本发明属于原水中胶体杂质去除技术领域，更具体地，涉及一种静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置。
背景技术：
原水中的杂质按尺寸大小可分为溶解质、胶体以及悬浮物。溶解质是呈真溶液的离子或分子。悬浮物颗粒较大，水静止时，密度较小的悬浮物浮于水面，密度较大的则下沉，所以这类杂质比较好去除。胶体颗粒主要是细小的泥沙、矿物质等无机物和腐殖质等有机物，是许多分子和离子的集合体。这些微粒的表面积很大，有很强的吸附力，许多病菌和细菌等微生物附着在其表面，是原水处理中最主要去除的杂质，也是比较难去除的。
水中胶体杂质，粒径微小能发生布朗运动，因具有很强的吸附性其表面常吸附离子而带电，同类胶体因带相同的电荷相斥，在水中难以碰撞聚集成较大的颗粒进行下沉去除。同时，胶粒的水化外壳，形成了保护层，也减少了胶体聚结的可能性，因此胶体颗粒的动力学稳定性强，能在长期分散悬浮存在。所以胶体颗粒不能靠过滤、浮选或重力沉淀的方式去除，虽然胶体在长时间的放置下，会逐渐聚沉，但这个时间非常漫长。
水中胶体一般带负电，传统的去除水中胶体杂质方式是投加混凝剂(如聚合氯化铝)和助凝剂(如聚丙烯酰胺)，使水中胶体形成大的絮凝体而通过重力沉淀去除。其主要机理之一就是吸附电中和作用，即混凝剂在水中水解出带正电的离子，中和胶体颗粒的负电荷，使胶体颗粒呈电中性状态，从而消除胶体颗粒之间的静电排斥作用，同时通过搅拌方式增加胶体之间的碰撞，使之絮凝成体积较大的絮凝体而从水中沉淀分离。混凝的其他机理还有吸附架桥、网捕卷扫作用等。混凝过程受多种因素的影响，如混凝剂的种类、水温(水温低不利于絮凝体形成)、ph值和碱度以及杂质的性质、组成和浓度等，以及絮凝阶段的速度梯度控制，这些因素和环节操作控制不好都会影响整个混凝效果。从混凝剂本身来看，有些混凝剂具有腐蚀性，要考虑设备、装置防腐措施；混凝剂粗制品中含有较高的不溶于水的杂质，废渣较多，使用麻烦。加之现在原水中污染物种类越来越多，混凝剂的投加也易引发二次污染。混凝剂的制备和投加方式要配有一套溶药、配药和投药的装置设备，难容药剂还需要加热促进溶解。混凝之后形成的絮凝体还需再设置沉淀池来进行重力沉淀去除，沉淀池的占地面积是相当大的，而现在用地情况紧张和昂贵。综上所述，现有传统处理原水胶体杂质的方式主要采用投药混凝处理的方法去除其中的胶体杂质，虽然能达到去除的效果，但过程冗长繁琐，易造成二次污染，产生过多污泥，增加环境负担。因此，研制开发利用电场耦合多级隔板加快胶体颗粒沉降的去除装置，不仅能提高胶体杂质沉降效率、降低药耗，运行过程实现自动排泥保证装置连续运行，对我国原水处理降低基建及运行成本、提高效率有现实意义。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供了一种静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置。该装置利用胶体颗粒表面荷负电的特性，巧设多级隔板导流，形成更有利的水力学条件，使胶体颗粒都能处于更有利沉降的条件，提高胶体杂质沉降效率，降低药耗，运行过程实现自动排泥保证装置连续运行。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，所述装置包括沉降室和电场发生装置，所述沉降室内设有多级导流隔板和排污装置，所述多级导流隔板分为上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板之间错开排布，将所述沉降室间隔成若干个彼此连通的处理单元；在所述沉降室的顶端两侧分别设有进水口和出水口；所述排污装置设置在所述处理单元的底端，所述电场发生装置设有阳极板和阴极板，所述阳极板平行设置在所述沉降室的外部底端，所述阴极板平行设置在所述沉降室的外部顶端，所述阳极板和阴极板通过外电源连接。
优选地，所述上隔板的底端与所述沉降室的内部底端的距离为d1，所述上隔板和下隔板的间距为d2，d1与d2满足d1＝(1.4～1.7)*d2。
进一步地，所述上隔板的底端为三角结构。
进一步地，所述下隔板的顶端与所述沉降室的内部顶端的距离为d3，d3与所述出水口的直径相同。
优选地，所述上隔板和下隔板的长度均为所述沉降室的高度的3/5～3/4。
进一步地，所述排污装置包括排泥斜板、排泥凹槽和排泥管；所述排泥斜板设置在所述沉降室的内部底端，所述排泥斜板的低端与所述排泥凹槽连接，所述排泥管与所述排泥凹槽连接，在所述排泥管上设置阀门，能自动控制所述排泥管的关启，实现自动排泥。
更进一步地，所述排泥斜板的斜率为3～5％；所述排泥凹槽的斜率为2～4％。
进一步地，所述排污装置还包括浊度传感器，所述浊度传感器设置在所述排泥管的进口上端；所述浊度传感器与自动排污控制装置连接，自动控制所述阀门的启动和关闭。
更进一步地，所述自动排污控制装置包括单片机、马达和电源，所述马达和浊度传感器并联于所述单片机的工作端，所述单片机连于所述电源。
一种实现所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置的方法，包括如下具体步骤：
s1.将污水先从沉降室的进水口注入沉降室，顺着多级导流隔板往下流动，随水流靠近沉降室底端的阳极板，使杂质从水中分离，澄清后水流则继续顺着多级导流隔板往上流动，这个过程水中杂质受到电场力作用继续往下沉淀，与水流方向相反，发生相背向分离，再次澄清的水从下隔板上部流过，经过沉降室的多级串联的的处理单元反复处理去除胶体杂质后，澄清水从沉降室的出水口流出；
s2.同时沉淀的杂质污泥沿着排泥斜板滑向排泥凹槽，当排泥凹槽的杂质沉淀过多，排污装置通过浊度传感器感应自动控制排泥管上阀门的开启和关闭，再由经排泥管排出，实现水处理过程中的自动排泥。
本发明利用外加电场作用力，根据原水胶体杂质的带电特性迫使胶体沉降实现从水中分离，同时依据沉降过程的理论，巧设多级隔板导流，形成更有利的水力学条件，使胶体颗粒都能处于更有利沉降的条件，极大提高去污效率，提高出水水质。对于沉淀在底部的高浓度沉淀物，通过设置斜坡、斜槽以及自动排污系统实现沉淀杂质的智能排出，整个沉降装置能自行连续运转，达到去污排污的目的。
与传统的不主动消除胶体电荷的方法相反，本发明去除水中胶体的原理是利用胶体颗粒的带电性，外加静电场耦合多级隔板，使其在静电场力作用下加快沉降而从水中分离出来，同时也能去除部分溶解质离子杂质。由于水中胶体一般带有负电荷，本发明装置设计的场强方向竖直向下，即带有正电荷的正极板在下，带有负电荷的负极板在上，两块金属板平行放置。原水从电场中流过，水中胶体所受的电场力方向竖直向下，与重力方向一致，胶体所受的向下合力更大而更易发生沉降，从而实现从水中分离。研究人员曾用过外加电场方法处理煤泥颗粒，但其水流方向是简单地平行向前推进的，上层水体永远处于上层，其中的煤泥颗粒可能来不及沉淀便随出水一起排出，得不到去除，同时也浪费了容积的空间。
本发明利用原水胶体颗粒带电的特性，外加电场，使其受到竖直向下的电场力，与重力方向一致，竖直向下合力增大，从而更快发生沉降分离。设置了多级隔板，引导水流，保证水中的胶体颗粒全部都能流经下方受到最强的电场力，保证全部受到最佳去除效果作用，更快得到去除。同等容积下，隔板的设置极大提高了胶体颗粒的沉降效果，显著提高出水的水质。在排泥管上设置自动排泥系统控制阀门的关闭和启动，实现自动排泥，使装置能连续运行地工作。
本发明上隔板的底端与沉降室底部之间的距离要比隔板间的距离大，即水流的底部水平通道要比水流的竖直通道宽。根据v＝q/a(q为流量，a为水流通道横截面积，v为流速)，q同样，a越大则v越小。沉降室底部流速减少则其水力停留时间越长，更加有力与胶体杂质的充分沉降。上隔板的底端设计成三角结构，是为了防止水流发生短流直接绕过隔板而沿隔板往上流，从而导致其中的胶体杂质来不及沉淀，该结构同时能够防止已沉降的胶体杂质被再次掀起。
所述上隔板与所述沉降室的底部之间的距离要大于隔板间的距离，保证水流在底部时流变小，利于水中胶体的沉降，同时防止流速变大而引起底部已沉降的杂质掀起重新回到水体中。阴极板在所述沉降室的外部顶端，阳极板在所述沉降室的外部底端，阳极板和阴极板位置不可调换。水体中胶体一般带负电，目前去除水中胶体杂质的混凝方法也是直接默认水中胶体为负电性，这里的污泥就是沉淀下来的胶体杂质，所以也带负电。要保证水中带负电的胶体杂质受到的电场力竖值向下，与重力方向一致，使胶体杂质受到最大的向下合力，更好地发生沉降从水中脱离。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明根据原水胶体杂质的带电特性，利用外加电场作用力迫使胶体沉降实现从水中分离，同时依据沉降过程的理论，巧设多级隔板导流，形成更有利的水力学条件，使胶体颗粒都能处于更有利沉降的条件，极大提高去污效率，保障出水水质。对于沉淀在底部的高浓度沉淀物，设置斜坡、斜槽以及自动排污系统实现沉淀杂质的智能排出，整个沉降装置能自行连续运转，达到净化水质排出沉淀污泥的目的。
2.本发明采用上下错开排布的多级导流隔板，改变沉降水力条件，可增大水力的停留时间，改善沉降的结构性能，提高胶体杂质在装置中的沉降效率，同时显著提高了胶体杂质去除率和容积利用率，有效减少占地面积。多级导流隔板可使水流向下从底部流过，起到导流的作用，保证水中全部胶体杂质都更加靠近正极板，所受电场力更强，能更快速沉降而从水中分离。在水流向上运动的过程中，水与其中胶体杂质发生相对运动，促进杂质与水的分离。如此多级过程极大提高胶体杂质去除率，保证出水水质。
3.本发明的上隔板的底端为三角形结构，以防止水流发生短流，绕过隔板直接往上流动，从而导致胶体杂质来不及发生沉淀的问题。
4.随着胶体颗粒的不断沉降，沉淀的底泥越来越多，需要进行排放清除，本发明利用浊度传感仪和单片机实现排泥管上阀门的开启和关闭，可实现自动排泥。
5.相对于传统混凝沉淀过程去除原水中胶体悬浮杂质的方法，本发明无需过多投加药剂，不造成二次污染，不产生额外的沉淀污泥，不增加污泥处理负担。装置操作运行简单，无需混凝药剂溶解、配制和投加等操作控制过程以及设置相应的池子，也不需再设占地面积较大的沉淀池另外进行沉淀。充分利用胶体本身带电特性，巧设结构外加电场将其去除。
附图说明
图1为本发明的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置的结构示意图；
图2为本发明装置的左剖面图；
图3为本发明的装置中自动排污控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
图1为本发明的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置的结构示意图。如1图所示，所述装置包括沉降室9和电场发生装置6，所述沉降室9内设有多级导流隔板2和排污装置，所述多级导流隔板2分为上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板之间错开排布，将所述沉降室间隔成若干个彼此连通的处理单元；在所述沉降室9的顶端两侧分别设有进水口1和出水口3；所述排污装置12设置在所述处理单元的底端，所述电场发生装置设有阳极板5和阴极板4，所述阳极板5平行设置在所述沉降室9的外部底端，所述阴极板4平行设置在所述沉降室9的外部顶端，使水中带负电胶体杂质所受的电场力竖直向下，与重力方向一致，增大向下其沉降的合力，所述阳极板5和阴极板4通过外电源连接。
→↑↓代表水流方向，采用上下错开排布的多级隔板，增大了水力的停留时间，显著提高胶体杂质去除率，容积利用率高，减少占地面积。改变沉降水力条件，改善沉降的结构性能，提高胶体杂质在装置中的沉降效率，同时提高容积利用率。导流隔板使水流向下从沉降室的底部流过，保证水中全部胶体杂质都更加靠近正极板，所受电场力更强，能更快速沉降而从水中分离。在水流向上运动的过程中，水与其中胶体杂质发生相对运动，促进杂质与水的分离。如此多级过程极大提高胶体杂质去除率，保证出水水质。
所述上隔板的底端与所述沉降室9的内部底端的距离为d1，所述上隔板和下隔板的间距为d2，d1与d2满足d1＝(1.4～1.7)*d2。所述上隔板与所述沉降室的底部之间的距离要大于隔板间的距离，保证水流在底部时流变小，利于水中胶体的沉降，同时防止流速变大而引起底部已沉降的杂质掀起重新回到水体中。
所述上隔板的底端为三角结构，以防止水流发生短流，绕过隔板直接往上流动，导致胶体杂质来不及发生沉淀的问题。
所述下隔板的顶端与所述沉降室9的内部顶端的距离为d3，d3与所述出水口3的直径相同。
所述上隔板和下隔板的长度均为所述沉降室9的高度的3/5～3/4。
图2为本发明装置的左剖面图，如图2所示，所述排污装置包括排泥斜板13、排泥凹槽14和排泥管10；所述排泥斜板13设置在所述沉降室9的内部底端，所述排泥斜板13的低端与所述排泥凹槽14连接，所述排泥管10与所述排泥凹槽14连接，在所述排泥管10上设置阀门11，能自动控制所述排泥管的关启，实现自动排泥。
所述排泥斜板13的斜率为3～5％；所述排泥凹槽14的斜率为2～4％。
所述排污装置还包括浊度传感器15，所述浊度传感器15设置在所述排泥管10的进口上端；所述浊度传感器15与自动排污控制装置12连接，自动控制所述阀门11的启动和关闭，实现自动排泥，使装置能连续运行地工作。
所述自动排污控制装置12包括单片机、马达和电源，所述马达和浊度传感器15并联于所述单片机的工作端，所述单片机连于所述电源。
工作原理如图3所示，所述马达和浊度传感器并联连单片机下一工作端，所述单片机连于所述电源，所述浊度传感器15设置在所述排泥管10的进口上端；对于沉淀在底部的高浓度沉淀物，设置排泥斜板13、排泥凹槽14以及自动排污控制装置12实现沉淀杂质的智能排出，整个沉降装置能连续运转，达到去污排污的目的。
工作时，水先从上面的进水口1流入沉降室9，为了防止进水水流扰动掀起底部沉淀的杂质，进水口1设置在沉降室9的上部，顺着多级导流隔板2往下流动，随水流靠近沉降室9底端的阳极板5，在底部流动过程中带负电的胶体杂质受到电场力作用，并在沉降室9的底部发生沉淀使杂质从水中分离。澄清后水流则继续顺着多级导流隔板2往上流动，这个过程水中杂质受到电场力作用继续往下沉淀，与水流方向相反，发生相背向分离，再次澄清的水从下隔板上部流过，接着进行下一级的反复处理，经过多级串联的沉降室处理单元去除胶体杂质后，澄清水从装置末端的出水口3流出。沉淀下来的杂质污泥沿着排泥斜板13滑向排泥凹槽14，再由经排泥管10排除。排泥管口上阀门的关闭和启动由污泥排污系统自动控制。随着胶体杂质的不断沉淀，底部的浊度慢慢增大，当增大到一定数值，排泥管10的阀门11打开，随着高浊度的沉淀污水不断外排，底部水中浊度慢慢下降，当下降到一定浊度，则阀门11关闭。整个装置集胶体杂质分离和沉淀以及污泥自动排放等功能于一身，效率高，占地面积小，装置简单，对原水处理具有很重要的现实意义。
实施例2
如图1所示，→↑↓代表水流方向，水流从左往右推走过程中，是一下一上反复进行三次，即沉降室9内部可分为三个串联的相同的处理单元，也就是每一个上隔板所对应的空间对一级处理单元，总共有三级，每一级处理单元设一个排污装置。所述排污装置还包括浊度传感器15，所述浊度传感器15设置在所述排泥管10的进口上端；所述浊度传感器15与自动排污控制装置12连接，自动控制所述阀门11的启动和关闭，实现自动排泥，使装置能连续运行地工作。
所述排泥斜板13的低端与所述排泥凹槽14连接，所述排泥管10设在每级处理单元中排泥斜板13的低端，并与所述排泥凹槽14连接，根据重力原理，污泥排向低处，在所述排泥管10上设置阀门11，能自动控制所述排泥管的关启，实现自动排泥。
如果上下隔板的长度为沉降室9高度的3/5，排泥斜板13的斜率为4％，斜坡下端排泥凹槽14向排泥管18倾斜(斜率2％)。原水从进水口1流入，随着渠道竖直往下流，水中胶体杂质也跟着靠近阳极板5，水流在隔板下面流速减缓变小，胶体杂质此时快速得到沉降。而后向上流动，此过程水与其中胶体杂质发生相对运动，促进杂质与水的分离，如此多级过程沉降使原水得到净化，处理后的从排出口3排出，进入其他的后续处理单元。沉淀下来的杂质顺着底部斜坡滑向排泥凹槽14，通过排泥凹槽14继续滑向排泥管10。当排泥斜板13的杂质沉淀过多，浊度变大，通过浊度传感器15的感应，控制排泥管的闸阀11的开启，当浊度下降后，控制闸阀11自动关闭，实现自动排泥，保证原水处理过程的连续运行。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
1.一种静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述装置包括沉降室和电场发生装置，所述沉降室内设有多级导流隔板和排污装置，所述多级导流隔板分为上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板之间错开排布，将所述沉降室间隔成若干个彼此连通的处理单元；在所述沉降室的顶端两侧分别设有进水口和出水口；所述排污装置设置在所述处理单元的底端，所述电场发生装置设有阳极板和阴极板，所述阳极板平行设置在所述沉降室的外部底端，所述阴极板平行设置在所述沉降室的外部顶端，所述阳极板和阴极板通过外电源连接。
2.根据权利要求1所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述上隔板的底端与所述沉降室的内部底端的距离为d1，所述上隔板和下隔板的间距为d2，d1与d2满足d1＝(1.4～1.7)*d2。
3.根据权利要求2所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述上隔板的底端为三角结构。
4.根据权利要求1所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述下隔板的顶端与所述沉降室的内部顶端的距离为d3，d3与所述出水口的直径相同。
5.根据权利要求1所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述上隔板和下隔板的长度均为所述沉降室的高度的3/5～3/4。
6.根据权利要求1所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述排污装置包括排泥斜板、排泥凹槽和排泥管；所述排泥斜板设置在所述沉降室的内部底端，所述排泥斜板的低端与所述排泥凹槽连接，所述排泥管与所述排泥凹槽连接，在所述排泥管上设置阀门，能自动控制所述排泥管的关启，实现自动排泥。
7.根据权利要求6所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述排泥斜板的斜率为3～5％；所述排泥凹槽的斜率为2～4％。
8.根据权利要求6所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述排污装置还包括浊度传感器，所述浊度传感器设置在所述排泥管的进口上端；所述浊度传感器与自动排污控制装置连接，自动控制所述阀门的启动和关闭。
9.根据权利要求8所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置，其特征在于，所述自动排污控制装置包括单片机、马达和电源，所述马达和浊度传感器并联于所述单片机的工作端，所述单片机连于所述电源。
10.一种实现根据权利要求1-9任一项所述的静电场力耦合多级隔板水力作用去除胶体杂质的装置的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
s1.将污水先从沉降室的进水口注入沉降室，顺着多级导流隔板往下流动，随水流靠近沉降室底端的阳极板，使杂质从水中分离，澄清后水流则继续顺着多级导流隔板往上流动，这个过程水中杂质受到电场力作用继续往下沉淀，与水流方向相反，发生相背向分离，再次澄清的水从下隔板上部流过，经过沉降室的多级串联的的处理单元反复处理去除胶体杂质后，澄清水从沉降室的出水口流出；
s2.同时沉淀的杂质污泥沿着排泥斜板滑向排泥凹槽，当排泥凹槽的杂质沉淀过多，排污装置通过浊度传感器感应自动控制排泥管上阀门的开启和关闭，再由经排泥管排出，实现水处理过程中的自动排泥。
技术总结