一种重辅絮凝澄清装置及方法

摘要

本发明属于水处理技术领域，涉及一种水处理装置，特别涉及一种重辅絮凝澄清装置及方法。一种重辅絮凝澄清装置，该装置的主体为一箱体，该箱体外设有待处理水进水管和出水管，以及设置在箱体底部的排泥管，该箱体内分隔成进水配水区、混凝反应区、澄清配水区、澄清区、导泥区、污泥聚集区和出水区，导泥区和污泥聚集区位于箱体轴心处且导泥区位于污泥聚集区的上方。本发明在澄清配水区，向含悬浮物的高浊度废水投加重辅介质，经充分水力混合，伴随絮凝过程形成以重辅介质为晶核的微絮团，利用微絮团所含重辅介质的重力沉降性，加速絮凝体的形成与沉淀，提高了后续清澄效果。

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种水处理装置，特别涉及一种重 辅絮凝澄清装置及方法。

背景技术

作为水处理的重要方法之一，混凝技术广泛应用于各种水处理工艺流 程中，决定着后续流程的运行工况，以及最终出水质量与成本费用，在我 国水处理技术的发展中占有重要地位。但是随着环境污染问题日趋严重以 及水质标准越来越严格化，常规混凝技术显然已经不能满足人们对水质的 更高要求。因此，基于传统混凝技术的强化混凝概念随之提出。强化混凝 从工艺研究的角度而言，侧重于在现有水处理工艺设施上的改进与提高， 其一便是重辅絮凝澄清技术。

重辅絮凝澄清技术作为新兴水处理技术之一，近几年来在国内外开始 发展并创新应用于实际工程中。该技术通过絮凝、吸附和架桥的作用将污 水中的微小悬浮物或不溶性污染物与粒径微小的重辅介质颗粒(如铁粉、 微砂)进行有效的结合，以此增加絮体的体积和密度，从而加快絮体的沉 降速度，有效降低后续环节的水力停留时间和增大处理装置表面负荷。同 时，污泥中的重辅介质颗粒经过一定的分离方法进行回收，实现循环使用， 达到资源再用目的。该方法具有高沉降性，占地面积小和处理效果优良等 特点。

目前国内已将重辅絮凝澄清技术应用于水处理领域，如磁絮凝技术应 用于钢厂铁磁性废水的处理，微砂絮凝技术应用于低浊度江河水的给水净 化处理中。但针对市政污水、含油废水和其他工业废水等非铁磁性废水的 处理研究相对较少，在含悬浮物的高浊度煤矿矿井水处理中更是少见。

发明内容

本发明针对传统混凝技术处理高浊度煤矿矿井水的不足，结合重辅絮 凝澄清技术提供一种结构简单，使用方便，效果良好的重辅絮凝澄清装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种重辅絮凝澄清装置，该装置的主体为一箱体，该箱体外设有待处 理水进水管和出水管，以及设置在箱体底部的排泥管， 该箱体内分隔成进水配水区、混凝反应区、澄清配水区、澄清区、导泥区、 污泥聚集区和出水区，导泥区和污泥聚集区位于箱体轴心处且导泥区位于 污泥聚集区的上方，澄清区位于导泥区和污泥聚集区的两侧，混凝反应区 位于澄清区的下方且两者由倾斜设置的不透水隔板隔开，不透水隔板向内 倾斜使澄清区的污泥与水分离后沿不透水隔板进入污泥聚集区；

待处理水进水管与进水配水区连通，混凝反应区沿水流流程的始端与末端 分别设有混凝进水孔和混凝出水孔，进水配水区与混凝反应区之间通过混 凝进水孔连通，混凝反应区内由竖直且间隔设置的多个波纹板分隔成折流 的水流流程组成，波纹板的顶部和底部分别与不透水隔板和箱体底部固定， 相邻波纹板组成空间的每个沿程转弯处底部均设有与排泥管相连的排泥 孔；澄清配水区与进水配水区分别位于箱体的两端，混凝反应区与澄清配 水区之间通过混凝出水孔连通；澄清配水区与澄清区之间通过带有透水孔 的澄清布水板分隔，澄清区与出水区采用带有透水孔的出水集水板隔开， 出水管与出水区连通。进一步的，出水区位于进水配水区上方，进水配水 区与出水区两者之间是隔开的，不透水。

所述澄清配水区汇集混凝反应区对称两部分的混凝出水，同时在此区 内投加助凝剂，将含有重辅介质的微絮团在助凝剂吸附、架桥和网捕作用 下进一步增大增重，再经澄清布水板上的透水孔均匀布水流入侧向流斜板 进入澄清区。

所述澄清区主要进行泥水分离，将水中较大颗粒的絮体通过斜板辅助 重力沉降的原理去除，降低出水浊度。

所述导泥区，位于所述澄清区对称两部分中间，主要作用是将所述澄 清区沉积下来的污泥收集至污泥聚集区，使污泥尽可能快地脱离澄清区， 同时防止水流冲积翻浆。

所述污泥聚集区，位于所述导泥区下方，导泥区和污泥聚集区两区相 互贯通，主要作用是将污泥进一步重力脱水浓缩。污泥聚集区底部相隔 200mm的间距分别设有与排泥管相连的排泥孔，以便将浓缩后的污泥及时 外排。

所述出水区，位于水流沿程未端，澄清后的清水经出水集水板上的透 水孔均匀收集后，汇入所述出水区。所述出水区上部设有出水堰，由薄壁 堰溢流保证出流稳定。

作为优选，待处理水进水管和出水管位于箱体的同一侧，待处理水进 水管位于箱体的底部。

作为优选，所述混凝反应区在箱体内沿水流流程方向呈两侧三棱柱对 称分布，所述各波纹板之间“异波”设置。异波设置即波纹板波谷对波谷， 波峰对波峰平行焊接而成，水流通道呈“窄一宽一窄”变化，既可增加波 纹板间水流紊动性，又使絮凝过程中的速度梯度由大到小缓慢变化，适应 絮凝过程中絮凝体由小到大的变化规律，从而提高絮凝效果。

作为优选，所述波纹板厚度为0.5±0.2mm，波纹板波高为30±2mm， 波距180±5mm。同时，相邻波纹板组成空间的过流面积满足混凝水力条 件要求，既保证废水与絮凝剂和重辅介质得到充分混合反应，又能达到适 宜流速防止絮体沿程提前沉淀或剪切破碎。

作为优选，混凝进水孔(2)由距离最近的两块波纹板形成，混凝出水 孔(8)由距离最远的两块波纹板与不透水隔板(14)的开孔形成。作为优 选，所述澄清区在箱体内沿水流流程方向呈两侧对称分布，澄清区内部设 置多个相互平行且与水平方向呈60～65°倾角的侧向流斜板，各侧向流斜 板之间的间距为50～60mm。该结构将装置空间利用极至，充分发挥澄清作 用，同时也便于制造安装。倾斜角度不同直接改变着斜板沉淀的有效沉淀 面积，因此对处理效果影响较大，根据《室外给水设计规范》GB50013-2006 中相关规定，为了使斜板上的沉泥能自然连续地向底部滑落，斜板倾角大 多采用60度。

作为优选，所述导泥区内设置多个相互平行的逆向流导泥板，各逆向 流导泥板与水平方向呈65～67°倾角，各逆向流导泥板之间的间距为 100～120mm。该结构将装置空间利用极至，充分发挥导泥排泥功能，同时 也便于制造安装。导泥区污泥的含固率比澄清区内的高，需将大量的污泥 及时排除，不得过量积聚，对处理效果有一定影响，因此导泥区斜板所采 用的倾角比澄清区的要大些。

作为优选，所述侧向流斜板和逆向流导泥板均为5-6mm厚的聚氯乙烯 板。

作为优选，导泥区和污泥聚集区两区相互贯通，污泥聚集区底部相隔 200mm的间距分别设有与排泥管相连的排泥孔；所述出水区上部设有出水 堰，出水堰中部开孔与出水管连接。

一种采用所述的重辅絮凝澄清装置的重辅絮凝澄清方法，含悬浮物的 高浊度废水由待处理水进水管流入进水配水区，投加絮凝剂后分成两路分 别进入混凝反应区的对称两部分，在所述混凝反应区沿往复设置的波纹板 狭长空间内进行絮凝反应，形成较小絮体，含有较小絮体的废水从两侧混 凝出水孔分别流出后，汇合流入澄清配水区；

在澄清配水区内投加重辅介质和助凝剂，短暂反应后形成以重辅介质为晶 核的大比重“微絮团”；

含“微絮团”的废水流经澄清布水板上的透水孔，分别进入所述澄清区的 对称部分，在澄清区内进行泥水分离，清水沿流程向前推进，污泥在侧向 流斜板上表面沉积并向下滑动；

所述澄清区中两部分侧向流斜板上的污泥由对称两侧分别滑向中间部位的 导泥区，污泥经斜板导泥后汇集至污泥聚集区，经进一步浓缩后由底部的 排泥管排出；同时，净水流经出水集水板上的透水孔，流入出水区，再经 出水堰由出水管排出。

本发明在澄清配水区，向含悬浮物的高浊度废水投加重辅介质，经充 分水力混合，伴随絮凝过程形成以重辅介质为晶核的微絮团，利用微絮团 所含重辅介质的重力沉降性，加速絮凝体的形成与沉淀，提高了后续清澄 效果。

本发明的有益效果是：结构简单实用，使用方便，能有效去除水中悬浮 杂质，降低出水浊度。同时，加快絮体沉淀速度，缩短沉淀时间，减少占 地面积。与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、重辅絮凝澄清所用的重辅介质包括铁粉或微砂。相对而言，铁粉的 成本高、还需配备磁性部件才能将絮体吸引去除；而微砂成本低、可利用 自身重力将絮体加速沉淀去除，本发明装置中所用重辅介质以微砂为例进 行研究。

2、现有专利和论文中涉及的该方法主要应用于给水处理领域中的低浊 度水源水处理，在污水处理领域中很少应用。往细分方面看，在煤矿矿井 水处理中的高浊度矿井水降浊处理方面应用该方法更是少见。

3、高浊度水处理的难点就是原水中悬浮杂质含量高，降浊需要消耗大 量的药剂和较大面积占地，同时出水中细小絮凝体无法沉淀，达不到预期 浊度要求。发明中所涉及的方法改进在以下方面：(1)絮凝过程中投加微 砂有助于加速絮体形成；(2)形成的絮体比不加微砂的絮凝(传统混凝方 法形成的絮体)比重大，更密实，不易破碎；(3)由于比重大，在水中的 沉降速度更快，同一深度沉到底被去除所用的时间就缩短，从而提高了降 浊效果；(4)传统混凝方法需投加PAC(聚合氯化铝)和PAM(聚丙烯酰 胺)，而该方法只需投加PAC，而无需再投加PAM或减少投加量，比较而 言，可节省药剂成本。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是图1中A-A处的平剖示意图；

图4是图1中B-B处的横剖示意图；

图5是图1中C-C处的横剖示意图；

图6是图2中D-D处的纵剖示意图；

图中，进水配水区A，混凝反应区B，澄清配水区C，澄清区D，导泥 区E，污泥聚集区F，出水区G，待处理水进水管1，混凝进水孔2，波纹 板3，澄清布水板4，侧向流斜板5，逆向流导泥板6，排泥管7，混凝出 水孔8，透水孔9，放空管10，出水集水板11，出水堰12，出水管13，不 透水隔板14，加强筋15，底座16，排泥孔17。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的 具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明 所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

实施例1：

如图1、图2和图3所示的重辅絮凝澄清装置，该装置的主体为一箱 体，该箱体外设有待处理水进水管1和出水管13，以及设置在箱体底部的 排泥管7，待处理水进水管1和出水管13位于箱体的同一侧，处理水进水 管1位于箱体的底部。该箱体内分隔成进水配水区A、混凝反应区B、澄 清配水区C、澄清区D、导泥区E、污泥聚集区F和出水区G。

如图4所示，导泥区E和污泥聚集区F位于箱体轴心处且导泥区E位 于污泥聚集区F的上方，澄清区D位于导泥区E和污泥聚集区F的两侧， 混凝反应区B位于澄清区D的下方且混凝反应区B与澄清区D两者之间 由倾斜设置的不透水隔板14隔开，不透水隔板的两端倾斜焊接固定在箱体 左右两侧的内壁上，呈对称两部分设置，不透水隔板向内倾斜使澄清区的 污泥与水分离后沿不透水隔板进入污泥聚集区。

待处理水进水管1与进水配水区A连通，混凝反应区沿流程的始端与 末端分别设有混凝进水孔2和混凝出水孔8，进水配水区A与混凝反应区 B之间通过不透水的隔板(该隔板的上方为出水集水板11，两者上下连接， 两者也可以是同一张板)隔开，隔板与箱体底部焊接固定。进水配水区A 与混凝反应区B之间通过混凝进水孔2连通，混凝反应区内由竖直且间隔 设置的多个波纹板3分隔成折流的水流流程，波纹板3的顶部和底部分别 与不透水隔板14和箱体底部固定，相邻波纹板组成空间的每个沿程转弯处 底部均设有与排泥管相连的排泥孔17。澄清配水区与进水配水区分别位于 箱体的两端，澄清配水区C的底部沿不透水隔板14向箱体的中间倾斜，澄 清配水区C位于混凝反应区B末端的上方，澄清配水区C与混凝反应区B 之间通过不透水的隔板(该隔板的上方为澄清布水板，两者上下连接，两 者也可以是同一张板)隔开，混凝反应区B与澄清配水区C之间通过混凝 出水孔8连通；澄清配水区C与澄清区D之间通过带有透水孔9的澄清布 水板4分隔，澄清区D与出水区G采用带有透水孔的出水集水板11隔开， 出水管13与出水区G连通。出水区G上部设有出水堰12，出水堰12中部 开孔与出水管13连接。

所述混凝反应在箱体内区沿水流流程方向呈两侧三棱柱对称分布，所 述各波纹板之间“异波”设置。所述波纹板厚度为0.5mm，波纹板波高为 30mm，波距180mm。混凝进水孔2由距离最近的两块波纹板形成，凝出 水孔8由距离最远的两块波纹板与不透水隔板14的开孔形成，见图5。

所述澄清区在箱体内沿水流流程方向呈两侧对称分布，澄清区内部设 置多个相互平行且与水平方向呈60～65°倾角的侧向流斜板5(见图6)， 各侧向流斜板5之间的间距为50～60mm。所述导泥区内设置多个相互平行 的逆向流导泥板6，各逆向流导泥板6与水平方向呈65～67°倾角，各逆 向流导泥板之间的间距为100～120mm。所述侧向流斜板和逆向流导泥板均 为5-6mm厚的聚氯乙烯板。

出水区G位于进水配水区A上方，进水配水区A与出水区G两者之 间是隔开的，不透水。导泥区E将澄清区D对称分开，相互贯通；导泥区 E和污泥聚集区F两区相互贯通，污泥聚集区底部相隔200mm的间距分别 设有与排泥管相连的排泥孔17；所述出水区上部设有出水堰，出水堰中部 开孔与出水管连接。

重辅絮凝澄清方法：

含悬浮物的高浊度废水由待处理水进水管1流入进水配水区A，投加絮 凝剂后分成两路分别进入混凝反应区B的对称两部分，在所述混凝反应区 B沿往复设置的波纹板3狭长空间内进行絮凝反应，形成较小絮体，几何 尺寸满足技术参数要求，达到混凝水力条件，以适宜流速防止絮体沿流程 提前沉淀或剪切破碎。含有较小絮体的废水从两侧混凝出水孔8分别流出 后，汇合流入澄清配水区C。在所述澄清配水区C内投加重辅介质(微砂 或铁粉)和助凝剂，短暂反应后形成以重辅介质(微砂或铁粉)为晶核的 大比重“微絮团”。

含“微絮团”的废水流经澄清布水板4上的透水孔9，分别进入所述澄 清区D的对称部分，在澄清区D内进行泥水分离，清水沿流程向前推进， 污泥在侧向流斜板5上表面沉积并向下滑动。所述澄清区D中两部分侧向 流斜板上的污泥由对称两侧分别滑向中间部位的导泥区E，污泥经斜板导 泥后汇集至污泥聚集区F，经进一步浓缩后由底部的排泥管7排出；同时， 净水流经出水集水板11上的透水孔9，流入所述出水区G，再经上部的出 水堰12中的出水管13排出。

采用上述工艺流程利用本发明装置对某煤矿高浊度矿井水进行了降浊 处理试验。絮凝剂采用聚合氯化铝(PAC)，助凝剂采用聚丙烯酰胺(PAM), 重辅介质采用140～200目的微砂，投加量1.5～2.0kg/m³。通过试验得到实际 处理效果数据，如表1所列。

表1微砂重辅絮凝法处理煤矿矿井水监测数据(20m³/h)

从运行数据和试验现象来看，混凝反应区B中第一行程流速0.28m/s， 第七行程流速为0.04m/s，反应时间7.2min；澄清区D中平均流速0.004m/s， 水力停留时间15.1min。与传统处理方法相比，反应时间缩短，约是传统混 凝法(20～30min)的(0.13～0.25)倍，水力停留时间缩短，约是传统沉淀 法(1.5～3.0h)的(0.08～0.17)倍，因此达到相同处理效率的功能区域(或 设备构筑物)占地减少；重辅介质的参与不需要大量的药剂使水体中的悬 浮物形成大的絮团，而仅需微絮凝，可节约药剂使用量，仅为传统混凝法 处理加药量的1/3～1/2，节省药剂费用；重辅介质的参与絮凝后形成污泥 比较密实，污泥体积变小，浓度变高，经回收设备分离出的污泥含水率约 93％，而普通沉淀污泥含水率约为96％-98％，可不经过浓缩直接进入脱水 设备，可节省污泥浓缩池占地和污泥脱水设备选型时的大小。

综上所述，本发明所述装置结构简单实用，使用方便，能有效去除水中 悬浮杂质，降低出水浊度。同时，加快絮体沉淀速度，缩短沉淀时间，减 少占地面积，能为用户实现节能减排的明显效益。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任 何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它 的变体及改型。