申请日2006.11.14
公开(公告)日2007.06.06
IPC分类号B08B3/12
摘要
一种利用超声波清洗水处理池中沉降设备的方法及系统，该系统包括设置在水处理池中的运动承载装置和安装在该运动承载装置上的超声波发射装置，该运动承载装置包括运行轨道、架设其上的运动车体、驱动装置和车体位置检测和控制装置;工作时，先设置超声波的功率和发射频率，启动其开始工作，发射超声波;然后利用运动承载装置带动该超声波发射装置以潜水方式在沉降设备所在区域的上方做往复的扫描移动，使超声波经水体均匀地发射到斜管或波纹板表面。达到设定的扫描次数或时间后结束本周期清洗，据需要停止或开始下一周期运行。本发明效果大大优于人工高压水冲洗，可有效减少后序砂滤池的反冲洗次数，降低水耗、药耗和人力，从而有效降低制水成本。
权利要求书
1、一种利用超声波清洗水处理池中沉降设备的方法，包括以下步骤：
(a)设置超声波的功率和发射频率，启动其开始工作，发射超声波;
(b)利用运动承载装置带动该超声波发射装置以潜水方式在沉降设备 所在区域的上方做往复的扫描移动，使超声波经水体均匀地发射到斜管或波 纹板表面。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述水处理池中的沉降设备为机械加速澄清池中的斜管或者平流沉淀 池中的波纹板。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤(a)中，将超声波的功率设置为0.01-0.5W/cm2。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤(a)中，将超声波的发射频率设置为18-40KHZ。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于：
达到设定的扫描次数或时间后结束本周期清洗，据需要停止或开始下一 周期运行。
6、一种利用超声波清洗水处理池中沉降设备的系统，其特征在于，该 系统包括设置在水处理池中的运动承载装置和安装在该运动承载装置上的 超声波发射装置，该运动承载装置进一步包括：安装在水处理池中的运行轨 道;架设在该运行轨道上的运动车体;带动该运动车体在该运行轨道上运动 的驱动装置;以及检测所述车体位置并根据检测结果控制所述驱动装置运行 方向的车体位置检测和控制装置。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述水处理池为机械加速澄清池或平流沉淀池。
8、如权利要求6所述的系统，其特征在于：
所述运行轨道由架设在圆形的水处理池中的，同心的一内圈运行轨道和 一外圈运行轨道组成，或者，所述运行轨道由架设在矩形的水处理 池两相对 侧壁上的两条运动轨道组成。
9、如权利要求6所述的系统，其特征在于：
所述运动车体通过滚轮配合架设在运行轨道上，驱动装置为电机，用于 驱动该运动车体沿着该运行轨道和/或驱动该超声波发射装置沿该运动车体 移动，所述车体位置检测和控制装置包括位置传感元件和电机控制器，所述 位置传感元件装设在至少一条运行轨道和/或运动车体的两端，在检测到车 体和/或超声波发射装置运行到达该位置时，向相应的电机控制器发送信号， 以控制所述车体变换运行方向，使车体在运行轨道和/或运动车体上做往复 的扫描运动。
10、如权利要求6所述的系统，其特征在于：
所述超声波发射装置为一密闭盒体，盒体内按直线方向排列一定数量的 超声波换能器。
说明书
利用超声波清洗水处理池中沉降设备的方法和系统
技术领域
本发明涉及水处理技术和设备，尤其涉及一种水处理池中沉降设备的处 理工艺和沉积泥的清洗方法及其系统。
背景技术
在水处理工程中，机械加速澄清池中的斜管及平流沉淀池中的波纹板的 作用是：利用其特殊的流体力学特性，使得含有活性污泥的污水沿斜管或波 纹板按特定设计的缝隙空间缓慢上升，在上升过程中，逐步吸附经过加药处 理的水中杂质，当其密度大于水并足以克服上升水流的托举作用时，就会沿 斜管或波纹管斜坡表面或缝隙缓慢沉降，并下滑流入底部的污泥收集池中， 被澄清的水沿斜管或波纹板特定设计的缝隙空间缓慢上升至集水槽流走，从 而达到清水和浑浊沉淀物分离的目的，见图1所示的澄清池中的斜管及平流 沉淀池中的波纹板的澄清原理。
无论是任何材料制作的斜管还是波纹板，其摩擦系数都不可能为零，因 此在使用过程中都存在着逐渐堵塞的问题。以机械加速澄清池中的斜管为 例，使用一段时间后，由于每根斜管表面上污泥沉降的不均匀，特别是到春、 夏季日照充足，水中藻类大量繁殖时，因繁殖的藻类附着在斜管表面而增大 斜管的磨擦系数，降低污泥在斜管表面沉积后的流动性能，破坏了斜管的流 体力学特性。使斜管表面沉积的污泥逐渐积累过多而不能下滑，斜管内缓慢 的上升水流空间渐渐被污泥和水藻堵塞。
这种堵塞现象是一种逐渐的发展的过程，由于在总的水处理量不变的情 况下，局部斜管堵塞，势必增大了其余斜管内单位面积上缓慢上升水流的流 速，改变了其流体力学特性。当流速大到某一极限时(一般设计为2毫米/ 秒-3.0毫米/秒)，破坏了清水和污泥澄清分离所需要的条件。单位面积内 流速增大的水流，最终将密度只略略大于水的絮凝物和沉积在斜管或波纹板 上的污泥从斜管内或缝隙向上反冲上来。形成絮凝物上浮与清水混合的“翻 池”现象。并流入应是收集清水的集水槽流至下一级滤池，使澄清池完全失 去了本身应该起到的水、泥分离，从而澄清水质的作用，可参见图2澄清池 中的斜管及平流沉淀池中的波纹板被堵塞的过程。
以机械加速澄清池为例，经过多年的观察与研究，得出如下结论，同时 参见图3示出的机械加速澄清池的水处理能力与斜管(或波纹板)的堵塞程 度的关系。如图所示，机械加速澄清池的水处理能力与斜管(或波纹板)的 堵塞程度成反比，即斜管(或波纹板)的堵塞率越高，其水处理能力越低。 随着机械加速澄清池运行时间的延长，斜管(或波纹板)堵塞率不断增高， 而其处理能力则不断降低;因此为了保证机械加速澄清池的出水水质，只能 不断的减小处理水量，因此，机械加速澄清池一般都运行在设计能力以内， 而且处理能力是逐步减小;很多机械加速澄清池的实际运行状况大大低于设 计能力，就是其阀值不断降低的结果;这里所说的阀值，即表1上面所标示 的两条斜线的交叉点。而为了保证出水水质，一般将水量控制在略低于阀值。
如果水量高于阀值，即斜管(或波纹板)中水的上升流速超过设计流速 (一般为超过2毫米/秒～3.0毫米/秒)，此时斜管中的絮凝物质即会大量溢 出斜管表面，机械加速澄清池即失去澄清作用，而且含有大量絮凝物质的水 通过集水槽流向后序的滤池，将给滤池造成极大的压力，过滤用滤料间的孔 隙将很快被堵塞。此时只有对滤池及时进行反冲洗并减小机械加速澄清池的 水量才能解决上述问题，而这一过程又要消耗大量的水。通过长期观察，我 们发现，机械加速澄清池的水处理能力的阀值是一个变量，影响它的因素很 多，如温度、水质、水量等等。最关键的一点就是斜管(或波纹板)的堵塞 率。
在实际运行中，为了最大限度的保证机械加速澄清池的水处理能力，一 般都将其工作点(处理水量)调整到略低于阀值，以絮凝物质不溢出斜管表 面为准，但此时机械加速澄清池的实际处理能力已经低于设计处理能力，随 着运行时间的延长，其实际处理能力将进一步下降，所以在运行过程中水量 即使不发生变化，但是由于阀值的不断降低，也会有大量的絮凝物质从斜管 中溢出，这也是造成机械加速澄清池不能长期稳定运行的根本原因。总而言 之，由于机械加速澄清池设计结构上固有的缺陷，给水处理工艺方面的管理 带来很大困难。从世界第一座机械加速澄清池运行开始，这个问题一直没有 得到解决。
对于堵塞率的测量，我国多为人工检查调试，往往给运行值班人员造成 很大的工作压力，尤其在夜间照明不好的情况下，即使发生水量超过阀值的 情况也不容易被及时发现。从而造成大量水和药的浪费。国外发达国家的监 测与控制水平虽然比我们高很多，但至今也没有理想的办法从根本上解决上 述问题。
当出现以上现象，水处理能力降低到一定程度时，为了保证水处理能力， 通常的做法是停产将水全部放掉，用高压水枪逐根对斜管进行冲洗，将堵塞 的污泥及藻类完全冲净，再恢复生产。冲洗周期多则十几天，少则六七天。 每次冲洗都要将大量加过药的原水白白放掉，冲洗过程中还要用掉一定数量 的出厂水，浪费巨大。据统计，一般地表水厂生产过程中的自耗水达到15% 左右，由于上述问题产生的自耗水保守估计也应在3～5%左右甚至更多，由 于机械加速澄清池处于制水工艺的第一环节，如果它的出水水质不能保证， 势必给下一道水处理工艺造成极大的压力，这就是地表水厂制水工艺中的一 个“瓶颈”。搞水处理的业内人士对此均深有体会。
人工冲洗的方法除了要耗费大量的人力物力外，也不能保证彻底冲洗干 净，总要留下一些死角冲洗不到，降低了斜管或波纹板的有效过水面积。此 外，如不进行频繁的停产冲洗，由于积泥过于沉重，必然加速斜管与波纹板 的老化与损坏，导致承托斜管和波纹板的桁架被积泥压垮。而由于工作人员 冲洗时在斜管上面不停走动，也会在斜管表面造成一定程度的形变，从而缩 短了斜管的使用寿命，加剧了斜管的堵塞。
综上所述，机械加速澄清池、平流沉淀池这些水处理池中沉降设备的积 泥逐渐堵塞问题，成了长期以来困扰供水企业的一大难题，也是每一个地表 水厂水处理工艺过程中的“瓶颈”。为了解决沉积污泥逐渐堵塞斜管(或波 纹板)的问题，人们也曾想了很多办法，例如将玻璃钢材料的斜管换成乙丙 共聚材料的，希望通过减小磨擦力来加速积泥的下滑等等，但效果均不理想， 供水杂志上也有一些文章对此问题作了研究，但真正可行的技术方案至今尚 未发现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用超声波技术清洗水处理池中 的沉降设备的方法和系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用超声波清洗水处理池中 沉降设备的方法，包括以下步骤：
(a)设置超声波的功率和发射频率，启动其开始工作，发射超声波;
(b)利用运动承载装置带动该超声波发射装置以潜水方式在沉降设备 所在区域的上方做往复的扫描移动，使超声波经水体均匀地发射到斜管或波 纹板表面。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：
所述水处理池中的沉降设备为机械加速澄清池中的斜管或者平流沉淀 池中的波纹板。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：
所述步骤(a)中，将超声波的功率设置为0.01-0.1W/cm2。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：
所述步骤(a)中，将超声波的发射频率设置为18-40KHZ。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：
达到设定的扫描次数或时间后结束本周期清洗，据需要停止或开始下一 周期运行。
本发明提供的利用超声波清洗水处理池中沉降设备的系统包括设置在 水处理池中的运动承载装置和安装在该运动承载装置上的超声波发射装置， 该运动承载装置进一步包括：安装在水处理池中的运行轨道;架设在该运行 轨道上的运动车体;带动该运动车体在该运行轨道上运动的驱动装置;以及 检测所述车体位置并根据检测结果控制所述驱动装置运行方向的车体位置 检测和控制装置。
进一步地，上述系统还可具有以下特点：
所述水处理池为机械加速澄清池或平流沉淀池。
进一步地，上述系统还可具有以下特点：
所述运行轨道由架设在圆形的水处理池中的，同心的一内圈运行轨道和 一外圈运行轨道组成，或者，所述运行轨道由架设在矩形的水处理池两相对 侧壁上的两条运动轨道组成。
进一步地，上述系统还可具有以下特点：
所述运动车体通过滚轮配合架设在运行轨道上，驱动装置为电机，用于 驱动该运动车体沿着该运行轨道和/或驱动该超声波发射装置沿该运动车体 移动，所述车体位置检测和控制装置包括位置传感元件和电机控制器，所述 位置传感元件装设在至少一条运行轨道和/或运动车体的两端，在检测到车 体和/或超声波发射装置运行到达该位置时，向相应的电机控制器发送信号， 以控制所述车体变换运行方向，使车体在运行轨道和/或运动车体上做往复 的扫描运动。
进一步地，上述系统还可具有以下特点：
所述超声波发射装置为一密闭盒体，盒体内按直线方向排列一定数量的 超声波换能器。
综上所述，本发明利用超声波在水中空化气泡破裂产生的微振动技术不 停产清洗水处理池中的斜管和波纹板的方法的作用是明显的，其效果大大优 于人工高压水冲洗，并且没有死角。能够为机械加速澄清池长期稳定运行提 供必要的条件，并有效减少后序砂滤池的反冲洗次数。使用本发明方法，可 以降低水耗，药耗和人力，延长斜管的使用寿命，从而有效的降低制水成本。 有了这项技术工艺，人工高压水表冲洗这一费时、费力、费水的繁杂工艺将 成为历史。
本发明解决了长期以来一直困扰供水企业的一大难题，必将产生巨大的 经济效益和社会效益，在我国乃至世界上水资源日益匮乏的今天，这显得尤 为重要，有极大的推广价值。