CN2351428Y - 地下水除铁除锰净水设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种用于去除地下水铁、锰有害成份的净化设备。它是由上滤池、下滤池、水位水箱、射流器、反应管、一次水箱、二次水箱、上滤池压差控制管、虹吸联通管构成,其特征是:上滤池与下滤池形成重叠,并与安装井对称的结构,组成的四个滤池共用水位水箱,独立自控反冲洗,并通过一次水箱与二次水箱分别对水体进行溶氧曝气的二级处理与二级过滤。使设备具有结构紧凑,占地小,节约投资,更尤为适合地下水的水体净化。

Description

地下水除铁锰净水设备

本实用新型属于一种用于去除地下水铁、锰有害成份的净化设备。

在我国的地下水资源中，有10mg/L以上的铁锰有害成份的地下水占铁锰地下水40％以上，高铁锰水源不但水质浑浊，色泽黄黑，并含有严重的金属异味，使人、牲畜根本上无法正常饮用，以及用于工农业生产，处理净化这部份高铁锰含量的地下水是目前开发利用水资源十分迫切的问题，但是在我国现有的水处理设备中，对含量超过10mg/L以上的地下水还不能有效去除，中国专利局公布的《除铁除锰净水器》CN2166126Y与《地下水除铁除锰设备》CN2023972V，以及本发明主要设计人于1995年7月向中国专利局申报并授权的《地下水除铁除锰净水设备》ZL95241844·4等均系一级净化设备，只适于去除10mg/L以下的铁锰含量的地下水净化，采用这些设备难以去除高铁锰地下水的原因是：

一、现有的一级处理设备的溶氧能力不能满足水体中的高铁锰成份的需求，地下水的净化过程是一耗氧过程，其反应在如下三方面：

a．地下水中二价铁转化为三价铁的氧化过程

b．地下水中二价铁在活性滤床中接触氧化的去除过程：

c．地下水中二价锰在滤床中接触氧化的去除过程：

因而，地下水铁锰有害成份的去除取决于水体中溶解氧的多少，但是，在现有的技术中，若以常温常压下采取不同的技术方法向水体溶氧，一般不超过理论值9.17mg/L(O₂)的60％左右，加上设备工艺、制造上的原因形成工程实际运用情况是水体中溶氧不超过5.5mg/L(O₂)，所以这类设备一般来讲仅适用去除水中不大于10mg/L(Fe+Mn)含量的水体。

二、现有设备的滤床技术一般来讲只是浅床布置，过滤的滤速相对有限，且滤床中净化能力低，穿透的防护层高度浅，难以发挥滤床的净化功能，事实上在国内大多数的运行经验中，当地下水含Fe、Mn大于6mg/L时，均采用多级、多台现有设备串联方式运行，一般来讲，对大于10mg/L以上的铁锰地下水采用一级处理的成功经验尚未见到报道。

本实用新型的目的是为克服现有设备技术存在的缺陷，采用一元化双级多床的净化体系，研制一种新型的净水设备，将地下水中高铁锰有害成份一次性地完成，并净化为符合国家生活饮用水卫生标准的净化水。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种地下水铁锰有害成份净化设备是由压力水射器，一次水箱，反应管、上滤池、下滤池压差控制管与虹吸连通管、上滤池虹吸排污管构成的并联虹吸结构，组成一级水处理设施，在上滤池的下部设置了下滤池，并由下滤池、二次水箱、接触曝气床、水位水箱、二次进水管，下滤池压差控制管，下滤池虹吸排污管二级净化实施，由一、二级净化实施组成高铁高锰的地下水净化系统，在这个系统中，还设置了勾通一、二净化设施的若干管道与破坏槽、下滤床破坏斗、落水井以及反冲洗手控阀门及管道、操作人员工作的楼台、楼梯和检修人孔等实施，其特征是：

a．该净化设备是双层双格的空间布置的二级净化工艺，一级工艺采用水射器溶氧，反应管反应，一次水箱散发，凝聚净化后向二次水箱中的接触曝气床提供水源，并在二次水箱进行二级曝气溶氧，向水体中进行二次补充氧份，再进行二级净化处理，二级净化后的水体为净化水储备在水位水箱中溢流输出，该系统中的双格双层布置的四个滤池同期工作，不同期的单独进行反冲洗，并共用水位水箱中的储存水。

b．一级净化的滤床是由2个设置在上部的上滤池组成，上滤池工作的自控反冲洗是由并联虹吸结构来完成，它是由上滤池压差控制管、虹吸连通管、上滤床真空联接管、上漏斗、抽真空三叉管、上滤床抽空排水管、手控反冲洗联接管、上滤床反冲洗手控阀门、辅助破坏管、破坏槽等组成的。

c．一次水箱中设置了由隔板分隔为散发区间与排布瓷坏的凝聚水箱区间，上滤床的进水管设置在凝聚水箱区间内，为了进水管中尽可能少带入空气进入管道，设计为斜口形状，即为一次斜口管。

d．上滤池内设置了布水板、缓冲板、滤料、承托层、丝娟、筛板、支管、主管。

e．二次水箱内设置了由丝网、元钢、扁钢制作的曝气床架，曝气床内盛装有供曝气过渡管，喷淋水流溶氧之用的填料。

f．下滤床设有配水管、配水支管、滤料、承托层、丝娟、筛板、支撑桥板、集水渠，使下滤床净化的水经集水渠，安装并流入水位水箱。

本实用新型还具有如下特征：

上滤池与下滤池填装的材料为天然锰砂，亦可为天然锰砂石粒、石英砂与人造锈砂的混合物。

虹吸排污管下端还设置了节流挡板，调节手柄可以调整反冲洗强度。

为了保证自控反冲洗正常运行，设置了落水井，并在落水并内设置了储存一定水量的液封槽。

下滤床的自控反冲洗控制是由设置的下滤池压差控制管，真空连接管、下漏斗、抽真空三叉管、下滤床破坏斗、下滤床虹吸排污管、下滤床反冲洗手控阀门组成。

本实用新型提出的技术方案，建立在对地下水高铁锰成份的净化工艺研究的基础上，针对一元化钢结构设备与混凝土结构装置适用的特点，研究的一种广泛适用我图国情水资源开发与利用的技术措施。

图一是本实用新型的主视图

图二是图一的侧视图

图三是图一的俯视图

下面依照附图与实施例对本实用新型作详细说明

上滤床运行与反冲洗

从图中可见铁锰的地下水经射流器55进口B进入，由于压力作用，在射流器的空气吸入口A处形成负压，空气被吸入水流中，混合后的气水乳浊液进入反应管15反应，反应管15弯折为矩形方式，布置在水位求箱11的上方，它的作用是双重的，既是氧化反应与输送水流，又是上部份设备一次水箱22，二次水箱19与接触曝气床18等设施的承载横梁由于二次水箱下洞穿的管道较多，也起到支承作用，因而，反应管15并不是承受全部载荷，水经反应管输送，完成一次净化的反应后，从侧面进入一次水箱22，经原水管口23散发水中的其它气体，并使地下水反应后的CO₂气体逸出，一次水箱22内，有隔板58，并由隔板58将水箱内的空间分隔为散发与凝聚两部分，由于隔板58来伸到底板，使两空间部份被下部空间构通，在凝聚部分空间布置了一次斜口管21与整列排布的瓷环81，由于斜口管21的高差控制，确定了一次水箱内始终保持了储藏周转的水量，其周转时间亦是Fe²⁺氧反应为三价铁Fe³⁺的凝聚时间，水体曝气后，从隔板58下流进凝聚侧，经整排瓷环上流到斜口管21处，溢入斜口管21内，沿一次进水管77，一次水封管42，上滤床进水管13，滤床接管10进入上滤床，在上滤床内设置了布水板9与缓冲板8，滤料7，承托层45以及筛板系统46，所谓筛板系统，即筛板上布置了丝网与固定丝网的木条和固定装置，在折板下面设置了主管6与支管5组成的集水系统，进入滤床的水流经布水板9向四周分配，穿过缓冲板8向下进入滤床，布水板9上按(40-80)×(40-80)间隔等距布置了φ8-φ12的密集性的孔眼，缓冲板8上是按(10-25)×(10-25)间隔等距布置了φ5-φ10的密集性的孔眼，滤床滤料是按人造铁、锰、锈砂与天然石英、锰砂混合组成的滤床，水流流经滤床后，被氧化凝聚Fe²⁺被滤床上层截滤，水中未氧化的铁进行接触氧化反应并去除，一次净化后的水质，已基本去除铁质的大部份，约占95％左右残余的铁质与大多数未净化的锰待二级净化，净化后的水经支管5收集，主管6送出经上滤床出水连通管40，中间水封管75，曝气床安装管76，进入曝气过滤管24送去曝气，准备进入二次(级)净化处理。

在滤床出水连通管40的上方，安装了虹吸连通管17，该管的末端直接伸入水位水箱11下部设置的破坏槽67内，破坏槽67是由槽板68三方围成的槽形结构，在槽板上安装倒U型的辅助破坏管66。

上滤床工作时，在上滤池压差控制管12内有一反应滤床过滤时的压差损失的动水位，随着滤床过滤时间增长，截除累积的铁质增多，动水位逐渐爬高，到达上漏斗60时，沿漏斗下流，经抽真空三叉管61从滤床抽空排水管62排走，同时抽走管内上空的空气，上滤床压差控制管12与虹吸连通管17均被上滤床真空联接管59勾通，因此，当抽空排水管62排水抽真空时，控制管12与连通管17同时形成真空，使在上滤床压差控制管12内形成虹吸的同时，也勾通水位水箱11的储存水进入上滤床进行反冲洗的通道，上滤床反冲时，水流是水位水箱11内的储水提供，其水从破坏槽67内的虹吸联通管17的末端口进入，经该管道弯头，向下经上滤床出水连通管40、主管6、支管5、筛板系统46，进入滤床7，对滤床进行由下而上的逆流反冲洗，反冲洗水经上滤床压差控制管12，上滤床虹吸排污管34从排污槽38排走，反冲洗的强度调整通过安装在排污管34内，下端的节流档板71控制，板的调整通过手柄69操作。

反冲洗形成后，水位水箱11中的水位逐渐下降，当液面降至破坏槽67时，由于槽板的隔水位水箱的水只能被辅助破坏管66限制性地进入槽内，而虹吸连通管17很快将槽内的水抽干，并将空气抽入，从而破坏了连通管17与上滤池压差控制管12的真空虹吸作用而使反冲洗停止，由于压差控制管12的高差较大，虹吸停止的瞬间，管内的水柱迅猛地冲回滤床，为了避免向下猛冲的水柱冲翻滤床，因而设置了缓冲板8，以保护滤床不被快速下流的水流挠乱而形成的翻床现象。

排污槽38是由液封槽72与落水井73组成，落水井下方设置设备的排水沟。

下滤床的运行与反冲洗：

地下水经一次(级)净化后，水中的游离氧基本耗尽，其水中的PH值一般还在6.8左右，呈显弱酸性水，铁被大部份去除，但锰质还保留着绝大部份。第二级净化的主要任务是除锰，因而首先向水中补充氧分，根据地下水去除锰的工艺特点，本发明技术采用接触曝气床溶氧。

接触曝气溶氧是通过布置在二次水箱19内的曝气床架25与盛装在床架内的填料18组成的接触曝气床，并由离床高约0.1m-1.2m的喷淋管20向床面淋洒一级净化水，从而实现向水中溶氧的目的。

床架是由扁钢、元钢、丝网组成，装在其中的填料可在10-150mm粒径范围内选择，可优选在15-45之间，填料的床体高度在100-800mm内选取，可优选在150-300mm之间，填料在材料可选择焦碳、卵石等材料。

由一次(级)净化后，去除铁的含锰水，送至曝气过渡管24，分配进入曝气布水管56，由喷淋管20向下淋洒，水在填料中主要以簿膜形式淋下，即起曝气作用，又驱动空气，空气在二次水箱的空间内形成“∽”型的对流，使新鲜的氧分不断进入池内补充氧分的不足，汇集在二水箱下的水经二次斜口管16，进入二次进水管14，经二次水封管41，下滤床进水管39、配水管1、配水支管53上的孔眼进入下滤池47内，完成除锰过程，锰在床体中的活性滤膜中，首先是二价锰离子的吸附过程： ，然后被吸附的锰再与水中溶解的氧反应： ，由此先后循环下去，使水中锰离子被去除。

净化后的水穿过承托层45、丝网、筛板46，经集水渠43，安装井82汇集到水位水箱11，当水位到溢水斗27高度时，从溢水斗溢出，由排出管口C排出。

在下滤床进水管39的上方，布置了下滤池压差控制管49，中间是接管78，与上滤床形成反冲洗的自控一样，压差控制管49内反映滤床压力损失的动水位当涨到下漏斗64时，水流进漏斗，经抽真空三叉管65，抽吸排内的空气，并经下滤床抽空排水管70排走，随着管内的真空度进一步提高，压差控制管49内的水溢跌入下滤床虹吸排污管37形成反冲洗虹吸，形成反冲洗后，水位水箱11的水经安装井82、集水渠43、筛板系统46、承托层45与下滤池47，再经配水支管53与配水管1到下滤床进水管39，沿接管78、下滤池压差控制管49、下滤床虹吸排污管37，最后经排污槽38排走。

需说明的是，运行全过程中，在排污槽38内的液封槽始终是储满水，形成对各虹吸排污管的管口液封，因而能保证抽真空的形成。

反冲洗形成后，水位水箱11内的液面逐渐下降，当降至安装在破坏槽67同等高度旁的虹吸破斗52时，由于真空连接管51勾通了破坏斗连接管74，空气进入下漏斗64以上的弯管顶部，从而破坏虹吸，反冲洗亦停止下来，设备又恢复正常运行。

系统装置的辅助结构：

上滤床与下滤床是分隔的，它是由隔板4隔离，并且上下筛板46均是由支撑桥板44支承，箱板2是设备主体的壳体，在壳体两端，各滤床上面分别设有安装、检修的人孔3。

为了防止一、二次水箱的水因各种原因四处外溢，给净化水带来污染，设置水位水箱的箱盖84与一次水箱溢流管57，二次水箱溢流管83，溢流的水从排溢管50排走。

上滤床反冲洗手控阀门35与下滤床反冲手控阀门36，均是为了排除故障或在必要的时候人工开启设备进入反冲洗的装置，阀门35与36的外接管，接压力水源，当开启阀门后，水经过阀门，从手控反冲洗联接管63进入抽真空三叉管61或65，从而启动设备进入反冲洗状况。

二次水箱19与反应管15之间，设置了横旦(角钢)26，以便二次水箱能安全可靠地布置，横旦(角钢)从侧方向外伸出去，构成了操作台54的结构，操作台上设置了挡板48与拦杆28，以作为安全的必要设施由于多层滤床重叠结构，设备主体外型的高度均有3米以上，因而装置必须考虑设置分层式的转角楼梯，因而有楼台29，楼台支架32，护手拦30与楼梯31，以提供操作人员工作方便之用。

为了加强水位水箱的力点上的强度，防止水箱壳体变形，在反应管15的矩形弯点处，设置了槽钢79与槽钢80，这两根槽钢均布置在设备水位水箱内，以不影响设备的外型美观，而槽钢33则布置在设备的外部，以不影响内部结构复杂化。

通过以上叙述，不难看出本发明设备技术力着在地下水高铁锰含量时的净化工艺而设计的多级净化装置，该净化装置对铁锰的净化能力，基本满足我国地下水中的高铁锰含量的净化需求。

本发明的另一个重要意义，是为重力式无阀滤池提出了一种新的形式，正如前面所谈，由于历史原因，重力式无阀滤池至今为此，无论是钢结构的一元化设备，还是过去的构筑物结构设备，一直沿用传统的单层滤池结构，亦称为一级净化结构，多层滤池的重力式无阀滤池在占地少的情况下，开辟了净水设备的扩展功能，提高适用能力的关键技术，为同一设备内实施多级处理提出完整的技术手段。若本发明作为多级重力式无阀滤池，则在水射器吸气口A处，亦为一级处理的混(助)凝剂的进口，二次水箱则为二次混(助)凝剂的投加与反应水箱，只是将接触曝气床拆除，适当地按给水排水的常规技术，在二次水箱中设置必要的廊道反应渠亦可，这样本发明技术，事实上是一台多级水处理的重力式无阀滤池。

由此，在不违背本发明的精神前题下，本发明技术还在多级重力式无阀滤池的基础上，推演出其他专属工艺的应用设备而具有广泛的应用价值。

Claims (3)

1．一种地下水除铁锰净水设备是由对称布置的上滤池、下滤池、水位水箱、射流器、反应管、一次水箱、二次水箱、接触曝气床、上滤池压差控制管、虹吸联通管、下滤床压差控制管、上滤床真空联接管、排污管及进出水管与联接管组成，其特征是：

(1)．上滤池7与下滤池47形成上下重叠，并与安装井82形成对称结构，四个滤池共用水位水箱11，

(2)．一次供水系统是由水射器55、反应管15、一次水箱22构成，二次供水系统是由曝气过滤管20、喷淋管20、接触曝气床18，二次水箱19、二次斜口管16构成。

(3)．上滤池7的反冲洗自控运行系统是由虹吸连通管17、上滤池压差控制管12、上滤床虹吸排污管34、上漏斗60、抽真空三叉管61、上滤床抽空排水管62与上滤床真空联接管59组成。

2、如权利要求书1所述的地下水除铁除锰净水设备，其特征是上滤池7是由布水板9、缓冲板8、滤料、承托层45、丝娟、筛板46、集水渠43组成；上滤池7与下滤池47中间由隔板4分隔。

3、如权利要求1所述的地下水除铁除锰净水改备，其特征是二次水箱19中设置了接触曝气床18；接触曝气床18是由丝网、元钢组成的床架25，内盛的填料和设置在曝气床上部的曝气过滤管24、曝气布水管20组成。