[发明专利]浊水微粒加速沉降分离装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混浊原水中微粒沉降分离装置与方法，尤其涉及一种利用物理加速方式分离原水中微粒和清水的装置与方法，以显著降低原水的高浊度微粒，以利于后续传统自来水处理的净水流程。

背景技术

自来水供应是一个现代化社会的重要指标，不但攸关民众健康、工业发展与商业繁荣的基本需求，进一步与民众日常饮食需求与身体卫生息息相关，提供质量稳定、安全无忧、供应无缺的自来水是政府执政中极为重要的民生建设。传统自来水处理是基于良好原水水质与稳定自来水净化设施，才得以提供十到百万吨符合饮用水标准的自来水。但是由于地震台风天灾、坡地过度开发、水土保持不良等环境威胁情形下，在暴雨情况下，从山区倾流而下的地表径流含有大量微小砂粒，导致自来水水源的原水浊度过高，影响后续自来水净水过程，进一步导致近年来各地缺水危机。

原水中的浊度主要来自于地表径流冲刷沿岸沙土与扬起水库淤积沉泥，由于其微粒的颗粒微细(小于20微米，10^-6m)，不易沉淀，进一步增加自来水处理的困难度。传统自来水净水方式包括慢滤与快滤系统，现今由于土地取得困难与需水量激增，需要广大土地、出水量低的慢滤方式已逐渐降低，取而代之的是出水量大、水质稳定的快滤法。自来水快滤处理方式包括加药混凝、搅拌胶凝、重力沉淀、砂层快滤与加氯消毒等。自来水快滤法的最大克星为水中浊度、溶解性物质与臭异味等，其中超量微粒多半以添加化学混凝剂，使其产生絮凝物，在随后的沉淀池沉降，以免阻塞快滤的砂滤池，以提升自来水水质与制造符合饮用水标准的自来水。然而化学混凝剂会产出大量污泥，也会使絮凝物密度降低，无法顺利沉降。快滤池如果因经常阻塞，需要提高过滤池的反冲洗频率，才得以恢复其过滤功能，但增高反冲洗频率也会影响自来水水质。在暴雨后，往往原水浊度飙升到数万浊度单位(nephelometric turbidity units，NTU)，在传统自来水净化程序中，无法在短时间内以加药混凝、沉降处理此高浊度原水，且极易阻塞过滤池，导致自来水处理系统全面瘫痪，严重地影响传统自来水厂的正常净水功能，并导致长时间区域性停水。自来水是民生基本物质，缺乏自来水的供应往往导致民众卫生与民生经济急剧恶化，衍生的社会问题进一步难以平息。因此在暴雨径流造成原水混浊情形下，降低高浊度原水成为自来水紧急状况处理的重要课题。

造成水中浊度急剧增高的主要原因是水中过多的悬浮微粒，由于水流动过程中，悬浮微粒与水流持续混合与搅拌，导致悬浮微粒无法沉降。按照前述的慢滤系统，当浊水静置时，大型微粒因为其沉淀速度较高，所以率先沉淀；其次为中型微粒；最后小型微粒才能在长时间静置状况下，稳定沉淀。但是上述情形均必须在绝对静置状况下才可实现，但因为自来水的需求逐年提升，也无法在有限土地中寻求广大面积，设置静置处理设备处理高浊度原水，更何况静置处理方法对于高浊度原水的有效性，仍然颇受质疑。

常规技术中，也曾使用离心法于处理高浊度原水，然而离心法可能耗用大量电能，离心旋转导致水流混合状况，使得浊度去除处理效果仍然极为有限。因此，现阶段自来水厂最常使用以处理高浊度原水的常规技术还是以添加大量混凝剂，加速絮凝物的形成，增加沉淀池的底部抽水速度，以提升絮凝物沉降率，最后取出沉淀池上方较为清澈的处理水，再进行过滤处理的方式，但其缺点为絮凝物体积增大，致使絮凝物密度下降，导致沉降性不佳。此外化学胶凝剂产生大量化学污泥，也有可能造成后续环境污染问题。

一般而言，自来水可处理的原水浊度需低于500NTU，但由于缺水期间民生需求急切，自来水厂在紧急状况下，仍须处理高达5,000NTU的原水，以达到既定自来水出水量的要求。但是过高浊度原水的冲击，轻者除造成自来水水质降低外，严重时将阻塞过滤池，甚至导致自来水厂全面瘫痪，无法供应自来水。

因此一种能克服上述常规技术缺点，如：耗用大量电能、絮凝物沉降性不佳、化学胶凝剂产生大量化学性污泥等，而可以减轻高浊度原水对于自来水净水厂的冲击的装置和/或方法是大家所企盼的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无须添加任何化学混凝剂的浊水微粒加速沉降分离装置与方法。本发明的其它目的还包括提供一种无处理浊度上限的限制、无须添加任何化学混凝剂、使用最少电力与经济成本、可连续处理入流浊水与出流净水，且无需特殊维护的浊水微粒加速沉降分离装置与方法。