專利名稱：一種適用于無機(jī)聚合絮凝劑的高效旋流混凝澄清工藝與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種給水和廢水混凝聚合處理的水質(zhì)凈化方法和裝置，特別涉及一種適用于高效聚合物絮凝劑的水質(zhì)凈化處理方法和裝置。
通過混凝澄清方法去除水中微小懸浮顆粒和污染雜質(zhì)是給水和廢水處理中最常見的工藝之一?；炷幕驹硎抢眯跄齽┡c懸浮顆粒表面的物理化學(xué)作用，使膠體顆?；蛘呓咏谀z體的顆粒失去分散穩(wěn)定性，通過顆粒凝聚、吸附架橋和沉淀物網(wǎng)捕等機(jī)理成長為大而密實(shí)的絮體，從而提高通過自由沉降或其它固液分離方法將懸浮顆粒與出水分離的效率?；炷吻骞に囈话惆ㄏ铝羞^程(1)藥劑與被處理水的混合，并使高度分散穩(wěn)定的顆粒脫穩(wěn)，(3)脫穩(wěn)顆粒間的凝聚反應(yīng)，(2)凝聚顆粒進(jìn)一步聚集成團(tuán)的絮凝反應(yīng)，(4)絮體與出水的分離。除了藥劑等熱力學(xué)方面的因素外，主要由工藝過程決定的動(dòng)力學(xué)方面的因素是影響混凝澄清效果的最主要因素。根據(jù)混凝澄清理論，混凝澄清的各個(gè)階段對水動(dòng)力學(xué)等方面的過程因素都有各自獨(dú)特的要求?？刂扑巹┡c被處理水混合以及控制微小顆粒間凝聚反應(yīng)的步驟是傳質(zhì)過程，創(chuàng)造高梯度紊流的水力學(xué)環(huán)境是促進(jìn)藥劑與水快速混合均勻以及促進(jìn)顆粒間凝聚反應(yīng)的主要手段。進(jìn)一步的絮凝反應(yīng)則要求水力環(huán)境既要能保證顆粒有足夠的碰撞幾率和良好的吸附機(jī)會(huì)，又要防止已形成的絮體被再次打碎。而水力澄清則要求盡可能降低水流紊動(dòng)，以使絮體顆粒能夠在一個(gè)安靜的環(huán)境中快速沉降。傳統(tǒng)的混凝澄清工藝一般將以上各個(gè)過程安排在不同的裝置中進(jìn)行，并且一般通過機(jī)械或水力攪拌的辦法促進(jìn)混合、凝聚反應(yīng)以及絮凝反應(yīng)。(參考文獻(xiàn)唐受印，戴友芝等編。《水處理工程師手冊》。化學(xué)工業(yè)出版社，2000年，北京。)目前，在絮凝劑開發(fā)方面的發(fā)展速度很快，特別是出現(xiàn)了以聚合氯化鋁、聚合氯化鐵為代表的高效無機(jī)聚合絮凝劑。這些新型水處理藥劑的出現(xiàn)也對相關(guān)的水處理工藝和裝置提出更高的要求。采用傳統(tǒng)混凝澄清工藝和裝置，一方面占地面積大、集中控制困難；另一方面難以滿足混凝澄清過程的不同階段對水力環(huán)境的要求，處理效果不佳、水力停留時(shí)間長、藥劑消耗大。新型高效水處理藥劑的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)工藝的固有缺陷變得更加突出。因此，本發(fā)明提出一種特別適合于高效無機(jī)聚合絮凝劑反應(yīng)特征的一體化混凝澄清方法及其裝置，以克服現(xiàn)有工藝方法所存在的種種不足。
本方明的方法如下(1)引射加藥技術(shù)。具體方法是在系統(tǒng)的進(jìn)水管道上設(shè)置水射流器，當(dāng)被處理水高速通過水射流器時(shí)，水射流器內(nèi)產(chǎn)生的負(fù)壓將藥劑吸入，并利用水射流器內(nèi)的高梯度紊流促進(jìn)藥劑與被處理水的快速和均勻混合，從而使懸浮顆粒迅速脫穩(wěn)。
(2)旋流凝聚-微渦旋絮凝反應(yīng)。具體方法是設(shè)置一旋流器，旋流器內(nèi)填充介質(zhì)材料。旋流器的作用是使已與藥劑混合均勻的被處理水在其中作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使其中的顆粒發(fā)生凝聚反應(yīng)。旋流器內(nèi)填充介質(zhì)材料的作用是使高速旋流在適宜時(shí)機(jī)被剪切破碎成微渦旋，營造有利于絮凝反應(yīng)的水力學(xué)環(huán)境。水流作旋轉(zhuǎn)圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其所受的壁面影響遠(yuǎn)大于水流流過平壁或水流在管道中軸向流動(dòng)的情況。作圓周運(yùn)動(dòng)的水流時(shí)刻受到壁面的作用，改變運(yùn)動(dòng)方向并進(jìn)行速度梯度分布改組，使水流中每時(shí)每刻都存在流體微團(tuán)間強(qiáng)烈的動(dòng)量傳遞，不僅大大增加了流體質(zhì)點(diǎn)的紊動(dòng)程度和速度梯度，而且也大大增加了傳質(zhì)速率和紊流擴(kuò)散系數(shù)，從而使已經(jīng)脫穩(wěn)的顆粒迅速凝聚。高速旋流場也有使藥劑與被處理水進(jìn)一步混合均勻的作用。高速旋流對于絮凝反應(yīng)不利，而微渦旋才是發(fā)生絮凝反應(yīng)的最佳環(huán)境。由于旋流器內(nèi)填充了介質(zhì)，因此一俟凝聚反應(yīng)完成，高速旋流就被轉(zhuǎn)化為無數(shù)的微渦旋，形成有利于絮凝反應(yīng)進(jìn)行的網(wǎng)格微渦旋流場。
(3)靜置澄清與微網(wǎng)過濾出水。將如(2)所說的旋流-微渦旋反應(yīng)器置于一澄清槽中，并在澄清槽的上部沿橫截面布置一微網(wǎng)過濾裝置。經(jīng)過微渦旋絮凝反應(yīng)的水從旋流-微渦旋反應(yīng)器的上部流出進(jìn)入澄清槽，在澄清槽中靜置沉降并借助卷掃絮凝的機(jī)理濃縮澄清。微網(wǎng)過濾的作用是將已部分發(fā)育但尚不及有效沉降的絮體截留在澄清槽中，強(qiáng)化固液分離效果，保證出水水質(zhì)。澄清槽的出水即為整個(gè)系統(tǒng)的出水。
(4)部分絮體回流。由于被處理水中的懸浮顆粒物理化學(xué)性質(zhì)不盡相同，同時(shí)在前述諸階段中顆粒所受的作用并不完全均等，因此在澄清槽中存在部分發(fā)育不完全的小顆粒絮體，這些絮體的沉降速度要小于發(fā)育完全的大型絮體。在這些不能迅速沉降的絮體中還殘存相當(dāng)數(shù)量的有效藥劑成分。通過將這一部分絮體回流至旋流器的進(jìn)水端有三方面的好處。第一，可以降低藥劑的用量；第二，可以提高旋流器內(nèi)顆粒的碰撞幾率；第三，可以提高澄清槽中的澄清效果?；亓髁恳罁?jù)被處理水質(zhì)的渾濁度或污染物含量而定，一般占總進(jìn)水量的5～20％。
結(jié)合附圖，對本發(fā)明的裝置說明如下澄清槽2的上部為圓柱形但不局限于圓柱形，下部為圓錐漏斗狀但不局限于圓錐形。澄清槽2的頂部沿橫截面設(shè)置微網(wǎng)過濾板3，微網(wǎng)的孔徑可選擇為100～400目，微網(wǎng)的材料以不銹鋼為佳但不局限于不銹鋼材料。在微網(wǎng)過濾裝置3的上方，槽體2的壁上開設(shè)一處或多處出水口4，也可在槽體2的周邊設(shè)置溢流槽供溢流出水。在澄清槽的中心位置安裝旋流-微渦旋反應(yīng)器5。旋流-微渦旋反應(yīng)器5為上大下小的圓臺(tái)形或類圓臺(tái)形，其中填充絮凝介質(zhì)，絮凝介質(zhì)可選用絮凝球，或者沿橫截面布置一層或多層網(wǎng)格，但不局限于填充上述兩種介質(zhì)材料。旋流-微渦旋反應(yīng)器5的底部沿切線方向開設(shè)進(jìn)水口，進(jìn)水口通過管道與水射流器1的出水口相連接。當(dāng)在旋流-微渦旋反應(yīng)器中填充多層網(wǎng)格時(shí)，網(wǎng)格的孔徑自下而上逐級增大。在旋流-微渦旋反應(yīng)器的進(jìn)水管道上設(shè)置水射流器1，高速進(jìn)水自水射流器1的進(jìn)水段進(jìn)入，自水射流器的出水口流出，并通過管道給入旋流-微渦旋反應(yīng)器5的進(jìn)水口。水處理藥劑自藥劑罐7通過流量控制和流量計(jì)量裝置8，在水射流器1的負(fù)壓抽吸下，進(jìn)入水射流器1中與被處理水混合。從澄清槽2中絮凝澄清段通過回流裝置6將部分水回流至旋流-微渦旋反應(yīng)器的進(jìn)水管中。
本發(fā)明的方法和裝置特別適合于采用聚合氯化鋁、聚合氯化鐵等高效無機(jī)絮凝劑的場合。應(yīng)用本發(fā)明的方法和裝置具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)所形成的絮體大而密實(shí)，便于迅速澄清；(2)系統(tǒng)水力停留時(shí)間短，處理量大；(3)藥劑用量省，可以節(jié)約15％～20％的藥劑用量。
實(shí)施例原水濁度為7NTU，水溫5℃，pH＝7.2，總進(jìn)水量為1000L/h。選用高效聚合氯化鋁(堿化度75％)作為絮凝劑，絮凝劑用量為2.5mg/L，以Al2O3計(jì)。結(jié)合


如下水射器1的出口直徑為10mm。旋流-微渦旋反應(yīng)器5為倒鐘形，高度為1300mm，下緣內(nèi)徑為70mm，上緣內(nèi)徑為1000mm，內(nèi)裝一種直徑50mm鏤空聚乙烯球的絮凝填料介質(zhì)，反應(yīng)器的有效容積150L。澄清槽2的上部為圓柱形，內(nèi)徑2000mm，高度2000mm。澄清槽2的下部為45°錐角的圓錐漏斗，其底部連接內(nèi)徑為100mm的排泥管7。旋流-微渦旋反應(yīng)器5安裝在澄清槽2的中心部位，反應(yīng)器上緣距澄清槽上緣為500mm。在距澄清槽2上緣150mm處沿橫截面布置孔徑為300目的不繡鋼微網(wǎng)過濾板。澄清槽出水為周邊溢流式，經(jīng)溢流槽收集后排出。原水以0.15MPa的壓力給入通過水射器1。將絮凝劑首先稀釋為2％(w/w，以Al2O3計(jì))的溶液貯存在藥劑槽11中，通過流量計(jì)10控制并投加藥劑。通過回流裝置8從澄清槽2的絮體沉降區(qū)回流10～20％的水至旋流-微渦旋反應(yīng)器的入水口。運(yùn)行中當(dāng)微網(wǎng)過濾板3發(fā)生堵塞時(shí)，使澄清槽內(nèi)的液面下降至微網(wǎng)過濾板3以下，通過噴淋的方式即可清除過濾板上的堵塞物，使運(yùn)行恢復(fù)正常。
實(shí)施效果(1)出水濁度0.07～0.3NTU；(2)與傳統(tǒng)工藝相比，節(jié)約藥劑消耗16％。
權(quán)利要求
1.一種特別適用于高效聚合絮凝劑反應(yīng)特征的給水和廢水混凝澄清裝置，其特征在于，集成了引射加藥、旋流-微渦旋反應(yīng)、微渦旋填充介質(zhì)材料、靜置澄清、微孔過濾、部分絮體回流等單元技術(shù)。
2.如權(quán)利1所述的引射加藥技術(shù)，其特征在于，系統(tǒng)進(jìn)水管上設(shè)置一種引射混合器，利用射流原理將定量藥劑吸入處理水中并達(dá)到迅速、均勻混合的效果。
3.如權(quán)利1所述的旋流-微渦旋混凝反應(yīng)技術(shù)，其特征在于，先使與藥劑混合均勻的被處理水在旋流容器中作高速旋流運(yùn)動(dòng)，然后利用容器中填充的微渦旋介質(zhì)材料將高速旋流轉(zhuǎn)化為微渦旋。
4.如權(quán)利3所述的微渦旋填充介質(zhì)材料，其特征在于，可以填充一種多孔鏤空的球形材料，或沿水流方向布置孔徑逐級增大的多層格網(wǎng)。
5.如權(quán)利3所述的微渦旋填充介質(zhì)材料，其特征在于，能夠?qū)⒏咚傩魉鬓D(zhuǎn)化為微渦旋，但不限于如權(quán)利4所說的兩種材料。
6.如權(quán)利要求1所述的靜置澄清，其特征在于，經(jīng)過如權(quán)利要求3所說的旋流-微渦旋反應(yīng)后的出水進(jìn)入水力澄清裝置，通過重力沉降實(shí)現(xiàn)固液分離。
7.如權(quán)利1所述的微孔過濾技術(shù)，其特征在于，在如權(quán)利6所述的澄清槽的出水口設(shè)置孔徑為100目～400目的微孔過濾裝置對出水進(jìn)行過濾。
8.如權(quán)利1所述的部分絮體回流技術(shù)，其特征在于，將如權(quán)利6所述的重力沉降的部分絮體再回流至旋流-微渦旋反應(yīng)中，回流量依據(jù)被處理水質(zhì)的渾濁度或污染物含量而定，一般占總進(jìn)水量的5～20％。
9.一種集成引射混合器、旋流-微渦旋反應(yīng)器、沉降澄清槽、部分絮體回流裝置和微網(wǎng)過濾器的混凝澄清成套裝置。
10.如權(quán)利9所述的引射混合器，其特征在于，安裝在如權(quán)利9所說的旋流-微渦旋反應(yīng)器進(jìn)水管道中，利用射流原理吸入藥劑并使藥劑和被處理水混合均勻。
11.如權(quán)利9所述的旋流-微渦旋反應(yīng)器，其特征在于，外形為圓臺(tái)形或類似于圓臺(tái)形，在其小端沿橫截面的切向開設(shè)進(jìn)水口。
12.如權(quán)利9所述的澄清槽，其特征在于，上部為柱狀，下部為漏斗狀，漏斗的底部設(shè)置排泥口。
13.如權(quán)利要求9所述的旋流-微渦旋反應(yīng)器，其特征在于，放置在如權(quán)利12所說的澄清槽中，內(nèi)填如權(quán)利要求4和5所說的介質(zhì)材料，其進(jìn)水口通過管道與如權(quán)利11所說的射流器的出水口相連接。
14.如權(quán)利要求9所述的微孔過濾器，其特征在于，沿橫截面布置在如權(quán)利12所述的澄清槽中，包含微孔過濾材料。
15.如權(quán)利要求14所述的微孔過濾材料，其特征在于，可以選用孔徑為100～400目的編織濾網(wǎng)或微孔濾板，推薦采用100～400目的不銹鋼編織網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種高效混凝澄清工藝及其一體化裝置，該工藝和裝置集成了引射加藥、旋流－微渦旋混凝反應(yīng)、填充介質(zhì)、靜置澄清、微網(wǎng)過濾和部分絮體回流等技術(shù)單元，特別適應(yīng)于各類無機(jī)高分子絮凝劑反應(yīng)特征，具有水力停留時(shí)間短、出水水質(zhì)優(yōu)良、藥劑用量省、占地面積小和集中控制容易等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C02F1/52GK1509989SQ02158540
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者欒兆坤, 吳曉清, 范彬, 賈智萍 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心