專利名稱：水處理設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水處理設備，特別涉及一種使用一簡單小型設備而不用氧化劑或絮凝劑能夠通過氧化處理地下水中的水溶物質如鐵和錳從而使它們不溶于水的水處理設備。
背景技術：
地下水用來作為自來水的未凈化水，也用于需要大量水的工業(yè)如食品、軟飲料、飲料，染料工業(yè)和公共浴室。在這些工業(yè)中，地下水中所含的鐵和錳的含量已經產生了問題。雖然鐵和錳是人體所需的物質，但是這些物質的含量超過一定量時，會使水有金屬味并將水變成紅色或黑色的水，從而使水不適合飲用并在這些工業(yè)中引起各種各樣的麻煩。還有在建筑工業(yè)中的基礎工程中，在基礎工程開始前從基礎位置除去地下水是必不可少的。如果地下水中含有大量的鐵和錳，在將地下水排放到排水裝置中前必須從地下水中除去鐵和錳，因為法律上不允許不經任何處理就將那樣的地下水排放到排水系統(tǒng)中。
在用于除去鐵或錳的目前主流的傳統(tǒng)水處理設備中，向未凈化的水中添加氧化劑如次氯酸鈉或絮凝劑如多鋁化氯(poly-aluminiumchloride)以氧化溶解在未凈化水中的鐵或錳從而將其轉變成不溶于水的氧化鐵或氧化錳，通過過濾沙過濾未凈化水而濾除氧化鐵或氧化錳。
然而，在要求添加氧化劑或絮凝劑的傳統(tǒng)的水處理設備中，在設備中要消耗相當大量的氧化劑或絮凝劑，因此這些氧化劑或絮凝劑的成本巨大。
還有，由于用作氧化劑的次氯酸在鐵和錳的氧化處理后留在水中，產生一種致癌物質三鹵甲烷。為了除去三鹵甲烷，水必須通過一個活性碳層進一步過濾，這增加了水處理的成本。如果由于經濟原因省略那樣的活性碳層的設置，必須經常分析過濾后的水以防止由于添加過量的氧化劑而引起的三鹵甲烷的產生，有必要的話，必須控制氧化劑的添加量。這種方法除了購買氧化劑的成本外還要求高成本的維護。
另外，傳統(tǒng)的水處理設備通常是一個包括充氣罐、絮凝罐、沉淀罐、沙濾塔、鐵錳消除塔和化學試劑罐的傳統(tǒng)的水處理設備，該系統(tǒng)需要大的安裝空間。將那種設備安裝在有限空間的位置如街區(qū)是不可能的。
還有，用于這種需要添加氧化劑的水處理設備的過濾沙被積累的雜質阻塞，因而需要不時更換。準備廢棄的用過的沙子必須作為工業(yè)廢物處理，因為它含有化學試劑，而法律和規(guī)章嚴格限制能夠廢棄沙子的地方。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠通過氧化處理地下水中的水溶物質如鐵和錳的、使用一簡單小型設備而不用氧化劑或絮凝劑從而使它們不溶于水的水處理設備。

發(fā)明內容
為了達到上述發(fā)明目的，提供一種水處理設備，該設備包括一個未凈化水供給管；一個或多個噴咀，每個噴咀的一個端部與未凈化水供給管相連，另一個端部有一個用于在噴射流中吹出未凈化水的未凈化水噴射出口；與上述一個或多個噴咀相應地設置的一個或多個空氣導管，每個空氣導管的一個端部通向空氣中，另一個端部通向未凈化水噴射出口上游的一個相應的噴咀的內部；一個含有過濾層的過濾容器，過濾層的上表面設置在噴咀的下面，距噴咀的未凈化水噴射出口有一預定距離；設置在過濾容器內用于取出已經通過過濾層過濾的水的濾過水出口。
根據本發(fā)明，通過一端與未凈化水供給管連通的噴咀和將空氣從通向噴咀內部的空氣導管導入噴咀內而將未凈化水轉變成噴射水流，該噴射流空氣被引入到噴射水流中并變成大量的小氣泡。含有大量氣泡的噴射水流從未凈化水噴射出口被吹出并撞擊在設置于未凈化水噴射出口下面的過濾層上面的水表面上，由此在過濾層上面的水中和過濾層的表面上均產生強烈的通風。通過這種通風的功效，含在水中的可溶于水的物質如鐵和錳被氧化并因此轉變成不溶于水的物質，這種物質形成絮狀物或沉淀物并被捕捉到過濾材料如構成過濾層的過濾沙的粒子的表面上。通過過濾層已經從中除去不溶于水的物質和其它異物的被濾過的水從濾過水出口被取出。
因此，未凈化水中的鐵、錳和其它溶于水的物質可以通過一個簡單緊湊的設備不使用化學物質如氧化劑或絮凝劑而變成不溶于水的物質并因而被濾除。
而且，由于作為通風的結果，被濾過的水含有相當大量的溶于水的氧氣，通過將一已知的低速過濾裝置連接到本發(fā)明水處理設備的下游側，在低速過濾裝置的過濾層中繁殖的需氧鐵細菌的繁殖被增強，因此能夠提高該低速過濾裝置的除鐵效率。
而且，根據本發(fā)明，安裝本發(fā)明的水處理設備所需的空間僅主要是用于安裝過濾容器的空間，因此所需空間會大大地小于安裝傳統(tǒng)的水處理設備所需空間。這樣，本發(fā)明的水處理設備可以容易地安裝在街區(qū)中的有限空間的位置上。
另外，在廢棄過濾沙廢物的情形中，沒有必要將其作為工業(yè)廢物來處理，從而沒有廢棄的地點限制。
按照本發(fā)明的一個方面，提供一種水處理設備，該設備包括一個未凈化水供給管；一個或多個噴咀，每個噴咀的一個端部與未凈化水供給管連通，另一個端部有一個用于在噴射流中吹出未凈化水的未凈化水噴射出口；與上述一個或多個噴咀相應地設置的一個或多個氣體導管，導管的一個端部連接到氣體供給源上，另一個端部通向未凈化水噴射出口上游的一個相應的噴咀的內部；一個含有過濾層的過濾容器，過濾層的上表面設置在噴咀的下面，距噴咀的未凈化水噴射出口有一預定距離；設置在過濾容器內用于取出已經通過過濾層過濾的水的濾過水出口。
根據本發(fā)明的所述方面，氣體導管被連接到氣體供給源如氣泵或空氣壓縮機上，這樣從氣體供給源上不僅能夠供給空氣也能夠供給其它所希望的氣體如氮氣或臭氧。這樣能夠根據要濾除的物質的特性而選擇所希望的氣體種類。這樣也能夠使空氣或其它氣體的流速被控制在一個過濾用的最佳值。
當上述過濾操作繼續(xù)時，隨著時間的流逝，氧化物質的絮狀物和其它異物被積累在過濾層的表面。結果過濾層的表面被這些絮狀物和異物阻塞，由此降低了過濾層的過濾功能。在本發(fā)明的另一方面中，水處理設備包括用于使未凈化水供給管在平行于過濾層表面的平面內往復運動的機構，因此，通過在水表面被調整到稍高于過濾層表面的水位的狀態(tài)下操作該機構使未凈化水供給管在平行于過濾層表面的平面內往復運動，從未凈化水噴射出口被吹出的含有大量氣泡的噴射水流被強烈地撞擊在被絮狀物等阻塞的過濾層的表面上，結果過濾層的整個表面部分被翻轉過來，由此使帶有絮狀物等的過濾層的表面的被阻塞狀態(tài)得以消除，恢復了過濾層的過濾功能。
按照本發(fā)明的另一方面，水處理設備還包括設置在噴咀的未凈化水噴射出口和過濾層表面之間的擋板。從噴咀的未凈化水噴射出口被吹出的噴射水流被擋板進一步攪動而增強了通風。
按照本發(fā)明的又一方面，水處理設備還包括由平板篩制成的、設置在過濾層底部的、用于支承過濾層的過濾層支座；設置在過濾層支座下面用于反洗過濾層的反洗管；和設置在過濾容器中的反洗水出口。
根據本發(fā)明的所述方面，當過濾層的表面被大量覆蓋氧化物質的絮狀物和異物時，向過濾容器的未凈化水的供給被暫時停止，引起反洗水從反洗水管通過過濾層支座向上流動。覆蓋過濾層表面的絮狀物和異物被移走并從反洗水出口取出。平板篩用于使反洗水以均衡的逆流方式從過濾層的底面穿過整個過濾層流動。


圖1為基于本發(fā)明的過濾容器的側壁的一部分被移走的水處理設備的實施例的透視圖。
圖2為噴咀和空氣導管的放大截面圖。
圖3為用于使未凈化水供給管往復運動的機構的截面圖。
圖4為未凈化水供給管的導向機構的截面圖。
圖5為基于本發(fā)明的水處理設備的另一實施例的透視圖。
圖6為本實施例的噴咀和氣體導管的放大截面圖。
本發(fā)明的最佳實施方式現參考圖1～圖4對本發(fā)明的一個實施例進行說明。
一種水處理設備1作為其主要部件包括含有過濾層2的過濾容器3、未凈化水供給管4、噴咀5和空氣導管6。
由例如鋼管構成的用于把要過濾的未凈化水如地下水或河水供給到過濾容器3的未凈化水供給管4通過橡膠軟管8連接到供水泵7上。通過貯水槽從未凈化水的水源向供水泵7供給未凈化水，如果需要，供水泵7以預定的流速向未凈化水供給管4供給未凈化水。
未凈化水供給管4以在平行于過濾層2的表面的平面內延伸的方式被設置在過濾容器3的一個端部的上方。
以從未凈化水供給管4向下分叉的方式設置一個或多個(本圖示例中為6個)噴咀5。如圖2所示，每個噴咀5的上游末端5a以噴咀5的內部與未凈化水供給管4連通的方式被裝配在未凈化水供給管4內。在噴咀5的下游末端形成未凈化水噴射出口5b，該出口在噴射水流中吹出未凈化水。該噴咀5的優(yōu)選內徑為3mm～6mm。
在各噴咀5中一對一地設置一個或多個(本圖示例中為6個)空氣導管6。如圖2所示，每個空氣導管6的上游末端部分6a從噴咀5向上傾斜地突出且其內部通向空氣中。下游末端6b通向未凈化水噴射出口5b上游的噴咀5的內部。該空氣導管6的優(yōu)選內徑為2mm～4mm。
在過濾容器3中設置有過濾層2，其上表面位于噴咀5的下面且距離未凈化水噴射出口5b有一預定距離(如，約35cm)。過濾層2由具有均勻粒徑的過濾沙構成，功能在于通過捕集從噴咀5作為噴射流供給的未凈化水中的被氧化物質和其它異物的絮狀物而過濾未凈化水。過濾容器3中的未凈化水的流速即過濾速度根據目標異物的過濾程度(即濾出水中異物的允許濃度)而不同。對于鐵和錳的標準過濾而言，優(yōu)選過濾速度為每分鐘8cm或以下。
由例如鋼板制成的擋板13設置在噴咀5的未凈化水噴射出口5b和過濾層2的表面之間，并使擋板13與未凈化水供給管4平行地延伸且配置在未凈化水噴射出口5b的下面。擋板13的兩個縱向端部通過例如焊接固定在側壁3a、3b的內壁表面上。作為例子，如果從過濾容器3的水表面到過濾層2的表面的水深為30cm，而噴咀5的未凈化水噴射出口5b到水表面的距離為5cm，那么擋板13離水表面的優(yōu)選深度為約5cm(即，距未凈化水噴射出口5b的距離為約10cm)。
由平板篩(本圖示例中為V形金屬線篩)構成的過濾層支座14被設置在距過濾容器3的底部預定高度處，用于支承過濾層2整體。在圖示例中，V形金屬線篩被這樣配置，使得用其平的表面14a來支承過濾層2，且V形金屬線篩的槽14b的寬度向其下端增大。一個反洗管15被設置在過濾容器3的下部空間16內，在過濾層支座14的下面，用于反洗過濾層2。反洗管15形成大量的面向過濾層支座14開口的反洗水噴射出口15a。反洗管15連接到沒有圖示的反洗水供給源上。
在過濾層2的下游可設置一泵，從而水被泵強制抽吸以提高過濾效率。
通過采用由平板篩所構成的過濾層支座14支承過濾層2，可以消除傳統(tǒng)水處理設備所需的那種通常由沙子的三個沙層所構成的支承結構，即，從上到下順序為小粒沙、中粒沙、大粒沙。因此，能夠簡化過濾容器的設計。
一個用于 取出已經通過過濾層2過濾的水的濾過水出口17被設置在面向過濾容器3的下部空間16的過濾容器3的側壁3c上。在過濾容器3的一個端部(本圖示例中在右端部)設置一個溢流槽18，并使其上邊緣位于過濾層2的表面的稍上一點。溢流槽18的一端由過濾容器3的側壁3b關閉，溢流槽18的另一端由蓋子19關閉。當未凈化水被過濾時，溢流槽18的蓋子19被關閉，而在反洗過程期間被打開，以行使作為反洗水出口的功能。
可以采用一種已知的裝置作為反洗裝置，例如，一種當檢測到過濾容器3的水位超過預定水位時會自動啟動反洗操作的裝置。
在本實施例中，用于使未凈化水供給管4在平行于過濾層2表面的平面內往復運動的未凈化水供給管往復運動機構20由螺紋盒21、絲杠22、用于驅動絲杠22的包含馬達和減速齒輪的絲杠驅動裝置23組成。絲杠驅動裝置23被固定在過濾容器3的側壁3d上。如放大的圖3所示，螺紋盒21在其中央部分有螺紋孔21a并通過安裝件24固定在未凈化水供給管4上，安裝件24通過適當方式如焊接被固定到管4上并使螺紋孔21a的軸向與未凈化水供給管4的軸向正交。
與螺紋盒21的螺紋孔21a螺紋嚙合的絲杠22在與未凈化水供給管4正交的方向上延伸并由固定于過濾容器3的側壁3c、3d上的軸承25、26支承。側壁3d側上的絲杠22的末端穿過側壁3d一直延伸到過濾容器3的外部并連接到絲杠驅動裝置23上，從而通過絲杠驅動裝置23驅動絲杠22并使其旋轉。因此，通過操作絲杠驅動裝置23，使絲杠22旋轉，從而使被固定在螺紋盒21上的未凈化水供給管4沿圖3中的箭頭A方向移動。當絲杠驅動裝置23的馬達反轉時，未凈化水供給管4沿圖3中的箭頭B方向移動。
為了以平滑穩(wěn)定的方式進行未凈化水供給管4的往復運動，在本實施例中，如放大的圖4所示，輥28在過濾容器3的側壁3a、3b上的位置中通過安裝件27被固定到未凈化水供給管4上，側壁3a、3b的上端部分有引導旋轉輥28的導向槽29。為了以平穩(wěn)方式進行未凈化水供給管4的往復運動，也可以采用其它方式，例如一對絲杠。
下面將對上述實施例的水處理設備的操作進行說明。
在未凈化水的過濾期間，將未凈化水從供水泵7通過未凈化水供給管4供給到噴咀5而使過濾層2的表面上方的水深維持在如30cm。通過將噴咀5內的水的流速設定在如1.5L/min到3L/min，使未凈化水以噴射水流方式流動。而空氣以如0.5L/min到1L/min的流速從通向噴咀5內部的空氣導管6被引入噴咀5中。空氣以大量的小氣泡形式被引入到噴射水流中，然后含有氣泡的噴射水流從噴咀5的噴射出口5b被吹出并撞擊在過濾層2的水表面上，從而在水表面上和過濾層2上產生強烈的通風。擋板13增強了這種通風。利用這種通風的功效，溶于水的物質如鐵和錳被氧化從而被轉化成不溶于水的物質，該不溶于水的物質形成絮狀物或沉淀物且被構成過濾層2的過濾沙的粒子表面捕集。已被過濾層2除去不溶于水的物質和其它異物的濾過水從濾過水出口17被取出。
當繼續(xù)上述過濾操作時，隨著時間的流逝，氧化物質的絮狀物和其它異物被積累在過濾層2的表面。過濾層2的表面由于這些絮狀物和異物的覆蓋而阻塞，結果，降低了過濾層2的過濾功能。
在這種情況下，如圖3中所示，當供給未凈化水和空氣使水位被調整在例如高于過濾層2的表面10cm時，未凈化水供給管往復運動機構20被啟動而使未凈化水供給管4在與過濾層2的表面相平行的平面內往復運動。因為通過該操作，從未凈化水噴射出口5b被吹出的含有大量氣泡的噴射水流被強烈地撞擊在過濾層2的阻塞表面上，所以過濾層2的整個表面被翻轉過來，從而消除了過濾層2的表面的阻塞狀態(tài)，使過濾層2恢復了其過濾功能。
當氧化物質的絮狀物和其它異物被積累在過濾層2的表面上而達到一定程度，以至于未凈化水供給管往復運動機構20的啟動所引起的過濾層2的表面的翻轉也不足以完全恢復過濾功能時，對過濾容器3的未凈化水的供給被暫時停止以將過濾層2的表面上的水位降到零，形成反洗水出口的溢流槽18的蓋子19被打開，導致反洗水從反洗水管15通過過濾層支座14向上流動。從而覆蓋過濾層2的絮狀物和異物被移走并從反洗水出口19被取出。
在上述實施例中，未凈化水供給管往復運動機構20具有絲杠機構。未凈化水供給管往復運動機構并不僅限于此，也可以由其它機構如鏈傳動機構組成。
作為一個實際例子，本發(fā)明的上述實施例被用來過濾從日本櫪木縣佐野市所收集來的地下水。表1中所示為地下水中鐵和錳的濃度變化。
表1過濾前(mg/l) 過濾后(mg/l)鐵 18 0.6錳 2.01.7參考圖5和圖6對本發(fā)明的另一實施例進行說明。在該實施例中，與前述實施例相同的部件用同一參考符號表示并省略其說明。
一種水處理設備1作為其主要部件包括含有過濾層2的過濾容器3、未凈化水供給管4、噴咀5和氣體導管36。
由例如鋼管構成的用于供給要過濾的未凈化水如地下水或河水的未凈化水供給管4通過橡膠軟管8連接到供水泵7上。通過貯水槽從未凈化水的水源向供水泵7供給未凈化水，如果需要，供水泵7以預定的流速向未凈化水供給管4供給未凈化水。
以從未凈化水供給管4向下分叉的方式設置一個或多個(本圖示例中為6個)噴咀5。
空氣供給管9與未凈化水供給管4平行地延伸在過濾容器3上面的平面內并通過安裝件10固定到未凈化水供給管4上?？諝夤┙o管9通過橡膠軟管11連接到空氣供給源12如供給空氣的空氣泵或空氣壓縮機上，或連接到供給氣體如氮氣或臭氧的氣體供給源12上。
以從空氣供給管9分叉的方式設置一個或多個(本圖示例中為6個)空氣導管36。如圖6所示那樣，每個空氣導管36的上游側端部36a以空氣導管36的內部與氣體供給管9連通的方式被安裝在空氣供給管9中，而氣體導管36的下游側端部36b通向未凈化水噴射出口5b上游的的噴咀5內部?？諝鈱Ч?6的優(yōu)選內徑為2mm～4mm。
在本實施例中，氣體供給管和氣體導管被設置在未凈化水供給管和噴咀的外側?；蛘呤?，空氣供給管和空氣導管還可以設置在未凈化水供給管和噴咀的內側。
根據該實施例，從氣體供給源不僅可以供給空氣而且還可以供給所希望的氣體如氮氣或臭氧，從而可根據待濾除的物質的特性而選擇最適宜的氣體。而且，還可根據過濾的目標將空氣或其它氣體的流速控制在最佳值。
工業(yè)上的可應用性本發(fā)明的水處理設備可用于過濾未凈化水如地下水、河水、湖水、從農田和山脈流出的水中的各種漂浮物質，包括通過氧化處理此類未凈化水中的溶于水的物質如鐵和錳而使其不溶于水并將其過濾。該水處理設備也可用于處理濁水，如含有紅土的水和各種不使用化學物質的臟水。
權利要求
1.一種水處理設備，包括一個未凈化水供給管；一個或多個噴嘴，每個噴咀的一個端部與未凈化水供給管連通，另一個端部有一個用于在噴射流中吹出未凈化水的未凈化水噴射出口；與上述一個或多個噴咀相應地設置的一個或多個空氣導管，每個導管的一個端部通向大氣，另一個端部通向未凈化水噴射出口上游的一個相應的噴咀的內部；一個包含一過濾層的過濾容器，該過濾層的上表面設置在該噴咀的下面，距該噴咀的未凈化水噴射出口有一預定距離；設置在該過濾容器內用于取出已通過過濾層過濾的水的濾過水出口。
2.如權利要求1所述的水處理設備，其特征在于還包括用于使未凈化水供應管在平行于該過濾層表面的平面內往復運動的機構。
3.如權利要求1所述的水處理設備，其特征在于還包括設置在該噴咀的未凈化水噴射出口和該過濾層表面之間的擋板。
4.如權利要求1所述的水處理設備，其特征在于還包括由平板篩制成、設置在該過濾層底部、用于支承該過濾層的過濾層支座；設置在該過濾層支座下面用于反洗該過濾層的反洗管；和設置在該過濾容器中的反洗水出口。
5.一種水處理設備，包括一個未凈化水供給管；一個或多個噴咀，每個噴咀的一個端部與未凈化水供給管連通，另一個端部有一個用于在噴射流中吹出未凈化水的未凈化水噴射出口；與上述一個或多個噴咀相應地設置的一個或多個氣體導管，每個導管的一個端部被連接到一氣體供給源上，另一個端部通向未凈化水噴射出口上游的一個相應的噴咀的內部；一個包含過濾層的過濾容器，該過濾層的上表面設置在該噴咀的下面，距噴咀的未凈化水噴射出口有一預定距離；設置在該過濾容器內用于取出已通過過濾層過濾的水的濾過水出口。
6.如權利要求5所述的水處理設備，其特征在于還包括用于使未凈化水供應管在平行于該過濾層表面的平面內往復運動的機構。
7.如權利要求5所述的水處理設備，其特征在于還包括設置在該噴咀的未凈化水噴射出口和該過濾層表面之間的擋板。
8.如權利要求5所述的水處理設備，其特征在于還包括由平板篩制成、設置在該過濾層底部、用于支承該過濾層的過濾層支座；設置在該過濾層支座下面用于反洗該過濾層的反洗管；和設置在該過濾容器中的反洗水出口。
全文摘要
一種能夠通過氧化使之不溶于水而濾除未凈化水中鐵和錳的水處理設備，包括一個未凈化水供給管(4)；一個或多個噴嘴(5)，每個噴嘴的一個端部與未凈化水供給管(4)連通，另一個端部有一個用于在噴射流中吹出未凈化水的未凈化水噴射出口；與上述一個或多個噴嘴(5)相應地設置的一個或多個空氣導管(6)，每個導管的一個端部通向大氣，另一個端部通向未凈化水噴射出口上游的一個相應的噴嘴(5)的內部；一個包含過濾層(2)的過濾容器(3)。
文檔編號B01D29/62GK1481338SQ01820642
公開日2004年3月10日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權日2000年10月24日
發(fā)明者永岡忠義 申請人:永岡忠義