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一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置 

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申请/专利权人:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司

摘要:本发明公开了一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于池体中心设置混合絮凝区,环绕所述混合絮凝区设置有沉淀分离区,混合絮凝区和沉淀分离区之间设有环形隔壁,混合絮凝区和沉淀分离区的下方连通,池体底部为泥渣浓缩区,混合絮凝区内设置有可调节导流筒,环绕所述可调节导流筒设置有环状分配管,所述环状分配管与进水管连接,环状分配管上设有多个喷嘴,所述多个喷嘴沿周向呈同方向设置,沉淀分离区上方设置集水槽,泥渣浓缩区内设置刮泥机。本发明的优点在于池型构造简单,排泥较为可靠,在应对不同性质的原水时,可通过对导流筒安装高度的改变以及刮泥机刮板的自动调节,对高浊且浊度变化较大的原水具有较好的适应性。

主权项:1.一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于池体中心设置混合絮凝区,环绕所述混合絮凝区设置有沉淀分离区,混合絮凝区和沉淀分离区之间设有环形隔壁,混合絮凝区和沉淀分离区通过环形隔壁下方的间隙连通,池体底部为泥渣浓缩区,混合絮凝区内设置有可调节导流筒,环绕所述可调节导流筒设置有环状分配管,所述环状分配管与进水管连接,环状分配管上设有多个喷嘴,所述多个喷嘴沿周向呈同方向设置,沉淀分离区上方设置集水槽,泥渣浓缩区内设置刮泥机;所述环状分配管为矩形配水管道,保证多点进水的均匀性,强化混凝接触效果,为保证配水均匀性在95%以上,矩形配水管道和喷嘴的设计应满足下式:Sb≥0.273πDS0-0.4HQ2其中,Sb为喷嘴的综合摩阻系数;D为矩形管中心线的直径,m;S0为矩形管单位长度的综合摩阻系数;H为进水水头,m;Q为池体的设计流量m3s;所述可调节导流筒包括一中空圆筒结构,所述中空圆筒结构的上端外侧围绕设置有环状分配管,所述中空圆筒结构的底部设有锥形导流壁,所述锥形导流壁的上端与中空圆筒结构的直径相配合,所述锥形导流壁的下端直径大于上端直径,可调节导流筒设置有若干个不同高度的囊形孔,实现可调节导流筒的高度调节;当原水浊度较低时,可适当降低可调节导流筒的高度,从而增加絮凝反应时间,提高出水水质。

全文数据:一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置技术领域[0001]本发明涉及给水工程中高浊度水的泥水分离技术领域,具体涉及一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,适用于规模较小情形下高浊度且浊度变化较大的原水预处理。背景技术[0002]我国黄河、长江上游及其各干流、支流中经常出现含沙量常年或季节性较高的现象。在给水工程范畴内,该类原水水质混浊、泥沙含量较大,称为“高浊度水”。针对该类原水,我国也相应制定了《高浊度水给水设计规范》行业标准。其中,高浊度水给水的预处理设施,对后续处理工艺的设备保护和出水水质保障尤为关键。在一些地区,高浊度原水往往也存在随季节浊度变化较大的特点,这对水处理设施的适应性提出了更高的要求。[0003]常用的预处理方式包括设置调蓄水库或预沉淀构筑物。其中,水设置调蓄水库受地形和用地限制,且一般适用于较大规模的给水工程中。目前,常用预沉构筑物型式包括:平流式、幅流式、水力旋流预沉等。其中,平流式排泥困难、占地面积较大;幅流式也存在导流和配水条件较差、占地面积较大等问题。上述两种池型一般仅适用于大型和中型水厂。[0004]传统的立式水力旋流沉沙池结构较为简单,占地较少,通过切向进水形成旋转,从而达到混凝效果。但在实践过程中也发现,该池型进水点单一,水力旋流效果往往无法达到设计预期;一些经改进的水力旋流池由于结构布置原因,不得不采用偏心传动刮泥机,在原水浊度较高时,设备保障率极低,且运行能耗较高,效果不佳。因此,需要一种适用于中、小型水厂的,对原水浊度变化适应性好、混凝效果佳、设备保障率高、排泥方便可靠的水力旋流预沉池方式。发明内容[0005]本发明是一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,根据高浊度水的沉降特性,它采用环形多点^水的方式,大大提高了水力旋流的效果,改善高浊度水的絮凝效果;通过结构布置优化,采用中心传动方式,提高设备可靠性并达到节能目的;通过设置可调导流筒,大大增强了对原水变化的适应性;采用简单可靠的沉淀分离和自适应调节的排泥方式,解决现有处理构筑物排泥困难、出水水质不稳定、设备维护量大等方面的问题。[0006]为了实现上述目的,本发明的技术方案是:一种用于浊度变化较大的自适应水力^流沉沙装置,其特征在于池体中心设置混合絮凝区,环绕所述混合絮凝区设置有沉淀分离区,混合絮凝区和沉淀分离区之间设有环形隔壁,混合絮凝区和沉淀分离区通过环形隔壁下方的间隙连通,池体底部为泥渣浓缩区,混合絮凝区内设置有可调节导流筒,环绕所述可调节导流筒设置有环状分配管,所述环状分配管与进水管连接,环状分配管上设有多个喷嘴,所述多个喷嘴沿周向呈同方向设置,沉淀分离区上方设置集水槽,泥渣浓缩区内设置刮泥机。[0007]优选地,所述可调节导流筒包括一中空圆筒结构,所述中空圆筒结构的上端外侧围绕设置有环状分配官,所述中空圆筒结构的底部设有锥形导流壁,所述锥形导流壁的上端与中空圆筒结构的直径相配合,所述锥形导流壁的下端直径大于上端直径。[0008]优选地,所述中空圆筒结构底部不作封闭。锥形导流壁理论上采用类似喇叭口形式即可,但在实践中,由于很难控制圆度并保证该构造的强度,因此优选地采用多块斜板以焊接的方式进行拼接。[0009]优选地,所述环状分配管为矩形配水管道,以方便安装维护。[0010]优选地,排泥区中心设有集泥斗,所述集泥斗连接排泥管,排泥区底部设刮泥机,刮泥机上的刮板设有提升装置,刮泥机设置扭矩检测装置,以监测刮泥机的扭矩,当扭矩超过限定值时,说明底泥淤积严重,刮泥板将自动提升一定高度,将上层较稀泥渣刮净后,再降低闻度,刮出下层浓度较尚的污泥。[0011]优选地,在分离区上方设置多根钢制辐射集水槽,所述多根钢制辐射集水槽与位于中心的中央环形集水槽连接,所述中央环形集水槽通过总出水槽与设置在池体外的出水渠连接。[0012]优选地,可调节导流筒设置有若干个不同高度的囊形孔,实现可调节导流筒的高度调节。当原水浊度较低时,可适当降低可调节导流筒的高度,从而增加絮凝反应时间,提高出水水质。[0013]优选地,为防止顶部管道积气,在环状矩形分配管上设一处自动排气装置。[0014]优选地,进水管末端设置三通及法兰盲板,方便管道冲泥、排泥。[0015]优选地,环状矩形分配管下部设置多处法兰堵头冲泥口。[0016]本发明通过合理布置环状分配管和环形布置喷嘴,有效保障了水力旋流的形成,其中配水系统采用“大阻力配水系统”原理,保证了各喷嘴的配水均匀性;喷嘴呈沿圆形环形多点布置,形成水力旋流的“接力效应”,保障后续絮凝速度梯度的形成。水力旋流方式也省去了机械设备,对于设备磨损较为严重的高浊度水,该絮凝方式更为合适。在混凝反应区内,由于导流筒和池壁的存在,旋转的水流速度由快变慢,理论上呈线性变化,形成较好的速度梯度变化。该水流形式也保证水中絮凝颗粒具有较大的接触强度、和更好的反应条件,特别针对了高浊度水在投加高分子絮凝剂后泥量大、快速分离的特点;反应区中导流筒设置成可调节型,通过其安装高度的变化,保障其在一定的浊度范围内具有较强的适应性;通过结构布置优化,本发明采用中心传动式刮泥机,具有故障率低,安全节能,维护简便等特点。另外,刮泥机上的刮板设有自动提升装置,根据刮泥过程的阻力变化,提升或降低刮板的高度,实现较强的自适应功能。针对高浊度原水排泥水量大、浓度高、易板结情况下,刮板可先刮除上层浓度较低污泥,再降低高度,缓慢有效的刮出下层浓度较高的污泥。该方式可有效防止刮泥机的“过载”运行,起到保护设备的作用;另外,可调式刮板也大大提高了对不同原水浊度条件的适应性。受刮泥机机械强度和池体深度的限制,特别适合应用于洪峰浊度较高且浊度随季节变化较大情形,本发明的处理规模不宜过大,因此在中、小型水厂的高浊度水预处理中更具有应用价值。[0017]本发明的优点在于池型构造简单,排泥较为可靠,在应对不同性质的原水时,可通过对导流筒安装高度的改变以及刮泥机刮板的自动调节,对高浊且浊度变化较大的原水具有较好的适应性。附图说明[0018]图1为本发明一个实施例的平面示意图。[0019]图2为沿图1中的A-A线的剖面图。[0020]图3为沿图1中的B-B线的剖面图。[0021]图中包括:进水总管1、进水管2、矩形接口3、环状矩形分配管4、冲泥口5、喷嘴6、法兰盲板7、自动排气装置8、刮泥机传动装置9,刮泥机10、可调节导流筒n、絮凝区12、泥渣浓缩区13、分离区14、钢制辐射集水槽15、中央环形集水槽16、总出水槽17、出水渠is、中心集泥斗19、排泥管20。具体实施方式[0022]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。本发明是一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,如附图所示,实例基本为圆台型池体,由絮凝区12、泥渣浓缩区13、分离区14组成。因此本发明将快速混合、水力絮凝和泥水分离集于一体。本发明的工艺过程如下:_原水通过进水总管1从进水管2中进入池体内,在i处根据水质条件投加无机盐混凝剂或高分子絮凝剂。通过进水管2,原水由矩形接口3进入环绕可调节导流筒11的环状矩形分配管4。具体设计时,分配管4中的流速不宜过小,一方面均匀配水的要求,也能最大程度的降低积泥的可能性。在环状矩形分配管4的底部接出四个喷嘴6,从而使池体中形成水力旋流作用下的快速混合效果。喷嘴6的布置应综合考虑出口流速、距水面距离等因素,以保证快速混合的要求。[0023]为保证配水均匀性在95%以上,矩形管和喷嘴的设计应满足下式:Sb^O.273jiDSo—0.4HQ2其中,Sb为喷嘴的综合摩阻系数;D为矩形管中心线的直径,m;So为矩形管单位长度的综合摩阻系数;H为进水水头,m;Q为池体的设计流量m3s。[0024]在絮凝区12中,通过混凝土池壁和可调节导流筒11的作用,旋转的水流完成絮凝过程。可调节导流筒11通过在不同高度设置囊形孔,实现高度条件。当原水浊度较低时,可适当降低导流筒11的高度,从而增加絮凝反应时间,提高出水水质。为防止管道中泥沙沉积,本发明考虑多处设置排泥、冲泥措施。在进水管2末端设置三通及法兰盲板7方便管道冲泥、排泥;环状矩形分配管4下部设置多处法兰堵头冲泥口5。另外,防止顶部管道积气,在环状矩形分配管4上设一处自动排气装置8。[0025]絮凝后的水由絮凝区12下端向上流入分离区14进行泥水分离。上清液由多根钢制辐^集水槽I5收集,汇入中央环形集水槽16,最后通过总出水槽17,流入池外的出水渠18。分离后的泥渣向下进入池体下部的泥渣浓缩区13进行浓缩;浓缩后的泥渣由池体上部的中心刮泥机传动装置9,带动池底的刮泥板,将泥渣刮入中心集泥斗19,其中,刮泥机上的刮板设置自动提升装置,在底泥淤积较严重时,刮泥板将自动提升一定高度,将上层较稀泥渣刮净后恢复,从而保证了刮泥机的正常运行,同时该方式也可大大提高刮泥设备在不同原水浊度条件的适应性。当底部污泥发生板结时,会造成刮泥机的扭矩上升,实践中可通过监测刮泥机的扭矩并设置限定值,当超过该限定值时提升刮泥板。中心集泥斗19中的泥渣借助于池体内部水的静压力,通过排泥管20排出。另外,絮凝后的原水在絮凝区12中也有一部分泥沙直接落入浓缩区,不再进入分离区14。[0026]它区别于现有技术之处在于:第一,由进水管2、矩形接口3、环状矩形分配管4组成的配水系统。本配水系统实现了向多处喷嘴6进行均匀配水,保证后续混合效果,同时也注重高浊度水易造成淤积的问题,多处设置冲泥排泥设施;第二,絮凝区12中由喷嘴6、可调节导流筒11和池壁形成的絮凝系统,和传统旋流池不同的是,本发明采用的可调节导流筒11为中空形式,因此可方便采用中心传动装置而非偏心传动,这不仅提高了传动装置的效率,有利于节能,也大大降低了设备的故障率,减小了设备维护的工作量;另外,通过改变导流筒11的高度,提高了装置对原水浊度大幅度变化的适应能力;第三,针对高浊度水容易板结的特性,刮泥机设置自动提升装置,在底泥淤积较严重时,刮泥板将自动提升一定高度,保证刮泥效果的同时也起到了保护设备和电机的作用,且该方式也可大大提高刮泥设备在不同原水浊度条件的适应性。其中,分离区14中,钢制辐射集水槽I5、中央环形集水槽16,总出水槽17的布置和设计属于现有技术,在此不再详细描述。

权利要求:1.一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于池体中心设置混合絮凝区,环绕所述混合絮凝区设置有沉淀分离区,混合絮凝区和沉淀分离区之间设有环形隔壁,混合絮凝区和沉淀分离区通过环形隔壁下方的间隙连通,池体底部为泥渣浓缩区,混合絮凝区内设置有可调节导流筒,环绕所述可调节导流筒设置有环状分配管,所述环状分配管与进水管连接,环状分配管上设有多个喷嘴,所述多个喷嘴沿周向呈同方向设置,沉淀分离区上方设置集水槽,泥渣浓缩区内设置刮泥机。2.如权利要求1所述的一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于:所述可调节导流筒包括一中空圆筒结构,所述中空圆筒结构的上端外侧围绕设置有环状分配管,所述中空圆筒结构的底部设有锥形导流壁,所述锥形导流壁的上端与中空圆筒结构的直径相配合,所述锥形导流壁的下端直径大于上端直径。3.如权利要求1所述的一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于:所述环状分配管为矩形配水管道,保证多点进水的均匀性,强化混凝接触效果。4.如权利要求3所述的一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于:环状矩形分配管下部设置多处法兰堵头冲泥口。5.如权利要求3所述的一种用于池度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于:为防止顶部管道积气,在环状矩形分配管上设一处自动排气装置。6.如权利要求1所述的一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于:进水管末端设置三通及法兰盲板,方便管道冲泥、排泥。7.如权利要求1所述的一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于:排泥区中心设有集泥斗,所述集泥斗连接排泥管,排泥区底部设刮泥机,刮泥机上的刮板设有提升装置,在底泥淤积严重时,刮泥板将自动提升一定高度,将上层较稀泥渣刮净后,再降低高度,刮出下层浓度较高的污泥。8.如权利要求1所述的一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于:在分离区上方设置多根钢制辐射集水槽,所述多根钢制辐射集水槽与位于中心的中央环形集水槽连接,所述中央环形集水槽通过总出水槽与设置在池体外的出水渠连接。9.如权利要求1所述的一种用于浊度变化较大的自适应水力旋流沉沙装置,其特征在于:可调节导流简设置有右干个不冋闻度的囊形孔,实现可调节导流筒的高度调节;当原水浊度较低时,可适当降低可调节导流筒的高度,从而增加絮凝反应时间,提高出水水质。

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