集成式一体化生态水厂的制作方法

本实用新型涉及水处理设备技术领域，尤其涉及一种集成式一体化生态水厂。

背景技术：

随着生活水平的提高，人们对于饮用水水质的要求越来越高，对生态环境关注度越来越大，据统计，我国给水处理厂排泥水年排放总量约为5.5×109m3，约占水厂净水能力的4％-7％，而排泥水的资源化利用率不到20％，造成大量的资源浪费。

另外，传统的给水处理厂，尤其是大中城市的处理水厂一般处理量较大，设施多为砼建筑，存在投资规模大，占地广、运行成本、动力消耗、人工成本都高等问题，而且由于技术及其它很多方面原因制约，处理设备使用寿命短，出水水质不稳定，控制方式落后，操作、维修、日常维护麻烦等问题，且在中小型城镇和农村供水中难以实现。现有的如化学絮凝沉淀器、压力式过滤器等小型净水设备，相较于传统砼建筑水厂，虽节省了部分占地，但仍需较大的占地面积。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种集成式一体化生态水厂，以解决现有的给水处理厂存在的排泥水的资源化利用率低、水厂占地面积大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的技术方案如下：一种集成式一体化生态水厂，包括人工湿地和设置在所述人工湿地的下方的地下水厂主体，所述人工湿地和所述地下水厂主体之间设有防渗层，所述人工湿地包括植被层和基质层，所述植被层内设进水管，并与地下水厂主体的进水管道相连接，所述基质层内设有集水管和集泥管，所述集水管与所述地下水厂主体的排污管相连接，所述集泥管和所述地下水厂主体的排泥管相连接。

根据本实用新型提供的集成式一体化生态水厂，将水厂设计成地下构筑物，不占地面用地，地面以上为人工生态湿地，实现土地合理化利用，解决了现有的给水处理厂存在的投资成本高，占地面积大等问题，人工湿地的植被层内设有进水管，改进水管与地下水厂主体的进水管相连接，通过人工湿地对原水进行初步过滤改善，而且人工湿地系统用于接纳沉淀区定期排放的排泥水及过滤区滤料反洗的反洗废水，作为湿地的基质层，经过腐熟、调质等过程后，为绿色植物提供养料，实现排泥排水的资源化利用，真正做到零排放，同时美化环境。

另外，根据本实用新型上述实施例的集成式一体化生态水厂，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个示例，所述水厂主体包括进水装置、加药装置、集成式一体化净水装置、反洗装置、出水装置及控制装置，所述集成式一体化净水装置分别与所述进水装置、加药装置、反洗装置管路连接，所述控制装置分别与所述进水装置、加药装置、集成式一体化净水装置、反洗装置、出水装置电连接，并控制所述进水装置、加药装置、集成式一体化净水装置、反洗装置、出水装置的开闭。

根据本实用新型的一个示例，所述加药装置包括计量泵、絮凝剂和助凝剂加药装置、预处理加药装置和消毒剂加药装置，所述絮凝剂和助凝剂加药装置与所述计量泵相连接，所述计量泵分别与进水装置和集成式一体化净水装置相连接，所述计量泵将絮凝剂和助凝剂输送至所述集成式一体化净水装置，所述预处理加药装置与所述进水装置相连接，所述消毒剂加药装置与所述集成式一体化净水装置相连接。

根据本实用新型的一个示例，所述加药装置还包括浸湿机构，所述浸湿机构分别与所述絮凝剂和助凝剂加药装置、预处理加药装置相连接，干粉药剂通过所述絮凝剂加药装置、助凝剂加药装置、预处理加药装置进入所述浸湿机构，所述浸湿机构为锥形容器，所述浸湿机构设有进水管和搅拌装置，所述进水管沿锥形容器壁的切向布置。

根据本实用新型的一个示例，所述集成式一体化净水装置包括网格絮凝区、斜管沉淀区、均质过滤区和配水区，所述斜管沉淀区的两侧设有所述网格絮凝区和均质过滤区，所述斜管沉淀区的下方设有所述配水区，所述网格絮凝区设有溢流口和与所述进水装置相连接的进水口，所述斜管沉淀区包括集水槽和设置在所述集水槽下方的蜂窝状斜管，所述配水区连接有所述排泥管，所述均质过滤区内设有均质滤料，所述均质过滤区与所述反洗装置相连接。

根据本实用新型的一个示例，所述网格絮凝区包括多个间隔布设的隔板，每个隔板上设有开孔，相邻所述隔板的开孔交错布设，相邻两个所述隔板围成的格区均与排污管相连接。

根据本实用新型的一个示例，所述均质过滤区包括由上至下设置的过滤水头保护区、过滤区以及配水区，所述过滤水头保护区顶部安装有液位传感器，所述液位传感器与所述控制装置相连接，所述过滤水头保护区的中部安装有分水槽，所述分水槽与所述反洗装置的反冲洗排污管道相连接，所述过滤区包括上层的均值滤料层和下层的滤板滤帽，所述配水区内部设有配水管道、配气管道、反冲洗排污管道和初滤水排放管道。

根据本实用新型的一个示例，所述反洗装置包括反多个离心泵和鼓风机，所述鼓风机和所述离心泵均与所述集成式一体化净水装置相连接。

根据本实用新型的一个示例，所述反洗装置的反洗过程包括依次进行的空气反洗阶段、气水共同反洗阶段和水洗阶段。

根据本实用新型的一个示例，所述进水装置包括与人工湿地层相连接的进水管道、流量计和用于加压进水的提升泵，所述进水管道与所述集成式一体化净水装置相连接，所述流量计实时监测进水流量并将进水流量信息传送至所述控制装置，当进水流量超过预设值时，所述控制装置控制集成式一体化净水装置出水并打开所述加药装置。

以上附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例的集成式一体化生态水厂的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的集成式一体化生态水厂的集成式一体化净水装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的集成式一体化生态水厂的控制装置与其他设备的连接关系示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、植被层；2、基质层；201、集水管；202、集泥管；203、基质层进水管；3、防渗层；4、进水管道；5、集成式一体化净水装置；501、进水口；502、网格絮凝区；503、过水孔；504、斜管沉淀区；505、集水槽；506、蜂窝状斜管；507、均质过滤区；508、均质滤料；509、出水口/反洗进水口；510、反洗排水口；511、反洗气管；512、配水区；513、溢流口；6、空气管；7、加药管；8、排污管；9、排泥管；10、预处理加药装置；11、预处理加药管；12、鼓风机；13、絮凝剂和助凝剂加药装置；14、消毒加药装置；15、消毒剂加药管；16、出水管；17、反洗管；18、离心泵；19、加压离心泵；20、出水输送管；21、集成式一体化净水车间；22、值班室；23、中控室；24、预处理加药间；25、鼓风机房；26、絮凝剂及助凝剂加药间；27、消毒加药间；28、泵房；29、清水池。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

结合附图1-3所示，本实施例提供了一种集成式一体化生态水厂，包括人工湿地和设置在人工湿地的下方的地下水厂主体，人工湿地包括由上至下的植被层1、基质层2和防渗层3，基质层2内设有集水管201和集泥管202，集水管201与地下水厂主体的排污管8相连接，集泥管202和地下水厂主体的排泥管9相连接。地下水厂主体产生的污泥通过排泥管9排至人工湿地中的集泥管9中，反洗废水通过排污管8排放至人工湿地中的集水管8中，作为人工湿地的基质层2，不断积累、腐熟，并进行人工调质，达到一定肥效后，在湿地上种植绿色植被，打造可供观赏的人工生态湿地景观。

具体的，如图1所示，本实施例的水厂主体为多层地下构筑物，处理设备均为集成式、撬装模块化，各构筑物和设备依据功能和特性在不同标高分层垂直分布，地下水厂主体包括负一层分布的集成式一体化净水车间21，值班室22及中控室23；负二层分布的预处理加药间24、鼓风机房25、絮凝剂及助凝剂加药间26、消毒加药间27；负三层(底层)分布的泵房28及清水池29，进水装置、加药装置、集成式一体化净水装置5、反洗装置、出水装置及控制装置对应设置在上述区域内。

本实施例的集成式一体化净水装置5分别与进水装置、加药装置、反洗装置管路连接，控制装置分别与进水装置、加药装置、集成式一体化净水装置、反洗装置、出水装置电连接，并控制进水装置、加药装置、集成式一体化净水装置、反洗装置、出水装置的开闭，进水装置包括与人工湿地的基质层进水管203相连接的进水管道4，即在原水进水之前先通过人工湿地对原水进行初步的过滤改善，这样一来不仅能够提高净水效率，而且还能降低集成式一体化净水设备的能耗。

本实施例的出水装置包括从一体化净水设备到清水池之间的出水管16、阀门、存放处理水的清水池、消毒设备、消毒剂至清水池的管路管件、将处理达标的水进行二次加压的提升泵及出水输送管道阀门等。该系统清水池因防渗防漏要求高，一般建于水厂底层，其他设备均以紧邻清水池为原则进行布置，从而确保出水安全稳定。

具体的，本实施例的加药装置包括计量泵、絮凝剂和助凝剂加药装置13、预处理加药装置10和消毒剂加药装置14，絮凝剂和助凝剂加药装置分布与计量泵(未示出)和加药管7相连接，预处理加药装置10连接有预处理加药管11，消毒剂加药装置14连接有消毒剂加药管15，计量泵分别与进水装置和集成式一体化净水装置5相连接，计量泵将絮凝剂输送至进水装置，并将助凝剂输送至集成式一体化净水装置5，预处理加药装置10与进水装置相连接，消毒剂加药装置14与集成式一体化净水装置相连接。

本实施例的加药装置的加药过程和原理如下：

a、正常状态下原水流经管道混合器时，与絮凝剂混合，絮凝剂在絮凝剂和助凝剂加药装置13内按比例配制完成后，由计量泵通过加药管7送至混合器内，与提升后的原水相混合，混合器通过自身结构的剪切、搅拌作用，使两者混合均匀，然后进入集成式一体化净水装置5中。

b、当原水中含有机物和藻类较多时，采用常规处理工艺出水水质往往不能达标，需对原水先进行预处理，启动预处理加药设备10，通过预处理药剂加药管11在进水管道道4上投加预处理药剂，降低原水浊度、悬浮物及有机物等。

c、当原水浊度较高时，启动助凝剂加药装置13。助凝剂分子链中含有一定量极性基能吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥形成大的絮凝物。因此它加速悬浮液中的粒子的沉降，有非常明显的加快溶液的澄清，促进过滤等效果。具体方式为，根据原水水质按照按比例配制完成后，由计量泵通过加药管道7送至一体化净水设备5的网格絮凝区内，通过各格的网格旋流均匀投加并混合，有效降低原水浊度。

d、经净化后的清水自出水管道16自流进入清水池I中，此时需通过消毒剂投加泵经由消毒管道15在清水池I内投加消毒剂，进一步去除杀死原水中有害微生物，使处理的原水达到生活饮用水的水质标准。处理达标的水经过泵房H内的加压离心泵19的二次加压，由出水管道20输送给用户使用。

有利地，本实施例的加药装置还包括浸湿机构(未示出)，浸湿机构分别与絮凝剂和助凝剂加药装置13、预处理加药装置相连接，干粉药剂通过絮凝剂加药装置、助凝剂加药装置、预处理加药装置进入浸湿机构，浸湿机构为锥形容器，浸湿机构设有进水管和搅拌装置，进水管沿锥形容器壁的切向布置。以上结构有效解决了不同特性干粉投加过程中存在易凝结、不易浸润、使用效率低等诸多问题，具有较强的适应能力，可被大、中、小型水厂广泛采用。

具体的，本实施例的集成式一体化净水装置一般安装于地下一层，紧邻人工湿地，该设备集加药、反应、混凝、沉淀、集水、配水、过滤、反洗、供水等工艺为一体，设备主体采用板框式结构，防腐采用国内最先进的喷锌加表层镀膜深度防腐技术，控制方式采用全自动PLC控制，并配备远程监测控制，实现实时数据采集，确保出水水质达到国家生活饮用水的标准。

结合如图2所示，集成式一体化净水装置5包括网格絮凝区502、斜管沉淀区504、均质过滤区507和配水区512，斜管沉淀区504的两侧设有网格絮凝区502和均质过滤区507，斜管沉淀区504的下方设有配水区512，网格絮凝区502设有溢流口513和与进水装置相连接的进水口501，斜管沉淀区504包括集水槽505和设置在集水槽505下方的蜂窝状斜管506，配水区512连接有排泥管，均质过滤区507内设有均质滤料508，均质过滤区507与反洗装置相连接。

本实施例的集成式一体化净水装置5的絮凝、沉淀、过滤过程详述如下：

a、絮凝：与絮凝剂均匀混合后的原水进入集成式一体化净水装置5的网格絮凝区底部的配水区512，均匀布水；然后缓慢进入网格絮凝区502，该区分为多格，每格接近正方形，格与格之间由孔口连通,网格絮凝区502各格之间的隔板上沿池壁开有过水孔503，孔口位置采用上下左右变换布置，产生旋流及流速梯度，以便进行彻底的混凝反应。各格均有排泥管9穿过，以便排泥和清洗。一般情况下，起点孔口流速为0。9～1。0m/s，末端孔口流速为0。1～0。2m/s。水流流经最后一格后通过穿孔墙进入一体化净水设备的斜管沉淀区504中。

b、沉淀：集成式一体化净水装置5的斜管沉淀区504利用穿孔墙进行均匀配水，随后水流通过设置在斜管沉淀区504的与水平面成60°安装的蜂窝状斜管506，水中的悬浮物、固体物或经投加混凝剂后形成的絮体矾花，依靠重力作用滑至底部的集泥区。采用斜管沉淀，减少水力半径的同时，加大水池过水断面的湿周，因此水流在相同水平流速时，可以极大的降低雷诺数，从而减少蓄流，促进沉淀。另外，加设斜管还可以使颗粒沉淀距离缩短，减少沉淀时间，提高沉淀效率。集泥区采用锥形结构，且每个锥形斗之间设置穿孔排泥管，保证污泥区的污泥能无死角的排出。

c、过滤：斜管沉淀区504内的上清液通过上部的集水槽自流进入石英砂过滤区中。水流自上而下流动经过均质滤料，当水中杂质颗粒尺寸较大时，处于流线中的颗粒会直接碰到滤料表面产生拦截作用；过滤过程中，均质过滤区一直保持恒定液位，滤速保持不变，有利于提高过滤效率。最终清水从出水口/反洗进水口509排出。石英砂过滤区属于深度改进V型滤池，其底部为配水区，中间为石英砂过滤区，上部为过滤水头保护区。配水区512内布置有配水管道、配气管道、反冲洗排污管道、初滤水排放管道，各类管道均有电动阀门控制；石英砂过滤区下层为滤板滤帽，布水阻力小；上层为均质滤料层，滤层选用有效粒径在0.9-1.2mm间、不均匀系数K80≤1.3的均粒石英砂滤料，厚度1200mm，承托层选用2-4mm粒径的砾石，厚度200mm；过滤水头保护区中间位置安装分水槽，与反冲洗排污管道连通。顶部安装液位传感器，检测过滤水头损失，控制反冲洗时间。

d、排泥排水：当一体化净水设备运行一定时间后，电动阀通过中央控制柜所给的信号，对沉入集泥区的絮体污泥进行自动排泥；石英砂过滤区截留悬浮物的能力是有一定限度的，运行一定时间或者石英砂过滤区液位达到反冲洗液位时，滤层表面水头损失增大，液位传感器启动鼓风机12反冲洗水泵18，对滤料进行反冲洗，以去除过滤后滤层中积存的悬浮物，重新恢复滤层的过滤能力。此时沉淀区排放的污泥通过排泥管9排至人工湿地中的集泥管202中，过滤区的反洗废水通过排污管8排放至人工湿地中的集水管201中，作为人工湿地的基质层2，不断积累、腐熟，并进行人工调质，达到一定肥效后，在湿地上种植绿色植被，打造可供观赏的人工生态湿地景观。

集成式一体化设备5进水采用流量计连锁，即在进水管道4上安装的电磁流量计设置流量，当进水流量超过上限时，启动出水电动阀及消毒加药装置。集成式一体化净水装置5网格絮凝区进水设置电动调节型阀，流量计输出4-20mA电流信号由PLC控制电动阀改变进水量，可在中控室设置进水流量定值；斜管沉淀区设置相应台数的排泥开关型阀，可根据上位机设定的排泥周期，控制沉淀区排泥电动阀的开关，进行自动排泥。石英砂滤区设置初滤水排放开关型阀，每次反洗结束后，根据上位机设定的周期，控制初滤水阀的排放的开关。此外，石英砂滤8出水分别设置出水电动调节阀、反洗开关型阀及气动开关型阀，正常运行时电动调节阀根据清水池I内液位计反馈的信号自动调节，使石英砂滤区液位保持恒定水位。设备根据清水池I水位自动启动或者停止，当清水池I水位达到水位下限时，净水设备启动，当清水池水位达到水位上限时，净水设备停止工作。

集成式一体化设备5正常产水时，进水电动阀根据进水电磁流量计反馈信号调节开度，固定进水量。出水电动阀根据清水池I液位信号不断调节开度，使过滤区滤前水维持恒水位，水位反馈由超声波液位计提供。其余阀门关闭。

具体的，本实施例的反洗装置包括反多个离心泵18和鼓风机12，鼓风机12和离心泵18均与集成式一体化净水装置相连接。整套系统包括气洗系统和水洗系统两部分，气洗系统由罗茨鼓风机及配套的阀门管路组成；水系系统由反洗离心泵及配套的阀门管路组成，反洗设备一般安装于最底层或倒数第二层，反洗水泵紧邻清水池，一方面减少噪音污染，同时降低反洗管路费用投入。反洗系统设计采用气水结合的反冲洗方式，先进行空气单独冲洗，再进行气水同时冲洗，后进行水单独冲洗的方式，该方式清洗效果好，能耗低，集成式一体化净水设石英砂滤区反洗时，出水电动阀门全开，石英砂滤区内水位仍不断上升达到反洗液位浮球开关时，PLC接收到反洗开关信号开始反洗程序，具体反洗过程如下：

a、首先关闭一体化净水设备进水电动阀,停止进水。待石英砂滤区水面降至砂层表面以上20cm时,关闭设备出水电动调节阀。

b、出水电动调节阀关到位后,停止过滤,开启反洗排污阀。

c、空气反冲洗:开启一台鼓风机12,1s后开启进气电动阀,进行单独气洗。

d、气水共同反冲洗:开启一台反洗水泵18,同时全部开启出水电动调节阀,进行气水共同反洗。

e、单独水洗：气水共洗结束后关闭进气阀，关闭鼓风机12。再开启第二台反洗泵18，开始单独水洗。最后关闭出水电动调节阀、反洗排污电动阀。

f、初滤排放：反洗结束重新进水后，出水电动调节蝶阀暂时关闭，待待滤水上升到砂面以上20cm后首先开启初滤水排放电动阀，排放一段时间后后关闭排放阀，开启出水电动调节阀进行正常产水。

当水厂有多台集成式一体化净水装置5同时运行时，一台设备反洗时，另外的设备仍按照正常程序正常产水，当反洗结束后首先进入待机状态，依照设定程序再投入生产。

具体的，本实施例的控制装置的控制方式采用基于485总线的DCS分散控制方式，各个子系统内部的过程控制采用闭环控制方式。依据控制设备的分类，一般防水、防爆要求较高的控制柜、配电柜等至于专门的配电室B中，工控机、大屏幕等监控设备安装于中控室C内，便于随时监控。控制系统设备除与其他子系统设备成套安装的以外，其它的一般置于最顶层，确保安全运行，实时监控。整个水厂在控制过程中，以集成式一体化净水装置为核心，其他子系统均围绕其运行来设置。更具体的来说：集成式一体化净水装置5采用主从站分级控制的方式，主控柜主要用于各分站控制柜的汇总，分站控制柜主要来控制工作水泵设备与液位的联锁控制及电动阀启动顺序。控制装置还能将各个设备的图标均在信息中心计算机显示器上显示，同时可通过鼠标点动图标的形式控制现场设备的启停；可在上位机设置所有液位、开启时间等参数，阀门的开启、关闭时间，反洗持续时间，间隔都可在报表记录里查询。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，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包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。