CN113880213B - 一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统与方法，包括高效混凝澄清单元和石英砂自动投加单元；高效混凝澄清单元包括混凝池、絮凝池以及澄清池；石英砂旋流回收单元包括石英砂旋流回收器、石英砂回流管和剩余污泥排放管；混凝池经絮凝池与澄清池相连，澄清池的顶部出口设置有出水管；澄清池底部设置有澄清池排泥管，澄清池排泥管经污泥回流泵与石英砂旋流回收器入口相连，石英砂旋流回收器顶部出口与剩余污泥排放管相连，石英砂旋流回收器底部出口与石英砂回流管相连，石英砂回流管与絮凝池相连；石英砂自动投加单元与絮凝池相连。本发明既能及时将澄清池中污泥排出，保证出水水质，又可以控制合适的回流石英砂浓度，强化混凝澄清效果。

Description

一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统与方法

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统与方法。

背景技术

传统混凝工艺存在固液分离速率慢、占地大、污泥量大且含水率高等问题，处理效率亟待提升，因此在传统混凝澄清工艺基础上进行多介质加载，可以有效提高絮体沉降速率，减少设备占地面积，提高混凝澄清效果。

石英砂由于密度较大、便宜易得、无二次污染等优点得到广泛关注，可作为混凝澄清工艺的加载多介质使用。石英砂比重较大，是水比重的2倍以上，反应过程不易与水混合形成稳定的悬浮状态，目前的高效澄清池一般为絮凝池直接溢流进入澄清池，石英砂容易在絮凝池中沉积无法排出，从而出现絮凝池堵塞等问题，不利于提高混凝澄清效果；此外，高效混凝澄清装置投加使用石英砂，如果不进行石英砂的回收处理，在一定程度上也会造成资源浪费，系统排泥量增加，运行成本提高；而且石英砂初次投加和补充投加多采用人工操作，工作量较大，石英砂补充量主要依靠人工投加经验，误差较大，不利于提高系统运行的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统与方法，将高效混凝澄清单元的混凝池、絮凝池与澄清池相连，絮凝池底部设置澄清池排泥管，定期将池中沉积的石英砂输送至澄清池中，解决了石英砂在絮凝池中的堵塞问题；同时将石英砂与污泥进行分离后重新投加进入高效混凝澄清系统，通过设置石英砂自动投加单元，能够实现高效混凝澄清装置石英砂的投加与补充的自动化控制，具有处理效果好、运行成本低、操作维护简单等特点。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统，包括高效混凝澄清单元、石英砂旋流回收单元和石英砂自动投加单元；

其中，高效混凝澄清单元包括混凝池、絮凝池以及澄清池；

石英砂旋流回收单元包括石英砂旋流回收器、石英砂回流管和剩余污泥排放管；

混凝池底部与絮凝池相连，混凝池和絮凝池设置在澄清池的上方，絮凝池与澄清池的分离区相连，澄清池的顶部出口设置有出水管；澄清池底部设置有澄清池排泥管，澄清池排泥管经污泥回流泵与石英砂旋流回收器入口相连，石英砂旋流回收器顶部出口与剩余污泥排放管相连，石英砂旋流回收器底部出口与石英砂回流管入口相连，石英砂回流管的出口与絮凝池相连；

石英砂自动投加单元与絮凝池相连。

进一步的，混凝池底部通过絮凝池进水管道与絮凝池相连，絮凝池通过絮凝池溢流管和絮凝池排污管与澄清池的分离区相连；澄清池底部设置有澄清池排泥管，污泥回流泵经旋流器进泥管与石英砂旋流回收器入口相连。

进一步的，絮凝池内设置有导流筒，并且絮凝池内设置有搅拌器。

进一步的，澄清池排泥管上设置有澄清池排泥密度计。

进一步的，絮凝池排污管上设置有絮凝池排污阀；石英砂旋流回收器内部设置有加强导流装置。

进一步的，石英砂自动投加单元包括石英砂料斗、称重器、螺旋输送机和石英砂输送管；其中，石英砂料斗通过称重器、螺旋输送机与石英砂输送管入口相连，石英砂输送管的出口与絮凝池相连。

进一步的，进水管上设置有进水流量计和进水浊度计；出水管上设置有出水浊度计。

一种基于上述系统的澄清方法，通过石英砂自动投加单元投加石英砂，来水进入混凝池中，加入絮凝剂后，然后进入到絮凝池中，与石英砂混合，形成比重较大的絮体，絮体进入澄清池中进行沉降，上清液通过出水管排出；含有石英砂的污泥经污泥回流泵输送至石英砂旋流回收器，然后经石英砂回流管回收至絮凝池中，剩余污泥经剩余污泥排放管输送至污泥处理系统。

进一步的，石英砂的投加量根据如下公式计算：

其中，z₁—石英砂投加量；

q—系统处理量；

n(Ca²⁺)—处理前后钙离子摩尔浓度差值；

n(Mg²⁺)—处理前后镁离子摩尔浓度差值；

SS—原水中悬浮物浓度；

k₁—进水悬浮物修正系数。

进一步的，污泥回流泵为进水流量与污泥回流比的乘积，其中，污泥回流比通过下式计算：

R＝5％+(A/100)×10％

(2)

其中，R—污泥回流比；

A—澄清池出水浊度值。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明通过设置石英砂旋流回收单元，可以回收利用高效混凝澄清装置中投加的石英砂，减少系统石英砂补充量，提高系统运行经济性。本发明设置有石英砂自动投加单元，通过计算石英砂投加量和补充量，实现了石英砂投加与补充的自动化，降低了人工操作强度。

进一步的，本发明通过将高效混凝澄清单元的混凝池和絮凝池设置在澄清池上部，絮凝池出水同时设置上部溢流管和下部排污管进入澄清池，絮凝池排污管上的絮凝池排污阀定期开启，将絮凝池中沉积的石英砂排至澄清池中，解决了石英砂在絮凝池中的堵塞问题。

进一步的，石英砂旋流回收器通过设置加强导流装置，可以保证石英砂回收率达到95％以上，减少系统运行过程中石英砂的补充量。

附图说明

图1为本发明的一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统示意图。

图2为系统运行监测期间系统进出水浊度图。

图中，1-进水管；2-高效混凝澄清单元，2-1-混凝池，2-2-絮凝池，2-3-澄清池，2-4-絮凝池进水管道，2-5-絮凝池溢流管，2-6-絮凝池排污管，2-7-絮凝池排污阀；3-出水管；4-澄清池排泥管；5-污泥回流泵；6-旋流器进泥管；7-石英砂旋流回收器；8-石英砂回流管；9-剩余污泥排放管；10-石英砂料斗；11-称重器；12-螺旋输送器；13-石英砂输送管；14-进水流量计；15-进水浊度计；16-出水浊度计；17-澄清池排泥密度计；18-进水浊度计。

具体实施方式

下面结合附图对本系统作进一步详细描述。

参见图1，本发明所述的一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统，包括高效混凝澄清单元2、石英砂旋流回收单元和石英砂自动投加单元。

其中，高效混凝澄清单元2包括混凝池2-1、絮凝池2-2以及澄清池2-3。

石英砂旋流回收单元包括旋流器进泥管6、石英砂旋流回收器7、石英砂回流管8和剩余污泥排放管9。

进水管1与高效混凝澄清单元2的混凝池2-1相连，并且混凝池2-1通过底部絮凝池进水管道2-4与絮凝池2-2相连，混凝池2-1和絮凝池2-2设置在澄清池2-3的上方，絮凝池2-2通过絮凝池溢流管2-5和絮凝池排污管2-6与澄清池2-3的分离区相连，絮凝池排污管2-6上设置有絮凝池排污阀2-7，澄清池2-3的顶部出口设置有出水管3；澄清池2-3底部设置有澄清池排泥管4，澄清池排泥管4上设置有澄清池排泥密度计17。

絮凝池2-2内设置有导流筒，并且絮凝池2-2内设置有搅拌器。

澄清池排泥管4与污泥回流泵5入口相连，污泥回流泵5出口与石英砂旋流回收单元相连，具体的，污泥回流泵5出口经旋流器进泥管6与石英砂旋流回收器7入口相连，石英砂旋流回收器7顶部出口与剩余污泥排放管9相连，石英砂旋流回收器7底部出口与石英砂回流管8入口相连，石英砂回流管8的出口均与絮凝池2-2相连。

石英砂自动投加单元包括石英砂料斗10、称重器11、螺旋输送机12和石英砂输送管13。其中，石英砂料斗10通过称重器11、螺旋输送机12与石英砂输送管13入口相连，石英砂输送管13的出口与絮凝池2-2相连。

进水管1上设置有进水流量计14和进水浊度计15；出水管3上设置有出水浊度计16。

石英砂旋流回收器7内部设置有加强导流装置。

本发明的基于上述系统的澄清方法为：石英砂需要在系统初次启动运行时进行投加，石英砂初始投加和补充可以通过石英砂自动投加单元完成，石英砂料斗10中的石英砂通过称重器11控制初次投加量或补充量，称重后的石英砂经螺旋输送机12输送至絮凝池2-2上方，通过石英砂输送管13投加进入絮凝池2-2。其中，石英砂初始投加量可根据如下公式计算：

其中，z₁—石英砂投加量，Kg；

q—系统处理量，m³/h；

n(Ca²⁺)—处理前后钙离子摩尔浓度差值，mmol/L；

n(Mg²⁺)—处理前后镁离子摩尔浓度差值，mmol/L；

100—碳酸钙分子量，g/mol；

58—氢氧化镁分子量，g/mol；

SS—原水中悬浮物浓度，mg/L；

k₁—进水悬浮物修正系数，当SS＜50mg/L时，k₁＝0.6～1.0；当50mg/L≤SS＜100mg/L时，k₁＝0.8～1.2；当SS＞100mg/L时，k₁＝1.0～1.5。

来水经进水管1进入混凝池2-1中，加入絮凝剂后经絮凝池进水管道2-4从混凝池2-1进入到絮凝池2-2的导流筒中，在搅拌器提升作用下加强循环，与絮凝池2-2中投加的石英砂介质混合，形成比重较大的絮体，絮体通过絮凝池溢流管2-5进入澄清池2-3中进行快速沉降，上清液通过出水管3排出。含有石英砂的污泥经污泥回流泵5和旋流器进泥管6输送至石英砂旋流回收器7，石英砂经旋流回收器7底部连接的石英砂回流管8回收至絮凝池2-2中，剩余污泥经剩余污泥排放管9输送至污泥处理系统，进行集中处理。

本发明的混凝澄清系统运行过程中，系统运行过程中需要定期进行排泥，排出的含有石英砂的污泥经石英砂旋流回收单元后回流至絮凝池2-2中，絮凝池排污阀2-7定期开启，将絮凝池2-2中可能沉积的部分石英砂污泥经絮凝池排污管2-6排至澄清池2-3中。

污泥回流泵5流量根据进水流量和污泥回流比确定，污泥回流泵流量为进水流量与污泥回流比的乘积，污泥回流比通过下式计算：

R＝5％+(A/100)×10％

(2)

其中，R—污泥回流比，％；

A—澄清池出水浊度值，NTU。

系统运行过程中将石英砂回收输送至高效混凝澄清装置，回收率95％以上，只需额外补充少量石英砂。系统运行一段时间后，通过监测澄清池2-2的排泥次数和出水悬浮物，通过下式计算石英砂补充量，并通过石英砂自动投加单元进行石英砂的补充投加。

z₂＝5％×k₂·z₁·n

(3)

其中，z₂—石英砂补充量，Kg；

k₂—出水悬浮物修正系数，当SS＜2mg/L时，k₂＝0.6～0.8；当2mg/L≤SS＜5mg/L时，k₁＝0.8～1.0；当5mg/L≤SS＜10mg/L时，k₁＝1.0～1.2；

n—排泥次数。

下面为具体实施例。

某循环水排污水系统设计处理量为2×200t/h。主要水质指标见表1：

表1系统进出水水质指标

根据前述公式(1)，此时进水悬浮物为25mg/L，修正系数k₁＝0.6～1.0，取值0.8，石英砂初始投加量为：

循环水排污水来水经进水管1进入到高效混凝澄清单元2的混凝池2-1，经机械搅拌装置搅拌，与混凝池2-1中投加的凝聚剂进行反应，形成微小絮体通过混凝池2-1底部的絮凝池进水管道2-4进入到絮凝池2-2的导流筒中，与絮凝池2-2中投加的助凝剂反应，在搅拌器提升作用下生成大颗粒矾花，大颗粒矾花继续与絮凝池2-2中投加的石英砂晶种(粒径为80～100微米)吸附连接，进一步形成密实的大块絮体。密实的大块絮体通过絮凝池2-2上部的溢流管2-5进入到澄清池2-3的分离区，实现快速的泥水分离，上清液通过斜板澄清去后进入清水区，通过装置出水管3排出系统。系统运行过程中，设置定期(实际设定为系统连续运行12小时)开启絮凝池排污阀2-7，将絮凝池2-2底部可能沉积的石英砂通过絮凝池排污管2-6排至澄清池中。

澄清池2-2中沉积的污泥通过刮泥机收集污泥区，当累计进水流量或污泥密度达到设定值时，污泥回流泵5开启，澄清池进行排泥，含有石英砂晶种的污泥通过污泥回流泵5输送至石英砂旋流回收器7，经石英砂旋流回收器7离心力作用，石英砂通过旋流回收器7底流排出，经石英砂回流管8回收至絮凝池2-2中重复利用，剩余污泥则通过石英砂旋流回收器7的顶流排出，经剩余污泥排放管9排至污泥处理系统后脱水处理。

该澄清系统运行监测期间，进出水浊度情况详见图2。系统出水浊度按A＝2NTU，污泥回流比可根据前述公式(2)计算为：

R＝5％+(A/100)×10％＝5.2％

当澄清池2-3完成5次排泥过程时，石英砂补充投加系统运行，向絮凝池2-2中补充石英砂，根据前述公式(3)，此时出水浊度＜2NTU，k₂＝0.6～0.8，取值0.6，石英砂补充量为：

z₂＝5％×k₂·z₁·n＝1.488kg (3)

经过该系统处理后出水水质指标见表2，实现了硬度去除率＞90％，出水悬浮物＜2mg/L。

表2系统出水主要水质指标

本发明处理效果好、石英砂回收效率高，工艺流程简单、自动化程度高、人工操作强度较低、系统运行成本低，可以广泛应用于原水处理、海水淡化、循环水排污水等水处理领域。

以上所述仅是本发明的实施步骤的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统，其特征在于，包括高效混凝澄清单元（2）、石英砂旋流回收单元和石英砂自动投加单元；

其中，高效混凝澄清单元（2）包括混凝池（2-1）、絮凝池（2-2）以及澄清池（2-3）；

石英砂旋流回收单元包括石英砂旋流回收器（7）、石英砂回流管（8）和剩余污泥排放管（9）；

混凝池（2-1）底部与絮凝池（2-2）相连，混凝池（2-1）和絮凝池（2-2）设置在澄清池（2-3）的上方，絮凝池（2-2）与澄清池（2-3）的分离区相连，澄清池（2-3）的顶部出口设置有出水管（3）；澄清池（2-3）底部设置有澄清池排泥管（4），澄清池排泥管（4）经污泥回流泵（5）与石英砂旋流回收器（7）入口相连，石英砂旋流回收器（7）顶部出口与剩余污泥排放管（9）相连，石英砂旋流回收器（7）底部出口与石英砂回流管（8）入口相连，石英砂回流管（8）的出口与絮凝池（2-2）相连；

石英砂自动投加单元与絮凝池（2-2）相连；

混凝池（2-1）底部通过絮凝池进水管道（2-4）与絮凝池（2-2）相连，絮凝池（2-2）通过絮凝池溢流管（2-5）和絮凝池排污管（2-6）与澄清池（2-3）的分离区相连；澄清池（2-3）底部设置有澄清池排泥管（4），污泥回流泵（5）经旋流器进泥管（6）与石英砂旋流回收器（7）入口相连；

石英砂旋流回收器（7）内部设置有加强导流装置；

石英砂自动投加单元包括石英砂料斗（10）、称重器（11）、螺旋输送机（12）和石英砂输送管（13）；其中，石英砂料斗（10）通过称重器（11）、螺旋输送机（12）与石英砂输送管（13）入口相连，石英砂输送管（13）的出口与絮凝池（2-2）相连；

石英砂的投加量根据如下公式计算：

(1)

其中，z₁—石英砂投加量，kg；

q—系统处理量，m³/h；

n(Ca²⁺)—处理前后钙离子摩尔浓度差值，mmol/L；

n(Mg²⁺)—处理前后镁离子摩尔浓度差值，mmol/L；

SS—原水中悬浮物浓度，mg/L；

k₁—进水悬浮物修正系数；当SS＜50mg/L时，k₁=0.6~1.0；当50mg/L≤SS＜100mg/L时，k₁=0.8~1.2；当SS＞100mg/L时，k₁=1.0~1.5；

污泥回流泵（5）的流量为进水流量与污泥回流比的乘积，其中，污泥回流比通过下式计算：

(2)

其中，R—污泥回流比，%；

A—澄清池出水浊度值，NTU。

2.根据权利要求1所述的一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统，其特征在于，絮凝池（2-2）内设置有导流筒，并且絮凝池（2-2）内设置有搅拌器。

3.根据权利要求1所述的一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统，其特征在于，澄清池排泥管（4）上设置有澄清池排泥密度计（17）。

4.根据权利要求1所述的一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统，其特征在于，絮凝池排污管（2-6）上设置有絮凝池排污阀（2-7）。

5.根据权利要求1所述的一种石英砂型重介质高效混凝澄清系统，其特征在于，进水管（1）上设置有进水流量计（14）和进水浊度计（15）；出水管（3）上设置有出水浊度计（16）。

6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述系统的澄清方法，其特征在于，通过石英砂自动投加单元投加石英砂，来水进入混凝池（2-1）中，加入絮凝剂后，然后进入到絮凝池（2-2）中，与石英砂混合，形成比重较大的絮体，絮体进入澄清池（2-3）中进行沉降，上清液通过出水管（3）排出；含有石英砂的污泥经污泥回流泵（5）输送至石英砂旋流回收器（7），然后经石英砂回流管（8）回收至絮凝池（2-2）中，剩余污泥经剩余污泥排放管（9）输送至污泥处理系统；

石英砂的投加量根据如下公式计算：

(1)

其中，z₁—石英砂投加量，kg；

q—系统处理量，m³/h；

n(Ca²⁺)—处理前后钙离子摩尔浓度差值，mmol/L；

n(Mg²⁺)—处理前后镁离子摩尔浓度差值，mmol/L；

SS—原水中悬浮物浓度，mg/L；

k₁—进水悬浮物修正系数；当SS＜50mg/L时，k₁=0.6~1.0；当50mg/L≤SS＜100mg/L时，k₁=0.8~1.2；当SS＞100mg/L时，k₁=1.0~1.5；

污泥回流泵（5）的流量为进水流量与污泥回流比的乘积，其中，污泥回流比通过下式计算：

(2)

其中，R—污泥回流比，%；

A—澄清池出水浊度值，NTU。