微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备

摘要

本发明公开了一种微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备，以结团絮凝技术为核心，通过投加微砂作为载体，进一步提高结团体密度，强化结团絮凝对低浊水的净化效果，同时高密度结团体悬浮层内的机械摩擦和挤压，以及PAM的吸附架桥作用，增强了致密悬浮层对藻类的黏附拦截效果，实现了对高藻水的高效净化。该设备通过投加微砂，提高了悬浮层的有效密度，从而提高了主体设备的上升流速，增强了处理负荷和抗冲击负荷能力。通过内齿轮啮合由同一驱动电机提供两种不同转速分别驱动反应搅拌轴和分离搅拌轴，用于结团絮凝和泥砂分离，提高了主体设备的集成度；同时在主体设备内实现泥砂分离，无需额外增设泥砂分离设备和装置，设备化程度高，占地面积小，操作简单。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水质净化装置，用于分离水中悬浮物和胶体颗粒，尤其 是一种微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备，该设备以结团絮凝为核心， 通过投加微砂强化结团絮凝，实现高效稳定净化效果的水质净化工艺，可适 用于高藻低浊水的净化处理。

背景技术

高藻低浊水的显著水质特点是藻类含量高、悬浮物浓度低。由于藻类一 般带负电，稳定性高，密度小，难于沉降，加上悬浮物浓度低，脱稳胶体颗 粒之间碰撞效率低、絮凝体成长困难，导致高藻低浊水混凝、沉淀效果非常 差，传统净化工艺往往无能为力。一般水厂需要通过预氧化除藻、强化混凝、 强化沉淀、缩短过滤周期和提高反冲洗强度等方法措施的组合应用才能保障 净化效果，由此带来的主要问题包括加大消毒副产物风险、运行操作复杂、 增加处理成本等问题。

法国威立雅水务集团的ACTIFLO澄清池，通过往水中投加高分子絮凝 剂和细砂，形成大颗粒絮体，实现致密悬浮层对低浓度原水中胶体的分离， 取得了良好的除藻除浊效果。该工艺的主要特点是应用细砂作为载体强化絮 凝和沉淀效果，混凝效果显著改善，同时沉淀时间大大缩短，斜管沉淀的表 面负荷较其他工艺高，是目前高藻低浊水净化效果较好的处理技术之一。尽 管如此，ACTIFLO澄清池也存在诸如占地面积大、构筑物多、建造复杂等 问题，如回流污泥须经过额外增设的泥砂分离装置分离后，才能实现细砂的 循环利用。

申请人研究开发的以结团絮凝为核心的一系列专利技术设备，通过流化 床操作，将传统的随机型絮体形成过程改进为规则型颗粒成长过程，实现了 悬浮颗粒的结团造粒，生成密度高、粒度大、沉速快的球形颗粒状结团体， 从而大幅提高了固液分离的效果和工作负荷。在此基础上利用两阶段控制理 论，进一步优化微絮凝过程初始粒子成长和结团絮凝过程造粒分离的水力、 物化条件，实现了集混凝、沉淀和过滤于一身，兼备高藻高浊水和低温低浊 水处理能力。虽然上述专利技术设备对高藻低浊水具备一定净化能力，且符 合目前水处理工艺设备化、小型化和一体化的趋势，但对高藻低浊水的净化 效果，特别是处理负荷还有待进一步提高。

总之，对于高藻低浊水的净化，迄今为止还没有既能达到满意处理效果， 同时工作负荷高，且工艺简单、占地面积小、操作运行方便、成本低廉的处 理设备。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备， 该设备以结团絮凝技术为核心，通过循环利用微砂强化结团絮凝效果，增强 固液分离效果和提高净化负荷，适用于高藻低浊水的净化处理，具备高效稳 定的除藻除浊效果。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：

一种微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备，包括主体设备、进水管路、 微砂循环利用管路和自控系统，其特征在于：

所述主体设备为内外筒结构，其中，内筒为结团絮凝区，外筒自上向下 依次分为清水区、固液分离区、泥砂分离区和集砂区，清水区顶部设有清水 出水管，泥砂分离区底部设有狭缝排泥管，集砂区设有微砂循环管；主体设 备顶部设有驱动电机，该驱动电机用于驱动内部沿轴向设置的反应搅拌轴和 分离搅拌轴；

所述的进水管路包括原水管及沿水流方向设于原水管上的混凝剂投药 管、静态混合器、管式反应器和助凝剂投药管，同时原水管与主体设备的内 筒相连通，其中，混凝剂投药管连接PAC加药桶，助凝剂投药管连接PAM 加药桶；

所述的微砂循环利用管路包括微砂循环管、第一流量计、第二流量计、 微砂循环泵和阀门，并在管式反应器之后与原水管连通；

所述的自控系统，由信号输入单元和信号输出控制单元组成；其中：

所述的信号输入单元包括：位于清水出水管上的浊度仪，位于原水管路 上微砂循环管接入点后的污泥浓度计，位于微砂循环管上的第一流量计和位 于微砂水出水管上的第二流量计；

所述的信号输出控制单元包括：混凝剂投加变频泵；助凝剂投加变频泵； 位于微砂循环管的第一电磁阀和位于微砂水出水管上的第二电磁阀。

所述的主体设备外还设有微砂水配制桶，微砂水经微砂水出水管上第二 电磁阀、第二流量计后由三通连接微砂循环管，再在微砂循环泵的抽吸作用 下进入原水管，用于初次投加微砂和定期补充微砂损失量，补充周期为每年 1次。

所述的反应搅拌轴和分离搅拌轴采用内齿轮啮合，反应搅拌轴为内齿 轮，分离搅拌轴为外齿轮；反应搅拌轴和分离搅拌轴在同一驱动电机的驱动 下进行转动，其中反应搅拌轴带动位于反应区的反应搅拌桨进行慢速转动， 分离搅拌轴带动位于泥砂分离区的分离搅拌浆进行快速转动，两者转速比由 内、外齿轮齿数控制。

所述的微砂水配制桶内有作为载体强化结团絮凝效果的微砂，该微砂粒 径为45μm～100μm。

所述的主体设备内部泥砂分离区可由分离搅拌桨机械作用实现泥砂剥 离，剥离后的微砂由微砂循环管路实现循环利用。

本发明的微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备，以结团絮凝技术为核 心，通过投加微砂，强化结团絮凝除藻除浊效果，实现了微砂循环利用，适 用于高藻低浊水的净化处理。首先，通过微砂投加，增加了原水的悬浮物浓 度，提高了颗粒间的有效接触碰撞效率，从而强化了对低浊水的净化效果； 其次，微砂的加入进一步提高了结团体悬浮层的密度，加之投加高分子絮凝 剂PAM的吸附架桥作用，促进了藻类在反应区悬浮层内致密结团体表面的 附着，增强了对藻类的截留效果，从而实现对高藻水的高效净化。

此外，本发明还具有如下优势：

1、通过投加微砂，提高了悬浮层的有效密度，从而可以提高主体设备 的上升流速，实现工艺处理净化负荷和抗冲击负荷的提升。

2、采用内齿轮啮合方式连接反应搅拌轴和分离搅拌轴，在同一电机的 驱动下，反应搅拌轴提供较慢转速，用于脱稳原水的结团絮凝，分离搅拌轴 提供较快转速，用于泥砂分离，从而提高了主体设备的集成度。

3、通过在主体设备内实现泥砂分离，并对分离微砂进行循环利用，无 需增设专门的泥沙分离装置，设备的集成化程度高，并可减小占地面积，便 于操作管理。

附图说明

图1为本发明的设备结构示意图。

图2为反应搅拌轴与分离搅拌轴的内齿轮啮合示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参阅图1，本实施例给出一直微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备， 包括主体设备、进水管路、微砂循环利用管路和自控系统。

主体设备为内外筒结构，其中，内筒13为结团絮凝区，外筒11自上向 下依次分为清水区17、固液分离区16、泥砂分离区19和集砂区23，清水区 17顶部设有清水出水管18，泥砂分离区19底部设有狭缝排泥管22，集砂区 23设有微砂循环管22；主体设备顶部设有驱动电机35，该驱动电机35用于 驱动内部沿轴向设置的反应搅拌轴14和分离搅拌轴20；

进水管路包括原水管及沿水流方向设于原水管上的混凝剂投药管、静态 混合器5、管式反应器6和助凝剂投药管，同时原水管2与主体设备的内筒 13相连通，其中，混凝剂投药管连接PAC加药桶2，助凝剂投药管连接PAM 加药桶8；

微砂循环利用管路包括微砂循环管24、第一流量计26、第二流量计32、 微砂循环泵和阀门27，并在管式反应器6之后与原水管连通；

自控系统，由信号输入单元和信号输出控制单元组成；其中：

信号输入单元包括：位于清水出水管上的浊度仪33，位于原水管路上微 砂循环管24接入点后的污泥浓度计34，位于微砂循环管24上的第一流量计 26和位于微砂水出水管30上的第二流量计32；

信号输出控制单元包括：混凝剂投加变频泵4；助凝剂投加变频泵10； 位于微砂循环管的第一电磁阀25和位于微砂水出水管30上的第二电磁阀 31。

主体设备外还设有微砂水配制桶29，微砂水经微砂水出水管30上第二 电磁阀31、第二流量计32后由三通连接微砂循环管24，再在微砂循环泵27 的抽吸作用下进入原水管，用于初次投加微砂和定期补充微砂损失量，补充 周期为每年1次。

反应搅拌轴14和分离搅拌轴20采用内齿轮啮合，反应搅拌轴14为内 齿轮，分离搅拌轴20为外齿轮；反应搅拌轴14和分离搅拌轴20在同一驱 动电机35的驱动下进行转动，其中反应搅拌轴14带动位于反应区的反应搅 拌桨15进行慢速转动，分离搅拌轴20带动位于泥砂分离区的分离搅拌浆21 进行快速转动，两者转速比由内、外齿轮齿数控制。

微砂水配制桶29内放置有作为载体强化结团絮凝效果的微砂，该微砂 粒径为45μm～100μm，投加量为1.5g/L左右。

主体设备内部泥砂分离区19可由分离搅拌桨机械作用实现泥砂剥离， 剥离后的微砂由微砂循环管路实现循环利用。

微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备的工作过程如下：

高藻低浊水经阀门1进入原水管后，首先向其中加混凝剂PAC，混凝剂 PAC来自PAC加药桶2，经阀门3和变频泵4后，在混凝剂投加点投加。 混凝剂PAC与高藻低浊水在静态混合器5的作用下，实现均匀混合，并在 管式反应器6内进行微絮凝反应，完成颗粒脱稳过程。脱稳高藻低浊水与来 自微砂循环管路的循环微砂充分混合后，悬浮颗粒浓度得到大幅提高。高浓 度脱稳高藻低浊水经阀门7再向其中投加PAM，PAM来自PAM加药桶8， 经阀门9和变频泵10后，在助凝剂投加点投加。经助凝后的高密度脱稳高 藻低浊水，进入由固定于外筒11内壁上支撑肋板12支撑的内筒13，在内筒 13通过高浓度悬浮层内颗粒间的相互摩擦挤压、反应搅拌轴14上反应搅拌 桨15的机械搅拌及上升流的水力搅拌等联合作用，完成结团絮凝过程。生 成的高密度结团絮凝体外翻进入外筒固液分离区16依靠重力实现固液分离， 清水则进入清水区17最终由清水出水管18排出。完成固液分离后的结团絮 凝体继续下沉进入泥砂分离区19，在分离搅拌轴20上分离搅拌桨21的作用 下实现泥砂分离。泥砂分离后密度较小的污泥颗粒由泥砂分离区底部的狭缝 排泥管22排出主体设备；密度较大的微砂颗粒则进入集砂区23，经由微砂 循环管24上的电磁阀25、第一流量计26后，在微砂循环泵27的抽吸作用 下，通过阀门28后，在管式反应器6后进入到进水管路，与脱稳后的高藻 低浊水混合。

继续参阅图1，对工艺过程中微砂初次投加和损失量的定期补充进行说 明。

工艺排泥过程中，会有少量的微砂随狭缝排泥管22排出，为保障净化 效果，需对微砂损失量进行定期补充，此外，在主体设备初次启动时，也需 投加微砂。微砂水配制桶29中新配制的微砂水经微砂水出水管30上电磁阀 31、第二流量计32后，由三通连接微砂循环管24，再在微砂循环泵27的抽 吸作用下进入原水管，定期补充微砂损失量。

继续参阅图1，对自控系统的运行进行说明。

控系统信号输入单元包括位于清水出水管18上的浊度仪33、位于原水 管路上微砂循环管24接入点后的污泥浓度计34、位于微砂循环管24和微砂 水出水管30上的第一流量计26和第二流量计32，信号输出控制单元包括混 凝剂投加变频泵4、助凝剂投加变频泵10和位于微砂循环管和微砂水出水管 上的电磁阀25和另一个电磁阀31。当浊度仪33检测值超过与预设值后，通 过控制混凝剂投加变频泵4、助凝剂投加变频泵10调节混凝剂和助凝剂的投 加量，直至清水浊度低于预设值；当污泥浓度计34检测值低于预设值时， 通过控制电磁阀25或电磁阀31，增大微砂循环量或者定期补充微砂损失量， 直至污泥浓度高于预设值。

参阅图1和图2，对反应搅拌轴和分离搅拌轴的啮合和运行方式进行说 明。

反应搅拌轴14为内齿轮，分离搅拌轴20为外齿轮，两者进行内齿轮啮 合。反应搅拌轴14在驱动电机35的驱动下带动反应搅拌桨15转动，实现 脱稳原水的结团絮凝，同时通过内齿轮啮合带动分离搅拌轴转动。反应搅拌 轴由固定于内筒13底部内壁上的轴承座36支撑，分离搅拌轴20悬挂于轴 承座上。反应搅拌轴13转速较慢，以适应结团絮凝，分离搅拌轴20转速较 快，以实现泥砂剥离，两者的转速比可通过调整内外齿轮齿数控制，推荐取 1∶2～1∶4。

综上所述，本发明的微砂增效结团絮凝一体式水质净化设备，通过投加 微砂强化结团絮凝的除藻除浊效果，提高处理负荷和抗冲击负荷能力，而且 在主体设备内进行泥砂分离，无需增设额外的泥砂分离装置和设备，并通过 内齿轮啮合由同一驱动电机提供两种不同转速分别驱动反应搅拌轴和分离 搅拌轴，对高藻低浊水具有高效、稳定净化效果，同时占地面积小，操作简 单，处理成本低，

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参 照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理 解，依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而在未脱离本发 明精神和范围的任何修改或者等同替换，均应属于本发明的保护范围。