專利名稱：一種高效節(jié)能凈水工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種給水處理、污水處理或水質(zhì)凈化處理的工藝和裝置。本發(fā)明工藝充分應(yīng)用流體的動(dòng)力慣性效應(yīng)，在絮凝過(guò)程中形成勢(shì)、動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，而形成高效反應(yīng)、絮凝區(qū)，并以固體顆?；罨秸持碚摵蜏\池原理為指導(dǎo)，在系統(tǒng)內(nèi)形成高效吸附區(qū)和固液分離區(qū)，經(jīng)過(guò)絮凝澄清后的半成品水流入高效重力均粒濾池，經(jīng)過(guò)深床過(guò)濾后，出水水質(zhì)小于1NTU。
該工藝不僅對(duì)水中的渾濁度和色度起去除作用，而且對(duì)水中的有機(jī)物及藻類有較好的去除功能，適用于城鎮(zhèn)飲用水、工業(yè)給水、中水回用以及廢水回用深度處理等領(lǐng)域，特別適用于原水濁度10～3000mg/L，含沙量0.01～1.00kg/m3，以及富藻高色水質(zhì)作為飲用水的中小城鎮(zhèn)凈水處理。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，城鄉(xiāng)用水量逐漸增加。然而，由于工農(nóng)業(yè)廢水的大量排放而導(dǎo)致飲用水水源水質(zhì)微污染狀況日趨嚴(yán)重，影響飲用水的供水安全。針對(duì)上述情況，各國(guó)制定的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格。為了保證人民身體健康，建立和諧社會(huì)，我國(guó)對(duì)城鄉(xiāng)供水水質(zhì)亦提出了更高的要求。因而，進(jìn)一步提高城鄉(xiāng)供水水質(zhì)、加強(qiáng)水質(zhì)安全生產(chǎn)已經(jīng)成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外水處理領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
近一百多年來(lái)，水廠的處理工藝，基本上是混凝沉淀、過(guò)濾和消毒。但因給水理論的不斷提高和發(fā)展，推動(dòng)了工藝設(shè)計(jì)和處理構(gòu)筑物形式的變化。水源水質(zhì)的惡化與人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用水量需求，客觀上要求對(duì)傳統(tǒng)的給水工藝進(jìn)行革新改造，或者對(duì)原有的工藝進(jìn)行深度處理，以滿足人們對(duì)供水水質(zhì)的要求。
地面水的取水工程，在城鎮(zhèn)自來(lái)水廠，一直是投資大、可靠性難以保證的難題。隨著江河湖泊的河岸變遷以及河床的沖淤，使得設(shè)計(jì)者往往因?yàn)樗募昂哟ㄋ牡刭|(zhì)判斷不明，造成投資的浪費(fèi)。為此，多年來(lái)人們不得不在取水工程上投入大量的資金及物質(zhì)，以保證安全可靠的供水。因此，有必要革新設(shè)計(jì)思路，在減少取水工程的投入的同時(shí)增強(qiáng)取水的安全性。
利用接觸絮凝原理以去除水中懸浮物的澄清池，早在20世紀(jì)30年代就在國(guó)際上開(kāi)始應(yīng)用，至今已成為水廠設(shè)計(jì)中主要沉淀手段之一。我國(guó)自20世紀(jì)60年代初開(kāi)始采用澄清池。由于澄清池構(gòu)造簡(jiǎn)單，投資小，無(wú)需復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，因而在我國(guó)中小城鎮(zhèn)水廠中使用廣泛。但這種池型存在以下問(wèn)題反應(yīng)室容積小，反應(yīng)時(shí)間短，泥渣回流量難以控制，使得回流泥渣接觸、絮凝作用發(fā)揮受到影響，加之沉淀效率低，因而處理效果差，處理水量有限，已經(jīng)不能適應(yīng)城鎮(zhèn)需水量的增加以及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高的需要。
濾池是給水處理工藝中固-液分離，去除懸浮顆粒的決定性階段，主要去除粒徑1～2μm以內(nèi)的雜質(zhì)顆粒。虹吸濾池和無(wú)閥濾池采用的是變水頭恒速過(guò)濾方式，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，工作穩(wěn)定可靠，能自動(dòng)運(yùn)行，不需要專用的沖洗設(shè)備，過(guò)濾過(guò)程中濾層內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)負(fù)水頭等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)的中小水廠內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。濾層是過(guò)濾工藝的核心，濾層構(gòu)成是過(guò)濾效果優(yōu)良與否的關(guān)鍵，上述濾池多采用單層石英砂濾料，存在濾料粒徑偏細(xì)，均勻系數(shù)K80偏大，濾池工作周期短，反沖洗易跑砂，濾池產(chǎn)水量低等缺點(diǎn)。采用雙層濾料或多層濾料可以提高截污量和濾速，但存在反沖洗困難，容易混層等缺點(diǎn)。其中無(wú)閥濾池更在使用過(guò)程中存在進(jìn)水系統(tǒng)復(fù)雜，進(jìn)水過(guò)程易夾氣而影響過(guò)濾和反沖洗等缺點(diǎn)。新型的V型濾池具有出水水質(zhì)好，過(guò)濾周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，但存在著自動(dòng)控制復(fù)雜，設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)，因而難以在中小型水廠中推廣應(yīng)用。
給水工作者們針對(duì)上述情況，分別對(duì)虹吸濾池和重力式無(wú)閥濾池進(jìn)行了改進(jìn)，采用單層均粒石英砂濾料、改進(jìn)小阻力配水系統(tǒng)以及氣水分離裝置(重力式無(wú)閥濾池)等措施，取得了較好地效果。但上述改進(jìn)需要進(jìn)一步改進(jìn)濾層的特性，以提高濾池的出水量，改善濾池的出水水質(zhì)。
水廠生產(chǎn)工藝的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制，已列為國(guó)家“九五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。一般地，水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)包括凈水工藝混凝劑投加量的優(yōu)化控制，澄清池(沉淀池)的自動(dòng)排泥控制，濾池的自動(dòng)進(jìn)水和反沖洗控制，二級(jí)泵的變頻恒壓供水控制以及水廠運(yùn)行參數(shù)的收集和反饋系統(tǒng)等組成，但目前上述系統(tǒng)均比較復(fù)雜，且存在對(duì)構(gòu)筑物運(yùn)行參數(shù)的控制——需要電磁閥(或氣動(dòng)閥、水力閥)等閥門的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，被控制終端事故發(fā)生率高，因而系統(tǒng)的維修保養(yǎng)費(fèi)用較高，水廠的運(yùn)行可靠性差，因而不能適應(yīng)中小型城鎮(zhèn)水廠自動(dòng)化的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效節(jié)能凈水工藝及其裝置，以解決傳統(tǒng)混凝沉淀(澄清)、過(guò)濾水處理工藝占地面積大，單位出水造價(jià)高，對(duì)有機(jī)物處理能力低以及自動(dòng)控制復(fù)雜等問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案并不是簡(jiǎn)化工藝流程，而是利用系統(tǒng)工程與價(jià)值工程對(duì)每個(gè)工序的系統(tǒng)優(yōu)化和組合。
本發(fā)明提出的凈水工藝，主要包括以下工序一級(jí)潛水泵取水系統(tǒng)a取水，通過(guò)自動(dòng)最佳量投加混凝劑及高效混合反應(yīng)裝置b，進(jìn)入帶氣浮功能的網(wǎng)孔高效容積絮凝系統(tǒng)c進(jìn)行絮凝反應(yīng)，再進(jìn)入高體積濃度泥渣的接觸絮凝層d過(guò)濾和斜管e沉淀，進(jìn)入底部配水的均粒深床f過(guò)濾，出水經(jīng)殺菌滅病毒裝置g進(jìn)行消毒處理，再進(jìn)入帶消毒液混合器的清水池h存放，然后由二級(jí)潛水泵供水系統(tǒng)j將水泵入供水管網(wǎng)k；其中，帶氣浮功能的網(wǎng)孔高效容積絮凝系統(tǒng)c中的絮凝反應(yīng)、高體積濃度泥渣的接觸絮凝層d中的過(guò)濾、斜管e沉淀工序在專用設(shè)備高效澄清池M內(nèi)完成，均粒深床f過(guò)濾及其布水裝置在專用設(shè)備高效重力均粒濾池N內(nèi)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。
本發(fā)明的工藝流程是由一級(jí)潛水泵取水，自動(dòng)最佳量投加混凝劑后，進(jìn)入高效澄清池M，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格絮凝反應(yīng)，泥渣層過(guò)濾和斜管沉淀，將泥水浮沉分離，形成半成品水；然后進(jìn)入高效重力均粒濾池N進(jìn)行深床過(guò)濾；過(guò)濾后，出水經(jīng)消毒處理(消毒采用高純二氧化氯作為消毒劑)，水質(zhì)濁度小于1NTU，注入清水庫(kù)；再用二級(jí)潛水泵根據(jù)用戶對(duì)水量的要求，將恒壓變量水送入配水管網(wǎng)。構(gòu)筑物的排渣適時(shí)適量地由自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)虹吸系統(tǒng)自動(dòng)排出池外而無(wú)需閥門動(dòng)作。
對(duì)應(yīng)于上述凈水工藝，本發(fā)明的裝置由下述部分組成混凝劑自動(dòng)投加裝置b、一級(jí)潛水泵取水系統(tǒng)a、高效澄清池M、高效重力均粒濾池N和二級(jí)潛水泵供水系統(tǒng)j依次由管路連接組成。系統(tǒng)運(yùn)行采用一、二級(jí)潛水泵變頻、清水池水位和出水管壓力閉環(huán)聯(lián)動(dòng)方式，可減少清水池調(diào)節(jié)水量以及成品水在水廠中的停留時(shí)間。在高效澄清池及高效重力均粒濾池上部建造了封閉建筑，以減少外界污染物對(duì)處理后水質(zhì)再污染的影響，并起防寒及防止太陽(yáng)的光照輻射引起的藻類滋生等作用。


圖1是本發(fā)明的給水凈化過(guò)程工藝流線圖。
圖2是一級(jí)泵與二級(jí)泵聯(lián)動(dòng)及各組成部分閉環(huán)自動(dòng)控制示意圖。
圖3高效澄清池M示意圖。
圖4高效重力均粒濾池N示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)a是一級(jí)潛水泵取水系統(tǒng)，b是自動(dòng)投加混凝劑及混合裝置，c是漸變流管道反應(yīng)和帶氣浮功能的網(wǎng)孔容積絮凝系統(tǒng)，d是導(dǎo)流配水泥渣接觸絮凝層，e是斜管，f是底部配水的均粒深床，g是殺菌滅病毒裝置，h是帶消毒液混合器的清水池，j是二級(jí)潛水泵供水系統(tǒng)，k是供水管網(wǎng)；r是管網(wǎng)壓力計(jì)，p1是一級(jí)泵的變頻控制系統(tǒng)，o是自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，p2是二級(jí)泵的變頻系統(tǒng)，q是液位儀；1是容積絮凝室，2是網(wǎng)孔擾流裝置，3是活性泥渣懸浮層，4是斜管(即e)，5是集水系統(tǒng)，6是底部排泥室，7是濃縮室，8是漸變管，9是排渣管，10是密封建筑，11是預(yù)沉室，12是容積絮凝室，13是排渣槽，14是強(qiáng)制出水管；15是進(jìn)水虹吸管，16是豎井配水渠，17是十字形溢流堰集水渠，18是均粒濾料，19是承托層，20是小阻力配水系統(tǒng)，21是配水空間，22是清水箱，23是出水總渠，24是虹吸管，25是隔板，26、27是虹吸輔助管系統(tǒng)，28是連通渠，29是集水渠。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體說(shuō)明。
1、取水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)取水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)均采用潛水泵。潛水泵具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，節(jié)能效果顯著，維修工廠化，啟停無(wú)需閥門，能夠多功能的自控，并備有自動(dòng)保護(hù)裝置，多泵使用可以互為備用自動(dòng)切換，因而具有獨(dú)特功效。
本工藝中，一級(jí)潛水泵取水系統(tǒng)a和二級(jí)潛水泵供水系統(tǒng)j運(yùn)行時(shí)采用的聯(lián)合閉合自控方式，具體是這樣實(shí)現(xiàn)的如圖2所示，二級(jí)泵的供水量通過(guò)測(cè)定管網(wǎng)壓力r，將信號(hào)傳送到二級(jí)泵的變頻系統(tǒng)p2，對(duì)二級(jí)泵實(shí)現(xiàn)程序變頻恒壓變量供水，即管網(wǎng)壓力r不變(可設(shè)定)，使級(jí)泵的供水水量與用戶水量之間的擬和。二級(jí)泵供水量的變化導(dǎo)致清水池h的水位發(fā)生變化，該變化通過(guò)清水池的液位儀q測(cè)出，把信號(hào)傳送至一級(jí)泵的變頻控制系統(tǒng)p1，由一級(jí)泵的變頻與自動(dòng)調(diào)節(jié)閥o協(xié)調(diào)進(jìn)水量適時(shí)補(bǔ)充，從而調(diào)節(jié)凈水廠內(nèi)清水庫(kù)h的容量，增加供水的可靠性和安全性。
這種聯(lián)動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)所達(dá)到的有益效果是減少了凈化水在水廠內(nèi)的停留時(shí)間，增加了供水的可靠性和安全性。
2、高效澄清池高效澄清池M由容積絮凝室1和12、網(wǎng)孔擾流裝置2、活性泥渣懸浮層3、斜管4、集水系統(tǒng)5、底部排泥室6、濃縮室7、漸變管8、排渣管9、預(yù)沉室11、排渣槽13、虹吸管24和密封建筑10組成，如圖3所示；其中容積絮凝室1和12位于澄清池地中間部位，網(wǎng)孔擾流裝置2設(shè)置于容積絮凝室1和12中，網(wǎng)孔繞流裝置2分為三段，每段為2～6層。容積絮凝室1下部為預(yù)沉室11；漸變管8設(shè)置在澄清池下側(cè)，與預(yù)沉室11連通；活性泥渣懸浮層3在容積絮凝室外側(cè)周圍，排渣管9均勻設(shè)置在活性泥渣懸浮層3中，數(shù)量為4～12根；活性泥渣懸浮層3的上方設(shè)置斜管4，下方設(shè)置濃縮室7；在斜管4的上方為集水系統(tǒng)5；澄清池的底部為排泥室6，在澄清池外側(cè)設(shè)置有虹吸管24，由管道與排泥室6連通；在容積絮凝室的上部周圍設(shè)有排渣槽13。
當(dāng)原水經(jīng)投藥加混凝劑后，在渦街混合器內(nèi)高速混合均勻，進(jìn)入漸變流水力狀態(tài)完成膠體的脫穩(wěn)，并經(jīng)漸變管8從澄清池下部進(jìn)入澄清池內(nèi)的預(yù)沉室11，管內(nèi)的水流流速由0.6～1.3m/s漸變控制為0.1～0.3m/s；在預(yù)沉室11內(nèi)，大顆粒的泥沙發(fā)生沉降；水流經(jīng)過(guò)緩沖后進(jìn)入高效容積網(wǎng)孔絮凝室1和12，上升水流經(jīng)網(wǎng)孔擾流裝置2后，因動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)換的慣性效應(yīng)而產(chǎn)生微渦漩，使粒子之間的碰撞幾率增加，膠體脫穩(wěn)后進(jìn)一步形成的初始粒子發(fā)生容積絮凝，并經(jīng)過(guò)多次觸變而形成絮凝顆粒稱之為次生粒子；而水中溶解氣體以及一級(jí)泵氣蝕作用產(chǎn)生的微氣泡因減壓而對(duì)水中的部分有機(jī)物和部分藻類產(chǎn)生氣浮作用，使得輕于水比重的礬花、有機(jī)物和部分藻類等通過(guò)氣浮去除；氣浮產(chǎn)生的浮渣在輻射水流推動(dòng)下由上部周邊排渣槽13收集后適時(shí)排放。
在容積絮凝室1和12中的網(wǎng)孔繞流裝置2分為三段，每段的網(wǎng)孔層根據(jù)初始粒子絮凝要求設(shè)置為不同的網(wǎng)孔及間距，網(wǎng)孔內(nèi)水流速度控制為0.05~0.40m/s，容積絮凝室內(nèi)的上升流速控制為0.02~0.15m/s，網(wǎng)孔內(nèi)的流速與容積絮凝室內(nèi)的流速之比控制為1∶2～1∶8之間；帶有次生粒子的水體通過(guò)水力配流均勻地進(jìn)入高體積濃度活性泥渣懸浮區(qū)3中，進(jìn)一步發(fā)生接觸絮凝，成長(zhǎng)為一定粒度的絮體，一部分發(fā)生沉降濃縮，通過(guò)導(dǎo)流排渣管進(jìn)入濃縮室；一部分隨著水流在上升，其間與經(jīng)斜管泥水分離后的下滑活性泥渣在上下循環(huán)回流的摩擦和擠壓旋轉(zhuǎn)作用下，形成致密化的活性結(jié)團(tuán)絮凝球體，并不斷吸附水中的部分有機(jī)物和微量有毒重金屬元素，經(jīng)斜管4的沉降區(qū)時(shí)，由于絮體的比重增加，泥水得到很好的分離，半成品清水進(jìn)入集水區(qū)經(jīng)集水系統(tǒng)5收集后由集水總渠排入濾池。而泥渣分三部分排除a.容積絮凝室1底部泥砂斗泥沙預(yù)沉，適時(shí)排除；b.上部浮渣由排渣槽13適時(shí)排除；c.泥渣懸浮區(qū)3的上部多余的泥渣，在強(qiáng)制出水的作用下通過(guò)排渣管9進(jìn)入濃縮室7沉淀，再由澄清池底部排泥區(qū)6由虹吸管排出池外，這三種泥渣的排除均由電腦巡檢泥渣濃度界面控排儀控制適時(shí)適量自動(dòng)排除；排渣管9均勻分布在活性泥渣懸浮層3中，數(shù)量為4～12根；濃縮室7的坡度與水平線的夾角范圍在30~65度之間，以利于污泥的下滑沉降，其內(nèi)裝有強(qiáng)制出水管14可將濃縮室7內(nèi)的上清水匯入集水系統(tǒng)增加系統(tǒng)的產(chǎn)水量。上述工序系統(tǒng)確保了澄清池出水水質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全自動(dòng)正常運(yùn)行。
為減少外界天氣因素對(duì)水質(zhì)的影響，在澄清池上部建有封閉建筑10，以減少外界污染物對(duì)處理后水質(zhì)再污染的影響，并起防寒及防止太陽(yáng)的光照輻射引起的藻類滋生等作用。
與常規(guī)水利循環(huán)澄清池相比，本高效澄清池具有以下特點(diǎn)(1)在水的進(jìn)出口處，水流沿著澄清池截面均勻分配；(2)與原有的水力循環(huán)澄清池相比，采用了大口徑管從澄清池下部直接進(jìn)水，進(jìn)水漸變管內(nèi)的水流流速由0.6～1.3m/s漸變?yōu)?.1～0.3m/s，節(jié)約了噴射嘴5～7m的水頭損失；(3)水中溶解氣體以及一級(jí)泵氣蝕作用產(chǎn)生的微氣泡因減壓而對(duì)水中的部分有機(jī)物和部分藻類產(chǎn)生氣浮作用，使得輕于水比重的礬花、有機(jī)物和部分藻類等通過(guò)氣浮去除；
(4)接觸介質(zhì)的顆粒因?yàn)榻?jīng)過(guò)網(wǎng)孔絮凝而形成最佳的幾何尺寸和密度，具有足夠的沉降速度和伸展的表面積，防止了懸浮物細(xì)分散和膠溶；形成的泥渣層具有吸附性和粘附活性，可以有效地去除部分有機(jī)物和微量有毒重金屬；(5)設(shè)置了泥渣濃縮室，產(chǎn)生的泥渣得到最大限度地濃縮，過(guò)剩的懸浮物有效地沿著澄清池的截面均勻地排除，并能對(duì)它進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)；(6)在高效澄清池上部建有封閉建筑10，以隔絕或降低外界環(huán)境對(duì)水處理過(guò)程的影響。
3、高效重力均粒濾池高效重力均粒濾池是由配水系統(tǒng)、濾水系統(tǒng)、清水匯集系統(tǒng)組成的上、中、下三層組合構(gòu)筑物，它具有虹吸濾池、無(wú)閥濾池、V型濾池等快濾池的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，濾池的配水和構(gòu)造獨(dú)特。具體來(lái)說(shuō)，高效重力均粒濾池由集水區(qū)29、進(jìn)水虹吸管15、豎井配水渠16、十字形溢流堰集水渠17、均粒濾料18、承托層19、小阻力配水系統(tǒng)20、配水空間21、清水箱22、出水總渠23、虹吸管24、隔板25和虹吸輔助管系統(tǒng)26、27組成。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中集水區(qū)29在濾池上部區(qū)域，虹吸管15一端通入集水區(qū)29，另一端通入豎井配水渠16；豎井配水渠16下端與傘形隔板25的上端連為一體，十字形溢流堰集水渠17設(shè)于傘形隔板25下，均粒濾料18集水渠17的下方，在承托層19的上方，承托層19的下方是小阻力配水系統(tǒng)20，小阻力配水系統(tǒng)20下方是配水空間21；清水箱22與配水空間21通過(guò)連通渠28連通，出水總渠23位于隔板25上方的清水箱22內(nèi)，虹吸管24的一端通入傘形隔板25內(nèi)十字形溢流堰集水渠17的“十”字中心；虹吸輔助管系統(tǒng)26與虹吸管15相連，虹吸輔助管系統(tǒng)27與虹吸管24相連。其工作流程如下原水通過(guò)高效澄清后，其水中的剩余濁度在10mg/L以下(一般在3～5NTU)，絮凝體的尺寸一般不大于40～60μm，由集水渠29通過(guò)進(jìn)水虹吸管15進(jìn)入濾池的豎井配水渠16；濾池池體中部由隔板25將池體分隔為上下兩個(gè)部分，下部為濾水區(qū)，上部為清水區(qū)，上下部區(qū)域通過(guò)豎井配水渠16以及連通渠28相連；進(jìn)水通過(guò)豎井配水渠16進(jìn)入隔板25下部過(guò)濾區(qū)域，自上而下通過(guò)均粒濾料18，過(guò)濾水經(jīng)過(guò)承托層19、小阻力配水系統(tǒng)20和配水空間21經(jīng)連通渠28進(jìn)入清水箱22，并經(jīng)出水總渠23排至清水庫(kù)。在隔板25下部設(shè)有十字形控制溢流的集水渠17。當(dāng)處于反沖洗周期時(shí)，因過(guò)濾阻力增大而使得豎井配水渠16內(nèi)水位升高，虹吸管24在虹吸輔助管系27的作用下形成大虹吸，對(duì)十字集水渠17產(chǎn)生抽吸作用；高位清水箱22內(nèi)的清潔濾出水通過(guò)連通渠28經(jīng)配水空間21、小阻力配水系統(tǒng)20以及承托層19進(jìn)入均粒石英砂濾層進(jìn)行反沖洗，使濾料呈懸浮狀并擦洗砂粒，反沖洗強(qiáng)度設(shè)計(jì)保證其洗脫能力能去掉污泥而保留砂表面濾膜，反沖洗水不斷流入十字形溢流集水渠17，由深入渠內(nèi)的大虹吸管24排出池外。豎井配水渠16內(nèi)的水位因大虹吸抽水而降低，進(jìn)水虹吸管15在虹吸輔助管系統(tǒng)26的作用下停止進(jìn)水，從而保證了洗砂效果，又節(jié)省了水資源，減少了廢水的排放量。
過(guò)濾單元的組合根據(jù)實(shí)地可分為兩格、四格或多格，形狀可分為矩形或方形。每濾格形成獨(dú)立的過(guò)濾和沖洗單元，沖洗時(shí)采用低水頭自身供給濾后水。濾池的濾料18為均粒濾料，其粒徑為0.8~1.2mm，不均勻系數(shù)K80為1.1~1.4，濾料空隙率為(50±1)％；濾料18高度為1.0~1.5m，配水系統(tǒng)20采用小阻力形式。各濾格過(guò)濾后的清水通過(guò)連通渠28進(jìn)入隔板上的水箱22，水箱設(shè)在濾層上部(由板隔離)以保證足夠的沖洗水頭，其各格濾池的進(jìn)水量由進(jìn)水小虹吸及量水堰控制，反沖洗則由水箱中的計(jì)量計(jì)控制，全部為虹吸水力自控。為此濾池工作周期為(1)進(jìn)水過(guò)濾；(2)反沖洗開(kāi)始停止進(jìn)水過(guò)濾；(3)反沖洗停止，進(jìn)水過(guò)濾。周期有序保持了連續(xù)工作。
高效重力均粒濾池具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)采用了豎井配水渠與隔板的上下部組成兩部分，徹底改善了傳統(tǒng)重力無(wú)閥濾池進(jìn)水夾氣的弊病，并具有良好的配水水力條件；(2)進(jìn)水和反沖洗均采用虹吸，兩者通過(guò)水力程序功能控制，在反沖洗過(guò)程中停止進(jìn)水，保證了反沖洗的有效作用又減少了廢水的排放量，節(jié)省了水源；(3)反洗廢水通過(guò)十字堰流集水槽收集，使反洗平面強(qiáng)度均勻分配，反沖洗的效果得到充分保證；(4)采用了深床均粒濾料，具有更大的空隙率和良好的過(guò)濾水力條件和含污能力；(5)結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)低，單位產(chǎn)水量投入少，運(yùn)行自身水力條件功能自控，方便簡(jiǎn)單。
4、消毒、清水池及二級(jí)潛水泵供水系統(tǒng)(1)殺菌滅病毒設(shè)施濾后水的物理化學(xué)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)標(biāo)，但水中仍存在細(xì)菌與病毒，需要進(jìn)一步消毒。目前多以液氯作為消毒藥劑，但產(chǎn)生較多的副產(chǎn)物，對(duì)人體健康不利，為此，本工藝采用高純二氧化氯殺菌滅病毒，以提高飲水的微生物安全性和物化安全性。設(shè)備的組成主要由儲(chǔ)藥系統(tǒng)，供藥計(jì)量系統(tǒng)，反應(yīng)系統(tǒng)，混合吸收系統(tǒng)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)及安全防護(hù)系統(tǒng)組成，其投加點(diǎn)設(shè)于清水池，濾后水的入口處。
(2)清水池主要起儲(chǔ)存一定的用水和調(diào)節(jié)水量的作用，并滿足消毒劑消毒所需要的停留時(shí)間。為此，本工藝采用一、二級(jí)潛水泵聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，水池的容積大為優(yōu)化。在本工藝中，為滿足消毒液消毒的要求，在投加點(diǎn)設(shè)置混合器，使得消毒液與濾后水充分混合，保證消毒液與濾后水有效地接觸且不被揮發(fā)。
(3)二級(jí)潛水泵供水二級(jí)潛水泵是將處理后合格的水以用戶需要的壓力和水量送入管網(wǎng)。為了適應(yīng)水量的變化要求，采用變頻調(diào)速運(yùn)行，且與一級(jí)潛水泵實(shí)施聯(lián)動(dòng)。本工藝中二級(jí)潛水泵的變頻范圍控制在0.6～0.9之間，交流電機(jī)變頻調(diào)速VVVF采用微機(jī)控制正弦波脈沖寬調(diào)制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用數(shù)字化的PID調(diào)節(jié)器控制技術(shù)，使電機(jī)的壽命延長(zhǎng)，增加了供水的可靠性。
本發(fā)明的特點(diǎn)是(1)本工藝與傳統(tǒng)工藝相比，具有占地面積少、投資省的特點(diǎn)，占地面積和投資僅約為傳統(tǒng)工藝的50％～70％左右；(2)本工藝自耗水量?jī)H相當(dāng)于傳統(tǒng)技術(shù)的50％，因而節(jié)省了水資源。
(3)本工藝的一級(jí)潛水泵與二級(jí)潛水泵的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，減少了成品水在廠內(nèi)的二次污染的概率。
(4)本工藝的裝置采用水力功能自控實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)運(yùn)行，控制過(guò)程中的終端沒(méi)閥門動(dòng)作，因而可方便實(shí)現(xiàn)水廠的自控，維護(hù)費(fèi)用較低；(5)本工藝的構(gòu)筑物上建有防護(hù)建筑，以減少外界污染物對(duì)處理后水質(zhì)二次污染的影響，并起防止太陽(yáng)的光照輻射引起構(gòu)筑物內(nèi)藻類滋生等作用。
實(shí)施例1將本工藝用于某自來(lái)水廠的改造，水廠原有的工藝為125噸/小時(shí)的水力循環(huán)澄清池與重力式無(wú)閥濾池串連為核心的水處理工藝，在進(jìn)水濁度在0~60NTU的情況下，出水一般在3～5NTU左右，通過(guò)改造，對(duì)原有的澄清池加裝了網(wǎng)孔絮凝裝置、泥渣層過(guò)濾、斜管沉淀，增建了高效均粒濾床過(guò)濾系統(tǒng)，出水經(jīng)過(guò)二氧化氯消毒后進(jìn)入管網(wǎng)。設(shè)計(jì)中采用的參數(shù)如下絮凝時(shí)間為5.8分鐘，網(wǎng)孔為三段，采用的網(wǎng)孔尺寸分別為25×25mm，35×35mm和50×50mm，過(guò)濾濾速為20m/h。
經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)后，在進(jìn)水濁度在0~60NTU的情況下，出水濁度在0.5～1NTU以內(nèi)，水力循環(huán)澄清池每小時(shí)的出水量從原來(lái)的125噸/小時(shí)增加到480噸/小時(shí)，節(jié)省了原先澄清池噴嘴5～7米的水頭損失，降低了能耗；濾池的占地面積約為30平方，為傳統(tǒng)工藝的50％，濾池的耗水率在1％以下，實(shí)現(xiàn)了水力自動(dòng)運(yùn)行。
實(shí)施例2一新建自來(lái)水廠，規(guī)模為3萬(wàn)噸/日，采用本發(fā)明的給水工藝采用潛水泵取水，經(jīng)過(guò)泵前加藥后，進(jìn)入高效澄清池，高效重力均粒濾池，消毒后，采用潛水泵作為二級(jí)泵給管網(wǎng)供水，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下
進(jìn)水管道內(nèi)流速0.3m/s網(wǎng)孔繞流裝置三層，網(wǎng)孔內(nèi)水流速度為0.18m/s，反應(yīng)室內(nèi)的上升流速為0.03m/s，網(wǎng)孔內(nèi)的流速與容積絮凝室內(nèi)的流速之比為1∶6濾池濾料為均粒石英砂濾料，其粒徑為0.9~1.1mm，不均勻系數(shù)K80為1.2，濾料高度為1.2m。
在進(jìn)水濁度為0～150NTU范圍內(nèi)時(shí)，出水在1.0NTU以下(一般為0.2～0.4NTU)，水廠凈占地面積為2.0畝，運(yùn)行全部水力自動(dòng)，運(yùn)行費(fèi)用為0.35元/噸水(含人工，藥劑，電費(fèi)等，不含設(shè)備折舊)。
權(quán)利要求
1.一種高效節(jié)能凈水工藝，其特征在于包括以下工序一級(jí)潛水泵取水系統(tǒng)(a)取水，通過(guò)自動(dòng)最佳量投加混凝劑及高效混合反應(yīng)裝置(b)，進(jìn)入帶氣浮功能的網(wǎng)孔高效容積絮凝系統(tǒng)(c)進(jìn)行絮凝反應(yīng)，再進(jìn)入高體積濃度泥渣的接觸絮凝層(d)過(guò)濾和斜管(e)沉淀，進(jìn)入底部配水的均粒深床(f)過(guò)濾，出水經(jīng)殺菌滅病毒裝置(g)進(jìn)行消毒處理，再進(jìn)入帶消毒液混合器的清水池(h)存放，然后由二級(jí)潛水泵供水系統(tǒng)(j)將水泵入供水管網(wǎng)(k)；其中，帶氣浮功能的網(wǎng)孔高效容積絮凝系統(tǒng)(c)中的絮凝反應(yīng)、高體積濃度泥渣的接觸絮凝層(d)中的過(guò)濾、斜管(e)沉淀工序在專用設(shè)備高效澄清池(M)內(nèi)完成，均粒深床(f)過(guò)濾及其布水裝置在專用設(shè)備高效重力均粒濾池(N)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能凈水工藝，其特征在于一級(jí)潛水泵取水系統(tǒng)(a)和二級(jí)潛水泵供水系統(tǒng)(j)運(yùn)行時(shí)采用的聯(lián)合閉合自控方式，具體是二級(jí)泵的供水量通過(guò)測(cè)定管網(wǎng)壓力(r)，將信號(hào)傳送到二級(jí)泵的變頻系統(tǒng)(p2)，對(duì)二級(jí)泵實(shí)現(xiàn)程序變頻恒壓變量供水，二級(jí)泵供水量的變化導(dǎo)致清水池(h)的水位發(fā)生變化，該變化通過(guò)清水池的液位儀(q)測(cè)出，把信號(hào)傳送至一級(jí)泵的變頻控制系統(tǒng)(p1)，由一級(jí)泵的變頻與自動(dòng)調(diào)節(jié)閥(o)協(xié)調(diào)進(jìn)水量適時(shí)補(bǔ)充，從而調(diào)節(jié)凈水廠內(nèi)清水庫(kù)(h)的容量，增加供水的可靠性和安全性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能凈水工藝，其特征在于高效澄清池(M)由容積絮凝室(1)和(12)、網(wǎng)孔擾流裝置(2)、活性泥渣懸浮層(3)、斜管(4)、集水系統(tǒng)(5)、底部排泥室(6)、濃縮室(7)、漸變管(8)、排渣管(9)、預(yù)沉室(11)、排渣槽(13)、虹吸管(24)和密封建筑(10)組成，其中容積絮凝室(1)和(12)位于澄清池地中間部位，網(wǎng)孔擾流裝置(2)設(shè)置于容積絮凝室(1)和(12)中，網(wǎng)孔繞流裝置(2)分為三段，每段為2～6層；容積絮凝室(1)下部為預(yù)沉室(11)；漸變管(8)設(shè)置在澄清池下側(cè)，與預(yù)沉室(11)連通；活性泥渣懸浮層(3)在容積絮凝室外側(cè)周圍，排渣管(9)均勻設(shè)置在活性泥渣懸浮層(3)中，數(shù)量為4～12根；活性泥渣懸浮層(3)的上方設(shè)置斜管(4)，下方設(shè)置濃縮室(7)；在斜管(4)的上方為集水系統(tǒng)(5)；澄清池的底部為排泥室(6)，在澄清池外側(cè)設(shè)置有虹吸管(24)，由管道與排泥室(6)連通；在容積絮凝室的上部周圍設(shè)有排渣槽(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能凈水工藝，其特征在于當(dāng)原水經(jīng)投藥加混凝劑和混合反應(yīng)后，經(jīng)漸變管(8)從澄清池下部進(jìn)入澄清池內(nèi)的預(yù)沉室(11)，管內(nèi)的水流流速由0.6～1.3M/s漸變控制為0.1～0.3M/s；在預(yù)沉室(11)內(nèi)，大顆粒的泥沙發(fā)生沉降；水流經(jīng)過(guò)緩沖后進(jìn)入高效容積網(wǎng)孔絮凝室(1)和(12)，上升水流經(jīng)網(wǎng)孔擾流裝置(2)；網(wǎng)孔內(nèi)水流速度控制為0.05~0.40M/s，容積絮凝室內(nèi)的上升流速控制為0.02~0.15M/s，網(wǎng)孔內(nèi)的流速與容積絮凝室內(nèi)的流速之比控制為1∶2～1∶8之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能凈水工藝，其特征在于高效重力均粒濾池由集水區(qū)(29)、進(jìn)水虹吸管(15)、豎井配水渠(16)、十字形溢流堰集水渠(17)、均粒濾料(18)、承托層(19)、小阻力配水系統(tǒng)(20)、配水空間(21)、清水箱(22)、出水總渠(23)、虹吸管(24)、隔板(25)和虹吸輔助管系統(tǒng)(26)、(27)組成，其中集水區(qū)(29)在濾池上部區(qū)域，虹吸管(15)一端通入集水區(qū)(29)，另一端通入豎井配水渠(16)；豎井配水渠(16)下端與傘形隔板(25)的上端連為一體，十字形溢流堰集水渠(17)設(shè)于傘形隔板(25)下，均粒濾料(18)在集水渠(17)的下方，在承托層(19)的上方，承托層(19)的下方是小阻力配水系統(tǒng)(20)，小阻力配水系統(tǒng)(20)下方是配水空間(21)；清水箱(22)與配水空間(21)通過(guò)連通渠(28)連通，出水總渠(23)位于隔板(25)上方的清水箱(22)內(nèi)，虹吸管(24)的一端通入傘形隔板(25)內(nèi)十字形溢流堰集水渠(17)的“十”字中心；虹吸輔助管系統(tǒng)(26)與虹吸管(15)相連，虹吸輔助管系統(tǒng)(27)與虹吸管(24)相連。
6.一種高效節(jié)能凈水裝置，其特征在于混凝劑自動(dòng)投加裝置(b)、一級(jí)潛水泵取水系統(tǒng)(a)、高效澄清池(M)、高效重力均粒濾池(N)和二級(jí)潛水泵供水系統(tǒng)(j)依次由管路連接組成，其中高效澄清池(M)由容積絮凝室(1)和(12)、網(wǎng)孔擾流裝置(2)、活性泥渣懸浮層(3)、斜管(4)、集水系統(tǒng)(5)、底部排泥室(6)、濃縮室(7)、漸變管(8)、排渣管(9)、預(yù)沉室(11)、排渣槽(13)、虹吸管(24)和密封建筑(10)組成，其中容積絮凝室(1)和(12)位于澄清池地中間部位，網(wǎng)孔擾流裝置(2)設(shè)置于容積絮凝室(1)和(12)中，網(wǎng)孔繞流裝置(2)分為三段，每段為2～6層；容積絮凝室(1)下部為預(yù)沉室(11)；漸變管(8)設(shè)置在澄清池下側(cè)，與預(yù)沉室(11)連通；活性泥渣懸浮層(3)在容積絮凝室外側(cè)周圍，排渣管(9)均勻設(shè)置在活性泥渣懸浮層(3)中，數(shù)量為4～12根；活性泥渣懸浮層(3)的上方設(shè)置斜管(4)，下方設(shè)置濃縮室(7)；在斜管(4)的上方為集水系統(tǒng)(5)；澄清池的底部為排泥室(6)，在澄清池外側(cè)設(shè)置有虹吸管(24)，由管道與排泥室(6)連通；在容積絮凝室的上部周圍設(shè)有排渣槽(13)；高效重力均粒濾池由集水區(qū)(29)、進(jìn)水虹吸管(15)、豎井配水渠(16)、十字形溢流堰集水渠(17)、均粒濾料(18)、承托層(19)、小阻力配水系統(tǒng)(20)、配水空間(21)、清水箱(22)、出水總渠(23)、虹吸管(24)、隔板(25)和虹吸輔助管系統(tǒng)(26)、(27)組成，其中集水區(qū)(29)在濾池上部區(qū)域，虹吸管(15)一端通入集水區(qū)(29)，另一端通入豎井配水渠(16)；豎井配水渠(16)下端與傘形隔板(25)的上端連為一體，十字形溢流堰集水渠(17)設(shè)于傘形隔板(25)下，均粒濾料(18)在集水渠(17)的下方，在承托層(19)的上方，承托層(19)的下方是小阻力配水系統(tǒng)(20)，小阻力配水系統(tǒng)(20)下方是配水空間(21)；清水箱(22)與配水空間(21)通過(guò)連通渠(28)連通，出水總渠(23)位于隔板(25)上方的清水箱(22)內(nèi)，虹吸管(24)的一端通入傘形隔板(25)內(nèi)十字形溢流堰集水渠(17)的“十”字中心；虹吸輔助管系統(tǒng)(26)與虹吸管(15)相連，虹吸輔助管系統(tǒng)(27)與虹吸管(24)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能凈水裝置，其特征在于所述均粒濾料徑為0.8～1.2mm，不均勻系數(shù)K80為1.1～1.4，濾料空隙率為(50±1)％；濾料(18)高度為1.0～1.5m。
全文摘要
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種給水處理、污水處理或水質(zhì)凈化處理的工藝和裝置。其凈化工藝主要包括以下工序一級(jí)潛水泵取水，通過(guò)混凝劑及高效混合反應(yīng)裝置，進(jìn)入帶氣浮功能的網(wǎng)孔高效容積絮凝系統(tǒng)進(jìn)行絮凝反應(yīng)，再進(jìn)入接觸絮凝層過(guò)濾和斜管沉淀，進(jìn)入底部配水的均粒深床過(guò)濾，出水經(jīng)殺菌裝置進(jìn)行消毒處理，再進(jìn)入清水池存放，然后由二級(jí)潛水泵將水泵入供水管網(wǎng)。其中帶氣浮功能的絮凝系統(tǒng)、接觸絮凝層、斜管沉淀等工序在高效澄清池內(nèi)完成，均粒深床過(guò)濾及其布水裝置在重力均粒濾池內(nèi)實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)工藝相比，本工藝占地面積少、投資省，出水水質(zhì)好，可方便實(shí)現(xiàn)水廠的自控，維護(hù)費(fèi)用較低。
文檔編號(hào)C02F1/50GK1843960SQ20061002611
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者吳根林, 何堅(jiān), 刁遠(yuǎn)田 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué), 泰興市睿濟(jì)科技有限公司