一种智能一体化水厂及净水工艺 |
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| 申请号 | CN202410105940.0 | 申请日 | 2024-01-25 | 公开(公告)号 | CN117985877A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
| 申请人 | 上海上源泵业制造有限公司; | 发明人 | 沙艳云; 陈拥军; 刘玉新; 吴昌辉; 聂彬; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种智能一体化 水 厂及净水工艺，涉及 水处理 技术领域，包括依次通过预 氧 池、网格 旋涡 絮凝池、高密 沉淀池 、气水反洗滤池、清水池， 原水 通过进水总管道进入预氧池，所述预氧池与网格旋涡絮凝池之间依次通过微阻混合器，所述进水总管道与所述微阻混合器之间连接有超越管，所述高密沉淀池与网格旋涡絮凝池之间设有泥水 回 流管 ，所述网格旋涡絮凝池内前密后疏设置有若干 涡流 器，净水主要工艺流程：进水→预氧化→混凝→射流雾化→絮凝→沉淀→过滤→消毒，具有良好的耐冲击负荷能 力 、智能化程度高，可有效去除原水中的 浊度 、细菌、胶体等杂质，尤其对低温低浊水、含藻水、有机微污染水等有高效、快速的处理效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种智能一体化水厂，其特征在于：包括依次通过预氧池、絮凝池、高密沉淀池、气水反洗滤池、清水池，原水通过进水总管道进入预氧池，所述预氧池与网格旋涡絮凝池之间依次通过微阻混合器，所述进水总管道与所述微阻混合器之间连接有超越管，所述高密沉淀池与网格旋涡絮凝池之间设有泥水回流管。 |
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| 说明书全文 | 一种智能一体化水厂及净水工艺技术领域背景技术[0002] 为提高我国广大居民的生活质量水平，各地陆续开展城乡一体化、农村安全饮水工程。目前水厂水源主要为水库水、河道水、山泉水、地下水等。但由于我国幅员辽阔，各地所釆用的水源水质各有差异，加上我国工农业的迅速发展，水污染问题逐步凸显。很多净水厂进水水质波动大，甚至存在微污染(存在有机污染、低温低浊)，采用传统的常规净水工艺——原水→混凝(穿孔旋流或折板絮凝或网格絮凝等)→沉淀(斜管沉淀或平流沉淀)→过滤(重力无阀滤池过滤或普通快滤池过滤)→消毒已经很难处理这类水，经常出现出厂水质不达标的情况。即使增大药剂投药量，其处理混凝效果也较差、形成的絮体颗粒小、絮体颗粒难沉淀、滤池过滤负荷增大、过滤效果差、微小絮体易穿透滤料层、反冲洗不彻底造成滤料板结等，最终使得制水成本增高，制水水质也难以达标、供水安全隐患频发，严重影响居民饮水安全。 [0005] (2)有机物与混凝剂生成配位络合物，影响混凝剂混凝效果； [0006] (3)受到微污染的水体无机胶粒被有机物包裹，胶粒带电特性发生根本变化，导致胶粒稳定性增加。 [0007] 低温低浊对混凝效果的影响：低温低浊水具有粘度大、颗粒尺寸小、分布均匀、絮凝反应慢、矾花不易沉降的特征。低温低浊水难处理，出水水质不达标。 [0008] (1)胶体颗粒数目少，碰撞凝聚几率小，絮体难形成，增加水利或机械搅拌会使已形成的低强度絮体破裂。 [0009] (2)固相浓度小，分散相面积小，缺乏大量高聚物形成的有效空间网格交链键，加入混凝剂后形成的絮体很容易被后序工艺破坏。 [0011] 国家对自来水供水水质的安全性也高度重视，对水处理标准规定越来越严格，新的《生活饮用水卫生标准》(GB5749‑2022)对水质提出了更高的要求。供水水质更严格的标准使得常规净水工艺已经很难满足净水要求。 发明内容[0012] (一)解决的技术问题 [0013] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能一体化水厂及净水工艺，解决了上述背景技术中提出的问题。 [0014] (二)技术方案 [0015] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种智能一体化水厂，其特征在于：包括依次通过预氧池、网格旋涡絮凝池、高密沉淀池、气水反洗滤池、清水池，原水通过进水总管道进入预氧池，所述预氧池与网格旋涡絮凝池之间依次通过微阻混合器，所述进水总管道与所述微阻混合器之间连接有超越管，所述高密沉淀池与网格旋涡絮凝池之间设有泥水回流管。 [0016] 优选的，所述网格旋涡絮凝池内前密后疏设置有若干涡流器，所述涡流器结构为多面球体，内部设有导流槽，促使水流形成涡流状态，快速助凝，混合水实现高效反应并形成重实的颗粒。 [0017] 优选的，所述微阻混合器包括流入腔、喷射腔，所述流入腔与喷射腔之间的过流断面上设置加药口，所述喷射腔内部设置若干旋流片，若干所述旋流片周向布设，设置方向相同，药剂在微阻混合器内旋流混合，提高了混合效果，降低了水头损失、药耗和运行成本。 [0018] 优选的，所述高密沉淀池采用双层高密斜管，所述双层高密斜管分上下层布置，下层内切直径大，保证絮体不被水流剪碎；上层内切直径小，以增加水流阻力，使水流分布均匀，出水浊度有保障。 [0019] 优选的，所述气水反洗滤池设置有气水反冲洗装置，装有恒液位调节器，根据滤池液位变化智能调节出水量，保持滤池液位恒定，同时保持了滤池滤速的均匀，确保出水水质稳定，配套气水反冲洗装置，智能清洗，恢复过滤通量。 [0020] 优选的，所述网格旋涡絮凝池、高密沉淀池的底部均设置翼式气冲排泥措施，排泥管两侧设置翼式排泥板，并增设气体扫洗功能，达到彻底清除排净池底积泥的效果，同时消除淤泥微生物厌氧对水体产水的水质污染问题。 [0021] 优选的，所述预氧池底部配套设置有加压溶气气浮装置。 [0022] 优选的，还包括中央控制系统，通过对进水流量、浊度、PH值进行监测，实现对加氧化剂、除藻剂、加絮凝剂、加碱量进行实时精准调控；通过对气水反洗滤池液位的监测、出水水质情况，实现对各气水反洗滤池气水反冲洗过程的全自动控制；通过对用户用水需求实现变频调速变压变量供水，实现供水的安全供水和节能供水。 [0023] 优选的，所述微阻混合器后连接射流雾化器，混合了药剂的原水从入口进入到喷射腔形成高速喷射流体，空气/氧气从吸入口进入到工作腔内，最终在扩散段呈雾状喷出，可将工作液体通过压差、流速的瞬时变化使原水、药剂、空气/氧气进行射流混合传递，雾态流体强化亚微扩散。 [0024] 一种净水工艺，其特征在于，采用如所述的一种智能一体化水厂进行，包括如下步骤： [0026] S2、混凝，原水直接通过超越管与微阻混合器连接，或者经过预氧化的处理水与微阻混合器连接，进入与微阻混合器，据进水压力、流量和浊度，PLC实时计算加药剂分量(絮凝剂、PH调节剂)，通过加药计量泵将药剂加入微阻混合器进药口，实现与原水的充分混合； [0027] S3、射流雾化，混合了药剂的处理水从微阻混合器经由射流雾化器中混合曝气，强化絮凝效果； [0028] S4、絮凝，流经网格絮凝池的处理水，在内部涡流器作用下，改变水流方向，流体呈微涡流态，促使胶体杂质等破稳，增加絮体颗粒之间的碰撞，从而形成密实颗粒，并进行排泥作业； [0029] S5、沉淀，处理水在高密沉淀池内沉淀，高密沉淀池采用双层高密斜管，双流道可优化水力参数、表面负荷，避免絮体解体，促进固液高效分流，并进行排泥作业； [0030] S6、过滤，处理水流入气水反洗滤池，恒液位调节器根据气水反洗滤池液位变化智能调节出水量，保持气水反洗滤池液位恒定，同时保持了气水反洗滤池滤速的均匀，确保出水水质稳定，配套气水反冲洗装置，智能清洗，恢复过滤通量； [0031] S7、消毒，最后出水经过消毒后进入清水池。 [0032] 进一步的：S5与S4之间还包括泥水回流的步骤，在原水为低温低浊水时，可将沉淀池部分泥水回流至絮凝池中，增加原水的浊度，提高水中的胶体颗粒浓度，增大颗粒杂质的碰撞几率，提高混凝反应效率。 [0033] (三)有益效果 [0034] 本发明提供了一种智能一体化水厂及净水工艺。具备以下有益效果： [0035] 1、该智能一体化水厂及净水工艺，在常规水处理工艺设备设施之前增加预氧化池、微阻混合器、射流雾化器，针对不同水源均具有较好的处理效果。预氧化可将原水中的微有机污染物、铁锰无机污染物、藻类等物质进行预氧化去除，抑制其在后续处理构筑物中滋生，减少后续絮凝剂的消耗量；微阻混合器内腔侧壁进行优化设计，减少阻力，实现药剂与水体的深度混合；射流雾化器利用压差、溶氧曝气、雾化态喷出原理，利用水利剪切作用有效剥离无机物的包裹外壳，增强了水分子和胶体的布朗运动，高流速梯度加强了亚微扩散，实现均匀混合。 [0036] 2、该智能一体化水厂及净水工艺，对絮凝、沉淀、过滤工艺的升级改造。在网格絮凝池内增设涡流器，快速助凝，混合水实现高效反应并形成重实的颗粒；沉淀池设计双层高密斜管，从而解决现有单层斜管沉淀池存在表面负荷不均匀，泥水难以分离的问题；过滤池采用气水反洗滤池，并配套气水反洗，保持滤池滤速的均匀，确保出水水质稳定。 [0037] 3、该智能一体化水厂及净水工艺，科技赋能，水厂智能化程度高。一体化水厂加药、恒液位控制、泥水回流、排泥、气水反洗等均实现自动化控制，大数据、物联网智能运算，基本实现无人值守、全自动运行。附图说明 [0038] 图1为本发明一种智能一体化水厂工艺原理图； [0039] 图2为本发明一种智能一体化水厂的示意图； [0040] 图3为本发明一种智能一体化水厂的剖视示意图； [0041] 图4为本发明的微阻混合器的实施例一的结构示意图； [0042] 图5为本发明的实施一的微阻混合器的旋流片结构示意图； [0043] 图6为本发明的微阻混合器的实施例二的结构示意图； [0044] 图7为本发明的射流雾化器的结构示意图； [0045] 图8为本发明的微阻混合器的旋流片结构示意图； [0046] 图9为本发明的高密沉淀池的结构示意图。 [0047] 图中：1、预氧池；2、絮凝池；3、高密沉淀池；4、气水反洗滤池；5、清水池；6、微阻混合器；7、射流雾化器；8、涡流器；2‑1、加药口；2‑2、旋式喷射腔；2‑3、旋流片；3‑1、上层斜管；3‑2、下层斜管；3‑3、水花墙；3‑4、沉淀泥斗；3‑5、污泥槽；3‑6、缓冲层；9、进水总管；10、超越管；11、排泥管；12、加药剂口；13、回流管。 具体实施方式[0048] 本发明的目的在于提供一种智能一体化水厂，可应对较强的污染负荷冲击，能有效去除原水中的浊度、色度、铁锰、细菌、胶体和悬浮物等，特别是解决微有机污染水、含藻水、低温低浊水体等问题。 [0049] 主要工艺流程包括：进水→微阻混合器→絮凝池→高密沉淀池→气水反洗滤池→清水池，具体如下： [0050] 第一：预氧化。当原水水质较差时，如含微有机物污染、藻类、低温低浊等，仅通过絮凝、沉淀、过滤传统工艺是无法去除此类污染物的，即使增加絮凝剂的使用量，也是适得其反，易出现絮体轻、上浮等问题。通过预氧化可去除部分污染物，降低后续絮凝剂的使用量，提高絮凝效果。 [0051] 当原水中含微有机物污染时，水体中可溶性高锰酸盐的浓度为5～200μmol/L。必要时增加紫外光辐照等方式强化预氧化效果，氧化时间为0‑30min。 [0052] 当原水中含有藻类污染物时，先将一定量的高锰酸盐投入到藻类污染水体内，预氧化0～50min，高锰酸盐与藻污染水体的质量/体积比为0.9g：1000L；然后将一定量的除藻剂投加到藻污染的水体中静置，使藻体絮凝后沉降到水底，待处理水体与除藻剂的用量的体积比为100：2.4～4.8，具体可根据实际情况调整。 [0053] 当原水为低温低浊水时，进水厂前300‑500m管道上投加次氯酸钠进行预氧化。次氯酸钠可以使大分子有机物分解为小分子有机物，提高水中有机物可生化性、降低浊度色度，可以氧化胶体表面的有机外壳，使悬浮胶体破壳，改变胶体表面的电荷，把低价态铁锰元素氧化为高价态，生成Fe(OH)3和MnO2絮凝体。 [0054] 当原水污染复负荷较高时，可在以上基础上增加加压溶气气浮，与传统的曝气系统相比，加压溶气气浮具有溶氧效率高的明显优势。原水和气体分别通过进水管和进气管进入溶气罐，溶气罐中维持一定的压力，使进水中溶入大量的空气形成溶气水，溶气水通过溶气释放器进入预氧化池的溶气水布水管，溶气水中的溶气在溶气水向上流动中得到释放，携带溶气水中的悬浮物上浮到液面上方。此过程可形成良好的有氧环境，促进药剂与原水的混合，强化预氧化效果。 [0055] 第二：微阻混合器。主要是将絮凝剂和pH调节剂等药剂与水进行混合。市面上存在的大部分静态管道混合器混合过程均是借助螺旋叶片或多级交叉叶片在管道内进行过程混合，由此使得水头损失较大，混合效果不充分，混合时间增加，并且大大增加了消耗，使水处理的效果大幅度降低。 [0056] 本微阻混合器将加药口设计在管径缩小处，此时原水流速增大，压力的降低，产生吸附作用，药剂顺利进入原水水流中及旋式喷射腔内。旋式喷射腔内设置了旋流片，旋流片沿壳体的周向均布，设置方向相同。旋式喷射腔的设计使药剂进入原水后，首先在流体冲击时产生阻尼震动，加强混合效果；其次在旋流片作用下形成漩涡流，水体的流速也得到增加，再次促进药剂的混合；最后在水利剪切作用下，增强了水分子和胶体的布朗运动，高流速梯度加强了亚微扩散，整体混合效果显著。相比较于传统的静态管道混合器，微阻混合器具有混合效果好、水头损失小、节能降耗等明显优势。 [0057] 第三：絮凝池。在网格絮凝池内，水流紊动作用使絮凝剂快速均匀分散，优化混凝过程改变水流方向，促使胶体杂质等破稳，增加絮体颗粒之间的碰撞，从而形成密实颗粒。 [0058] 第四：高密沉淀池。高密沉淀池为双层高密斜管分上下层布置，下层内切直径大，保证絮体不被水流剪碎；上层内切直径小，以增加水流阻力，使水流分布均匀，从而解决现有单层斜管沉淀池存在表面负荷不均匀，泥水难以分离的问题，出水浊度有保障。同时避免了普通沉淀池的短流、存在明显死水区等现象。采用双层结构可以增加沉淀面积，提高沉淀池容积利用率。两层斜管中间设置缓冲层，可配套气水洗设施，降低淤堵风险，避免停机清洗。 [0059] 对于低浊水，为确保絮凝效果，需将高密沉淀池底部泥水回流至絮凝池。其优势在于：可大大提高原水的浊度，增加胶体颗粒碰撞机会，从而加快絮凝作用；可利用回流泥渣的吸附作用，去除更多的细小杂质颗粒；可大大减少低温低浊时期絮凝剂的投加量，减少药耗。通过智能化配置，结合进水水质、泥水浓度等参数实现随时切换，解决低浊水的处理难题。 [0060] 第五：气水反洗滤池。过滤池装恒液位控制调节器，恒液位控制调节器是通过滤池液位的变化值调节出水量，保持滤池液位的恒定，同时保证了滤池滤速的均匀，滤池出水水质的稳定。此外，配置气水反冲洗措施，及时吹脱截留的污染物，保持通量。整套气水反冲洗措施有冲洗强度大、剪切力强、砂层表面脱污能力强、反冲洗彻底、降低了反冲洗频率、节省反冲用水量、反冲洗后滤出水水质好等优点，为出水水质持续达标提供了充分的保障。 [0061] 最后产水经过消毒后进入清水池。 [0062] 智能一体化水厂整体工艺采用中央控制，实现制水工艺过程的监测监控、设备运行过程的监测监控、水厂水质水量的监测；水厂实现数字化、信息化和自动化运行，达到现代化水厂要求。 [0063] 实施例： [0064] 以某水厂为例，以水库水作为水厂原水，经10公里D500的管道输送至水厂，水厂处理水量要求达到5000吨/天。原水为典型的夏季含藻类、含低价铁锰的水体。 [0065] 采用进水→预氧化池→微阻混合器→射流雾化器(可增减)→旋涡絮凝池→高密沉淀池→气水反洗滤池→清水池工艺。 [0067] 第一步：预氧池，底部配套加压溶气气浮装置。原水进入水厂后，向原水中投加除藻剂和高锰酸盐氧化剂，投加量根据原水水质情况(浊度、色度、溶解性铁锰含量、藻类、絮凝条件)调试确定。设置超越管，非夏季及其他常规情况进水直接连接至微阻混合器。 [0068] 第二步：微阻混合器，根据进水压力、流量和浊度，PLC实时计算加药量。通过加药计量泵将药剂加入微阻混合器进药口，实现与原水的充分混合。 [0069] 第三步：絮凝池，网格池前密后疏，前快后慢，前段G值70‑100s‑1，中段G值40‑50s‑1，后段G值10‑30s‑1，总停留时间20min左右。 [0070] 第四步：高密沉淀池，双侧斜管，逆向流形式，表面负荷为5.5m3/(m2*h)。 [0071] 第五步：气水反洗滤池。两套滤池并联运行，单池滤速7.5m/h，单水洗强度4‑6L/(m2*s)，单气洗强度13‑17L/(m2*s)，气水联洗水洗强度3‑4.5L/(m2*s)。 [0072] 最后：中央控制系统。通过对进水流量、浊度、PH值进行监测，实现对加药量进行实时精准调控；通过对滤池液位的监测、出水水质情况，实现对各滤池气水反冲洗过程的全自动控制；通过对用户用水需求实现变频调速变压变量供水，实现供水的安全供水和节能供水。 [0073] 如图4所示，本发明实施案例提供了实施例一的微阻混合器简易结构图。 [0074] 加药口2‑1在设置在微阻混合器缩小的流入腔的过流断面上，此时原水流速增大，压力的降低，产生吸附作用，药剂顺利进入原水水流中及旋式喷射腔2‑2内，如图5所示，旋式喷射腔2‑2内设置了旋流片2‑3，旋流片2‑3沿壳体的周向均布，设置方向相同。旋式喷射腔2‑2的设计使药剂进入原水后，首先在流体冲击时产生阻尼震动，加强混合效果；其次在旋流片作用下形成漩涡流，水体的流速也得到增加，再次促进药剂的混合；最后在水利剪切作用下，增强了水分子和胶体的布朗运动，高流速梯度加强了亚微扩散，整体混合效果显著。相比较于传统的静态管道混合器，微阻混合器具有混合效果好、水头损失小、节能降耗等明显优势。 [0075] 进一步的，实施例二的微阻混合器，如图6所示，采用周圈喷药腔内旋流混合，提高了混合效果，降低了水头损失、药耗和运行成本，在实施例二的微阻混合器后可连接如图7所示的射流雾化器，混合了药剂的原水从入口进入到喷射腔形成高速喷射流体，空气/氧气从吸入口进入到工作腔内，最终在扩散段呈雾状喷出，可将工作液体通过压差、流速的瞬时变化使原水、药剂、空气/氧气进行射流混合传递，雾态流体强化亚微扩散。 [0076] 如图9所示，本发明实施案例提供了一个高密沉淀池的简易结构图。 [0077] 下面结合附图9对高密沉淀池作进一步的描述，如附图9所示高密沉淀池，也可称高效高精度错流双层斜管沉淀池，包括上层斜管3‑1(直径20‑30mm)、下层斜管3‑2(直径30‑40mm)和污泥槽3‑5，上层斜管3‑1直径小于下层斜管3‑2直径，污泥槽3‑5内设排泥管或抽泥泵，在上层斜管3‑1和下层斜管3‑2之间还设有缓冲层3‑6；若原水水质较差，斜管存在淤堵的风险，可在下层斜管3‑2下方和缓冲层3‑6靠近上层斜管3‑1设置冲洗装置，高压气体或者高压水均可；污泥槽3‑5处于双层斜管沉淀池底部中心，沉淀池较长时，可设置多个污泥槽。 污泥槽3‑5和双层斜管沉淀池内壁之间设沉淀泥斗3‑4；在沉淀泥斗3‑4和下层斜管3‑2之间的设配水花墙3‑3。 [0078] 原水通过配水花墙3‑3均匀进入高密沉淀池，向上分别经过下层斜管3‑2和上层斜管3‑1，保证了出水效果，增大了沉淀池的耐冲击负荷，通过两层斜管的综合作用，布置紧凑，充分的减少占地面积，使得出水效果明更好；此外，定期开启冲洗装置，确保斜管表面光洁，泥沙、悬浮颗粒更易滑落。 [0079] 智能一体化水厂控制主要集中在加药、过滤池汽水反洗和排泥等。 [0080] 加药投加控制：加药站具备内部控制并独立工作；信号由子PLC传输至中央PLC，包括：加药泵开度、储药罐液位、进水流量、进水水质等。进水流量和进水水质两个因素综合确定加药泵的开度和开启时间，系统设定完成后全自动运行，实现实时精准加药；储药罐处于低液位时自动预警提示；上述信号将在过程控制系统中显示并记录。 [0081] 过滤池气水反洗控制：滤池配备独立控制系统；信号由子PLC传输至中央PLC，包括：反洗水泵、反洗风机、液位计、流量计、出水水质检测仪、相关阀门等。当滤池液位计达到预设高值、产水流量计达到预设低值、出水水质达到高限值或累计运行时间达到设定值，可以判断滤池内滤料的表面被污染物堵塞，自动触发气水反洗程序。按设定程序完成气水反洗流程后，自动切换为产水阶段。系统全自动运行，无需人员参与；上述信号将在过程控制系统中显示并记录。 [0082] 排泥控制：排泥池配备独立控制系统；信号由子PLC传输至中央PLC，包括：流量计、悬浮物浓度、排泥阀等；当检测到池内当前总产泥量大于或等于预设第一临界产泥量时，执行排泥动作；或者当检测到池内当前总产泥量小于预设第一临界产泥量，且检测到污泥区悬浮物浓度大于或等于预设的悬浮物浓度上限时，执行强制排泥动作，直至到达排泥时间停止排泥，所述排泥时间根据沉淀池当前总产泥量和排泥速度计算得到。 [0083] 一体化智能水厂基本上实现了数字化和信息化，基本符合现代化水厂的要求。 [0084] 其他的，网格旋涡絮凝池内还可以前密后疏设置有若干涡流器，如图8所示，涡流器结构为多面球体，内部设有导流槽，促使水流形成涡流状态，快速助凝，混合水实现高效反应并形成重实的颗粒。 [0085] 本案实施例中，压力传感器、流量仪、水质检测仪、气水反冲洗装置、恒液位调节器、加压溶气气浮装置、中央控制系统等为现有技术，根据实际需要可在市场上购买进行配置。 |
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