管，12-出水管，13-反冲洗进水管，14-反冲洗排水槽，15-反冲洗排水管，16-排水管，17-支座；
(3-1)-管式混合器；(4-1)-絮凝管道；
(5-1)-均质滤料层,(5-2)-承托层,(5-3)-滤板,(5-4)-短柄滤头；
(6-1)-管式曝气器,(6-2)-通气管,(6-3)-通气支管,(6-4)-管箍；
(7-1)-集水槽。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
在发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
如图1所示，本发明公开了一种浊垢同除的地下水水质净化装置，包括外筒1、内筒2、混合单元、絮凝单元、过滤单元、曝气单元和集水单元；外筒1为封闭筒体，外筒1顶部设置有供内筒2插入的插接口，内筒2通过插接口悬空设置在外筒1中，内筒2顶部封闭，过滤水流通过内筒底部与外筒内部流通；内筒2顶部设置有第一自动排气阀8，外筒顶部设置有第二自动排气阀9。混合单元设置在外筒1侧壁上，混合单元一端与进水管10连接，另一端与絮凝单元的絮凝管道4-1连接；进水管10上设置有加药管11，絮凝管道4-1缠绕在外筒1内壁上，并延伸到内筒2顶部；过滤单元设置在内筒2底部；曝气单元位于外筒1底部，且曝气单元高于内筒2的最底面；集水单元设置在外筒1上部，集水单元包括集水槽7-1，集水槽7-1为沿外筒1内壁周向设置的环形槽，使得出水均匀，不会出现短流等现象。集水槽7-1上连接有出水管12和反冲洗进水管13。
内筒2顶部设置有反冲洗排水槽14，在反冲洗过过程中，起到排出反冲洗水的作用。反冲洗排水槽14设置在过滤单元上方，絮凝管道4-1末端延伸至反冲洗排水槽14中，排水槽在原水过滤过程中，还可以起到均匀布水的作用。反冲洗排水槽14外接有反冲洗排水管15。
本发明通过混合单元中将加入水中的混凝剂和少量酸快速混合，实现水中颗粒物的快速凝聚，形成稳定的微小絮体；基于微絮凝过滤理论，水通过在外筒内壁缠绕的絮凝管道4-1进行微絮凝，水力停留时间为1～2min，形成粒径相近的微絮粒后进入过滤单元，通过滤层过滤，进行除浊；滤后水通过内筒2底部翻向外筒1，进入曝气单元进行曝气，此过程中，前期加入的酸与水中的HCO3-反应生成CO2气体，进行除垢，再利用曝气单元进行曝气吹脱CO2气体，恢复出水的pH值；最后水流入外筒顶部的集水槽中，以达到均匀出水。
本发明通过在外筒和内筒的顶部设置自动排气阀，首先，在过滤时通过外筒顶部第二排气阀9排除曝气气体以及所吹脱的CO2气体，在反冲洗时，利用外筒顶部排气阀只排气不排水的原理，在外筒中进行憋压，将外筒中的反冲洗水均匀的压向内筒，实现对滤料的反冲洗，不需要另外设置布水装置，解决了传统的除浊设备管道连接繁琐的问题；另外，随着过滤的进行内筒中的多余气体被排出，内筒中滤层上方水深不断增加，当水面达到内筒顶部时，顶部的第一自动排气阀8关闭，由于内筒顶部封闭，此时由进水的压力推动过滤过程，使得过滤周期延长；同时使得设备的总高度降低，因为传统的过滤装置顶部是开放结构，需要较大的滤层上水深来进行过滤，本发明的结构设计不需要较大的滤层上水深即可实现过滤，避免了高程布置困难的问题。
具体的，混合单元包括管式混合器3-1，管式混合器3-1设置在进水管10上。管式混合器3-1用于对加入水中的混凝剂和少量酸快速混合，实现水中颗粒物的快速凝聚。
具体的，过滤单元包括均质滤料层5-1、承托层5-2、滤板5-3和短柄滤头5-4，均质滤料层5-1、承托层5-2、滤板5-3由上至下依次设置在内筒2中，滤板5-3上设置有开孔，短柄滤头5-4设置在开孔中。其中，滤料采用均质滤料，提高滤层含污能力，降低滤层中水头损失增长速率。优选的，均质滤料层5-1滤料采用砂滤料，滤料的有效粒径为0.9～1.50mm，粒径过大会影响滤后水质，粒径过小的话只有滤层的上部发挥作用，大大缩短了过滤周期；另外，滤料层厚度较薄时，影响过滤后的水质，滤料层厚度较厚时，会导致过滤水头较大，容易出现负水头现象，而且滤料粒径与滤料层厚度关系密切，因此，均质滤料层5-1的厚度优选60～120cm。承托层5-2采用天然卵石，天然卵石的有效粒径为2～4mm，承托层5-2厚度为80～100mm，承托层在过滤时可以防止滤料的流失，在反冲洗时，可以均布反冲洗水。
具体的，短柄滤头5-4均匀安装在滤板5-3上，优选的，短柄滤头5-4的安装数量为每平米30～50个。
具体的，反冲洗排水槽14为沿着内筒2径向设置在长形槽，反冲洗排水槽14的底部逐渐收缩为锥形。锥形结构使得反冲洗水迅速流入排水槽中，避免影响反冲洗过程。其中，反冲洗排水管15上设置有控制阀门，用于控制反冲洗水的排出。
具体的，如图3所示，曝气单元包括管式曝气器6-1、通气管6-2和通气支管6-3，通气管6-2为环形，通气管6-2通过管箍6-4固定在外筒1内壁上，管式曝气器6-1通过通气支管6-3连接在通气管6-2上方，管式曝气管6-1沿通气管周向均匀分布。最好的，管式曝气器6-1位于内筒2最底面向上4～6cm处。在外筒底部设置曝气管进行曝气，能实现以内筒为中心的一个圆周的曝气，经由内筒底部翻向外筒的水基本能实现全部快速曝气，仅需15～25min的曝气时间就能完成CO2气体的吹脱，效率高。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，在外筒1的底部设置排水管16，用于排空外筒中的水。另外，在外筒底部设置有支座，使整个装置支撑在地面上。
本发明的水处理过程为：
原水由进水管进入，在酸性条件下，投加合适的混凝剂碱式氯化铝(PAC)，然后进入管式混合器3-1进行快速混合，出水进入絮凝管道4-1进行微絮凝1～2min，出水进入滤层进行过滤，微絮粒与滤料的充分碰撞接触和粘附，被滤层截留下来，降低原水浊度，然后对滤后水进行曝气吹脱，由于在酸性条件下水中HCO3-发生如下反应：HCO3-+H+＝H2O+CO2↑，进行除垢，再利用曝气气体吹脱CO2气体，在不需用外加碱的情况下，恢复出水pH值，使得pH值符合国家饮用水相关标准，曝气吹脱15～25min后进行出水。当达到过滤周期时，开始对滤层进行反冲洗，利用外筒顶部的第二排气阀9只排气不排水原理，进行憋压，将外筒反冲洗水均匀压向内筒对滤料进行反冲洗。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，包括外筒(1)、内筒(2)、混合单元、絮凝单元、过滤单元、曝气单元和集水单元；
所述外筒(1)为封闭筒体，所述外筒(1)顶部设置有供内筒(2)插入的插接口，所述内筒(2)通过插接口悬空设置在外筒(1)中，所述内筒(2)顶部封闭，过滤水流通过内筒底部与外筒内部流通；所述内筒(2)顶部设置有第一自动排气阀(8)，外筒(1)顶部设置有第二自动排气阀(9)。
所述混合单元设置在外筒(1)侧壁上，所述混合单元一端与进水管(10)连接，另一端与絮凝单元的絮凝管道(4-1)连接；所述进水管(10)上设置有加药管(11)，所述絮凝管道(4-1)缠绕在外筒(1)内壁上，并延伸到内筒(2)顶部；
所述过滤单元设置在内筒(2)底部；所述曝气单元位于外筒(1)底部，且曝气单元高于内筒(2)的最底面；
所述集水单元设置在外筒(1)上部，所述集水单元包括集水槽(7-1)，所述集水槽(7-1)为沿外筒(1)内壁周向设置的环形槽，所述集水槽(7-1)上连接有出水管(12)和反冲洗进水管(13)；
所述内筒(2)顶部设置有反冲洗排水槽(14)，所述反冲洗排水槽(14)设置在过滤单元上方，所述絮凝管道(4-1)末端延伸至反冲洗排水槽(14)中，所述反冲洗排水槽(14)外接有反冲洗排水管(15)。
2.如权利要求1所述的浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，所述混合单元包括管式混合器(3-1)，所述管式混合器(3-1)设置在进水管(10)上。
3.如权利要求1所述的浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，所述过滤单元包括均质滤料层(5-1)、承托层(5-2)、滤板(5-3)和短柄滤头(5-4)，所述均质滤料层(5-1)、承托层(5-2)、滤板(5-3)由上至下依次设置在内筒(2)中，所述滤板(5-3)上设置有开孔，所述短柄滤头(5-4)设置在开孔中。
4.如权利要求3所述的浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，所述均质滤料层(5-1)的厚度为60～120cm，滤料采用砂滤料，滤料的有效粒径为0.9～1.5mm；所述承托层(5-2)采用天然卵石，天然卵石的有效粒径为2～4mm，承托层(5-2)厚度为80～100mm。
5.如权利要求3所述的浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，所述短柄滤头(5-4)均匀安装在滤板(5-3)上，所述短柄滤头(5-4)的安装数量为每平米30～50个。
6.如权利要求1所述的浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，所述反冲洗排水槽(14)为沿着内筒(2)径向设置的长形槽，所述反冲洗排水槽(14)的底部逐渐收缩为锥形。
7.如权利要求1所述的浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，所述曝气单元包括管式曝气器(6-1)、通气管(6-2)和通气支管(6-3)，所述通气管(6-2)为环形，所述通气管(6-2)通过管箍(6-4)固定在外筒(1)底部，所述管式曝气器(6-1)通过通气支管(6-3)连接在通气管(6-2)上方，所述管式曝气器(6-1)沿通气管周向均匀分布。
8.如权利要求7所述的浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，所述管式曝气器(6-1)位于内筒(2)最底面向上4～6cm处。
9.如权利要求1所述的浊垢同除的地下水水质净化装置，其特征在于，所述外筒(1)的底部设置有用于排出筒内水的排水管(16)。
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