CN2306224Y - 全自控净水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型全自控净水器属于一种一次性净化高浊度水体为符合国家生活饮用水标准的一元化钢结构设备,它是由滤床与设置在滤床外围的沉砂池、反应池与滤床上部设置的沉淀池、沉砂池、澄清池以及滤池反冲洗虹吸供水与虹吸排水的双联虹吸系统组成,特征是沉砂池、反应池为折板结构。滤床为不低于一种滤料组成的接触滤床,外置控制滤床周期的控制水位水箱,滤床连续自控运行是由各管道连接的自动控制系统,可完成江河、湖泊高浊度水体的一次性净化,结构紧凑,可节约大量投资。

Description

全自控净水器

本发明是一种一次性净化江河、湖泊水为符合国家生活饮用水卫生标准的净化装置。

在我国给水净化生产装置中，大多数的企事业单位、水厂、供水站的给水净化设备均采用沉砂池，反应沉淀，澄清与机械过滤相结合的多级水处理设施，这些水处理设施普遍是混凝上结构，基础实施费用十分庞大，一般来讲由于占地与建设施工所占费用，一座中型装置的投资费用为100-200万左右，近些年来，一元化钢结构设备的出现但均不能一次性地对原水进行这标处理，当江河水源在洪汛期或在含泥砂量十分严重的季节里，钢结构设备还不能独立完成净化水的任务。例如：钢结构设备的各种重力净水器，一般只适用于水质浊度在5000度以下，而重力式无阀滤池设备与机械过滤器一般仅用于30度以下的深度净化，但是，我国江河主要以长江、黄河为主流地域的各分支流域地区，河水的浊度，洪汛期一般均超过上万度，尤其在北方的黄河流域，普遍河水的含砂量为几十公斤／每立方米，如此高的原水浊度，一般的钢结构设备均有困难，因此，大多数的净水工程设备中，钢结构设备只适用中小型水处理实施，并多作为二级净化设备，给水工程设备中由于钢筋混凝土结构建设期长，费用多，占地大带来不便，虽然钢结构设备具有建设期较短，维修、改造方便，但因不能独立完成高浊度水体的一次性净化而存在缺陷。

本实用新型的目的是在现有技术基础上，为解决给水工程设计中迫切需要一种适用于高浊度水体一次性净化的钢结构设备的技术，本发明正是基于水处理技术的发展需求而完成的研究成果。

图一是本发明技术的主视图。

图二是表达本发明技术的右视图。

图三是本发明技术的俯视图。

图四是沉砂池2的展开图。

图五是反应池10的展开图。

图六是落水井55的结构说明图。

图七是气水分离器37结构说明图。

本发明技术的显著特征：

以多层滤料8组成的滤池7为中心，在滤池7外围设置沉砂池2，滤池7上面设置了沉淀池9，由斜管14组成的斜管澄清槽和澄清池16，又在沉淀池9与斜管澄清槽外面的空间设置了水体高浊度净化所需的二次投药反应的反应池10，与上述结构构成空间结构的整体构想，形成上层、下层、内层与外层的空间布置，在此布置的上面设置了澄清池16水箱与滤池7之间的控制水位箱34，通过由反冲洗下水管27与反冲洗管28以及若干联通管道组成的双联虹吸系统，勾通中心滤床7自控运行与自控反冲洗运行要求的结构联系。

本结构还具有如下显著特征：

1、双联虹吸系统是由虹吸上升管13，抽气节26，反冲洗管28组成滤池7的反冲洗下水装置与调节管23，反冲洗虹吸管20，缩节22，反冲洗下水管27组成滤池7的反冲洗供水装置，以及漏斗24，抽气管25，联管18等构件组成的。

2、沉砂池2与反应池10内设置了相对折板67，平行折板66，平行直板65，并由这三种折板构成水体的反应廊道，完成水体的絮凝反应过程。

3、在澄清池16内设置了集水渠17与澄清溢水管29，澄清溢水管29与进承管12之间设置了气水分离器37，气水分离器37是由分离器进水管59、集气斗60、支架61与内斗62和外壳63组成。

4、由于本装置立足于高浊度水体的净化，过滤池7设计为接触滤床，因此，装置设计了三级加药设施，由阀门43，初加药水射器41，初加药进药管42，构成高浊度水体净化的初沉砂处理的投药装置，通过初沉砂后，水体中已将80％的泥砂去除，但仍保留有数百度的浊度，故需进行二次加药处理，对水体进行比较彻底的反应、絮凝、澄清处理，二次投药装置是由阀门45，反应药进药管46与反应药水射器47组成，当水体经过絮凝，澄清进入滤床前，进行滤前加药，以使滤床保持高浊度接触过滤的条件，为此，在澄清溢水管29上部设置了接触过滤池所需的加药漏斗19。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

1、沉砂池2工艺流程原理是(参见图一与图四)作为一级处理，对高浊度水体而言，它的主要功能是针对大于0．1mm以上的机械砂粒与均80％以上的浊度物质，根据三级净化的工艺特点，一级净化装置的投药主要以高分子絮凝剂为主(例聚丙烯酰胺的水解剂等)，原水由水泵输入，其泵压为0．8kg／cm²左右的输送强度，水体从原水管40进入，高分子絮凝剂通过水射器41作用从初加药进药管42进入并注入水体，水体进入由滤池底板71、滤池顶板68、砂池墙板69与滤池墙板70形成的空间内，在此空间依序设置了相对折板67、平行折板66、平行直板65组成的反应沉砂廊道，水体沿图中水流箭头所示进行由上而下，由下而上的运动，在这回折运动的过程中，受到折板间的峰谷与峰尖的挠动因素，促进高分子絮凝剂在水体中反应，凝絮，桥架，形成初级沉淀物，大颗粒的物质沉入在底部从排砂阀38排走，经过初步除砂后，水体从上流孔引流出进入反应池进行二级处理。

2、反应池10工艺流程原理(参见图一、图五)，从沉砂池2初步反应处理后的水经进水孔(上流孔)引进入反应池，该反应池是由砂池墙板69，廊道盖板72、滤池墙板70与滤池顶板68组成的空间，在该空间内依序设置了相对折板67、平行折板66、平行直板65组成的水体反应廊道，水体经过廊道时，依次由下而上，由上而下的回流，经过反应过程后，水体的固体机械物质被药物架桥絮凝形成大颗粒的矾花，随水流从出水孔30流出，进入沉淀池进行重力自然沉淀。

反应池的工艺过程是二级反应，由于一级反应投加高分子絮凝剂，水体中尚有大量高分子水解体的单体与桥架物质，固二级反应池投加药剂主要是以助凝剂为主，如无机助凝剂与无机絮凝剂的混合物药剂等(例如骨胶、石灰、铁盐、铝盐等)，药剂投加是从反应药进药管46进入，经反应药水射器47投注，使水从反应池注药孔进入反应池10内，反应池内的沉淀物从反应池排砂管(阀)排出。

3、沉淀与澄清工艺流程原理，形成矾花的水体从出水孔30进入沉淀池9内，水流围绕沉淀池作四周或圆周运动，由于沉淀池的拦截面积较大，水流上升的速度控制在10mm／s以内，优选在1．2-3mm／s之间，颗粒的矾花自然重力沉淀在池子的底部，并从沉淀池排砂管(阀)排走，上升的水流通过斜管14组成的澄清段，加速微小粒子的去除，澄清后的水存结在上部澄清池16内。

本发明装置中，H₁是保证斜管澄清段净化效果的整流高度，一般在0．5-2m内选择，H₂是斜管组件的有效高度，它与斜管内截圆直径倾斜角度θ有关，一般控制高度H₂为0．5-1．2m内，澄清池16的高度H₃是由滤池7需要的反冲洗强度决定的高度，H₃决定的高度有如下二方面的意义，一是在正常运行时此段高度是起到保护斜管段正常工作的稳定高度，二是在该高度内储存的水量必须满足滤池7反冲洗时必须要的水量，滤池7反冲洗强度一般控制在10-25L／sm²，可优选在15-20L／sm²。

4、过滤与反冲洗控制

储存在澄清池的水通过澄流进入集水渠17内，并由澄清溢流管29，气水分离器37内分离气体，在气水分离器内，水流盛入在内斗62溢流而出。水中夹带的气体随溢流流体分离出液面，通过集气斗60中间的通道上升到分离器顶部空间中从排气管51流出，溢流的水体折流向下，从下部排走，水流从分离器出来后从进水管12进入滤床，这里气水分离器是通过法兰64联接，以便于维修方便，其进水管12是洞穿控制水位水箱34与反应池10进入沉淀池9内与虹吸上升管13连接。

进入滤床的水经过滤料过滤，由上而下穿过滤料8，承托层6、丝网5，从筛板4穿出，再经集水区的布水管3收集后经出水管39流出，被净化后的水体储存到控制水位水箱34内，经过溢流斗32，净化水出水管33流出。

在滤池表面与控制水位水箱34内有一控制位差L₁，作为接触滤床的静压控制与保证过滤周期的期末水头L₂与L₃之间关系，L₁是可变动的设计水位，一般控制在1-3m之间。

滤池在工作的过程中，虹吸上升管13内有一变动水位L₄，它反映滤床的水头损失，随着过滤时间增长，L₄水位高度增加，逐渐使L₄=L₂时，管内的水位高度抵达漏斗处，水经漏斗处下泻入抽气管，由于采用连管18将反冲洗虹吸管20与反冲洗管28的上弯顶部连接，勾通了弯头顶部的内部空间，漏斗26下泻入的水流将两个弯头顶部中的空气一齐抽走，促使两弯头顶部空间形成真空，使澄清池16上部储存的水从调节管23，翻过反冲洗虹吸管20，反冲洗下水管27形成虹吸供水，与此同时，虹吸上升管13上部的弯头也同样形成虹吸翻水的形式，勾通了反冲洗的水流通道，这样反冲洗水从出水管39进入，逆流而上穿过筛板4，丝网5，承托层6，将滤料反冲洗，反冲洗形成的泥浆水从虹吸上升管13，翻过弯头，经过抽气节26，反冲洗下水管28流入落入井55，从储水挡板57上方溢流出排走。

滤床反冲洗的过程中，澄清池16上面的储存的水位逐渐下降，当液面降落到虹吸破坏斗15以下时，空气从虹吸破坏斗进入至虹吸上升管13上部弯头与反冲洗虹吸管20上部弯头顶部，破坏管内的虹吸，至使反冲洗停止，设备又恢复运行，虹吸破坏斗的高度是可调整的，它通过虹吸破坏斗调节丝扣49安装调整。

为了保证双虹吸系统的同步运行，在两虹吸管的上部设置了缩节22与抽气节26，并由并联管21与抽气管25连接内部，使双虹吸管能同步运行。

下面依照附图实施例对本实用新型作详细的说明：

运行设备前填装好滤料，本发明装置的滤料为多级滤料与多种滤料组成的，根据实际需要对滤料的配伍进行级配与成份组配。

从图中可见，本实用新型在原水经泵压从原水管40输入，在原水管段内，投加絮凝剂，絮凝剂是通过水射器41投注，水与药剂的混和物进入沉砂池2内，大颗的泥砂在由各折板间底部沉落，并从排砂阀38排走，排砂阀门为连续排砂与节隔排砂二种运行方式，当处理高浊度水体时，水中的泥砂量重，则采用连续排砂的方式运行，若处于冬季的清水季节，排砂阀门可采用节隔排走，水流经折板形成的围绕滤池7一周的廊道后，通过上流孔引进反应池10内，本发明的水平截面形状可以是圆形，也可以是方形，本实施例采用的是方形布置，反应池10的入口处安装有二次药剂的注入口，也是通过水射器注入，水体再次在由折板形成的廊道间围绕四周作折向流运动，注入的药剂再次对水体进行水解，桥架、絮凝、形成有利的大块状矾花后，从出水孔30流入沉淀池9内，反应池内形成的泥砂从反应池排砂管(阀)36排走，沉淀池9内的沉结物从沉淀池排砂管(阀)35排走，被初沉淀后的水体平稳地上升，进入由斜管14组成的澄清段进一步被沉淀，沉淀后的泥浊物从斜管壁上下沉到沉淀池9底部，随同沉淀物排走，澄清池16内的清水溢流入集水渠17内，再从澄清溢水管29进入气水分离器，气水分离器主要目的是分离澄清溢水管29内水流跌落形成的气泡，保证水体在进入滤床前排除空气；以确保滤床的正常工作，被分离气体的水体从进水管12进入滤床7内，为了防止水流直接冲击滤床表面，在进入滤床的进水管口处设置了布水板11，水流由上而下地经过滤料8，并通过滤料8对水体进行机械拦截形式的过滤，由于水体在流出集水渠时，在澄清溢流管29上方经加药斗19投注了助凝剂或絮凝剂，水体在滤料8内的过滤过程中，不是简单的机械过滤，而是接触过滤，是以滤料颗粒为核心，滤料的表面与药剂的絮凝体形成的桥链似如网状结构的空间结构，加大了对水体中的机械颗粒的拦截、阻留作用，因而水体能强有效地被净化，净化后的水，通过承托层6、筛板4、布水管3、出水管39进入到控制水位水箱34内，再通过溢流斗32，净化水出水管33流出。

当滤床的工作负荷到一定限度时，水头损失将逐渐加大，使虹吸上升管13内的水位L4上升，直到水流从漏斗24流出，使抽气管25工作，将反冲洗虹吸管20上部弯头内的空气与虹吸上升管13上部弯头内的空气抽走，形成真空，使水流能翻过弯头顶部，形成虹吸翻水的形式，虹吸的形成，造成澄清池16内的清水直接通过虹吸管道，通过出水管39、布水管3、筛板4、承托层6、滤料8，对滤料反冲洗，反冲洗水通过虹吸上升管13，上部虹吸弯头后，再从反冲洗管28流走。

反冲洗形成后，澄清池16内的水位下降至虹吸破坏斗的液位控制口下，空气进入虹吸弯头顶部，迫使虹吸停止，设备又自动恢复自动净化过程。

以上简述了设备的自控运行的原理与方法，应当说明的是，本发明的自控反冲洗装置是基于双联虹吸的同步效应，与高强度(位差)的滤床反冲洗，因此由H3决定的标高计算的水量具有压差小，反冲洗强度均匀的优点，另一方面，设置了三次可注药的机构，为设备具备了净化高浊度水的技术潜力。

本发明装置，不仅针对我国江河、湖泊的高浊度水净化的需求，更重要的是，它与一般钢结构重力式无阀滤池、一元化重力净水器、无阀式虹吸滤池结构相比，具有如下几个优点：

1、结构紧凑，有效利用空间布置，因而占地仅为上述钢结构设备的1／2；

2、节约材料，由于设计了中心滤池与外层廊道方式，材料之间相互结构作用，其强度上讲，整体的刚度较好，各板材厚度均有所降低，板材间互相利用与同等能力下的设备比较，可节约钢材50％。

3、对净化水浊度基本不限，这是目前钢结构设备难以办到的，由于本发明设置了初级反应除砂的装置，沉砂池2，高浊度水体的泥砂成份有80-95％的负荷在此段内被净化去掉，因而，进水浊度问题已不是防碍澄清段工作的主要因素，因本发明具有较广泛的地域、地区的适用性，能较好地完成水体的一次性净化。

4、本发明采用高强度反冲洗，其特点在于反冲洗水位来源于高水头，固滤床的冲洗比较彻底，工作周期有所保证，滤床的泥球滋生少，工作可靠。

5、完成了全自控的非人工控制运行的手段，节约了运行管理成本，出水质量可靠，与目前的重力净水器装置比较具有独到之处的优点。

综上所述，本发明的贡献在于一次性地、全自控运行的净化水体，其结构形式可为方形、圆形、或其它几何形体，它是由中心滤床、外围反应折板廊道组成的区域，其滤床与澄清段的联系采用同步运行的双虹吸系统完成滤床的反冲洗，为此，在不违背本发明的原则下，还可作各种过滤的派生形式与结构形式。

Claims (3)

1、一种一次性净化江河、湖泊水的生活用水的全自控净水器，由滤池为中心，在滤池周围布置沉沙池、沉淀池、反应池、澄清池。滤池自控运行与反冲洗是通过反冲洗虹吸管、缩节、反冲洗下水管，虹吸上升管、抽气节，反冲洗管，虹吸破坏斗、联管、并联管、抽气管、漏斗及联接管道组成控制系统，在沉砂池与反应池四周外围，布置了沉砂池、反应池，沉淀池的排泥管与控制阀门，在反应池外部设置了水位箱、气水分离器与落水井，通过各管道联接组成运行系统，其特征是：

a．滤池7外围布置沉砂池2，其上布置沉淀池9，沉淀池9中布置有斜管14组成的澄清段，在沉淀池处设置反应池，上部是澄清池，

b．滤池7的反冲洗是由反冲洗虹吸管20、缩节22、反冲洗下水管27形成，从澄清池16中虹吸取水，又由虹吸上升管13、抽气节26，反冲洗管28，形成虹吸出水。虹吸形成是由漏斗24、抽气管25抽真空实现，两虹吸的同步联系是由联管18，并联管21沟通为双联虹吸自控系统。

2、如权利要求1所述的全自控净水器，其特征是沉砂池2与反应池10是由相对折板67、平行折板66、平行直板65与各墙板组成。

3、如权利要求1所述的全自控净水器，其特征是滤床7是由至少不低于一种滤料构成的，与承托层6、筛板4、丝网5、布水管3和作为主管的出水管39组成。

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