CN108479188B - 多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置及其方法，属于水处理领域。该装置中，进水管位于装置外壳中部，两侧设置一定坡度的底板，底板表面设置导流块，使水流能更平顺的进入第一层挡板中的孔洞，底板上方设置三层导流挡板，在第一层挡板斜坡位置上等间距开设通孔，在第二层挡板中部开孔。水流经第一层挡板改变方向，按设计的排水口定向流动，经第三层挡板后，缓慢流入水池中的集沙坑，并设置排沙管排出沙子。水池上方设置整体过滤槽。本发明完全利用水的重力和水流能量来进行沉沙、滤沙、排沙，不需要额外的大量电能，是一种既能满足节能减排又满足环保的装置。

Description

多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置及其方法

技术领域

本发明涉及的是一种多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置及其方法，属于水处理领域。

背景技术

我国地表水资源非常的丰富，如黄河、长江、淮河、珠江等河川和水库、湖泊以及海域等，都是农村、城市以及工业企业利用水资源的良好给水水源。但是，我国南北地区水资源分布不均衡，是长期以来客观存在的现象。南方地区地表水比较丰富，而且河流中泥沙相对较少，而北方地区降雨量少，而且大多数山区河流、水流域以及河网的径流汇水面积区域较小，且河网的密度相对较低，一般地表水并不是十分丰富，而且取用地表水作为水源往往需要长距离输送。特别是黄河、延河、渭河等流域，流经松散土层和黄土层地区，水土流失、河床冲刷较为严重，以至于使河流挟带大量的泥沙，尤其是汛期时含沙量特别高。这些泥沙给农业灌溉、生活用水和工业用水带来诸多不便。

目前对粗颗粒粒径的泥沙地分离已经取得了较为满意的成果，但是对于颗粒粒径较细的悬移质地分离还需要进一步地研究。对于细颗粒泥沙地分离十分困难，目前对于泥沙地处理存在很多的工程措施，但对于粒径小于0.05mm的泥沙处理起来却是非常棘手，因此给工业用水和人民的生活用水带来非常多的危害及不便。

随着经济与科学技术等的迅速发展，人民的生活质量大幅度提升，工业用水、农业用水和生活用水的水量与水质要求也愈来愈高，而地下水储存量有限，因此大部分的水厂的源水都取自江河湖泊。对于江河中泥沙的处理目前最普遍的处理方法就是将原水先在自然沉淀池中进行自然沉淀处理，之后再用化学药剂将初次沉淀之后的浑水进行絮凝沉淀处理，最后进行过滤，将未沉淀的絮凝物滤除，得到可用于工业的清水。生活用水的处理比工业用水多了一道工序，就是将过滤之后的清水再进行消毒处理，以除去水中的细菌、病毒等有害物，从而得到有益于人体的健康之水。絮凝沉淀之后的淤泥用机械和人力共同排除。这种分离清水的方法存在诸多不足，一是处理周期长；二是分离装置造价高；三是添加化学药剂进行絮凝均化的混凝过程大量的电力被消耗，而且自来水中残留的化学药剂，对人体健康非常有害；四是水厂淤泥含有害物质可以使鱼类致死，无法排入河道，导致环境污染。

目前也有部分设备通过物理沉降方式对泥沙进行去除，例如早期的平流式沉淀池。但是此类沉淀池的水力停留时间过长，而且对于小颗粒悬浮物的处理效率较低。因此，在平流式沉淀池基础上进一步发展出了旋流式沉淀池和斜板沉淀池等高效处理装置，然后此类沉淀池的处理能力较弱。以斜板沉淀池为例，其无法处理高速水流，当处理流量过大时，导致池内水流流速稍也增大，水流就会很快通过斜板，大大降低泥沙处理效率。

因此，迫切需要研究一种能够即环保，又经济并能分离高浑浊且含有细颗粒悬移质水流的新技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统泥沙处理中周期长；耗费大量电费、药剂以及机械费；分离装置高及排出的泥沙中含有对水源造成污染的化学物质的劣势。并基于流体动力学及河流泥沙动力学泥沙起动及沉降机理，并提供一种多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，是一种新型的集沉沙、滤沙、排沙于一体的装置。

本发明所采用的具体技术方案如下：

多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置的装置外壳内部中空，进水管伸入装置外壳内腔，且进水管的出水口四周环绕设置具有向下倾斜坡度的底板，底板上方依次同轴设置第一层挡板、第二层挡板和第三层挡板；所述的第一层挡板罩于底板上方并夹持形成第一流道，第一层挡板正对进水管出水口的板体中心位置密闭且由板体中心向四周逐渐下降高度；所述的第二层挡板罩于第一层挡板上方并夹持形成第二流道，第二层挡板正对进水管出水口的中心位置开孔，且第二层挡板的边缘朝向位于中心的进水管一侧弯折，包裹第一层挡板边缘后延伸至底板上方，形成一条连通所述第一流道和第二流道的弯折型流道；且第二层挡板边缘端部与底板之间留有供泥沙流出的缝隙；所述的第二层挡板、底板以及装置外壳内壁之间夹持形成集沙坑，所述的缝隙连接集沙坑；所述的第一层挡板上环向开设有若干连通第一流道和第二流道的通孔；所述的第三层挡板罩于第二层挡板上方并夹持形成第三流道，第三层挡板正对进水管出水口的板体中心位置密闭且由板体中心向四周逐渐下降高度。

本发明在进水管出水口上方设置了特殊结构的多层挡板，通过挡板可改变水流方向、降低流速及水头压力，延长水流路径，使得水流中的泥沙在流动过程中于重力作用下沉淀，沉淀在挡板上的泥沙在重力作用下，沿着挡板表面滑入最底部的集沙坑中，而澄清的上清液则从装置顶部溢流。该过程无需电力，仅利用水流的自身水头即可完成高效沉沙除浊。相比于目前常见的重力沉淀池、旋流沉淀池和斜板沉淀池，本发明能够更为有效地处理高流速的水流，因为多层挡板结构能够使高速水流根据设计的流道强制改变方向，减弱水流水头能量，让泥沙能更好沉降。

基于上述技术方案，本发明还可以提供如下进一步的优选方式，且各种优选方式中的技术特征在没有冲突的情况下均可进行相互组合。

作为优选，所述的底板上设置有若干导流块，导流块与第一层挡板上开设的通孔一一对应设置，用于将第一流道中的水流通过所述通孔引流至第二流道中。导流块能够使第一流道中的水流更为平顺地进入第二流道中。同时，第一层挡板上的通孔下沿也可以适应性地设置向下倾斜的导流板，将水流导入通孔上方。

作为优选，装置外壳下部设有连通所述集沙坑的排沙管。当集沙坑中沉积的泥沙达到需要排沙的时候，可以打开排沙管将其排出装置。而且，排沙管优选设置4条，沿圆筒状的装置外壳周向均布，相邻两条排沙管之间呈90°夹角，此设计使得4条排沙管同时打开时，装置底部会形成环形水流，加速泥沙的排出。

作为优选，所述的底板、第一层挡板、第二层挡板和第三层挡板的坡度相同。由于各挡板的坡度相同，因此实际形成的流道的坡度也相同。而坡度的改变会影响水流的流动状态，经过试验，在坡角为30°～60°的范围内，泥沙能够实现较好地沉降。但需要指出的是，由于三层挡板以及底板均不是完全平直的平面，因此此处所说的坡度、坡角是指挡板及底板上的平直部分的坡度、坡角。弯折部分不纳入此处限定，但各挡板、底板的弯折部分其最好也呈平行设置，以保证流道的横截面稳定，减少紊流。

作为优选，所述的装置外壳呈圆筒状，所述的底板、第一层挡板、第二层挡板和第三层挡板在水平面上的投影均为圆形，且且第三层挡板的投影半径优选小于第二层挡板投影半径，更有选的是第三层挡板的投影半径为第二层挡板投影半径的1/2。装置外壳以及各挡板均呈圆形能够使装置内的水流分布更为均匀，避免出现死角。

作为优选，所述的装置外壳上方设置有过滤槽，过滤槽内填充有滤料，其侧壁上环绕有溢流堰作为出水口，溢流堰外部设有用于收集溢水的环形汇流槽，环形汇流槽与出水管相连；过滤槽中优选安装有观察槽内水位的标尺。过滤槽设置于装置外壳的顶部出水断面上，水流必须经过过滤才能流出。本发明中的挡板结构能够在低流速的情况下较好地实现沉沙功能，但当水流流速较快时，部分粒径较小的颗粒物仍有可能随出水排出，因此过滤槽能够进一步起到滤沙的作用。而且过滤槽的环形溢流堰能够在槽面上方形成一定的水头高度，用于后续实现无需耗能的反冲洗工序。

进一步的，所述的滤料为级配砂砾反滤层或外包土工布的竹炭滤料。级配砂砾反滤层和竹炭滤料可选择性使用，当对出水要求较低时直接采用级配砂砾反滤层即可，当对出水要求较高时可采用外包土工布的竹炭滤料。

作为优选，所述的进水管的入口位置安装有流量计和阀门，所述的阀门优选为蝶阀。流量计可以实时反应进水流量的变化，当在恒定的进水水头高度下，其进水流量出现明显下降时，表明滤料可能出现堵塞，需要启动反冲洗工序。

作为优选，所述的第一层挡板和第二层挡板均有多块，底板和第三层挡板之间以相同的形式层叠布置有若干挡板组，每组挡板组中均包含一块第一层挡板和一块第二层挡板。本发明中一组挡板就可以实现对浑水中泥沙的高效去除，但当进水流量增加，水流流速增大时，一组挡板无法保证较高的处理效率，因此可考虑设置多组挡板。第二组挡板中的第一层挡板设置于底部第一组挡板的第二层挡板之上，层层叠加，在不增大占地面积的情况下有效提高处理效率。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述带过滤槽的装置的沉沙排沙过滤方法，其步骤如下：

将含泥沙的待过滤浑水从进水管的入口通入并从进水管出水口流出，水流被第一层挡板阻挡降低流速并改变流向，进入所述的第一流道中；水流在第一流道中流动时，部分从所述通孔中直接进入第二流道，另一部分沿第一流道继续流动，从所述的弯折型流道进入所述的第二流道；水流在第一流道和第二流道流动过程中，泥沙在重力作用下沉淀于挡板表面，并通过第二层挡板边缘端部与底板之间的缝隙滑入集沙坑，实现第一道沉沙；水流在第二流道中经过第二层挡板中心位置的开孔向上涌出，被第三层挡板阻挡降低流速并改变流向，进入第三流道，当水流从第三流道流出后，水流速度随水流断面的扩大而减缓，泥沙在重力作用下沉入集沙坑，实现第二道沉沙；水流在水头压力作用下继续向上进入过滤槽，利用槽内填充的滤料对水流中的泥沙进行第三道滤沙；滤沙后的水流经溢流堰进入环形汇流槽中，最终通过出水管排出；

当集沙坑中沉积的泥沙超过阈值高度时，打开沿圆筒状的装置外壳周向环形均布的4条排沙管上的闸阀，集沙坑处水流旋转，形成周向环流，将坑底的泥沙排出池外，完成第四道排沙；

当进水管上的流量计显示的进水流量降低至阈值流量时，关闭进水管上的闸阀停止进水，再打开排沙管上的闸阀，利用过滤槽中的水头高度通过重力作用对滤料进行反冲洗；当过滤槽内的水排完后，再关闭排沙管上的闸阀，打开进水管上的闸阀，待过滤槽中的水溢出溢流堰时，关闭进水管上的闸阀停止进水，再打开排沙管上的闸阀，再次进行反冲洗；重复进行若干次反冲洗步骤，当过滤槽内水溢出溢流堰达到稳定状态时，进水管上的流量计显示的进水流量恢复至目标流量，则视为滤料已经冲洗干净，反冲洗工序完成，重新进行沉沙排沙过滤工序。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

(1)本发明无需电力，充分流体动力学及河流泥沙动力学泥沙起动及沉降机理，通过巧妙设计导流挡板及虑槽，更加高效的沉沙、排沙、滤沙，更大范围地处理推移质，悬移质泥沙，降低水体浑浊度，改善水质。

(2)本发明能够利用自身水头，在重力作用下对滤料进行反冲洗，不需要借助人工或者电能，达到改善淤堵的目的，节约能源，合理有效地利用水资源。而且在反冲洗过程中并不影响对下游的正常供水。

(3)本发明沉沙、过滤、排沙全自动运行，大大地减少电力、机械和人力的耗费，装置运行过程节能环保，

(4)本发明能将较小颗粒的悬移质滤除，可代替传统沉沙池在农业灌溉、生活用水和工业用水中的应用。

(5)本发明装配部件简单，便于安装，节约制造，安装和维护成本低。本装置共有三种主要配件，分别是空心薄壁筒，导流挡板和滤水槽，均可进行现场安装，本装置可大幅度节约制造，安装和维护成本。

(6)本发明单个过滤设备占地面积少，可较大地增加单位面积的过滤设备数量，提高场地利用率。

(7)本发明无需添加化学药剂，过滤后的水中没有残留的化学药剂，对人体健康无害，排出的泥沙也不会污染环境。

附图说明

图1为一种多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置的整体结构示意图。

图2为泥沙水流速1m/s时的泥沙粒径分布。

图3为泥沙水流速1m/s时的截面流速分布。

图4为泥沙水流速3.5m/s时的泥沙粒径分布。

图5为泥沙水流速3.5m/s时的截面流速分布。

图6为泥沙水流速3.5m/s时，没有设置多层导流挡板时的截面流速分布。

图7为具有多组挡板组的沉沙排沙过滤装置的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述和说明。

如图1所示，展示了本发明的一个最佳实施例中的一种多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置的整体结构示意图。为便于理解结构图，图1展示了各部分的示意图。该装置中，以一个空心薄壁桶作为装置外壳1(直径为4.3m，高度为3.5m)。进水管2从底部垂直伸入装置外壳1内腔中心，进水管2的入口位置安装有流量计14和阀门15，阀门15可采用蝶阀。进水管2的出水口四周环绕设置具有向下倾斜坡度的底板3，底板3从进水管2出水口四周开始，径向不断下降，其坡面平直段的坡度为1：1.732(坡角为30°)。底板3上方依次同轴设置第一层挡板4、第二层挡板5和第三层挡板6，底板3、第一层挡板4、第二层挡板5和第三层挡板6在水平面上的投影均为圆形，其形态是以图1中所示的板体截面线绕着进水管2中心轴旋转而成的平面。

第一层挡板4罩于底板3上方并夹持形成第一流道，第一层挡板4正对进水管2出水口的板体中心位置密闭，使得进水管中溢出的水流能被阻挡改变流向；且第一层挡板4的中心位置高度最高，由板体中心向四周逐渐下降高度，第一层挡板4平直段的坡度与底板3相同。第一层挡板4的斜坡位置上开设两排环形分布矩形通孔，使水流能从第一流道进入第一层挡板4上方。每排矩形通孔均布在同一高度的斜坡环线上，矩形通孔尺寸0.3m×1.8m，排距为0.52m，环向间距1.6m，两排矩形通孔错开布置，距离水池底部的高度分别为0.9m和1.2m。底板表面针对每个矩形通孔一一对应设置表面呈流线型的导流块16，两排导流块16距离水池底部的高度分别为0.7m和0.95m，使水流能更平顺的进入第一层挡板4中的矩形通孔中。矩形通孔下部也设有向下并迎向水流流向的导流板。

第二层挡板5罩于第一层挡板4上方并夹持形成第二流道。第二层挡板5正对进水管2出水口的中心位置开孔(圆形，直径为0.4m)，第二层挡板5从开孔位置向四周平直下降坡度，且平直段的坡度与底板3也相同。第二层挡板5延伸至第一层挡板4侧边位置时，其边缘朝向位于中心的进水管2一侧弯折，包裹第一层挡板4边缘后延伸至底板3上方，形成一条连通第一流道和第二流道的180°弯折型流道。第二层挡板5边缘端部与底板3之间不紧贴，而是留有供泥沙流出的缝隙。第二层挡板5、底板3以及装置外壳1内壁之间夹持形成集沙坑7，缝隙连接弯折型流道和集沙坑7，因此在流道内流动过程中沉淀的泥水就可以随着挡板表面汇聚到该缝隙中，进而流入集沙坑7。装置外壳1下部设有4条连通集沙坑7的水平排沙管8；排沙管8沿圆筒状的装置外壳1周向环形均布，其与集沙坑7的连接位置分布位于两条垂直交叉的直径端部。

第三层挡板6罩于第二层挡板5上方并夹持形成第三流道，第三层挡板6上不开孔，其正对进水管2出水口的中心位置必须保持密闭，且由板体中心向四周逐渐下降高度，使得从第二层挡板5中心涌出的水流不会直接垂直向上涌出，而是必须经过向下的第三流道流动。第三层挡板6平直段的坡度与底板3也相同，且第三层挡板6的投影半径仅为第二层挡板5投影半径的1/2。

上述多层挡板结构形成了供水流流动的弯折流道，水流经第一层挡板4被强制改变方向，按设计的流道和通孔定向流动，且大部分流段均坡向朝下，因此在重力作用下泥沙会逐渐沉降，被排入集沙坑。而且，水流流经流道中的开孔和拐角转弯位置时，会出现旋涡、紊流，进一步降低流速及水头压力，延长水流路径。

装置外壳1上方敞口，作为澄清水的出口，该出口的横断面上设置有过滤槽9，过滤槽9内填充有滤料。滤料可以选择级配砂砾反滤层，也可以采用竹炭滤料，竹炭滤料应通过填充于多层土工布之间，具有强过滤性、渗透系数较低的特点。过滤槽9侧壁上环绕有溢流堰10作为出水口，溢流堰10外部设有用于收集溢水的环形汇流槽11，环形汇流槽11与出水管12相连。过滤槽9中垂直安装有观察槽内水位的标尺13。

上述装置在使用过程中，可利用水泵将浑水泵入装置中，但优选的方式是将装置置于位置较低处，然后利用浑水本身具有的水头高度使水自流进入装置中。

基于该装置的沉沙排沙过滤方法，其步骤如下：

利用浑水本身具有的水头高度，将含泥沙的待过滤浑水从进水管2的入口通入并从进水管2出水口流出，水流被第一层挡板4阻挡降低流速并改变流向，进入第一流道中；水流在第一流道中流动时，部分在导流块16的作用下从通孔中直接进入第二流道，另一部分沿第一流道继续流动，从弯折型流道转弯后进入第二流道。水流在第一流道和第二流道流动过程中，泥沙在重力作用下沉淀于挡板表面，并通过第二层挡板5边缘端部与底板3之间的缝隙滑入集沙坑7，实现第一道沉沙；水流在第二流道中经过第二层挡板5中心位置的开孔向上涌出，被第三层挡板6阻挡降低流速并改变流向，进入第三流道，当水流从第三流道流出后，水流速度随水流断面的扩大而减缓，泥沙在重力作用下沉入集沙坑7，实现第二道沉沙；水流在水头压力作用下继续向上进入过滤槽9，利用槽内填充的滤料对水流中的泥沙进行第三道滤沙；滤沙后的水流经溢流堰10进入环形汇流槽11中，最终通过出水管12排出；

当集沙坑7中沉积的泥沙超过阈值高度时，打开沿圆筒状的装置外壳1周向环形均布的4条排沙管8上的闸阀，集沙坑7处水流旋转，形成周向环流，可迅速将坑底的泥沙排出池外，完成第四道排沙；

利用砂(砾)石作为滤水槽滤料必然会出现滤料被淤堵而导致滤水槽滤水功能减弱，当滤料被淤堵到一定程度时，滤料出水能力减弱，流量计流量明显下降，时就需要对滤料进行反冲洗。因此，可以设置一个绝对流量阈值或者百分比阈值，当进水管2上的流量计显示的进水流量降低至阈值时，关闭进水管2上的闸阀停止进水，再打开排沙管8上的闸阀，此时由于过滤槽9中具有水头高度，因此滤水槽水位迅速下降，水流自上而下，通过重力作用对滤料进行反冲洗，洗去滤料孔隙间存在的泥沙，减小淤堵程度。当过滤槽9内的水排完后，再关闭排沙管8上的闸阀，打开进水管2上的闸阀，待过滤槽9中的水溢出溢流堰10时，关闭进水管2上的闸阀停止进水，再打开排沙管8上的闸阀，再次进行反冲洗。重复进行若干次反冲洗步骤，当过滤槽9内水溢出溢流堰10且液面达到稳定状态时，进水管2上的流量计显示的进水流量恢复至目标流量，则视为滤料已经冲洗干净，反冲洗工序完成，重新进行沉沙排沙过滤工序。

为了展示本发明中最核心的导流挡板的沉沙工作原理和效果，利用流体计算软件ANSYS R17.1对上述装置进行了泥沙水运动分析(固液两相耦合模拟计算)。结果如图2到图6所示。

实施例1：

本实施例中，泥沙水流体模型考虑了水以及沙粒，沙子的粒径分布见表1，中值粒径为0.2mm，沙粒密度为2650千克/立方米，水中含沙量为3千克/立方米。流体计算中考虑了湍流模型，并且模拟了水对于沙粒的牵引力。浑浊的泥沙水在进水管2入口中的流速为1m/s，进水管2的管径为40cm，装置整体处理量为34.3m³/(m²·h)。

表1泥沙粒径分布

图2展示的是泥沙分布的模拟计算结果，表明泥沙水经过30s后达到稳定状态，几乎所有沙子都分布在底板和第一层挡板、第一层挡板和第二层挡板之间，且顺着挡板汇集到了水池底部的集沙坑，只有极少数沙子在水池壁上扬起，但扬起高度很低，最终还是会沉到集沙坑中。

再深入分析流场发现(图3，箭头方向代表流体流速方向，箭头长度代表流速大小)，泥沙水在遇到第一层挡板后迅速改变流速方向和加快流速，并在第一个矩形通孔处形成小漩涡，而在第二个矩形通孔处相对均匀地流出，此时流速大大降低，流场较为稳定。流体在进入第二层挡板后一部分顺着第二层挡板缓慢而下，另一部分则反冲到第二层挡板中部设置的通孔，并在第二层和第三层挡板中间再次改变流速方向沿着挡板方向而下。可以看出，由于挡板的存在以及沙子自身的重力作用，泥沙水改变了前进方向且大大降低了平均流速，沙子逐渐沉积到了水池底部的集沙坑，取得了很好的沉沙作用。总的来说，在相对低流速下，沉沙效果非常理想，几乎没有泥沙溢流出装置。

实施例2：

本实施例与实施例1相比的区别在于：浑浊的泥沙水的入口流速为3.5m/s，装置整体处理量为120m³/(m²·h)。图4和图5分布显示的沙粒分布图和截面流速分布图。从图中可见，泥沙水的流速方向在运动过程中方向的改变与实施例1中类似，这也导致了泥沙在挡板上的分布与实施例1中类似，但由于增大了泥沙水的入口流速，极少部分泥沙流出了水池并进入过滤槽。总的来说，在相对高流速下，沉沙效果也非常理想。

实施例3：

本实施例与实施例2相比的区别在于：不设置三层导流挡板，即让泥沙水顺着入口方向流动，这可以对比出本发明的多层导流挡板的导流作用。结果如图6所示，可见泥沙水顺着进水管方向直冲而上进入过滤槽，因此只靠泥沙的重力作用，泥沙的沉沙效果非常差。

综上所述，设计多层导流挡板定向沉沙过滤装置具有优异的沉沙、排沙和过滤功能。

当然，以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。

在另一实施例中，当处理更高流速的水流时，可以设置更多组的挡板，或者增大挡板尺寸。例如，如图7所示，底板3和第三层挡板6之间可以以相同的形式层叠再布置一组挡板，每组挡板组中均包含一块第一层挡板4和一块第二层挡板5。底板3和第三层挡板6之间的挡板组组数可以根据实际处理量进行调整。

在另一实施例中，对于大流量过滤时，整个设备尺寸偏大，把设备设计成模块化组装方式(现场组装)，可以减少大体积货物的运输难度。

在另一实施例中，还可以把设备设计成0.1m³/s、0.2m³/s、0.5m³/s、1m³/s梯级的浑水处理装置，每个工程工作设备不少于3台，并设置一台备用设备。当滤水槽内的滤料淤堵至一定程度时，即开始对过滤料反冲洗。多台设备可以轮番不停地冲洗，其中一个或多个设备冲洗时不影响其余的设备的正常工作，因此设备反冲洗过程中并不影响对下游的正常供水。

在另一实施例中，若经过本设备处理后，仍存在非常细小的颗粒时，利用两台装置串联运行，把处理后的水引入与本装置相同的另一台设备中，在先装置的滤料为级配砂砾料，在后设备的滤料则调整为模块化土工布+竹炭滤料，调整后的滤料可以阻挡及吸附细小颗粒。当滤水槽内的滤料淤堵至一定程度时，可进行快速抽取并更换模块化土工布，更换过程时间短，不影响设备正常运行。

在另一实施例中，装置内部的结构形状也可以进行调整，例如空心薄壁桶的形状可以为圆形或方形。

因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，装置外壳(1)内部中空，进水管(2)伸入装置外壳(1)内腔，且进水管(2)的出水口四周环绕设置具有向下倾斜坡度的底板(3)，底板(3)上方依次同轴设置第一层挡板(4)、第二层挡板(5)和第三层挡板(6)；所述的第一层挡板(4)罩于底板(3)上方并夹持形成第一流道，第一层挡板(4)正对进水管(2)出水口的板体中心位置密闭且由板体中心向四周逐渐下降高度；所述的第二层挡板(5)罩于第一层挡板(4)上方并夹持形成第二流道，第二层挡板(5)正对进水管(2)出水口的中心位置开孔，且第二层挡板(5)的边缘朝向位于中心的进水管(2)一侧弯折，包裹第一层挡板(4)边缘后延伸至底板(3)上方，形成一条连通所述第一流道和第二流道的弯折型流道；且第二层挡板(5)边缘端部与底板(3)之间留有供泥沙流出的缝隙；所述的第二层挡板(5)、底板(3)以及装置外壳(1)内壁之间夹持形成集沙坑(7)，所述的缝隙连接集沙坑(7)；所述的第一层挡板(4)上环向开设有若干连通第一流道和第二流道的通孔；所述的第三层挡板(6)罩于第二层挡板(5)上方并夹持形成第三流道，第三层挡板(6)正对进水管(2)出水口的板体中心位置密闭且由板体中心向四周逐渐下降高度；

底板(3)上设置有若干导流块(16)，导流块(16)与第一层挡板(4)上开设的通孔一一对应设置，用于将第一流道中的水流通过所述通孔引流至第二流道中；

装置外壳(1)下部设有连通所述集沙坑(7)的排沙管(8)。

2.如权利要求1所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的排沙管(8)设置4条，沿圆筒状的装置外壳(1)周向均布。

3.如权利要求1所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的底板(3)、第一层挡板(4)、第二层挡板(5)和第三层挡板(6)的坡度相同。

4.如权利要求3所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的底板(3)、第一层挡板(4)、第二层挡板(5)和第三层挡板(6)的坡角为30°～60°。

5.如权利要求1所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的装置外壳(1)呈圆筒状，所述的底板(3)、第一层挡板(4)、第二层挡板(5)和第三层挡板(6)在水平面上的投影均为圆形。

6.如权利要求5所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的第三层挡板(6)的投影半径小于第二层挡板(5)投影半径。

7.如权利要求1所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的装置外壳(1)上方设置有过滤槽(9)，过滤槽(9)内填充有滤料，其侧壁上环绕有溢流堰(10)作为出水口，溢流堰(10)外部设有用于收集溢水的环形汇流槽(11)，环形汇流槽(11)与出水管(12)相连。

8.如权利要求7所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的过滤槽(9)中安装有观察槽内水位的标尺(13)。

9.如权利要求7所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的滤料为级配砂砾反滤层或外包土工布的竹炭滤料。

10.如权利要求1或7所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的进水管(2)的入口位置安装有流量计(14)和阀门(15)。

11.如权利要求10所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的阀门(15)为蝶阀。

12.如权利要求1所述的多层导流挡板定向沉沙排沙过滤装置，其特征在于，所述的第一层挡板(4)和第二层挡板(5)均有多块，底板(3)和第三层挡板(6)之间以相同的形式层叠布置有若干挡板组，每组挡板组中均包含一块第一层挡板(4)和一块第二层挡板(5)。

13.一种利用如权利要求7所述装置的沉沙排沙过滤方法，其特征在于，步骤如下：

将含泥沙的待过滤浑水从进水管(2)的入口通入并从进水管(2)出水口流出，水流被第一层挡板(4)阻挡降低流速并改变流向，进入所述的第一流道中；水流在第一流道中流动时，部分从所述通孔中直接进入第二流道，另一部分沿第一流道继续流动，从所述的弯折型流道进入所述的第二流道；水流在第一流道和第二流道流动过程中，泥沙在重力作用下沉淀于挡板表面，并通过第二层挡板(5)边缘端部与底板(3)之间的缝隙滑入集沙坑(7)，实现第一道沉沙；水流在第二流道中经过第二层挡板(5)中心位置的开孔向上涌出，被第三层挡板(6)阻挡降低流速并改变流向，进入第三流道，当水流从第三流道流出后，水流速度随水流断面的扩大而减缓，泥沙在重力作用下沉入集沙坑(7)，实现第二道沉沙；水流在水头压力作用下继续向上进入过滤槽(9)，利用槽内填充的滤料对水流中的泥沙进行第三道滤沙；滤沙后的水流经溢流堰(10)进入环形汇流槽(11)中，最终通过出水管(12)排出；

当集沙坑(7)中沉积的泥沙超过阈值高度时，打开沿圆筒状的装置外壳(1)周向环形均布的4条排沙管(8)上的闸阀，集沙坑(7)处水流旋转，形成周向环流，将坑底的泥沙排出池外，完成第四道排沙；

当进水管(2)上的流量计显示的进水流量降低至阈值流量时，关闭进水管(2)上的闸阀停止进水，再打开排沙管(8)上的闸阀，利用过滤槽(9)中的水头高度通过重力作用对滤料进行反冲洗；当过滤槽(9)内的水排完后，再关闭排沙管(8)上的闸阀，打开进水管(2)上的闸阀，待过滤槽(9)中的水溢出溢流堰(10)时，关闭进水管(2)上的闸阀停止进水，再打开排沙管(8)上的闸阀，再次进行反冲洗；重复进行若干次反冲洗步骤，当过滤槽(9)内水溢出溢流堰(10)达到稳定状态时，进水管(2)上的流量计显示的进水流量恢复至目标流量，则视为滤料已经冲洗干净，反冲洗工序完成，重新进行沉沙排沙过滤工序。