CN1215990C - 一种适用于无机聚合絮凝剂的高效旋流混凝澄清方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高效混凝澄清工艺及其一体化装置，该工艺和装置集成了引射加药、旋流-微涡旋混凝反应、填充介质、静置澄清、微网过滤和部分絮体回流等技术单元，特别适应于各类无机高分子絮凝剂反应特征，具有水力停留时间短、出水水质优良、药剂用量省、占地面积小和集中控制容易等优点。

Description

一种适用于无机聚合絮凝剂的高效旋流混凝澄清方法与装置

技术领域

本发明属于给水和废水处理技术领域，特别涉及一种适用于无机聚合絮凝剂的给水和废水混凝澄清方法及其装置。

背景技术

通过混凝澄清方法去除水中微小悬浮颗粒和污染杂质是给水和废水处理中最常见的工艺之一。混凝的基本原理是利用絮凝剂与悬浮颗粒表面的物理化学作用，使胶体颗粒或者接近于胶体的颗粒失去分散稳定性，通过颗粒凝聚、吸附架桥和沉淀物网捕等机理成长为大而密实的絮体，从而提高通过自由沉降或其它固液分离方法将悬浮颗粒与出水分离的效率。混凝澄清工艺一般包括下列过程：(1)药剂与被处理水的混合，并使高度分散稳定的颗粒脱稳，(3)脱稳颗粒间的凝聚反应，(2)凝聚颗粒进一步聚集成团的絮凝反应，(4)絮体与出水的分离。除了药剂等热力学方面的因素外，主要由工艺过程决定的动力学方面的因素是影响混凝澄清效果的最主要因素。根据混凝澄清理论，混凝澄清的各个阶段对水动力学等方面的过程因素都有各自独特的要求。控制药剂与被处理水混合以及控制微小颗粒间凝聚反应的步骤是传质过程，创造高梯度紊流的水力学环境是促进药剂与水快速混合均匀以及促进颗粒间凝聚反应的主要手段。进一步的絮凝反应则要求水力环境既要能保证颗粒有足够的碰撞几率和良好的吸附机会，又要防止已形成的絮体被再次打碎。而水力澄清则要求尽可能降低水流紊动，以使絮体颗粒能够在一个安静的环境中快速沉降。传统的混凝澄清工艺一般将以上各个过程安排在不同的装置中进行，并且一般通过机械或水力搅拌的办法促进混合、凝聚反应以及絮凝反应。(参考文献：唐受印，戴友芝等编。《水处理工程师手册》。化学工业出版社，2000年，北京。)

目前，在絮凝剂开发方面的发展速度很快，特别是出现了以聚合氯化铝、聚合氯化铁为代表的高效无机聚合絮凝剂。这些新型水处理药剂的出现也对相关的水处理工艺和装置提出更高的要求。采用传统混凝澄清工艺和装置，一方面占地面积大、集中控制困难；另一方面难以满足混凝澄清过程的不同阶段对水力环境的要求，处理效果不佳、水力停留时间长、药剂消耗大。新型高效水处理药剂的出现，使传统工艺的固有缺陷变得更加突出。

发明内容

本发明提出一种特别适合于新型高效无机聚合絮凝剂反应特征的一体化混凝澄清方法及其装置，以克服现有工艺方法所存在的种种不足。本方明的方法如下：

(1)引射加药技术。具体方法是在系统的进水管道上设置引射混合器，当被处理水高速通过引射混合器时，引射混合器内产生的负压将药剂吸入，并利用引射混合器内的高梯度紊流促进药剂与被处理水的快速和均匀混合，从而使悬浮颗粒迅速脱稳。

(2)旋流凝聚-微涡旋絮凝反应。具体方法是设置一旋流器，旋流器内填充介质材料。旋流器的作用是使已与药剂混合均匀的被处理水在其中作高速旋转运动，使其中的颗粒发生凝聚反应。旋流器内填充介质材料的作用是使高速旋流在适宜时机被剪切破碎成微涡旋，营造有利于絮凝反应的水力学环境。水流作旋转圆周运动时，其所受的壁面影响远大于水流流过平壁或水流在管道中轴向流动的情况。作圆周运动的水流时刻受到壁面的作用，改变运动方向并进行速度梯度分布改组，使水流中每时每刻都存在流体微团间强烈的动量传递，不仅大大增加了流体质点的紊动程度和速度梯度，而且也大大增加了传质速率和紊流扩散系数，从而使已经脱稳的颗粒迅速凝聚。高速旋流场也有使药剂与被处理水进一步混合均匀的作用。高速旋流对于絮凝反应不利，而微涡旋才是发生絮凝反应的最佳环境。由于旋流器内填充了介质，因此一俟凝聚反应完成，高速旋流就被转化为无数的微涡旋，形成有利于絮凝反应进行的网格微涡旋流场。

(3)静置澄清与微网过滤出水。将如(2)所说的旋流-微涡旋反应器置于一澄清槽中，并在澄清槽的上部沿横截面布置一微网过滤装置。经过微涡旋絮凝反应的水从旋流-微涡旋反应器的上部流出进入澄清槽，在澄清槽中静置沉降并借助卷扫絮凝的机理浓缩澄清。微网过滤的作用是将已部分发育但尚不及有效沉降的絮体截留在澄清槽中，强化固液分离效果，保证出水水质。微网过滤出水即为整个系统的出水。

(4)部分絮体回流。由于被处理水中的悬浮颗粒物理化学性质不尽相同，同时在前述诸阶段中颗粒所受的作用并不完全均等，因此在澄清槽中存在部分发育不完全的小颗粒絮体，这些絮体的沉降速度要小于发育完全的大型絮体。在这些不能迅速沉降的絮体中还残存相当数量的有效药剂成分。通过将这一部分絮体回流至旋流器的进水端有三方面的好处。第一，可以降低药剂的用量；第二，可以提高旋流器内颗粒的碰撞几率；第三，可以提高澄清槽中的澄清效果。回流量依据被处理水质的浑浊度或污染物含量而定，一般占总进水量的5～20％。

结合附图，对本发明的装置说明如下：

重力澄清槽2上部为圆柱形但不局限于圆柱形，下部为圆锥漏斗状但不局限于圆锥形。槽2的顶部沿横截面设置微网过滤器3，微网的孔径可选择为100～400目，微网的材料以不锈钢为佳但不局限于不锈钢材料。在微网过滤器3的上方槽2的壁上开设一处或多处出水口4，也可在槽2的周边设置溢流槽供溢流出水。在槽2的中心位置安装旋流-微涡旋反应器5。旋流-微涡旋反应器5为上大下小的圆台形或类圆台形，其中填充絮凝介质，絮凝介质可选用絮凝球，或者沿横截面布置一层或多层网格，但不局限于填充上述两种介质材料。旋流-微涡旋反应器5的底部沿切线方向开设进水口，进水口通过管道与引射混合器1的出水口相连接。当在旋流-微涡旋反应器中填充多层网格时，网格的孔径自下而上逐级增大。在旋流-微涡旋反应器的进水管道上设置引射混合器1，高速进水自引射混合器1的进水口进入，自引射混合器1的出水口流出，并通过管道给入旋流-微涡旋反应器5的进水口。水处理药剂自药剂罐9通过流量控制和流量计量装置8，在引射混合器1的负压抽吸下，进入引射混合器1中与被处理水混合。从槽2中絮凝澄清段通过回流装置6将部分水回流至旋流-微涡旋反应器5的进水管中。槽2的底部设置排泥口7，通过连续或间隙的方式从排泥口7排出浓缩的泥水化合物作为整个系统的最终排污。

本发明的方法和装置特别适合于采用聚合氯化铝、聚合氯化铁等高效无机絮凝剂的场合。应用本发明的方法和装置具有下列优点：

(1)所形成的絮体大而密实，便于迅速澄清；

(2)系统水力停留时间短，处理量大；

(3)药剂用量省，可以节约15％～20％的药剂用量。

附图说明

附图是本发明装置的示意图，其中：1-引射混合器；2-重力澄清槽；3-微孔过滤器；4-槽2的出水口；5-旋流微涡旋反应器；6-回流装置；7-槽2的排泥口；8-流量计量装置；9-药剂罐。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明的具体实施方式和实施效果。

原水浊度为7NTU，水温5℃，pH＝7.2，总进水量为1000L/h。选用高效聚合氯化铝(碱化度75％)作为絮凝剂，絮凝剂用量为2.5mg/L，以Al₂O₃计。结合附图说明如下：

引射混合器1的出口直径为10mm。旋流-微涡旋反应器5为倒钟形，高度为1300mm，下缘内径为70mm，上缘内径为1000mm，内装一种直径50mm镂空聚乙烯球的絮凝填料介质，反应器的有效容积150L。槽2的上部为圆柱形，内径2000mm，高度2000mm。槽2的下部为45°锥角的圆锥漏斗，其底部连接内径为100mm的排泥口7。旋流-微涡旋反应器5安装在槽2的中心部位，反应器上缘距澄清槽上缘为500mm。在距槽2上缘150mm处沿横截面布置孔径为300目的不绣钢微网过滤装置3。槽2内的水透过微网过滤装置3成为系统的最终出水。出水为周边溢流式，经溢流槽收集后排出。原水以0.15MPa的压力给入通过引射混合器1。将絮凝剂首先稀释为2％(w/w，以Al₂O₃计)的溶液贮存在药剂罐9中，通过流量计8控制并投加药剂。通过回流装置6从槽2的絮体沉降区回流10～20％的水至旋流-微涡旋反应器5的入水口。运行中当微网过滤装置3发生堵塞时，使澄清槽内的液面下降至微网过滤装置3以下，通过喷淋的方式即可清除过滤装置3上的堵塞物，使运行恢复正常。

实施效果：

(1)出水浊度0.07～0.3NTU；

(2)与传统工艺相比，节约药剂消耗16％。

Claims (5)

1.一种适用于无机聚合絮凝剂的给水和废水混凝澄清方法，包含引射加药技术单元、旋流-微涡旋反应技术单元、微涡旋填充介质材料、重力澄清技术单元、微孔过滤技术单元、部分絮体回流技术单元，其特征在于：

原水进水管上设置一种引射混合器，利用射流原理将定量药剂吸入处理水中并达到迅速、均匀混合的效果，

引射混合器的出水进入旋流-微涡旋反应技术单元，先使与药剂混合均匀的被处理水作高速旋流运动，然后利用填充的微涡旋介质材料将高速旋流转化为微涡旋，

旋流-微涡旋反应技术单元的出水进入重力澄清技术单元，通过重力沉降实现固液分离，

在重力澄清技术单元的出水口设置孔径为100目～400目的微孔过滤技术单元对出水进行过滤，

重力澄清技术单元内的部分絮体回流至旋流-微涡旋反应技术单元中，回流量依据被处理水质的浑浊度或污染物含量而定，一般占总进水量的5～20％。

2.如权利1所述的混凝澄清方法，其特征在于所述的微涡旋填充介质材料，为一种多孔镂空的球形材料，或沿水流方向布置孔径逐级增大的多层格网。

3.一种混凝澄清成套装置，包含引射混合器、旋流-微涡旋反应器、重力澄清槽、部分絮体回流装置和微网过滤器，其特征在于：

引射混合器安装在混凝澄清成套装置的原水进水管线中，利用射流原理吸入药剂并使药剂和被处理水混合均匀，

旋流-微涡旋反应器外形为圆台形或类似于圆台形，在其小端沿横截面的切向开设进水口，其进水口通过管道与引射混合器的出水口相连接，旋流-微涡旋反应器放置在重力澄清槽中，内填一种多孔镂空的球形材料或沿水流方向布置孔径逐渐增大的多层网格，

重力澄清槽上部为柱状，下部为漏斗状，漏斗的底部设置排泥口，

在重力澄清槽的上部沿横截面布置微孔过滤器，微孔过滤器包含微孔过滤材料，

重力澄清槽中的水通过微孔过滤器后成为最终出水，从重力澄清槽底部排泥口排出的泥水混合物成为最终排污。

4.如权利要求3所述的混凝澄清成套装置，其特征在于：可以选用孔径为100～400目的编织滤网或微孔滤板。

5.如权利要求3所述的混凝澄清成套装置，其特征是：采用100～400目的不锈钢编织网。

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