物理沉淀膜分离装置

技术领域

本发明属于地表水处理装置的技术领域，尤其涉及一种物理沉淀膜分离装置。

背景技术

我国水资源整体分布特点是，南方水多、北方水少，东部多、西部少，山区多、平原少。全国年降水量的分布由东南的超过3000毫米向西北递减至少于50毫米。现有技术中的对地表水的处理。例如，陕甘宁地区，水资源相对南方比较缺乏，如何将高浊度的地表水处理为饮用水，是人们一直渴望解决的问题，且最大可能的降低处理成本。

现有技术中的处理方式，多级混凝沉淀过滤方式或以斜管沉淀池为代表的沉淀过滤方式，都需要投入化学药剂方式。投入化学药剂过滤的方式，是典型的单级沉淀加过滤方式，具体的包括至少四个核心步骤，混凝或絮凝、沉淀、过滤和消毒工艺，以投入化学药剂的化学过程为核心，各个方式的缺点多级沉淀过滤和斜管沉淀池过滤方式经济成本较高、占地大和过滤时间长，尤其是，如图1所示，斜管过滤方式，通过斜管a进行过滤，从出水堰b排水，底部通过排泥管c进行排泥，一般是配合大空间的且以水平方式的沉淀池进行过滤，占地空间大；

投入化学药剂混凝沉淀的处理方式，化学药剂有时会造成水质的二次污染。且由于加混凝药剂，形成泥沙的板结，会出现沉淀池排泥不顺畅的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种物理沉淀膜分离装置，解决现有技术中产品混凝沉淀时间长和/或处理成本高和/或形成二次污染的技术问题。本案有诸多技术有益效果，如下：

提供一种物理沉淀膜分离装置，适用于地表水的处理，特别是针对高浊度地表水，包括沉淀池、供水组件、抽水组件和安装在所述沉淀池内的中空纤维膜装置，所述沉淀池与所述供水组件相连通，其中：

所述供水组件，能够将地表水输送至所述沉淀池内，并以由下至上的方式输送地表水且至少在所述沉淀池内能够形成地表水与泥沙的分离区；

所述中空纤维膜装置，至少安装在所述沉淀池内形成分离区的高度位置，对分离后的地表水进行过滤。

进一步的，还包括抽水组件，与所述中空纤维膜装置相连通，并且，驱动所述中空纤维膜装置对分离后的地表水进行过滤。

在一个优选或可选的实施方式中，所述沉淀池为圆柱形结构和锥形结构组合而成或一体式结构设置，所述锥形结构上设置有多个排泥管；所述沉淀池内由中心线位置向外间隔设置有第一挡圈和第二挡圈，其中：

所述第二挡圈一端与所述锥形结构密封连接，另一端延伸至近邻所述沉淀池顶壁位置处；

所述第一挡圈一端与所述支撑网架连接，另一端延伸至近邻所述圆形柱结构的底面位置处。

在一个优选或可选的实施方式中，所述第一挡圈和第二挡圈以渐变结构设置，且渐变结构由上向下进行渐变，或是，所述第一挡圈和第二挡圈以喇叭形状结构设置，喇叭口朝向所述沉淀池的底面设置。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

本发明的结构采用“一步到位”的处理方式替代传统方式的多级混凝沉淀过滤方式，减小占地面积和降低处理的成本，避免现有技术斜管沉淀过滤方式等化学处理方式或产生对水质有危害的物质。中空纤维膜装置，是指采用中空纤维膜进行过滤，结合供水的输送方式，形成地表水中水与泥沙的分离区，在分离区放置中空纤维膜装置，大大提高过滤效果，通过一级过滤方式直接达到饮用水的标准。具体的：

1、省去化学加药过程并简化物理过程，避免化学药剂造成的二次污染；2、保证产水水质且缩短处理流程，由于是物理机械过滤，不用考虑加药，真正实现无人值守，降低人工成本；3、装备集成度显著提高，减少排泥耗水量并提高产水效率；4、重力流驱动为主且超低压高通量运行，有效降低产水能耗；5、由于不加混凝药剂，底部排泥顺畅，不会产生一般沉淀池常见的积泥难题；6、由于膜过滤前段维持了含沙量较大的浑浊状态，对泥沙吸附去除微污染有机物有很好的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的斜管沉淀池过滤方式；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的中空纤维膜装置的示意图；

其中：

a、斜管；b、出水堰；c、排沙管；1、沉淀池；11、抽水管；12、排泥管；13、第二挡圈；14、第一挡圈；15、圆柱形结构；16、锥形结构；17、供水管；18、支撑网架；2、壳体；21、挡水板；22、中空纤维膜。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图2和图3所示的沉淀分离装置，适用于高浊度地表水的处理，也适用于其他浊度水的处理。具体的：包括沉淀池1、供水组件、抽水组件和安装在沉淀池1内的中空纤维膜22装置，沉淀池1与供水组件相连通，其中：

供水组件，例如，供水泵和供水管17等或是现有技术中常用的供水装置。供水组件能够将地表水输送至沉淀池1内，并以由下至上的方式输送地表水且至少在沉淀池1内能够形成地表水与泥沙的分离区。分离区，具体的指：

地表水中的水和泥沙在供水组件的初始作用下向上移动，泥沙向上移动一端距离后在重力作用下，泥沙会向下进行沉积，泥沙开始下沉的高度为点所在的水平面即为分里面，水是持续向上移动的，至少设置在分离区的高度位置，中空纤维膜22装置过滤效率能够得到提高，下沉的泥沙会形成大颗粒，不断的吸附或粘附其他小颗粒的泥沙，沉淀在池底面，通过设置的排沙管12排出，以竖直方式的供应地表水，减小传统水平过滤方式所占地面积；分离区高度的理论计算：供水管17的面积、流速和泥沙水的密度及其供水高度和供水位置的高度等可计算具体的位置。

中空纤维膜22装置，至少安装在沉淀池1内形成分离区的高度位置，对分离后的地表水进行过滤。中空纤维膜22装置，优选的，为中空纤维膜22的过滤方式，中空纤维膜22是周向开设有纳米孔，通过抽水组件的驱动(抽水)将分离区上的地表水进行超滤，能够达到饮用水的标准。高浊度地表水的含沙量小于100kg/m3，本案的设置主要用于西北地区，例如，甘肃、宁夏和陕西的局部地区，由于该些地区可利用的水资源不丰富，通过高浊度水进行过滤至少达到可饮用硬水的标准。

上述利用静水的压力驱动中空纤维膜22装置进行过滤。以物理过滤方式替代投入化学药剂过滤的方式，投入化学药剂过滤的方式的化学过程包括化学混凝和沉淀的过滤方式，具体的：

凝聚(aggrgation)和絮凝(hkeeulation)是指通过某种方法(如投加化学药剂)使水中胶体粒子和微小悬浮物聚集的过程，是水和度水处理工艺中的一种单元操作，又可统称为混凝(ouqglstion)，其中凝聚主要指胶体脱稳并生成蒙小聚集体的过程，絮凝主要指脱称的胶体或微小悲浮物聚结成大的絮凝体的过程凝聚和絮凝均是一种物理和化学的结合过程，涉及到水中胶体粒子性质、所投加化学药剂的特性和胶体粒子与化学药剂之间的相互作用。化学过程药剂和药剂的杂质都会对水质造成二次污染，尤其是，长期的化学过程，由少聚多形成对水质和人体产生危害的微量物质。化学加药过程要求对时刻变化的原水有准确的测量，但受限于技术条件，目前没有可靠的测量设备，从而加大了化学加药处理系统的操作难度。何时加药、何时排泥、加那种药剂、排泥多久和是否减小处理水量都要凭经验，无法实现无人值守的全自动“傻瓜式”的运行。

进一步的，提高过滤效果和过滤时间，还包括抽水组件，例如，抽水泵与抽水管11，抽水管11与中空纤维膜22装置相连通，抽水泵的吸力驱动中空纤维膜22装置对分离后的地表水进行过滤；

相对于传统微沉淀和吸附相结合的过滤方式，通过中空纤维膜22装置，其应用高分子材料制成中空纤维膜，膜丝具有一定的弹性。表面具有多孔分离层，确保小于一定数量的污染物通过，只允许小于0.03微米污染物通过，对人体无害，并且使用的中空纤维膜具有泥沙不粘和不钻的特性，例如，在立体结构框架内放置中空纤维膜22。近些年，伴随中空纤维膜22的性能不断改进，将其应用于浊度水或地表水的过滤技术领域中，避免传统多级沉淀过滤的诸多缺陷，如，多级过滤占用的场地和设备较多，成本高且经济性低，尤其是，目前主流的以斜管沉淀池的过滤方式，不但过滤效率低，而且成本较高。通过该装置，可“一步到位”，即可达到标准水的过滤，无需传统过滤方式沉淀+吸附的结合，或是沉淀+絮凝的的化学过滤方式所带来的效率低或产生水质危害的缺陷。

其次是，无论上述的静压或动压过滤的方式，避免传统的化学混凝沉淀过滤的方式，化学过滤是压缩双电子的过程，其处理方式对水质本身有一定的影响，例如，产生一些对人体产生危害的微型有毒物质，如，神经性毒物，长时间使用对人体产生一定影响，或是，不易分解的盐碱类物质，常用的化学沉底物质如，聚合氯化铝或氯化铁或其他盐碱物质。

再者，本案的所提供的装置，无需采用严格自动化系统或设备，需要指出的是：自动化系统中在过滤高浊度地表水时，需要采集高浊度地表水的含沙量数据，表水的含沙量数据受环境因素影响非常大，致使变换过程无法测量准确，水的含沙量无法测量准确，影响因素如，强降雨、干旱和沙砾的尺寸大小等因素，这些是自控系统无法实现准确测量，在实践中，是人工烘干称取的方式进行测量，较好的办法是采用同位素测量方法，但，该方法受到一定因素的限制，无法批量应用于实践中。因此，本案的方式，可看成“傻瓜式”的过滤方式，无需考虑含沙量的因素，采用无人值守即可完成过滤，在沉淀池内先是以物理方式沙水分离，再有中空纤维膜装置进行过滤，出水可达引用标准，仅需在出水存放处检测是否为达标水质即可。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，沉淀池1以中空结构设置，和/或，顶面敞开结构设置，优选的圆弧形，相对于四方体的结构，其受力结构好，承受水压较大。沉淀池1底部设置有排沙管12，用于沉淀在沉淀池1底部泥沙的排出，沉淀池1在近邻顶面位置处设置有溢流管(图中未绘制)。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，沉淀池1以圆柱形或多边形或圆锥形结构16设置或是多边形与圆柱形或圆锥形结构16的组合。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，中空纤维膜22装置悬挂在沉淀池1内，或，至少在分离区的高度位置设置与所述沉淀池1连接的支撑网架18，支撑网架18沿沉淀池1周向内壁设置，用于承载或支撑所述超滤组件。

上述的沉淀池1如用于大型过滤系统中，还包括水平方式单级或多级过滤装置，并与沉淀池1相连通，单级或多级水平方式过滤即为现有技术中的过滤池。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，沉淀池1为圆柱形结构15和锥形结构16组合而成或一体式结构设置，均为空心结构，其中，圆柱形结构15在上，锥形结构16的锥尖朝下。锥形结构利于沉淀后泥沙的下沉，(重力作用下)锥形结构底部设置有多个排沙管12，沉淀池1内由中心线位置向外间隔设置有第一挡圈14和第二挡圈13，以挡圈为界线，在锥形结构底部间隔设置排泥管，其中：

第二挡圈13一端与锥形结构密封连接，另一端延伸至近邻沉淀池1顶壁位置处；第一挡圈14一端与支撑网架连接，另一端延伸至近邻圆形柱结构的底面位置处。

支撑网架18由圆柱形结构15内壁且在水平方向上设置，相当于突起，安装方式可以焊接或螺纹连接，且内壁周向连线设置，其作用一是支撑中空纤维装置(以可拆卸方式连接)，二是便于第一挡圈14的固定。

在满足设计要求的同时，尽可能的降低沉淀池1的占地面积，因此，通过第一挡圈14和第二挡圈13的结构设置，间接的形成初滤，具体的：供水组件的中供水管17在沉淀池1中心或重心所在平面供水。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，第一挡圈14和第二挡圈13以渐变结构设置，且渐变结构由上向下进行渐变，或是，第一挡圈14和第二挡圈13以喇叭形状结构设置，喇叭口朝向沉淀池1的底面设置。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，圆形柱结构内壁与第一挡圈14之间安装有中空纤维膜22装置且沿圆柱形结构15周向设置。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，如图3所示，中空纤维膜22装置包括壳体2、周向设有微孔的中空纤维膜22和挡水板21，壳体2以框架结构设置，壳体2设置有排水口，排水口与抽水组件相连通；中空纤维膜22一端以开口结构设置且开口端与挡水板21连通，另一端与壳体2底面固定；在壳体2上且近邻排水口位置密封安装挡水板21，并且挡水板21与壳体2能够形成储水区域。实际使用时，多束中空纤维膜22安装在挡水板21了。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，中空纤维膜22以竖直方式安装在壳体2内；壳体2侧面以网格或多隔板结构设置，用于分离后的地表水从壳体2侧面进入，在抽水组件的驱动下通过中空纤维膜22进行过滤。

作为本申请提供具体实施例的部分实施方式，供水组件包括供水管17，供水管17以水平或竖直方式伸入第二挡圈13形成空间中心点或重心点所在水平面；

壳体2侧壁设置反洗口，反洗口与反洗装置连通，反洗采用现有技术装置即可，其作用是加入酸性或碱性物质除去中空纤维膜22外周向表面的杂质。

以上对本所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离创造原理的前提下，还可以对进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入权利要求的保护范围。