凝结器是用于处理水的装置，它用于处理取自河流或类似场所的水， 使其能用作城市或工业用水，也用于处理生活污水或工业废水，使其符 合规章限制。特别地，经常采用一种向上流动型凝结器，因为这种凝结 器具有高的凝结和过滤效率，并易于操作。
在向上流动型凝结器中，在其中加入凝结剂的原水向上流动通过填 料介质堆积层的内部，此堆积层由具有高孔隙率的小块填料介质堆积形 成，从而凝结和沉淀水中的悬浮固体物。
现参看图5，将对一种常规的向上流动型凝结器10的结构和操作进 行说明。
如图5所示，这种典型的常规向上流动型凝结顺10的结构和操作进 行说明。
如图5所示，这种典型的常规向上流动型凝结器10包括：一个原水 箱12、一个将原水从原水箱12泵出以送进原水的原水泵14、凝结剂添 加装置16、一个凝结剂混合箱18和一个凝结箱20。
凝结剂添加装置16包含：一个测量原水混浊度的浊度计22、一个 凝结剂箱24和凝结剂泵28，凝结剂泵28用于将凝结剂从凝结剂箱24 注入浊度计22下游侧的原水供应管26，这样，可根据浊度计22的测量 值向原水加入要求的凝结剂量。
凝结剂混合箱18是一个装有搅拌器29的容器，带有凝结剂的原水 暂时存储于其中并被搅拌器29搅拌以迅速混合原水和凝结剂。然后， 带有凝结剂的原水通过流入管30送至凝结箱20。
凝结箱20是这样一种箱，已被凝结剂聚结的水中悬浮固体物在其中 凝结、绒聚、过滤和分离。如图6所示，凝结箱20由水流入区32，填 料介质堆积区34和水收集区36构成，它们从下侧依次分隔开。
填料介质堆积区34由设置在该区上部和下部的穿孔流出阻挡板38、 40加以分隔。在此填料介质堆积区34中，堆积着许多具有小比重和高 孔隙率的小块填料介质，并且在上流出阻挡板38之下形成填料介质堆 积层44，水在其中向上流动。如图7所示，采用例如短管形塑料小块填 料介质42作为形成填料介质堆积层44的小块填料介质，小块填料介质 42具有较小的比重。
水收集区36是一个收集通过填料介质堆积区34处理后的水收集区 域，此区域36由设置在填料介质堆积区34的流出阻挡板38正上方的 水收集部分46、收集从水收集部分46上端溢出的处理水的水收集槽48 以及流出管50构成，流出管50连接至水收集槽48，用于将处理后的水 送至处理后的水箱52(见图5)。
离开凝结剂混合箱18的原水通过流入管30流入至流入区32。流入 管30伸展至流入区32的中部，并在其端部具有向下的开口。倒置伞状 缓冲板54设置在流入管30的开口下方，以便将原水的流动方向由向下 改变成向上。如需要的话，碱性试剂注入管56也与流入管30相连接， 以便注入碱性溶液，以控制原水的PH值。
在流入区32的下部，即在缓冲板54之下设置了漏斗型浮渣存储区 58以存储浮渣，浮渣排放管60连接至其最下部以排放浮渣。
在流入区32之上设置了空气供应管62，它具有若干向上喷射空气 的空气喷嘴，以便喷射鼓风机64送进的空气，从而搅动和冲洗填料介 质堆积区34的填料介质42。
在凝结箱20中，带有凝结剂的水首先流入流入区32。在此流入区32 中，由于原水中悬浮固体物的凝结而形成的絮凝物中的较大的絮凝物首 先沉淀并分离。
然后水流入填料介质堆积区34，在此区中，残留于水中的微小絮凝 物与填料介质接触，粘在填料介质的外表面上，或捕获在相应填料介质 42间的间隙中，并被分离。水向上流过填料介质42的孔隙，或流过相 应填料介质42间的间隙，然后通过形成于孔隙中或填料介质之间的絮 凝物层进行过滤，同时，原水中的微小絮凝物被絮凝物层捕获。
粘于填料介质42上或被捕获在填料介质42之间的絮凝物由于与后 来的微小絮凝物等接触，逐渐生长，形成直径增大的絮凝物。然后，当 沉淀速度大于原水的向上流速的絮凝物形成时，这些絮凝物被水的流动 从填料介质42处移走，迎着水的流动沉淀，保留在浮渣存储区58中， 然后通过浮渣排放管60排出。
这样，悬浮于原水中的固体物通过悬浮固体絮凝物的聚结作用、原 水通过絮凝物层的过滤作用、聚结絮凝物的分离和沉淀作用等从水中分 离并沉淀于浮渣存储区58中。另一方面，经如此处理的原水从水收集 区36流出进入处理后的水箱52。
当填料介质堆积区34的填料介质堆积层44阻塞时，通过空气供应 管62的空气喷嘴供给空气射流以搅拌和冲洗填料介质堆积层44。
这类向上流动型凝结器使处理得以在高速下进行，因为厚厚聚结的 凝结絮凝物的密度高，其沉淀速度也高。对应地，该设备紧凑，从而使 设备安装场地可减少，化学试剂量可减少，以及产生的浮渣的处理和清 除可简化。
虽然向上流动型凝结具有许多优点，但为了进一步提高其处理效率， 还有待进一步改进。
例如，曾企图通过用大块填料介质代替构成填料介质堆积层的小块 填料介质以延长相应冲洗处理之间的水处理时间，但这造成处理水混浊 度增大的问题。相反，为减少处理水混浊度而采用较小尺寸的填料介质 时，填料介质堆积层的冲洗频率就增加，这样产生了原水处理时间缩短 的问题。
因此，本发明的一个目的就是提出一种凝结器，它能减少介质冲洗 作业的频率，同时将处理后的水的混浊度保持于低水平。
本发明综述
本发明提出的凝结器具有第一凝结部件。此第一凝结部件具有至少 一层填料介质堆积层，原水以高于后续凝结和沉淀部件中填料介质堆积 层的表面速度通过此填料介质堆积层。因此，在上游凝结部件的填料介 质堆积层中受到凝结的初步处理水得以流入后继的凝结和沉淀部件。
第一凝结部件中填料介质堆积层的表面速度(水通过流速除以填料 介质堆积层的截面面积得到的速度)应高于下游凝结和沉淀部件中填料 介质堆积层的表面速度(如150至800米/日(m/d)，最好为300至 500m/d)。例如，前者速度可约为后者速度的两倍。
构成上游凝结部件及下游凝结和沉淀部件的填料介质堆积层的小填 料介质具有大的孔隙比例。对小填料介质的形状、材料和类型没有特殊 的限制，只要它们堆积起来能形成填料介质堆积层，但这些小填料介质 应具有起水通道作用的孔隙，且孔隙率最好高达60％或更高，小填料介 质还应具有大的表面面积，即每立方米的堆积填料介质的表面积为200cm2 或更多，最好为300cm2或更多。
例如，可最好应用直径约4mm及长度约4mm的塑料管、表面上具有 许多孔的中空球、泰勒填料或类似物，但对它们没有具体限制。
构成上游凝结部件的填料介质堆积层的小填料介质在形状和尺寸方 面可相似于构成下游凝结和沉淀部件的填料介质堆积层的小填料介质。 一种替代方案是，在构成上游凝结部件的填料介质堆积层的小填料介质 的形状和尺寸中至少具有一种不同于构成凝结和沉淀部件的填料介质堆 积层的小填料介质。
适宜的是，构成下游凝结和沉淀部件的填料介质堆积层的小填料介 质的形状与构成上游凝结部件的填料介质堆积层的小填料介质相同，但 尺寸小于构成上游凝结部件的填料介质堆积层的小填料介质。
至于能在本发明的凝结器中处理的原水，其来源和质量不受限制， 例如混浊度为几度至2000度的水均可处理。在本说明书中，原水就是 输入凝结器中的水，它包括输入凝结器中的诸如河水、井水、湖水和沼 泽地水，还有废水等的水。
对添加至原水中的凝结剂没有限制，只要它们对原水中的悬浮固体 物具有凝结效果。凝结剂最好例如为诸如硫酸铝和聚铝氯化物 (polyaluminum chloride)的铝盐。
如通过填料介质堆积层的原水(添加有凝结剂)中直径大于100μm 的凝结絮凝物的比例增加，粘结在填料介质上并在其上生长的絮凝物粘 性增加，这样，絮凝物从填料介质上的可分离性及收集的浮渣的脱水性 就要麻烦地恶化。因此，直径大于100μm的絮凝物比例应尽可能的低， 为此必须控制凝结剂的剂量大小，使此比例不超过5％左右。凝结剂的 剂量大小与其种类和原水质量等有关，因此应通过实验或其它方法预先 设置一个较优值。
在使用铝基无机凝结剂时，根据原水混浊度而变化的剂量大小通常 按照ALT比例(铝(AL)剂量大小/混浊度〕可在0.1至0.001，最好在 0.05至0.005的范围同。采用在此范围内的ALT比例时，原水中的悬浮 固体被凝结以使形成的悬浮固体物的微小絮凝物直径为100μm或更小， 最好为几μm至几十μm。
当安装了上游凝结部件且上游凝结部件的填料介质堆积层的表面速 度调节成高于下游凝结和沉淀部件的填料介质堆积层的表面速度时，输 入至上游凝结部件的微小絮凝物生长成具有大尺寸的粗絮凝物，而且大 部分凝结的粗絮凝物从填料介质堆积层中排出而不滞留在填料介质堆积 层中。在下游絮和沉淀部件中，如此排出的凝结的粗絮凝物被尽可能多 地依靠重量沉淀，然后去除，只有留下的微小絮凝物引入至下游凝结和 沉淀部件的填料介质堆积层中，并在其中生成粗絮凝物以被填料介质堆 积层捕获。
也就是说，在上游凝结部件中，由于向原水中添加凝结剂而产生的 微小絮凝物能变粗，如此变粗的凝结絮凝物在下游凝结和沉淀部件中早 期就沉淀和分离以减少流入下游凝结和沉淀部件的填料介质堆积层的每 单位原水量中的絮凝物量，从而减少下游凝结和沉淀部件中填料介质堆 积层阻塞的发生，因而填料介质的冲洗间隔就能延长。
尤其是，当构成下游凝结和沉淀部件中的填料介质堆积层的小填料 介质与构成上游凝结部件中填料介质堆积层的小填料介质具有相同的形 状，但尺寸小于构成上游凝结部件中填料介质堆积层中的小填料介质 时，处理后的水的混浊度能降低。此外，在上游凝结部件中，微小絮凝 物变粗，但变粗的絮凝物尽可能多地从填料介质堆积层排出而不滞留在 此层中。另一方面，在下游凝结和沉淀部件的填料介质堆积层中，在上 游凝结部件中没变粗的微小絮凝物被牢牢地捕获住。如上所述，作用分 工明确，从而本发明的效果得以改进。
此外，在本发明中，大部分微小絮凝物在上游凝结部件中长成大尺 寸的凝结絮凝物，但当这些絮凝物流入下游凝结和沉淀部件时，它们在 早期阶段就沉淀和分离。结果，流入下游凝结和沉淀部件中填料介质堆 积层的凝结的微小絮凝物的量就减少，从而得以采用比普通介质更小的 填料介质，且不会缩小下游凝结和沉淀部件中填料介质堆积层的介质冲 洗间隔。
在下游凝结和沉淀部件中采用较小的填料介质能使凝结的絮凝物稠 密地保持在填料介质堆积层中，凝结絮凝物与后继微小絮凝物等的接触 机会增多，从而减小处理后的水的混浊度。
上游凝结部件中的填料介质堆积层与下游凝结和沉淀部件中的填料 介质堆积层可依次从底部到顶底设置在同一处理箱中，这样，原水和初 步处理水(在上游凝结部件中产生的原水)可向上流动。在这种情况下， 两层填料介质堆积层由穿孔的分隔板加以分隔，且分隔板的孔不会使构 成填料介质堆积层的小填料介质相互混合。
此外，上游凝结部件中的填料介质堆积层与下游凝结和沉淀部件的 填料介质堆积层可并排地设置在一个处理箱中，这样，原水可以向上或 向下流动方式流过上游凝结部件中的填料介质堆积层，并且初步处理水 可以向上流动方式流过下游凝结和沉淀部件中的填料介质堆积层。
另外，上游凝结部件中的填料介质堆积层与下游凝结和沉淀部件的 填料介质堆积层可相应设置在不同处理箱中，这样，原水可以向上或向 下流动方式流过上游凝结部件中的填料介质堆积层。
合适地，设置一个测量原水混浊度的混浊度检测部件和一个剂量控 制部件，其中，被剂量部件投放的铝盐量根据混浊度检测部件确定的混 浊度值控制在按照ALT比例为0.1至0.001的范围内。
而且，可设置一个辅助结构，其中，根据混浊度检测部件确定的处 理后的水的混浊度值，当处理后的水的混浊度超过预定混浊度大小时， 能对下游凝结和沉淀部件中的填料介质部件自动进行冲洗。
附图简述
图1是表示本发明示范性实施例1中凝结箱结构的示意图。
图2是表示示范性实施例2中凝结箱结构的示意图。
图3是表示示范性实施例3中凝结箱结构的示意图。
图4是表示示范性实施例4中凝结箱结构的示意图。
图5是表示常规凝结器结构的流程图。
图6是表示安装在常规凝结器中的凝结箱结构的示意图。
图7是表示填料介质一个示例的透视图。
标号说明
10普通的向上流动型凝结器
12未处理水的水箱
14原水泵
16凝结剂添加装置
18凝结剂混合箱
20凝结箱
22浊度计
24凝结剂箱
26未处理水供应管
28凝结剂泵
29搅拌器
30流入管
32未处理水流入区
34填料介质堆积区
36水收集区
38、40流出阻挡板
42小块填料介质
44填料介质堆积层
46水收集部件
48水收集槽
50流出管
52处理后的水的水箱
54缓冲板
56碱性试剂注入管
58浮渣存储区
60浮渣排放管
62空气供应管
64鼓风机
70第一实施例中的凝结器
72凝结箱
74第二填料介质堆积区
76水收集区
78第一填料介质堆积区
79分离区
80浮渣存储区
81容器
82第一填料介质堆积层
84第二填料介质堆积层
86圆筒部件
88倒向锥形部件
90、92流出阻挡板
94废料管
100示范性实施例2中的凝结箱
102第二填料介质堆积层
104第一填料介质堆积层
106容器
108装备有刮板的浮渣收集装置
110浮渣存储区
112示范性实施例3中的凝结箱
113、114填料介质堆积层
115下游凝结箱
116、117浮渣存储区
118填料介质堆积层
120示范性实施例4中的凝结箱
122第一处理箱
124第一填料介质堆积层
126凝结箱
128、130流出阻挡板
132初步处理的水的水管
本发明最佳实施例
下文将参照附图对本发明的实施例进行更为具体和详尽的说明，但 并不意味着本发明局限于这些实施例。
示范性实施例1
此示范性实施例是本发明提出的凝结器实施例的一个示例。图1是 根据此示范性实施例提出的凝结器中凝结箱(处理箱)结构的示意图。 在图1和图2至4的示意图中，与图5至7中构件相同的构件用相同标 号表示，且这些构件的说明不再重复。此外，一引些诸如开-关阀和计 量表的可选择附件，除非有助于说明本发明，否则将不予描述。
除凝结箱72的结构外，在该示范性实施例中的凝结器70与图5所 示的普通向上流动型凝结器10具有相同的结构。
如图1所示，凝结箱72装有第二填料介质堆积区74和水收集区76， 它们的结构与普通凝结箱20的填料介质堆积区34和水收集区36相同， 凝结箱72在第二填料介质堆积区74之下还装有另一第一填料介质堆积 区78，并在此区78之下有一个浮渣存储区80。在第一填料介质堆积区 78与第二填料介质堆积区74之间设置了一个包括简单空间区域(充气 腔)的分离区79。
形成于第一填料介质堆积区78中的第一填料介质堆积层82起着上 游凝结部件的填料介质堆积层的作用，而形成于第二填料介质堆积区74 中的第二填料介质堆积层84则起着下游凝结和沉淀部分的填料介质堆 积层作用。
第一填料介质堆积区78设置有容器81，该容器81在上侧装有圆筒 部件86，而在下侧紧邻圆筒部件86处装有倒向锥形部件88，圆筒部件 86容纳着许多小块填料介质(此后将简称为“填料介质”)。在水的通道 中，形成第一填料介质堆积层82。对此，容器81不限于圆筒形式，诸 如矩形的其它形状也可采用。
在圆筒部件86的上端和下端部设置了流出阻挡穿孔板90、92，以 阻止存放的填料介质与水一起流出。倒向锥形部分88在其底部连接至 一根流入管30，并设置成将原水均匀地扩散和送给至圆筒部件86中。
在此示范性实施例中，形成于圆筒部件86中的第一填料介质堆积层 82的表面速度被设置成高于第二填料介质堆积层84的表面速度。更特 别的是，圆筒部件86的直径设置成小于凝结箱72的直径。此外，构成 第一填料介质堆积层82的填料介质是例如图7所示的短管或类似物， 并最好与构成第二填料介质堆积层84的填料介质的形状相同，但尺寸 大于第二填充介尺寸，尽管同样尺寸的填料介质显然也可接受。
构成第一和第二填料介质堆积层的填料介质被流出阻挡板90、92、 38、40所包围，因此不管比重如何，可浮的填料介质和下降的填料介质 都可使用。此外，也可应用这样的填料介质，它的实际比重为1左右， 原水流过之前，位于流出阻挡板92、40上，但在向上流速为150m/d或 更大的原水或初步处理水通过时被浮动至上流出阻挡板90、38之下形 成填料介质堆积层。
在分离区79中，设置了一个直径与凝结箱72相同的空间。此空间 的作用是迅速降低从第一填料介质堆积层82排出的初部处理水的流动 速度，从而使初步处理水中的凝结粗絮凝物将通过流体力学方式与初步 处理水分离。
废料管94设置在分离区79之上而在流出阻挡板40之下。此废料管 94是一根水收集管，它可以是一根在箱中没有上半部的管子。此外，在 流出阻挡板40之下，带有许多将空气向上喷射的空气喷嘴的空气供应 管62设置成与普通凝结箱20的情况相同，由鼓风机64输送的空气被 喷射以搅拌和冲洗第二填料介质堆积层84的填料介质。
浮渣存储区80包括在容器81和凝结箱72之间的环形区域，它位于 容器81之下，并与图6所示普通凝结箱72的结构相似。
接着，将描述此示范性实施例的凝结器70进行的水处理方法以及各 填料介质堆积层的作用。
首先将铝基无机凝结剂加到将送进至凝结器70的原水中，使ALT比 例在范围0.1至0.001之间。在凝结剂混合箱18中迅速混合后，混合 物通过流入管30送至凝结箱72内的倒向锥形部件88。
在凝结剂混合箱18和流入管30中，原水中的悬浮固体物通过凝结 反应形成直径由10μm至几十μm的微小絮片。
原水开始通过后不久，流入形成于容器81中的第一填料介质堆积层 82的水中微小絮凝物由于填料介质的“筛分”作用沉积在填料介质的表 面并开始覆盖填料介质的表面，从而被捕获于其上。
一旦微小絮凝物开始沉积在填料介质的表面上，随后的微小絮凝物 就不断沉积在填料介质的自由表面上，同时，由于沉积的微小絮凝物本 身具有凝结沉积力，与已经沉积在填料介质表面上的微小絮凝物碰撞的 微小絮凝物本身具有凝结沉积力，与已经沉积在填料介质表面上的微小 絮凝物相碰撞的微小絮凝物就被这些微小絮凝物所捕获。这样，微小絮 凝物间的接触加速，在填料介质上的絮凝物层就生长。
在早期沉积阶段，絮凝物不容易除去，因为在填料介质上的微小絮 凝物的沉积力相当强，但是，当后继的微小絮凝物接连地被吸附，并逐 渐变粗，它们就被水的剪切力除去。同时，在变得足够粗前被除去并生 长成超过一定尺寸的微小絮凝物沉积在第一填料介质堆积层82中原水 流动缓慢位置上、或沉积在填料介质的背部表面上、或沉积在不受水流 影响的内部孔隙中。
与普通凝结方法中的ATL比例为0.1至0.4相比，加入至原水中的 凝结剂ATL比例可低至0.1至0.001，因此，微小絮凝物具有更大密度 和更高絮凝物强度，从而具有高沉淀速度，且当其从填料介质上除去时 不会破碎。
由于原水中悬浮固体物的捕获是以这种方式进行的，包括沉积在填 料介质表面的微小絮凝物和具有高沉淀速度的凝结粗絮凝物的各种絮凝 物就包含在第一填料介质堆积层82中。在絮凝物沉积进行过程中，填 料介质内部和填料介质间的空间会局部阻塞，但流过的原水流动压力仍 能将沉积的絮凝物团向上喷射。
絮凝物团的喷射现象具有对如此喷射的絮凝物进行分类的作用。也 即是说，较为细小的絮凝物颗粒被原水的流动速度搅拌向上，但是，当 它们接触上部的填料介质时，它们就沉积在那里。另一方面，凝结的粗 絮凝物抵制流动并停留在发生絮凝物喷射附近位置的填料介质上。
当微小絮凝物的沉积和生长发展时，第一填料介质堆积层82填充着 凝结的粗絮凝物团，这种凝结的粗絮凝物团与初步处理水一起离开第一 填料介质堆积层82，并向上流动通过上流出阻挡板90。
从第一填料介质堆积层82排出的初步处理水具有一定的排出速度， 但在从分离区79直至第二填料介质堆积层84之间大大的减缓。结果， 具有大颗粒直径和高密度的凝结絮凝物就从初步处理水流动中分离，且 绝大部分的凝结絮凝物在它们通过凝结箱72与容器81之间的仍处于水 状态的空间过程中沉淀。如此沉淀的絮凝物到达浮渣存储区80，然后作 为沉淀浮渣存储于其中。
换言之，形成于凝结剂混合箱18和流入管30中的微小絮凝物以相 当高的比例转变成凝结的粗絮凝物，这些凝结的粗絮凝物在浮渣存储区 80中沉淀并分离。结果，流入下游侧的第二填料介质堆积层84的初步 处理水中的悬浮固体物的量就能大大减少，且大部分悬浮固体物本身就 变成了微小絮凝物。
因为第一填料介质堆积层82的表面速度被加速，凝结在第一填料介 质堆积层82中的粗絮凝物无需用机械方法去除它们就能不断地被原水 的流动去除并带走。
因此，即使不进行专门的冲洗工序，第一填料介质堆积层82的絮凝 物凝结吸附活性也能维持于高水平，第一填料介质堆积层82的阻塞也 能防止。
另一方面，流入第二填料介质堆积层84的微小絮凝物量显著减少， 因此，可应用尺寸小于常规情况的填料介质作为第二填料介质层84的 填料介质。当应用这种具有尺寸较小的填料介质时，无需缩短冲洗之间 的间隔就能减小处理后的水的混浊度。
徽小絮凝物在第二填料介质堆积层84中的捕获机理与在第一填料介 质堆积层82中的捕获机理相同，同时，第二填料介质堆积层84中的表 面速度慢于第一填料介质堆积层82中的表面速度。因此，初步处理水 的流动对凝结的絮凝物团的破损和分类作用要比在第一填料介质堆积层 82中合适，并且只有小直径的凝结絮凝物颗粒被带着向上。
结果，水开始通过后不久，在微小絮凝物流入的最下部分的填料介 质周围凝结的絮凝物量就迅速增加，此外，通过凝结过滤处理的表面过 滤的絮凝物捕获减少，阻塞仅缓慢地进展。但是，在填料介质堆积层的 最下部被完全阻塞前，初步处理水强劲地流过压力损失小的位置，于是 在这些位置发生破碎和分类作用。这样，微小絮凝物的捕获区域从第二 填料介质堆积层84的下部扩展于上部，但对初步处理水的水通过时间 有一个推迟。
因此，即使当第二填料介质堆积层84填充有凝结的絮凝物时，第二 填料介质堆积层84中的水头损失的增加也是适度的，因为填料介质具 有大的表面面积和大的孔隙体积。
此外，因为第二填料介质堆积层84的絮凝物负载小，清洗处理之间 的间隔可延长。
如上所述，第二填料介质堆积层84中的凝结的絮凝物的捕获机理是 借助初步处理水通过的早期阶段的表面过滤实现的，接着，凝结絮凝物 的捕获在破碎和分类作用下通过沉积过滤继续进行。结果，随后的凝结 絮凝物通过稠密存在的凝结絮凝物团，因此，凝结絮凝物团就借助于其 强劲的吸附作用将它们牢牢地吸附住。
因此，即使原水的混浊度迅速增加，粗絮凝物或微小絮处也不会同 时从第二填料介质堆积层84流出，可在原水流动开始和所要求的冲洗 作业步骤之间可靠地获得具有低混浊度的处理后的水。
如上所述，在第一填料介质堆积层82中表面速度是高的，因此，含 有粗絮凝物的初步处理水流出，从而得以进行几乎不需对填料介质清洗 的长时间的水通过处理。
另一方面，第二填料介质堆积层84中的表面速度低于第一填料介质 堆积层82中的表面速度，因而在凝结的絮凝物颗粒广泛被去除和沉淀 的同时，流入其中的大部分微小絮凝物以此速度通过以便被捕获在第二 填充介堆积层84中。结果，必须定期清洗填料介质。但是，已被捕获 在第二填料介质堆积层84中并已生长成凝结絮凝物的絮凝物不同于通 过常规凝结剂过量添加形成的粘性絮凝物，它能容易地从填料介质上去 除。这样，通过停止初步处理水的流过、通过废物管94排出水、以及 使存储在第二填料介质堆积层84中的水向下流动，沉积的絮凝物就能 简单地从填料介质中去除、被带走及被移走，从而消除填料介质堆积层 的阻塞并恢复填料介质的沉积活性。
如在常规情况一样，可停止原水流过，启动鼓风机64以通过空气供 应管62向第二填料介质堆积层84输送压缩空气，从而搅拌和冲洗填料 介质。接着，可通过废物管94排出水。
存储在浮渣存储区80中的沉淀浮渣通过浮渣排放管60排出。在此 示范性实施例中，可通过注入少量凝结剂，因此，沉淀浮渣的凝结性能 很好，且沉淀的浮渣能在箱中浓缩至5至15％的浓度。用此方法获得的 浓缩浮渣具有优异的脱水性能，因此脱水装置的容置的容量能降至最 小。此外，结块的水分含量低，从而能降低处理成本。
在此示范性实施例中，浮渣能在箱中浓缩至5至15％的高浓度，为 此，不会由于经常提取浮渣而发生水的损失，在没有任何填料介质层的 常规高速凝结箱中，浮渣仅在箱中浓缩至约1至2％的低浓度。
此示范性实施例的凝结箱70的上述优点和效果可通过以下四个特征 实现：(1)向输入至凝结器中的原水注入必要和最小量的无机凝结剂； (2)设置第一填料介质堆积层82作为预处理部件，在其中堆积着大量 具有大表面面积和孔隙体积的填料介质；(3)设置分离区79以沉淀和 分离从第一填料介质堆积层82中流出的凝结的粗絮凝物；和(4)建立 一种使第二填料介质堆积层84可单独被冲洗的结构。
示范性实施例2
此示范性实施例是示范性实施例1的修改示例，图2是表示示范性 实施例2中凝结箱结构的示意图。
示范性实施例2中的凝结箱100装有如图2所示的第二填料介质堆 积层102，在此第二填料介质堆积层102的一侧设置了容器106，它构 成第一填料介质堆积层104，其截面面积小于第二填料介质堆积层102 的截面面积。
在此示范性实施例中，第一填料介质堆积层104和第二填料介质堆 积层102相应地起着与示范性实施例1中的第一填料介质堆积层82和 第二填料介质堆积层84相同的作用，但凝结箱100中从第一填料介质 堆积层104至第二填料介质堆积层102的箱内部区107起着分离区的作 用。
在此示范性实施例中，装有刮板的浮渣收集装置108安装在凝结箱 100的底部上，沉淀的凝结絮凝物被浮渣收集装置108从箱内部区107 和第二填料介质堆积层102收集至浮渣存储区，然后将它们排出。
示范性实施例3
此示范性实施例是示范性实施例1的修改示例，图3是表示凝结器 主要部件，即示范性实施例3中凝结箱结构的示意图。
如图3所示，示范性实施例3的凝结箱112装有结构与常规凝结箱 20相同的双层填料介质堆积层113、114作为上游凝结部件和下游凝结 箱115作为下游凝结部件，它们由隔板111在一个处理箱内加以分隔， 且填料介质堆积层113、114形成使得它们中的每一个截面面积都小于 下游凝结箱115中的填料介质堆积层118的截面面积。
在此示范性实施例中，原水向上流过填料介质堆积层113，然后向 下流过填料介质堆积层114，接着向上流过下游凝结箱115。在凝结箱112 中，原水流入管30连接至填料介质堆积层113的下部位置。此外，下 游凝结箱115在其下部设置有带有浮渣排放管60A的浮渣存储80，填 料介质堆积层113、114在它们的下部也各自设置有带有浮渣排放管60B、 60C的浮渣存储区116、117。
对此，虽然图中未示出，但作为上游凝结部件设置的填料介质堆积 层113、114可在它们的下部设置有空气送进管，用于冲洗填料介质堆 积层。
示范性实施例4
此示范性实施例是本发明提出的凝结器的另一实施例。图4是表示 凝结器主要部件，也即凝结箱结构的流程图。
如图4所示，此示范性实施例的凝结箱120装有形成于第一处理箱 122中作为上游凝结部件的第一填料介质堆积层124和凝结箱126，此 凝结箱126的结构与常规凝结箱20的结构相同，但成形成不同于第一 处理箱122的另一个箱。第一填料介质堆积层124成形成其截面面积小 于下游凝结箱126中填料介质堆积层44的截面面积。
第一处理箱122是一个垂直型的圆筒箱，此圆筒箱在其上部和下部 分别设置有流出阻挡板128和130。填料介质充装在这些流出阻挡板之 间，以形成第一填料介质堆积层124用于输入原水。
原水以向下流动的方式流过第一填料介质堆积层124。原水中的微 小絮凝物被与示范性实施例1中第一填料介质堆积层82相同的凝结作 用所凝结，然后经如此凝结的絮凝物与初步处理水一起流过初步处理水 管132流至下游凝结箱126。
一种可替代方案是，如在示范性实施例1中那样，其结构可制作成 使原水以向上流动的方式流过第一填料介质堆积层124。
示范性实施例5
此示范性实施例是示范性实施例4的修改示例。在此实施例中，设 置了第一处理箱122和若干凝结箱126，这些凝结箱126并排地布置在 第一处理箱122下游侧。
在此实施例中，一个或多个凝结箱126可保持于水通过状态，而其 它的凝结箱126被冲洗，从而保持原水不间断的流动和处理后的水连续 排出。
示范件实施例1的凝结器的试验示例
为评价本发明提出的凝结器性能，制作了一个结构与示范性实施例 1的凝结箱72相同的试验箱，其规格如下：
(1)试验箱
尺寸：直径×高度＝400mm×3500mm
(2)第一填料介质堆积层
圆筒部件的尺寸：直径×高度＝300mm×500mm
填料介质堆积层：高度＝500mm
填料介质：短管
          内径×长度＝10mm×10mm
          比重＝0.98
(3)第二填料介质堆积层
填料介质堆积层：高度＝1000mm
填料介质：短管
          内径×长度＝4mm×4mm
          比重＝0.98
具有约15度低混浊度的河表面水被用作原水，聚铝氯化物按照ALT 比例为0.007加至原水中，从而准备了具有低混浊度的试验原水。除了 这种试验原水外，还准备了高混浊度的其它试验原水，这是通过将作为 混浊物质的高岭土添加至同样的河水中以人为地获得混浊度约为500度 的高混浊度高岭土原水，然后向其中加入聚铝氯化物，其ALT比例为0.05。
为进行混浊度去除试验，将两批试验原水通过试验箱，其通过第二填 料介质堆积层(LV)表面速度为400m/d(因此，通过第一填料介质堆积 层的表面速度＝710m/d)。表1表示了混浊度去除试验中获得的处理后的 水的混浊度、混浊度去除比例和从浮渣存储区取出的浮渣性能等的测量 结果。
表1
                              河水     高岭土河水
原水混浊度(度)                15          500
处理后的水的混浊度(度)        0.4         1.2
运行持续时间(小时)            17          6
水回收率(％)                  99.6        98.5
取出浮渣的固体物浓度(％)      3.3         8.5
常规凝结器的试验示例
还准备了一种结构与常规凝结器10的凝结箱20相同的试验箱，其规 格如下：
(1)试验箱
尺寸：直径×高度＝400mm×3500mm
(2)填料介质堆积层：高度＝1000mm
填料介质：短管
          内径×长度＝4mm×4mm
          比重＝0.98
接着，如在凝结器示范性实施例1中的试验示例那样进行混浊度去除 试验，表2表示了混浊度去除试验中获得的处理后的水的混浊度、混浊 度去除比例和从浮渣存储区取出的浮渣性能等的测量结果。
表2
                                河水       高岭土河水
原水混浊度(度)                  15            500
处理后的水的混浊度(度)          1.2           3.5
运行持续时间(小时)              12            4.5
水回收率(％)                    98.5          96.0
取出浮渣的固体物浓度(％)        2.4           6.2
由表1和2可显然看出，在示范性实施例1中，在ALT比例＝0.007 的十分低的凝结剂添加比例及LV＝400m/d的表面速度下可以从混浊度约 为15度的低混浊度水中获得0.4度的低混浊度处理后的水，原水混浊度 可以约97％或更高的去除比例去除。此外，能在约3.3％的相对高的固 体物浓度下获得具有十分优异脱水性的取出浮渣。
而且，在人为准备的高混浊度水的情况下，原水混浊度可以约99％ 或更高的去除比例去除。此外，能在约8.5％的高固体物浓度下获得具有 十分优异脱水性的取出浮渣。
另一方面，与示范性实施例1相比，在常规凝结箱中持续运行时间较 短，而且处理后的水的混浊度要高得多。
在以上说明中，主要讨论了将本发明应用于水净化处理以获取城市用 水或工业用水的实施例，但除了水净化处理外，本发明也可用于污水、 废水等的处理。另外，就使用的凝结剂而言，除铝基凝结剂外，例如铁 基无机凝结剂也可使用。在这种情况下，使用FeT比例(铁离子与原水 混浊度的注入量比例)或FeSS比例(铁离子与原水混浊物质浓度的注入 量比例)代替上述ALT比例以控制絮凝物的大小。
由上述可明白，根据本发明，在凝结和沉淀部件与常规凝结器辅助部 件之间设置了一上游凝结部件作为预处理部件，此上游凝结部件具有至 少一层填料介质堆积层，原水以高于凝结和沉淀部件的填料介质堆积层 中的表面速度通过该至少一层填料介质堆积层，使得初步处理水与上游 凝结部件的填料介质堆积层中凝结的粗絮凝物一起从上游凝结部件流至 下游凝结和沉淀部件，从而使下游凝结和沉淀部件的填料介质堆积层的 一个冲洗作业与另一冲洗作业之间的水通过时间与常规凝结器相比可得 以更加延长，并能获得低混浊度的处理后的水。
工业应用可能性
本发明的凝结器可用于对诸如河水的原水进行处理以获取城市用水或 工业用水的场合，也可用于将诸如生活污水和工业废水等废水处理至标 准水平的场合。