CN1250458C - 水处理设备 - Google Patents

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Abstract

一种能够通过氧化使之不溶于水而滤除未净化水中铁和锰的水处理设备，包括一个未净化水供给管(4)；一个或多个喷嘴(5)，每个喷嘴的一个端部与未净化水供给管(4)连通，另一个端部有一个用于在喷射流中吹出未净化水的未净化水喷射出口；与上述一个或多个喷嘴(5)相应地设置的一个或多个空气导管(6)，每个导管的一个端部通向大气，另一个端部通向未净化水喷射出口上游的一个相应的喷嘴(5)的内部；一个包含过滤层(2)的过滤容器(3)。

Description

水处理设备
技术领域
本发明涉及一种水处理设备，特别涉及一种使用一简单小型设备而不用氧化剂或絮凝剂能够通过氧化处理地下水中的水溶物质如铁和锰从而使它们不溶于水的水处理设备。
背景技术
地下水用来作为自来水的未净化水，也用于需要大量水的工业如食品、软饮料、饮料，染料工业和公共浴室。在这些工业中，地下水中所含的铁和锰的含量已经产生了问题。虽然铁和锰是人体所需的物质，但是这些物质的含量超过一定量时，会使水有金属味并将水变成红色或黑色的水，从而使水不适合饮用并在这些工业中引起各种各样的麻烦。还有在建筑工业中的基础工程中，在基础工程开始前从基础位置除去地下水是必不可少的。如果地下水中含有大量的铁和锰，在将地下水排放到排水装置中前必须从地下水中除去铁和锰，因为法律上不允许不经任何处理就将那样的地下水排放到排水系统中。
在用于除去铁或锰的目前主流的传统水处理设备中，向未净化的水中添加氧化剂如次氯酸钠或絮凝剂如多铝化氯(poly-aluminiumchloride)以氧化溶解在未净化水中的铁或锰从而将其转变成不溶于水的氧化铁或氧化锰，通过过滤沙过滤未净化水而滤除氧化铁或氧化锰。
然而，在要求添加氧化剂或絮凝剂的传统的水处理设备中，在设备中要消耗相当大量的氧化剂或絮凝剂，因此这些氧化剂或絮凝剂的成本巨大。
还有，由于用作氧化剂的次氯酸在铁和锰的氧化处理后留在水中，产生一种致癌物质三卤甲烷。为了除去三卤甲烷，水必须通过一个活性碳层进一步过滤，这增加了水处理的成本。如果由于经济原因省略那样的活性碳层的设置，必须经常分析过滤后的水以防止由于添加过量的氧化剂而引起的三卤甲烷的产生，有必要的话，必须控制氧化剂的添加量。这种方法除了购买氧化剂的成本外还要求高成本的维护。
另外，传统的水处理设备通常是一个包括充气罐、絮凝罐、沉淀罐、沙滤塔、铁锰消除塔和化学试剂罐的传统的水处理设备，该系统需要大的安装空间。将那种设备安装在有限空间的位置如街区是不可能的。
还有，用于这种需要添加氧化剂的水处理设备的过滤沙被积累的杂质阻塞，因而需要不时更换。准备废弃的用过的沙子必须作为工业废物处理，因为它含有化学试剂，而法律和规章严格限制能够废弃沙子的地方。
因此，本发明的目的是提供一种能够通过氧化处理地下水中的水溶物质如铁和锰的、使用一简单小型设备而不用氧化剂或絮凝剂从而使它们不溶于水的水处理设备。
发明内容
为了达到上述发明目的，提供一种水处理设备，包括：
一个未净化水供给管；
一个或多个喷咀，每个喷咀的一个端部与未净化水供给管连通，另一个端部有一个用于在喷射流中吹出未净化水的未净化水喷射出口；
与上述一个或多个喷咀相应地设置的一个或多个气体导管，每个导管的一个端部被连接到一气体供给源上，另一个端部通向未净化水喷射出口上游的一个相应的喷咀的内部；
一个通向大气并包含过滤层的过滤容器，该过滤层带有该喷咀的未净化水喷射出口，该未净化水喷射出口正对着过滤层上方表面，该过滤容器包含的水的上表面是位于该过滤层上方表面之上，而介于该喷咀的未净化水喷射出口和水表面之间的距离，和该过滤层上方表面之上的水深分别被维持在可使水表面上和该过滤层上产生通风的一足够的值。
根据本发明，通过一端与未净化水供给管连通的喷咀和将空气从通向喷咀内部的空气导管导入喷咀内而将未净化水转变成喷射水流，该喷射流空气被引入到喷射水流中并变成大量的小气泡。含有大量气泡的喷射水流从未净化水喷射出口被吹出并撞击在设置于未净化水喷射出口下面的过滤层上面的水表面上，由此在过滤层上面的水中和过滤层的表面上均产生强烈的通风。通过这种通风的功效，含在水中的可溶于水的物质如铁和锰被氧化并因此转变成不溶于水的物质，这种物质形成絮状物或沉淀物并被捕捉到过滤材料如构成过滤层的过滤沙的粒子的表面上。通过过滤层已经从中除去不溶于水的物质和其它异物的被滤过的水从滤过水出口被取出。
因此，未净化水中的铁、锰和其它溶于水的物质可以通过一个简单紧凑的设备不使用化学物质如氧化剂或絮凝剂而变成不溶于水的物质并因而被滤除。
而且，由于作为通风的结果，被滤过的水含有相当大量的溶于水的氧气，通过将一已知的低速过滤装置连接到本发明水处理设备的下游侧，在低速过滤装置的过滤层中繁殖的需氧铁细菌的繁殖被增强，因此能够提高该低速过滤装置的除铁效率。
而且，根据本发明，安装本发明的水处理设备所需的空间仅主要是用于安装过滤容器的空间，因此所需空间会大大地小于安装传统的水处理设备所需空间。这样，本发明的水处理设备可以容易地安装在街区中的有限空间的位置上。
另外，在废弃过滤沙废物的情形中，没有必要将其作为工业废物来处理，从而没有废弃的地点限制。
按照本发明的一个方面，提供一种水处理设备，包括：
一个未净化水供给管；
一个或多个喷咀，每个喷咀的一个端部与未净化水供给管连通，另一个端部有一个用于在喷射流中吹出未净化水的未净化水喷射出口；
与上述一个或多个喷咀相应地设置的一个或多个气体导管，每个导管的一个端部被连接到一气体供给源上，另一个端部通向未净化水喷射出口上游的一个相应的喷咀的内部；
一个通向大气并包含过滤层的过滤容器，该未净化水喷射出口正对着过滤层上方表面，该过滤容器包含的水的上表面是位于该过滤层上方表面之上，并且该未净化水喷射出口被设置在水的上表面之上；
一滤过水出口，其设置在该过滤容器内用于排出已通过过滤层过滤的水；
一供水泵，其与未净化水供给管相连接，并且与该滤过水出口相配合，以使该过滤层上方表面之上的水深和介于该喷咀的未净化水喷射出口和水表面之间的距离分别被维持在可使水表面上和该过滤层上产生通风的一足够的值。
根据本发明的所述方面，气体导管被连接到气体供给源如气泵或空气压缩机上，这样从气体供给源上不仅能够供给空气也能够供给其它所希望的气体如氮气或臭氧。这样能够根据要滤除的物质的特性而选择所希望的气体种类。这样也能够使空气或其它气体的流速被控制在一个过滤用的最佳值。
当上述过滤操作继续时，随着时间的流逝，氧化物质的絮状物和其它异物被积累在过滤层的表面。结果过滤层的表面被这些絮状物和异物阻塞，由此降低了过滤层的过滤功能。在本发明的另一方面中，水处理设备包括用于使未净化水供给管在平行于过滤层表面的平面内往复运动的机构，因此，通过在水表面被调整到稍高于过滤层表面的水位的状态下操作该机构使未净化水供给管在平行于过滤层表面的平面内往复运动，从未净化水喷射出口被吹出的含有大量气泡的喷射水流被强烈地撞击在被絮状物等阻塞的过滤层的表面上，结果过滤层的整个表面部分被翻转过来，由此使带有絮状物等的过滤层的表面的被阻塞状态得以消除，恢复了过滤层的过滤功能。
按照本发明的另一方面，水处理设备还包括设置在喷咀的未净化水喷射出口和过滤层表面之间的挡板。从喷咀的未净化水喷射出口被吹出的喷射水流被挡板进一步搅动而增强了通风。
按照本发明的又一方面，水处理设备还包括由平板筛制成的、设置在过滤层底部的、用于支承过滤层的过滤层支座；设置在过滤层支座下面用于反洗过滤层的反洗管；和设置在过滤容器中的反洗水出口。
根据本发明的所述方面，当过滤层的表面被大量覆盖氧化物质的絮状物和异物时，向过滤容器的未净化水的供给被暂时停止，引起反洗水从反洗水管通过过滤层支座向上流动。覆盖过滤层表面的絮状物和异物被移走并从反洗水出口取出。平板筛用于使反洗水以均衡的逆流方式从过滤层的底面穿过整个过滤层流动。
附图说明
图1为基于本发明的过滤容器的侧壁的一部分被移走的水处理设备的实施例的透视图。
图2为喷咀和空气导管的放大截面图。
图3为用于使未净化水供给管往复运动的机构的截面图。
图4为未净化水供给管的导向机构的截面图。
图5为基于本发明的水处理设备的另一实施例的透视图。
图6为本实施例的喷咀和气体导管的放大截面图。
具体实施方式
现参考图1～图4对本发明的一个实施例进行说明。
一种水处理设备1作为其主要部件包括含有过滤层2的过滤容器3、未净化水供给管4、喷咀5和空气导管6。
由例如钢管构成的用于把要过滤的未净化水如地下水或河水供给到过滤容器3的未净化水供给管4通过橡胶软管8连接到供水泵7上。通过贮水槽从未净化水的水源向供水泵7供给未净化水，如果需要，供水泵7以预定的流速向未净化水供给管4供给未净化水。
未净化水供给管4以在平行于过滤层2的表面的平面内延伸的方式被设置在过滤容器3的一个端部的上方。
以从未净化水供给管4向下分叉的方式设置一个或多个(本图示例中为6个)喷咀5。如图2所示，每个喷咀5的上游末端5a以喷咀5的内部与未净化水供给管4连通的方式被装配在未净化水供给管4内。在喷咀5的下游末端形成未净化水喷射出口5b，该出口在喷射水流中吹出未净化水。该喷咀5的优选内径为3mm～6mm。
在各喷咀5中一对一地设置一个或多个(本图示例中为6个)空气导管6。如图2所示，每个空气导管6的上游末端部分6a从喷咀5向上倾斜地突出且其内部通向空气中。下游末端6b通向未净化水喷射出口5b上游的喷咀5的内部。该空气导管6的优选内径为2mm～4mm。
在过滤容器3中设置有过滤层2，其上表面位于喷咀5的下面且距离未净化水喷射出口5b有一预定距离(如，约35cm)。过滤层2由具有均匀粒径的过滤沙构成，功能在于通过捕集从喷咀5作为喷射流供给的未净化水中的被氧化物质和其它异物的絮状物而过滤未净化水。过滤容器3中的未净化水的流速即过滤速度根据目标异物的过滤程度(即滤出水中异物的允许浓度)而不同。对于铁和锰的标准过滤而言，优选过滤速度为每分钟8cm或以下。
由例如钢板制成的挡板13设置在喷咀5的未净化水喷射出口5b和过滤层2的表面之间，并使挡板13与未净化水供给管4平行地延伸且配置在未净化水喷射出口5b的下面。挡板13的两个纵向端部通过例如焊接固定在侧壁3a、3b的内壁表面上。作为例子，如果从过滤容器3的水表面到过滤层2的表面的水深为30cm，而喷咀5的未净化水喷射出口5b到水表面的距离为5cm，那么挡板13离水表面的优选深度为约5cm(即，距未净化水喷射出口5b的距离为约10cm)。
由平板筛(本图示例中为V形金属线筛)构成的过滤层支座14被设置在距过滤容器3的底部预定高度处，用于支承过滤层2整体。在图示例中，V形金属线筛被这样配置，使得用其平的表面14a来支承过滤层2，且V形金属线筛的槽14b的宽度向其下端增大。一个反洗管15被设置在过滤容器3的下部空间16内，在过滤层支座14的下面，用于反洗过滤层2。反洗管15形成大量的面向过滤层支座14开口的反洗水喷射出口15a。反洗管15连接到没有图示的反洗水供给源上。
在过滤层2的下游可设置一泵，从而水被泵强制抽吸以提高过滤效率。
通过采用由平板筛所构成的过滤层支座14支承过滤层2，可以消除传统水处理设备所需的那种通常由沙子的三个沙层所构成的支承结构，即，从上到下顺序为小粒沙、中粒沙、大粒沙。因此，能够简化过滤容器的设计。
一个用于取出已经通过过滤层2过滤的水的滤过水出口17被设置在面向过滤容器3的下部空间16的过滤容器3的侧壁3c上。在过滤容器3的一个端部(本图示例中在右端部)设置一个溢流槽18，并使其上边缘位于过滤层2的表面的稍上一点。溢流槽18的一端由过滤容器3的侧壁3b关闭，溢流槽18的另一端由盖子19关闭。当未净化水被过滤时，溢流槽18的盖子19被关闭，而在反洗过程期间被打开，以行使作为反洗水出口的功能。
可以采用一种已知的装置作为反洗装置，例如，一种当检测到过滤容器3的水位超过预定水位时会自动启动反洗操作的装置。
在本实施例中，用于使未净化水供给管4在平行于过滤层2表面的平面内往复运动的未净化水供给管往复运动机构20由螺纹盒21、丝杠22、用于驱动丝杠22的包含马达和减速齿轮的丝杠驱动装置23组成。丝杠驱动装置23被固定在过滤容器3的侧壁3d上。如放大的图3所示，螺纹盒21在其中央部分有螺纹孔21a并通过安装件24固定在未净化水供给管4上，安装件24通过适当方式如焊接被固定到管4上并使螺纹孔21a的轴向与未净化水供给管4的轴向正交。
与螺纹盒21的螺纹孔21a螺纹啮合的丝杠22在与未净化水供给管4正交的方向上延伸并由固定于过滤容器3的侧壁3c、3d上的轴承25、26支承。侧壁3d侧上的丝杠22的末端穿过侧壁3d一直延伸到过滤容器3的外部并连接到丝杠驱动装置23上，从而通过丝杠驱动装置23驱动丝杠22并使其旋转。因此，通过操作丝杠驱动装置23，使丝杠22旋转，从而使被固定在螺纹盒21上的未净化水供给管4沿图3中的箭头A方向移动。当丝杠驱动装置23的马达反转时，未净化水供给管4沿图3中的箭头B方向移动。
为了以平滑稳定的方式进行未净化水供给管4的往复运动，在本实施例中，如放大的图4所示，辊28在过滤容器3的侧壁3a、3b上的位置中通过安装件27被固定到未净化水供给管4上，侧壁3a、3b的上端部分有引导旋转辊28的导向槽29。为了以平稳方式进行未净化水供给管4的往复运动，也可以采用其它方式，例如一对丝杠。
下面将对上述实施例的水处理设备的操作进行说明。
在未净化水的过滤期间，将未净化水从供水泵7通过未净化水供给管4供给到喷咀5而使过滤层2的表面上方的水深维持在如30cm。通过将喷咀5内的水的流速设定在如1.5L/min到3L/min，使未净化水以喷射水流方式流动。而空气以如0.5L/min到1L/min的流速从通向喷咀5内部的空气导管6被引入喷咀5中。空气以大量的小气泡形式被引入到喷射水流中，然后含有气泡的喷射水流从喷咀5的喷射出口5b被吹出并撞击在过滤层2的水表面上，从而在水表面上和过滤层2上产生强烈的通风。挡板13增强了这种通风。利用这种通风的功效，溶于水的物质如铁和锰被氧化从而被转化成不溶于水的物质，该不溶于水的物质形成絮状物或沉淀物且被构成过滤层2的过滤沙的粒子表面捕集。已被过滤层2除去不溶于水的物质和其它异物的滤过水从滤过水出口17被取出。
当继续上述过滤操作时，随着时间的流逝，氧化物质的絮状物和其它异物被积累在过滤层2的表面。过滤层2的表面由于这些絮状物和异物的覆盖而阻塞，结果，降低了过滤层2的过滤功能。
在这种情况下，如图3中所示，当供给未净化水和空气使水位被调整在例如高于过滤层2的表面10cm时，未净化水供给管往复运动机构20被启动而使未净化水供给管4在与过滤层2的表面相平行的平面内往复运动。因为通过该操作，从未净化水喷射出口5b被吹出的含有大量气泡的喷射水流被强烈地撞击在过滤层2的阻塞表面上，所以过滤层2的整个表面被翻转过来，从而消除了过滤层2的表面的阻塞状态，使过滤层2恢复了其过滤功能。
当氧化物质的絮状物和其它异物被积累在过滤层2的表面上而达到一定程度，以至于未净化水供给管往复运动机构20的启动所引起的过滤层2的表面的翻转也不足以完全恢复过滤功能时，对过滤容器3的未净化水的供给被暂时停止以将过滤层2的表面上的水位降到零，形成反洗水出口的溢流槽18的盖子19被打开，导致反洗水从反洗水管15通过过滤层支座14向上流动。从而覆盖过滤层2的絮状物和异物被移走并从反洗水出口19被取出。
在上述实施例中，未净化水供给管往复运动机构20具有丝杠机构。未净化水供给管往复运动机构并不仅限于此，也可以由其它机构如链传动机构组成。
作为一个实际例子，本发明的上述实施例被用来过滤从日本枥木县佐野市所收集来的地下水。表1中所示为地下水中铁和锰的浓度变化。
表1
              过滤前(mg/l)               过滤后(mg/l)
铁            18                         0.6
锰            2.0                        1.7
参考图5和图6对本发明的另一实施例进行说明。在该实施例中，与前述实施例相同的部件用同一参考符号表示并省略其说明。
一种水处理设备1作为其主要部件包括含有过滤层2的过滤容器3、未净化水供给管4、喷咀5和气体导管36。
由例如钢管构成的用于供给要过滤的未净化水如地下水或河水的未净化水供给管4通过橡胶软管8连接到供水泵7上。通过贮水槽从未净化水的水源向供水泵7供给未净化水，如果需要，供水泵7以预定的流速向未净化水供给管4供给未净化水。
以从未净化水供给管4向下分叉的方式设置一个或多个(本图示例中为6个)喷咀5。
空气供给管9与未净化水供给管4平行地延伸在过滤容器3上面的平面内并通过安装件10固定到未净化水供给管4上。空气供给管9通过橡胶软管11连接到空气供给源12如供给空气的空气泵或空气压缩机上，或连接到供给气体如氮气或臭氧的气体供给源12上。
以从空气供给管9分叉的方式设置一个或多个(本图示例中为6个)空气导管36。如图6所示那样，每个空气导管36的上游侧端部36a以空气导管36的内部与气体供给管9连通的方式被安装在空气供给管9中，而气体导管36的下游侧端部36b通向未净化水喷射出口5b上游的的喷咀5内部。空气导管36的优选内径为2mm～4mm。
在本实施例中，气体供给管和气体导管被设置在未净化水供给管和喷咀的外侧。或者是，空气供给管和空气导管还可以设置在未净化水供给管和喷咀的内侧。
根据该实施例，从气体供给源不仅可以供给空气而且还可以供给所希望的气体如氮气或臭氧，从而可根据待滤除的物质的特性而选择最适宜的气体。而且，还可根据过滤的目标将空气或其它气体的流速控制在最佳值。
工业上的可应用性
本发明的水处理设备可用于过滤未净化水如地下水、河水、湖水、从农田和山脉流出的水中的各种漂浮物质，包括通过氧化处理此类未净化水中的溶于水的物质如铁和锰而使其不溶于水并将其过滤。该水处理设备也可用于处理浊水，如含有红土的水和各种不使用化学物质的脏水。

Claims (5)

1.一种水处理设备，包括：
一个未净化水供给管；
一个或多个喷咀，每个喷咀的一个端部与未净化水供给管连通，另一个端部有一个用于在喷射流中吹出未净化水的未净化水喷射出口；
与上述一个或多个喷咀相应地设置的一个或多个气体导管，每个导管的一个端部被连接到一气体供给源上，另一个端部通向未净化水喷射出口上游的一个相应的喷咀的内部；
一个通向大气并包含过滤层的过滤容器，该未净化水喷射出口正对着过滤层上方表面，该过滤容器包含的水的上表面是位于该过滤层上方表面之上，并且该未净化水喷射出口被设置在水的上表面之上；
一滤过水出口，其设置在该过滤容器内用于排出已通过过滤层过滤的水；
一供水泵，其与未净化水供给管相连接，并且与该滤过水出口相配合，以使该过滤层上方表面之上的水深和介于该喷咀的未净化水喷射出口和水表面之间的距离分别被维持在可使水表面上和该过滤层上产生通风的一足够的值。
2.如权利要求1所述的水处理设备，其特征在于还包括用于使未净化水供应管在平行于该过滤层表面的平面内往复运动的机构。
3.如权利要求1所述的水处理设备，其特征在于还包括设置在该喷咀的未净化水喷射出口和该过滤层表面之间而距水表面一预定深度的挡板。
4.如权利要求1所述的水处理设备，其特征在于还包括：
由平板筛制成、设置在该过滤层底部、用于支承该过滤层的过滤层支座；
设置在该过滤层支座下面用于反洗该过滤层的反洗管；和
设置在该过滤容器中的反洗水出口。
5.如权利要求1所述的水处理设备，其特征在于所述的气体导管是空气导管，而所述的气体供给源是大气。
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