TWI555565B - 污水雜質處理系統及其渦流沉澱裝置 - Google Patents

Description

污水雜質處理系統及其渦流沉澱裝置

本發明係關於一種污水雜質處理系統及其渦流沉澱裝置，尤其是一種利用渦流離心的作用使水體雜質沉降距離增加並確保水中細微顆粒與大粒徑之膠羽有效沉降之污水雜質處理系統及其渦流沉澱裝置。

在習知的淨水流程當中，首要步驟係為去除原水中的懸浮固體，方能進行後續之過濾及消毒處理，以產生可供日常生活使用之自來水或飲用水。去除原水中懸浮固體的方法通常包含將原水通入一沉澱池，藉由重力之沉降作用分離原水中較大之顆粒及膠羽。然而，自然重力沉降之速度較慢，原水必須在該沉澱池中滯留足夠長的時間，待原水中大部分的懸浮固體確實沉澱才能有效將其去除，嚴重拖緩淨水流程的執行效率。尤其在雨季或颱風侵襲時，由於原水的混濁度較高，若自來水廠單純仰賴自然重力沉降去除懸浮固體，原水必須在沉澱池中滯留更長的時間，致使供水量大減，民眾每每得面臨停水或限水等無水可用的窘境。

為了解決上述問題，可以使用習知污水處理流程中時常採用之習用離心設備，該離心設備係透過馬達等動力元件驅動裝載原水之容器高速旋轉，利用離心力使水體自該容器中脫出，進而將原水中的懸浮固體與水體分離並保留於該容器當中，能夠提升原水中懸浮固體的去除效率。惟，該離心設備單次行程所能處理的原水量受限於該容器的容量，若欲大量進行水質淨化以滿足自來水廠的供水需求，勢必得大量設置該離心設 備，占用龐大且造價昂貴，再加上該離心設備需消耗大量能源來驅動該容器旋轉，且該容器所濾出的懸浮固體必須加以清除，維護費用高昂，造成該離心設備因成本過高而無法實際應用於習知的淨水流程當中。

或者，請參照第1圖所示，中華民國公告第M376345號「改良之水雜質分離裝置」專利案係揭示一種習用渦流沉澱裝置9，包含一主管91、一入水管92、一出水管93及一雜質輸出管94。該入水管92被裝設於主管91之一側邊，該出水管93係裝設於該主管91鄰近該側邊之一端，該雜質輸出管94則裝設於該主管91相對該出水管93之另一端。藉此，請參照第2圖所示，當雜質水經由該入水管92以特定角度注入該主管91之內，雜質水將環繞著該出水管93形成循環渦流，能夠產生強烈的離心力作用以分離雜質。

雖然該渦流沉澱裝置9可供持續以一流速由該入水管92注入雜質水，同時自該出水管93以該流速持續抽取經雜質分離之純淨水，同樣能夠提升原水中懸浮固體的去除效率，但由該入水管92所注入之雜質水形成循環渦流後，係朝向該雜質輸出管94之方向流動，使得沉澱於該主管91底部之雜質容易受到該循環渦流之影響而被帶起。即便該主管91內可以另設有一雜質阻隔盤95以穩定沉澱於該主管91底部之雜質，然而若該雜質阻隔盤95之孔隙過小，將導致經循環渦流所分離之雜質無法即時穿過該雜質阻隔盤95，因而容易受到該雜質水循環之擾動或該出水管93出水時之牽引而再度被帶起，難以確實沉澱；相對地，若該雜質阻隔盤95之孔隙過大，將導致該雜質水所形成之循環渦流直接流過該阻隔盤95，亦將帶起沉澱於該主管91底部之雜質。

據此，習用渦流沉澱裝置9用來去除原水中的懸浮固體的成效較差，所產生之純淨水仍將含帶一定比例的雜質，僅僅適用於洗車廠、工廠或農場等欲執行廢水回收再利用之場所，就自來水廠或實驗室等對於 水質要求較嚴謹之場所而言，需要在淨水流程當中去除原水中大部分的懸浮固體，該渦流沉澱裝置9明顯不符需求。

綜上所述，亟需提供一種污水維質處理系統，以增進去除原水中懸浮固體的效率，同時確保原水中大部分的細微顆粒與大粒徑之膠羽均可有效沉降。

本發明之一目的係提供一種污水雜質處理系統，利用一渦流沉澱裝置使水體流入該渦流沉澱裝置之一沉澱槽時形成渦流，能夠在該沉澱槽有限的體積內使水體中的雜質沉降距離增加，進而提升沉澱效率，具有提升該污水雜質處理系統的污水處理效率之功效。

本發明之另一目的係提供一種污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，該渦流沉澱裝置之沉澱槽係分別連通一入水管、一出水管及一淤泥排出口，該沉澱槽具有呈相對之一第一端緣及一第二端緣，該淤泥排出口形成於該第一端緣，且該入水管連接該沉澱槽鄰近該第一端緣的部分，該出水管則連接該沉澱槽鄰近該第二端緣的部分，使得水體由該入水管流入該沉澱槽時所形成的渦流將朝向該出水管之方向流動，能夠避免沉澱於該入水管及該淤泥排出口之間的雜質受到渦流影響被帶起，具有提升水質淨化效果之功效。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段包含有：一種污水雜質處理系統，包含：一原水儲存槽，包含一容槽及連通該容槽之一泵浦；一混合池，連接於該原水儲存槽之泵浦，用以自該泵浦收集該容槽之原水；及一渦流沉澱裝置，連接於該混合池以供接收經由該混合池處理之水體，該渦流沉澱裝置包含一沉澱槽以及分別連通該沉澱槽之一入水管、一出水管及一淤泥排出口，該沉澱槽具有呈相對之一第一端緣及一第二端緣，該淤泥排出口形成於該第一端緣，該入水管分別 連接該混合池及該沉澱槽鄰近該第一端緣的部分，該出水管連接該沉澱槽鄰近該第二端緣的部分，該沉澱槽在連接該入水管至連接該出水管之間的部位形成圓筒狀，且該入水管具有一開口端及一排水方向，該沉澱槽之內周壁具有相對該開口端的一切點，通過該切點之一切線係與該排水方向平行。

本發明之污水雜質處理系統，其中，該排水方向係為該混合池中的水體放流排入該沉澱槽時，該水體由該入水管之開口端排出時的水流方向。

本發明之污水雜質處理系統，其中，該入水管之開口端與該沉澱槽之內周壁抵接。

本發明之污水雜質處理系統，其中，該沉澱槽設有該淤泥排出口之第一端緣係朝向地面設置。

本發明之污水雜質處理系統，其中，該混合池係包含一快混池及一慢混池，該快混池具有連通於該泵浦之一混合槽，且該快混池於該混合槽中設有一攪拌裝置，該快混池經由一閥門連接該慢混池，該慢混池具有連通於該閥門之一膠凝槽，該慢混池於該膠凝槽中設有另一攪拌裝置。

本發明之污水雜質處理系統，其中，該慢混池經由另一閥門連接該渦流沉澱裝置，該渦流沉澱裝置之入水管係連接該另一閥門。

一種污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，包含：一沉澱槽以及分別連通該沉澱槽之一入水管、一出水管及一淤泥排出口，該沉澱槽具有呈相對之一第一端緣及一第二端緣，該淤泥排出口形成於該第一端緣，該入水管連接該沉澱槽鄰近該第一端緣的部分，該出水管連接該沉澱槽鄰近該第二端緣的部分，該沉澱槽在連接該入水管至連接該出水管之間的部位形成圓筒狀，且該入水管具有一開口端及一排水方向，該沉澱槽之內周壁具有相對該開口端的一切點，通過該切點之一切線係與該排水方向平行。

本發明污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，其中，該排水方向係一水體由該入水管之開口端流入該沉澱槽時的水流方向。

本發明污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，其中，該入水管之開口端與該沉澱槽之內周壁抵接。

本發明污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，其中，該沉澱槽設有該淤泥排出口之第一端緣係朝向地面設置。

〔本發明〕

1‧‧‧原水儲存槽

11‧‧‧容槽

12‧‧‧泵浦

13‧‧‧流量計

2‧‧‧混合池

21‧‧‧快混池

211‧‧‧混合槽

212‧‧‧攪拌裝置

213‧‧‧閥門

22‧‧‧慢混池

221‧‧‧膠凝槽

222‧‧‧攪拌裝置

223‧‧‧閥門

3‧‧‧渦流沉澱裝置

31‧‧‧沉澱槽

31a‧‧‧第一端緣

31b‧‧‧第二端緣

32‧‧‧入水管

321‧‧‧開口端

33‧‧‧出水管

34‧‧‧淤泥排出口

341‧‧‧洩流閥

t‧‧‧切線

t1‧‧‧切點

D‧‧‧排水方向

〔習知〕

9‧‧‧習用渦流沉澱裝置

91‧‧‧主管

92‧‧‧入水管

93‧‧‧出水管

94‧‧‧雜質輸出管

95‧‧‧雜質阻隔盤

第1圖係一種習用渦流沉澱裝置之剖面圖。

第2圖係一種習用渦流沉澱裝置之局部剖視圖。

第3圖係本發明較佳實施例之架構示意圖。

第4圖係本發明較佳實施例之渦流沉澱裝置使用情形圖(一)。

第5圖係本發明較佳實施例之渦流沉澱裝置使用情形圖(二)。

為讓本發明之上述及其它目的、特徵及優點能更淺顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明所述之「上方」、「下方」、「底部」，係依地平面為基準，位於一水平高度較高之位置稱「上方」，位於一水平高度較低之位置稱「下方」，位於一水平高度最低之位置則稱「底部」。

請續參照第3圖所示，本發明較佳實施例污水雜質處理系統係包含一原水儲存槽1、一混合池2及一渦流沉澱裝置3。該原水儲存槽1連接該混合池2，該混合池2另連接該渦流沉澱裝置3。

該原水儲存槽1具有一容槽11，用以存儲待處理之原水。該原水儲存槽1另設有一泵浦12，該泵浦12可以為習用蠕動泵浦，係連通該容槽11以抽取原水。此外，該泵浦12較佳連接一流量計13，以供計算 流經該泵浦12之水量。

該混合池2係連接於該原水儲存槽1之泵浦12，以收集該泵浦12自該容槽11所抽取之原水，並且供加入混凝劑(coagulant)以凝聚原水中的懸浮固體，進而膠凝形成大粒徑之膠羽。詳言之，在本實施例當中，該混合池2係包含一快混池21，該快混池21具有連通於該泵浦12之一混合槽211，該混合槽211收集該泵浦12所抽取之原水後，可供加入多元氯化鋁(Polyaluminium Chloride,PAC)或硫酸鋁(Aluminum Sulfate)等混凝劑，且該快混池21於該混合槽211中設有一攪拌裝置212以對該混合槽211中的水體進行攪拌使混凝劑與顆粒懸浮固體於短時間內充分混合，該攪拌裝置212較佳為習用電動攪拌機，經由馬達驅動葉片以直接進行攪拌。惟，該攪拌裝置212亦可以為習知重力流水躍式攪拌結構等，本發明並不以此為限。

藉由於該混合槽211中加入混凝劑，並以該攪拌裝置212高速攪拌該混合槽211中的水體，可以產生混凝作用(coagulation)，打破顆粒雜質的穩定性使顆粒間能靠近並凝結成核，有效凝聚原水中的懸浮固體而產生小膠羽。該快混池21經由一閥門213連接一慢混池22，該慢混池22具有連通於該閥門213之一膠凝槽221，當該快混池21中的混凝作用完成後，可以開啟該閥門213以將該混合槽211中的水體放流排入該膠凝槽221中。該慢混池22於該膠凝槽221中亦設有一攪拌裝置222以對該膠凝槽221中的液體進行攪拌，使得該快混池21所放流之水體於該膠凝槽221中緩慢混合，可以產生膠凝作用(flocculation)，增加顆粒碰撞的機會，進而驅使小膠羽及微小顆粒結合形成大粒徑之膠羽。

其中，水體於該快混池21中所停留之時間較佳為1至3分鐘，且該快混池21之攪拌裝置212所需攪拌之速度坡降值較佳為300至1000赫茲(1/秒)；相對地，該水體於該慢混池22中所停留之時間較佳為20 至30分鐘，且該慢混池22之攪拌裝置222所需攪拌之速度坡降值較佳為20至80赫茲(1/秒)。

該慢混池22經由一閥門223連接該渦流沉澱裝置3，該渦流沉澱裝置3設有一沉澱槽31以及分別連通該沉澱槽31之一入水管32、一出水管33及一淤泥排出口34。該沉澱槽31較佳形成圓筒狀具有呈相對之一第一端緣31a及一第二端緣31b，該淤泥排出口34形成於該第一端緣31a，該入水管32分別連接該閥門223及該沉澱槽31鄰近該第一端緣31a的部分，該出水管33則連接該沉澱槽31鄰近該第二端緣31b的部分。該渦流沉澱裝置3實際使用時，該沉澱槽31設有該淤泥排出口34之第一端緣31a較佳朝向地面設置，使得該入水管32位於沉澱槽31之下方，該出水管33則位於沉澱槽31之上方，且該淤泥排出口34係位於該沉澱槽31之底部。藉此，當該慢混池22中的膠凝作用完成後，可以開啟該閥門223以將該膠凝槽221中的水體放流排入該沉澱槽31中，水體持續經由該入水管32流入該沉澱槽31時，由於水體體積增加會造成該沉澱槽31中的水位自然上升，最後水面將高過該出水管33，因此完成污水處理之水體將可經由該出水管33被抽出。

請一併參照第4圖所示，係本發明較佳實施例污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置3的剖視圖，該入水管32具有一排水方向D，該排水方向D係為該膠凝槽221中的水體放流排入該沉澱槽31時，水體由該入水管32之一開口端321排出時的水流方向。此外，該沉澱槽31之內周壁具有相對該入水管32之開口端321的一切點t1，通過該切點t1之一切線t較佳與該排水方向D平行。

藉由上述結構，該膠凝槽221中的水體放流排入該沉澱槽31時將能夠形成渦流而增加沉降距離，使得大粒徑之膠羽或細微顆粒受到渦流離心的作用容易與該沉澱槽31之內周壁碰撞而快速沉澱；同時，水體 中的細微顆粒將匯集於該沉澱槽31中央水流密度較低的區域，同樣達成加速沉澱的效果。因此，水體中的細微顆粒與大粒徑之膠羽受到渦流離心作用而增加沉降距離的影響之下，將能夠在該沉澱槽31有限的體積內有效沉降且確實集中於其底部而形成淤泥，供使用者或機具由該淤泥排出口34將淤泥清除。

值得注意的是，水體持續經由該入水管32流入該沉澱槽31時，由於水體體積增加將使得該沉澱槽31中的水位自然上升，因此水體由該入水管32之開口端321排出時所形成的渦流將朝向該出水管33之方向流動，能夠避免沉澱於該入水管32及該淤泥排出口34之間的雜質受到渦流影響被帶起，並且讓水體流出該沉澱槽31的位置高於水體流入該沉澱槽31的位置，確保多數流入該沉澱槽31的顆粒與膠體均能受到渦流的離心作用而有效沉澱。再者，該淤泥排出口34較佳設有一洩流閥341，當水體中雜質沉澱所形成之淤泥持續堆積，且已接近該入水管32之開口端321時，透過開啟該洩流閥341以及時淤泥自該沉澱槽31中抽出，同樣可以避免水體由該開口端321排入該沉澱槽31時將底部的雜質帶起。

請另參照第5圖所示，該入水管32之開口端321較佳與該沉澱槽31之內周壁抵接，據此該沉澱槽31之內周壁相對該開口端321的切點t1係與該開口端321相貼接，可以確保通過該切點t1之切線t必定與該排水方向D平行，進而提升該膠凝槽221中的水體放流排入該沉澱槽31形成渦流的效率，因此該渦流沉澱裝置3能夠有效達成加快水體中的雜質沉澱速率之效果。

綜上所述，本發明之污水雜質處理系統具有一渦流沉澱裝置3，該渦流沉澱裝置3具有一沉澱槽31及連通該沉澱槽31之一入水管32，該入水管32具有一排水方向D，該沉澱槽31之內周壁具有相對該入水管32之一切點t1，且通過該切點t1之一切線t與該排水方向D平行，藉此透 過讓水體流入該沉澱槽31時形成渦流，能夠在該沉澱槽31有限的體積內使水體中的雜質沉降距離增加，進而提升顆粒雜質沉澱效率。據此，本發明之污水雜質處理系統確實具有提升污水處理效率之功效。

再者，本發明之污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置3之沉澱槽31另連通一出水管33及一淤泥排出口34，該沉澱槽31具有呈相對之一第一端緣31a及一第二端緣31b，該淤泥排出口34形成於該第一端緣31a，且該入水管32連接該沉澱槽31鄰近該第一端緣31a的部分，該出水管33則連接該沉澱槽31鄰近該第二端緣31b的部分，使得水體由該入水管32流入該沉澱槽31時所形成的渦流將朝向該出水管33之方向流動，能夠確保大部分水體中細微顆粒與大粒徑之膠羽可以受到渦流離心的作用而有效沉降，且避免沉澱於該入水管32及該淤泥排出口34之間的雜質受到渦流影響被帶起。相較於由習用渦流沉澱裝置9之入水管92所注入之雜質水形成循環渦流後，係朝向該雜質輸出管94之方向流動，使得沉澱於該主管91底部之雜質容易受到該循環渦流之影響而被帶起，經由本發明之污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置3所處理之水體所含帶的雜質比例較低，確實具有提升水質淨化效果之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧原水儲存槽

11‧‧‧容槽

12‧‧‧泵浦

13‧‧‧流量計

2‧‧‧混合池

21‧‧‧快混池

211‧‧‧混合槽

212‧‧‧攪拌裝置

213‧‧‧閥門

22‧‧‧慢混池

221‧‧‧膠凝槽

222‧‧‧攪拌裝置

223‧‧‧閥門

3‧‧‧渦流沉澱裝置

31‧‧‧沉澱槽

31a‧‧‧第一端緣

31b‧‧‧第二端緣

32‧‧‧入水管

33‧‧‧出水管

34‧‧‧淤泥排出口

341‧‧‧洩流閥

Claims (10)

1. 一種污水雜質處理系統，包含：一原水儲存槽，包含一容槽及連通該容槽之一泵浦；一混合池，連接於該原水儲存槽之泵浦，用以自該泵浦收集該容槽之原水；及一渦流沉澱裝置，連接於該混合池以供接收經由該混合池處理之水體，該渦流沉澱裝置包含一沉澱槽以及分別連通該沉澱槽之一入水管、一出水管及一淤泥排出口，該沉澱槽具有呈相對之一第一端緣及一第二端緣，該淤泥排出口形成於該第一端緣，該入水管分別連接該混合池及該沉澱槽鄰近該第一端緣的部分，該出水管連接該沉澱槽鄰近該第二端緣的部分，該沉澱槽在連接該入水管至連接該出水管之間的部位形成圓筒狀，且該入水管具有一開口端及一排水方向，該沉澱槽之內周壁具有相對該開口端的一切點，通過該切點之一切線係與該排水方向平行。
2. 如申請專利範圍第1項所述之污水雜質處理系統，其中，該排水方向係為該混合池中的水體放流排入該沉澱槽時，該水體由該入水管之開口端排出時的水流方向。
3. 如申請專利範圍第1項所述之污水雜質處理系統，其中，該入水管之開口端與該沉澱槽之內周壁抵接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之污水雜質處理系統，其中，該沉澱槽設有該淤泥排出口之第一端緣係朝向地面設置。
5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之污水雜質處理系統，其中，該混合池係包含一快混池及一慢混池，該快混池具有連通於該泵浦之一混合槽，且該快混池於該混合槽中設有一攪拌裝置，該快混池經由一閥門連接該慢混池，該慢混池具有連通於該閥門之一膠凝槽，該慢 混池於該膠凝槽中設有另一攪拌裝置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之污水雜質處理系統，其中，該慢混池經由另一閥門連接該渦流沉澱裝置，該渦流沉澱裝置之入水管係連接該另一閥門。
7. 一種污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，包含：一沉澱槽以及分別連通該沉澱槽之一入水管、一出水管及一淤泥排出口，該沉澱槽具有呈相對之一第一端緣及一第二端緣，該淤泥排出口形成於該第一端緣，該入水管連接該沉澱槽鄰近該第一端緣的部分，該出水管連接該沉澱槽鄰近該第二端緣的部分，該沉澱槽在連接該入水管至連接該出水管之間的部位形成圓筒狀，且該入水管具有一開口端及一排水方向，該沉澱槽之內周壁具有相對該開口端的一切點，通過該切點之一切線係與該排水方向平行。
8. 如申請專利範圍第7項所述之污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，其中，該排水方向係一水體由該入水管之開口端流入該沉澱槽時的水流方向。
9. 如申請專利範圍第7項所述之污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，其中，該入水管之開口端與該沉澱槽之內周壁抵接。
10. 如申請專利範圍第7項所述之污水雜質處理系統之渦流沉澱裝置，其中，該沉澱槽設有該淤泥排出口之第一端緣係朝向地面設置。