一种自来水厂水净化工艺及装置.pdf

本发明提供了一种自来水厂水净化工艺及装置。水库等地上或地下水源经取水泵房中的泵加压后沿经过防腐处理的管道送至配水楼，分配水之后并添加絮凝剂等药物之后进入旋流式高效澄清池中完成絮凝沉降、斜管沉淀等净化过程，再自流进入石英砂滤池，过滤之后自流进入下进式活性炭滤池深度过滤，净水经加药消毒之后自流进入清水池，供水泵将净水送至用户。与传统工艺及装置比较具有工艺先进、投资低、占地小等优点，特别适合中小型自来水厂。

1.  一种自来水厂水净化工艺及装置，包括净水工艺，自动控制系统，配水楼，旋流式高效澄清池，石英砂滤池，下进式活性炭滤池，清水池；其特征在于 ：水库等地上或地下水源经取水泵房中的泵加压后沿经过防腐处理的管道送至配水楼采用扬洒式进入配水池，除腥去臭；水流通过经过防腐处理的管道流入旋流式高效澄清池与絮凝剂及回用污泥混合絮凝沉降；絮凝后的水流入石英砂滤池过滤，然后流入下进式活性炭滤池深度过滤，净水经加药消毒之后自流进入清水池。

2.  根据权利要求 1 所述的水净化工艺，其特征在于 ：整个水净化过程采用PLC控制，取水泵和供水泵均变频可调，取水泵由清水池液位控制。

3.  根据权利要求 1 所述的配水楼，其特征在于：取水泵房中的泵加压后送至配水楼上的配水池中，水泵将水加压送至配水楼上的配水池中，采用扬洒式进水。

4.  根据权利要求 1 所述的旋流式高效澄清池，其特征在于 ：圆筒形的澄清池包括同心布置的内筒（6）、中间筒（9）和外筒（10)；外筒为钢筋混凝土结构，内筒和中间筒为塑料或不锈钢材质；内筒内部设多层孔板扰流件(7)，内筒内部为一次絮凝区（Ⅱ），内筒底部为预两端锥形的预混合室(I)，预混合室底部为旋流进水装置(4)；中间筒内部为二次絮凝区（Ⅲ）设多层孔板扰流件(8)，中间筒底部为活性泥渣悬浮区(IV)，泥渣悬浮区与沉淀区（V）相通，沉淀区上部设斜管，斜管上的清水区（Ⅵ）设出水渠（14），出水渠与外筒外侧的出水槽（13）连通；泥渣悬浮区底部均设多个虹吸排泥管（3），部分污泥用污泥泵（16）送至进水管（1）回用；进水管内部设有螺旋混合装置（2）；澄清池上方有构筑物（12）。

5.  根据权利要求 1 所述的石英砂滤池，其特征在于 ：方形滤池本体（23）由钢筋混凝土浇筑而成，滤池上方有构筑物（32），滤池本体（23）上部外侧设相互连通的一圈进水集水槽（24），V形槽（26）与进水集水槽（24）连通，两者形成网格形集水槽；进水集水槽（24）上设进水管及阀门25）、反冲洗出水管及阀门（27），V形槽（26）上沿与滤池本体（23）上沿高度相同，滤池内设有一定高度的石英砂滤料（28），底部为承托层（29），滤池本体底部为配水空间（21），其上设有出水管及阀门（30），反冲洗进水管及阀门（31）。

6.  根据权利要求 1 所述的下进式活性炭滤池，其特征在于 ：方形滤池本体（42）由钢筋混凝土浇筑而成，滤池上方有构筑物（48），滤池本体（42）上部外侧设相互连通的一圈低位集水槽（43），低位V形槽（46）与低位集水槽（43）连通，两者形成网格形集水槽；低位集水槽（43）上设反冲洗出水管及阀门（49），低位集水槽（43）外侧上方设一圈相互连通的高位集水槽（44），高位V形槽（47）与高位集水槽（44）连通，两者形成网格形集水槽，高位集水槽（44）上设出水管及阀门（45）；滤池内设有一定高度的活性炭滤（50），底部为承托层（52），滤池本体底部为配水空间（40），其上设有进水管及阀门（53），反冲洗进水管及阀门（54）；L1为反冲洗液位，L2为正常排水液位。

7.  根据权利要求 1 所述的清水池，其特征在于 ：方形钢筋混凝土清水池位于地下或半地下，清水池上方钢筋混凝土封闭，清水池留有检修门，设有液位传感器；配水楼、取水泵房、澄清池、石英砂滤池、活性炭滤池、清水池等均设在构筑物内；从配水楼至取水泵房、澄清池、石英砂滤池、活性炭滤池直至清水池，中间无泵。

一种自来水厂水净化工艺及装置
 技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种自来水厂水净化处理的工艺及装备。特别适用于处理能力为1-10万吨每天的中小规模的城镇的水净化处理。
背景技术
随着社会经济的快速发展，城乡供水需求日益增加。随着地下水资源形势日益严峻，大力发展及利用地上水的水处理技术，保证水量、水质，满足安全饮水需求成为亟待解决的问题。然而地上及地下水资源水质恶化与人们对健康饮水要求提高之间的矛盾日益扩大，在国家的农村及城镇饮水安全的政策及环境之下，新建及改造适合农村及城镇的，节能、安全、投资及运营成本较低的中心型自来水厂对于整个行业是机遇，又是挑战。
    近百年来，饮用水处理主要采用混凝沉淀及过滤，然后消毒的方法，对水质好的地下水甚至仅石英砂过滤再消毒即可。混凝沉淀所需反应时间较长，设备容积大，占地面积大，造价高，而占地小的机械搅拌式的混凝沉淀结构复杂，动力消耗大，设备故障率高。经济发展、水资源恶化，单纯的石英砂过滤和消毒已经无法满足人们对水质的要求，增加高效的生物活性炭过滤非常必要。开发出适合中小型自来水厂的，工艺先进可靠、占地小、造价低、能耗和运行成本低、自动化程度高的水处理工艺及装置显得极为迫切。
为解决上述问题，适应市场的需要，为了能更好的适应于中、小型水厂，进行模块化、组合式建设,节约占地面积,降低能耗；在现有的水净化技术基础上发展成了一种自来水厂水净化工艺及装备。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种自来水厂水净化工艺及装置
本发明提供了如下的技术方案 ：
1.净水工艺
水库等地上或地下水源经取水泵房中的加压泵沿经过防腐处理的管道送至配水楼，分配水之后经添加絮凝剂等药物之后进入旋流式高效澄清池中完成预沉淀、絮凝沉降、斜管沉淀等净化过程，再自流进入石英砂滤池过滤，之后自流进入下进式活性炭滤池深度过滤，净水经加药消毒之后自流进入清水池，供水泵将洁净水送至用户。
2.自动控制
整个水净化过程采用PLC控制，取水泵和供水泵均为变频可调，取水泵由清水池液位控制，保证清水池液位在一定范围内；供水泵由输往用户的管网压力控制，实现恒压供水，特别是保证用水高峰期的水压。
3.配水楼
取水泵房中的泵加压后送至配水楼上的配水池中，特别适用于一座配水楼为多座澄清池等后续水处理设备供水，可均匀分配水量，又不会产生冲击负荷。水泵将水加压送至配水楼上的配水池中，扬洒式进水起到瀑气的作用，为水充氧而去除一定的腥臭味，又利用水力条件由进水时形成的夹气，在配水池内形成“小气浮”，将水中小体积的藻类、杂质、油污等托起，通过浮渣槽收集先期分离。同时配水池暂存一定量的水，对系统有一定缓冲作用。
4.旋流式高效澄清池
圆筒形的澄清池包括同心布置的内筒（6）、中间筒（9）和外筒（10)。外筒为钢筋混凝土结构，内筒和中间筒为塑料或不锈钢材质。内筒内部设多层孔板扰流件(7)，内筒内部为一次絮凝区（Ⅱ），内筒底部为预两端锥形的预混合室(I)，预混合室底部为旋流进水装置(4)。中间筒内部为二次絮凝区（Ⅲ）设多层孔板扰流件(8)，中间筒底部为活性泥渣悬浮区(IV)，泥渣悬浮区与沉淀区（V）相通，沉淀区上部设斜管，斜管上的清水区（Ⅵ）设出水渠（14），出水渠与外筒外侧的出水槽（13）连通。泥渣悬浮区底部均设多个虹吸排泥管（3），部分污泥用污泥泵（16）送至进水管（1）回用。进水管内部设有螺旋混合装置（2）。澄清池上方有构筑物（12）。
取水泵将水送入进水管（1），与自动投加的絮凝剂及回用污泥一起在进水管（1）内部的螺旋混合装置（2）作用下预混合，然后从澄清池底部进入旋流进水装置(4)，水流形成旋流，向上进入内筒（6），内筒的水流在多层孔板扰流件(7)的扰动作用下，粒子间的碰撞几率大大增加，强化了外界扰动，利于絮凝团的形成。水流从内体内上方溢流进入中间筒（9）上端，势能转化为动能，在中间筒内的多层孔板扰流件(8)扰动下深度絮凝，之后进入底部的活性泥渣悬浮区(IV)，筒截面积显著增加，水流速度快速降低，形成的絮凝团得以较完全的沉降，完成固液分离。之后水流改变方向向上进入沉淀区沉淀区（V） ，在上部的斜管（11）中，起到稳定悬浮泥渣层的上升膨胀以及促进和加强悬浮泥渣层的接触絮凝作用斜管原理进行进一步的沉淀，清水溢流进入辐射状分布的多个集水渠（14）中，并汇集进入出水槽（13），排出澄清池。泥渣悬浮区(IV)底部为锥形，污泥在水静压力下沿周向辐射状分布的多根虹吸排泥管（3）排出澄清池，汇集进入泥槽。部分污泥被污泥泵（16）送入进水管（1）回用。其余污泥排入污泥槽内收集做后续处理。
多层孔板扰流件(7)为5-10层，开孔直径为25-35mm, 开孔率为10-20%，多层孔板扰流件(8) 为5-10层，开孔直径为35-50mm，开孔率为15-25%，即水流在孔板处瞬间加速4-10倍。各层孔板沿水流方向开孔率逐渐增大，开孔尺寸逐渐增大，孔板流速逐渐降低，而且各层开孔交错布置。水流处于不断的加速减速过程中，粒子间的碰撞频次显著提高，相互吸附形成絮凝团，且絮凝团不断增大，完成絮凝过程。
5.石英砂滤池
石英砂滤池选用自主研发的带网格式集水槽的石英砂滤池，滤池包括滤池本体（23）、进水集水槽（24）、配水空间（21）、V形槽（26）、石英砂滤料（28）、承托层（29）、支撑孔板（22）、进水管及阀门（25）、出水管及阀门（30）、反冲洗进水管及阀门（31）、反冲洗出水管及阀门（27）、滤池上方构筑物（32）等。方形滤池本体（23）由钢筋混凝土浇筑而成，滤池上方有构筑物（32），滤池本体（23）上部外侧设相互连通的一圈进水集水槽（24），V形槽（26）与进水集水槽（24）连通，两者形成网格形集水槽。进水集水槽（24）上设进水管及阀门25）、反冲洗出水管及阀门（27），进水集水槽（24）上沿和V形槽（26）高度相同且高于滤池本体（23）上沿，滤池本体上沿兼有溢流堰功能，滤池内设有一定高度的石英砂滤料（28），底部为承托层（29），滤池本体底部为配水空间（21），其上设有出水管及阀门（30），反冲洗进水管及阀（31）。配水空间（21）为常规结构。
经澄清池过滤后的较洁净水（浊度约为5NTU）沿管道自流经进水管及阀门（25）进水集水槽，当水没过滤池本体（23）上沿和V形槽（26）上沿时，水流溢流进入滤池内部，流速低于单面或双侧进水的结构，均匀性得以提高，水流以8m/h的流速穿过石英砂滤料（28），承托层（29）及孔板（22），进入配水空间（21），洁净水流沿出水管及阀门（30）流出滤池进入下一工序。反冲洗时，进水阀（25）关闭，出水阀（30）关闭，反冲洗进水阀门（31）打开，反冲洗出水阀（27）打开，反冲洗水进入配水空间（21），从滤池底部依次穿过支撑孔板（22）、承托（29）、并以设定流速均匀穿过石英砂滤料（28），当没过滤池本体上沿及V形槽（26）上沿时，反冲洗水进入V形槽（26）和进水集水槽（24）内，从反冲洗出水阀（27）排出。进水阀（25）和出水阀（30）之间连锁控制，根据液位调整进水阀（25）和出水阀（30）的开度，保证液位在理想高度。
石英砂滤料粒径为0.8-1.2mm,不均匀系数K80为1.0-1.3，滤料孔隙率为50%，滤料高度为1.2-2m，承托层选用鹅卵石，承托层高度为0.25m。
6.下进式活性炭滤池
生物活性炭工艺对于原水中的天然有机物和氨氮有较佳的去除率而成为各类城市自来水厂缓解有机物去除压力的优选深度处理工艺，但目前国内外自来水厂多采用下向流生物活性炭滤池，在运行过程中会形成丰富的微生物群落，出水中细菌增加，并多与细小的活性炭颗粒一起流出，特别是在南方河网水体的高温季节，出水细菌数上升明显，微生物滋生严重，生物安全性低，迫使后续的氯消毒用药量加大，同时影响出厂水的嗅味。此外，由于下向流生物活性炭滤池的水头损失在 1.5m 左右，一般在水厂内需设置中间提升泵房后方可实施，增大了水厂的运行能耗，而且增大了反冲洗的频次。下进水下曝气上出水的生物活性炭滤池能较好解决常规下向流滤池的各种弊端。
活性炭滤料层是将普通的颗粒活性炭作为一种填料，利用活性炭巨大的比表面积，为水中微生物提供赖以生存的载体，使微生物在活性炭表面生长、繁殖，组成的一种活性炭与微生物的组合体。活性炭滤池对分子量小于 1000的小分子有机物予以吸附降解，同时生物作用去除氨氮。
活性炭滤池选用自主研发的带网格式集水槽的下进式活性炭滤池。方形滤池本体（42）由钢筋混凝土浇筑而成，滤池上方有构筑物（48），滤池本体（42）上部外侧设相互连通的一圈低位集水槽（43），低位V形槽（46）与低位集水槽（43）连通，两者形成网格形集水槽。低位集水槽（43）上设反冲洗出水管及阀（49），低位集水槽（43）外侧上方设一圈相互连通的高位集水槽（44），高位V形槽（47）与高位集水槽（44）连通，两者形成网格形集水槽，高位集水槽（44）上设出水管及阀门（45）。滤池内设有一定高度的活性炭滤料（50），底部为承托层（52），滤池本体底部为配水空间（40），其上设有进水管及阀门（54），反冲洗进水管及阀门（55）。L1为反冲洗液位，L2为正常排水液位。活性炭滤料（50）与承托层（52）之间设布气装置（51），布气装置和配水空间（40）为常规结构。
经石英砂滤池过滤后的较洁净水沿进水管及阀门（54）自流进入配水空间（40），水流自下而上依次穿过支撑孔板（41）、承托层（52）、活性炭滤料（50），同时布气装置（51）通入空气，使滤料处于膨胀状态 ；此时滤料与水及空气充分混合，提高滤料的挂膜效果。当水到达液位L1时，水流溢流进入高位集水槽（44）和高位V形槽（47），汇集之后，洁净水流沿出水管及阀门（45）流出滤池进入下一工序。反冲洗时，进水阀（53）关闭，出水阀（45）关闭，反冲洗进水阀门（54）打开，反冲洗出水阀（49）打开，反冲洗水进入配水空间（40），从滤池底部依次穿过支撑孔板（41）、承托层（42）、并以设定流速均匀穿过活性炭滤料（50），当到达液位L2时，反冲洗水进入低位V形槽（46）和低位集水槽（43）内，并汇集之后从反冲洗出水阀（49）排出。         
正常滤速9.0m/h，活性炭床厚度为1.2-2m，空床停留时间为10-12min。
7.清水池
方形钢筋混凝土清水池位于地下或半地下，清水池上方钢筋混凝土封闭，清水池留有检修门，设有液位传感器等，清水池上方可建草坪或做其他用途，节省占地面积。主要功能：调节一、二级泵之间的水量不平衡值；保证杀菌病毒药剂与水接触时间；保证特发事件如消防时的用水。
8.其它
取水泵房和供水泵房：一级泵房的水泵一般设在地面以下，低于取口，水自流进入取水泵。二级泵房供水泵设地下，上方为控制室，节省占地。水泵均采用变频控制，至少备用一台水泵。每台水泵出水口设压力传感器以检测泵供水状况。
各设备之间的管道均埋地下，采用经内外防腐处理之后的钢管。
本发明有以下有益效果：
工艺及控制：（1）与传统工艺相比，适应性广、能耗低、占地面积小，造价低，更适合中小型自来水厂；（2）各个设备为一系统单又独立分开，比如可根据水质情况考虑是否采用活性炭过滤；（3）从配水楼至澄清池、石英砂滤池、活性炭滤池直至清水池之间采用自流方式，节省动力消耗及投资；（4）全厂全自动化控制，保证系统的精确、稳定，降低了运行成本和人力成本。
旋流式高效澄清池：(1) 在进水管中水与絮凝剂和回用污泥预混合，缩短了混合时间；(2)旋流进水装置将水流在预混合室中形成旋流，强化扰动；（3）中间筒中的多层孔板扰流件和内筒多层孔板扰流件的各层孔板开孔率及开孔直径不同，对水流的扰动状态不同，使得絮凝更彻底；(4) 斜管沉淀进一步完成残余絮凝团的分离。
石英砂滤池：（1）V形槽将滤池分为网格式，化整为零并有机结合，进水及反冲洗更均匀，保证滤料料面平整；（2）结构简单，造价低、运行稳定可靠；（3）滤池上方设构筑物，防止二次污染。
下进式活性炭滤池：（1）采用下进水下曝气上出水方式，水与空气同向流动，使两者以推流方式上升，即减小了滤料对水的阻力，减小水头损失，保持稳定均匀的滤速 ；（2）在空气向上流的辅助作用下，滤料处于膨胀状态，滤料与水及空气充分混合，提高滤料的挂膜效果，且滤料不易板结，降低了滤池的冲洗频率。（3）V形槽将滤池分为网格式，化整为零并有机结合，进水及反冲洗过滤更均匀，保证滤料料面平整。
配水楼：（1）有一定的瀑气的作用，为水充氧而去除一定的腥臭味，在配水池内形成“小气浮”，将水中小体积的藻类、杂质、油污等有害物体托起，通过浮渣槽收集先期分离。（2）配水池暂存一定量的水，对系统有一定缓冲作用。（3）特别适用于一座配水楼为多座澄清池等后续水处理设备供水，均匀分配水量，又绝不会产生冲击负荷。
附图说明  

图 1 是本发明工艺示意图 ；
图 2 旋流式高效澄清池示意图；
图 2.1旋流进水装置意图；
图 2.2孔板扰流件意图；
图3石英砂滤池主视图；
图4石英砂滤池俯视图；
图5下进式活性炭滤池主视图；
图6下进式活性炭滤池俯视图；
1.进水管，2.螺旋混合装置，3.虹吸排泥管，4.池底浇筑物，5.旋流进水装置，6.内筒，7. 环形多层孔板扰流件，8. 圆板多层孔板扰流件，9.中间筒，10.外筒，11.斜管，12.构筑物，13.出水槽，14.出水渠，15.污泥槽，16.污泥泵；
Ⅱ.一次絮凝区、I.预混合室、Ⅲ.二次絮凝区、IV.活性泥渣悬浮区、V.泥渣悬浮区与沉淀区、Ⅵ.清水区；
21.配水空间、22.支撑孔板、23.滤池本体、24.进水集水槽、25.进水管及阀门、26.V形槽、27.反冲洗出水管及阀门、28.石英砂滤料、29.承托层、30.出水管及阀门、31.反冲洗进水管及阀门、32.滤池上方构筑物；
40.配水空间、41.支撑孔板、42.滤池本体、43.低位集水槽、44.高位集水槽、45.出水管及阀门、46.低位V形槽、47.高位V型槽、48.滤池上方构筑物、49.反冲洗出水管及阀门、50.活性炭滤料、51.布气装置、52.承托层、53.进水管及阀门、54.反冲洗进水管及阀门、55.进水口、56.出水口。
具体实施方式
新建3万吨每天的自来水厂，水源来自水库，水质符合GB3838-2002标准。水经取水泵房中的泵加压后沿经过防腐处理的管道送至配水楼，分配水之后并添加絮凝剂等药物之后进入旋流式高效澄清池中完成絮凝沉降、斜管沉淀等净化过程，再自流进入带有网格式集水槽的石英砂滤池，过滤之后自流进入下进式带有网格式集水槽的活性炭滤池深度过滤，净水经加药消毒之后自流进入清水池，供水泵将净水送至用户。
整个项目占地约2000平米（包含办公及绿化），靠近水库而建，水库水质水浊100NTU。
配水楼占地约24平米，高15米，配水池高10米，配水池容积为50立方，配水池高度由澄清池压力损失决定。
旋流澄清池占地面积约100-140平米，总高度为10米，内筒为3.1米，外筒为4.2米，管道进水流速为1-1.2m/s,内筒中流速为0.05m/s，孔板流速为0.2-0.25m/s，中间筒流速为0.04m/s，孔板流速为0.15-0.2m/s,活性泥渣悬浮区的流速约为0.003m/s，外筒水流0.003m/s。经澄清池过滤的水浊度可至5NTU。澄清池出水口设取样点，定时取样，调节絮凝剂加入量，保证在满足出水要求情况之下尽肯能减少加药量。
石英砂滤池占地占地面积80平米，总高度为6米，过滤流速为8m/h。石英砂滤料粒径为0.8-1.2mm,不均匀系数K80为1.0-1.3；滤料孔隙率为50%，滤料高度为1.6m，承托层选用鹅卵石，高度为0.3m。
活性炭滤池占地占地面积80平米，总高度为6米，滤料高度为1.2m左右，承托层选用鹅卵石，高度为0.3m，过滤流速为9m/h。
清水进行消毒，控制加氯量在1~1.5mg/l，控制经半小时杀菌后的出厂水中的ClO2余量在0.1~0.8之间。
清水池占地为500平米，长25米、宽20米、高5米，存水量2000立方。清水池设液位传感器，以控制取水泵变频器的频率，从而控制取水量。
出水水质达到GB5749-2006生活饮用水卫生标准，浊度小于1NTU，满足生活饮用水水质要求。