CN102218234B - 管/筒式泥渣内回流泥水高效分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于村镇供水的小型高效泥水分离装置，包括机械絮凝区和水力絮凝区、沉淀区、活性泥渣浓缩区、活性泥渣内回流管/筒、叶轮提升装置、进出水***以及排泥***等。本装置主体结构以三层同心圆筒为主，内筒为机械絮凝区，中部设有叶轮提升装置，可通过底部中心处设置的内回流管/筒提升浓缩室底部活性泥渣至机械絮凝区，内筒与中筒之间为水力絮凝区，设置孔板，中筒与外筒之间为沉淀区，设置单叶单曲回转斜板，设备底部为泥渣浓缩室。本装置具有结构紧凑、空间利用率高、占地面积省、机械絮凝区、回流量易调节、能耗低、出水水质好等优点，极具推广价值。

Description

管/筒式泥渣内回流泥水高效分离装置

技术领域

本发明涉及给水技术领域，具体涉及一种用于小流量的泥水分离装置。

背景技术

澄清池工艺是将絮凝与沉淀两个工艺过程综合于一个构筑物中完成，主要依靠活性泥渣达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与活性泥渣层接触时，便被泥渣层拦截下来，使泥水分离。目前，在实际工程中运用最多的澄清池是机械加速澄清池，因为机械加速澄清池具有适应性强、运行稳定、出水水质好等优点。但是，在实际运行过程中，传统的机械加速澄清池仍存在着很多问题，主要有：

1、回流活性泥渣浓度小，导致澄清池占地面积大。由于普通机械加速澄清池中回流的活性泥渣浓度较小，导致所需的活性泥渣回流量一般为进水流量的3-5倍，这样絮凝区的面积就会很大，进而增大整个澄清池体积，增加造价和运行费用。

2、空间利用率不足的问题。进入机械加速澄清池中的水流大多不会像设计流线轨迹：由三角形配水槽进入第一絮凝区，在第一絮凝区内完成良好的絮凝；而是由三角形配水槽配水后，直接被叶轮提升装置提升到第二絮凝区，这样就缩短了絮凝时间，影响絮凝效果，导致出水水质变差，或增大药剂的投加量。

3、回流缝易堵塞。很多水厂内的机械加速澄清池都存在回流缝堵塞的现象，同时，在设计机械加速澄清池的过程中，回流缝的取值也是一个较难确定的问题。

4、耗能大。由于需要提升3-5倍于进水量的泥渣量，所以需要消耗较多的能量，耗能较大。

因此，实际中运行着的机械加速澄清池，存在着空间利用率不足、回流泥渣量大、占地面积大、耗能大等缺点。

发明内容

本发明目的是针对传统机械加速澄清池的上述不足提出的一种新型泥水高效分离装置。

管/筒式泥渣内回流泥水高效分离装置，其是将机械絮凝区、水力絮凝区、沉淀工艺、浓缩工艺集中布置在一个圆筒形池体内。

所述装置是在圆筒形池体内设置两个同心圆筒，由内向外依次分隔出机械絮凝区、水力絮凝区、沉淀区，三个区的顶部均敞开，底部为泥渣浓缩室。

所述机械絮凝区与水力絮凝区从顶部连通，水力絮凝区与沉淀区从下端连通，机械絮凝区的出水从顶部进入水力絮凝区，水力絮凝区的出水从下端进入沉淀区。

所述机械絮凝区下部接入进水管，中部设置有叶轮提升装置，底部封闭，并在中心处设有活性泥渣内回流管/筒直通泥渣浓缩室底部；机械絮凝区通过提升装置对泥渣浓缩室底部的高浓度活性泥渣进行提升，高浓度活性泥渣通过活性泥渣内回流管/筒回流到机械絮凝区，充分利用泥渣的活性与原水进行接触絮凝，强化泥水分离效果，且高浓度活性泥渣量可通过改变叶轮提升装置的转速或开启度方便、准确调节。提升装置可以包括提升与搅拌两部分；提升可以改变泥渣回流量，搅拌进行机械絮凝，且回流量和搅拌强度之间存在定量耦合关系，可通过改变提升装置搅拌速度和开启度调整。

所述水力絮凝区沿深度方向设置有多层小孔孔板，根据微漩涡理论强化絮凝，各段能量分配合理，停留时间短，絮凝效果好。

所述沉淀区的上部***设置有集水渠，并由集水渠接出水管。

所述沉淀区中部设置有斜板或斜管，以强化沉淀，提高容积利用率，减少占地面积。

所述进水管上装有离心泵、管道静态混合器、流量计，管道静态混合器上设加药管；所述泥渣浓缩室底端设放空管和泥渣斗，泥渣斗下设排泥管，每条管上均设有控制阀。通过管路上都安装电（手）动阀门，及自动加药***以及在线流量计、浊度计，可实现自动控制，便于操作和管理。

本装置在机械絮凝区底部中心处增设活性泥渣回流管/筒，直通泥渣浓缩室的底部，取消了泥渣回流缝，并将机械絮凝区的传统伞形板改为直筒形，增加了水力絮凝区，与传统的机械加速澄清池相比，具有以下优点：

1、回流活性泥渣浓度较大。机械絮凝区底部中心处增设了活性泥渣回流管/筒直通泥渣浓缩室底部，由于泥渣浓缩室底部的活性泥渣含固率较高，在所需固体量相同的条件下，可减小活性泥渣的回流量，一般为处理水量的0.5-1.5倍，远小于传统机械加速澄清池的3-5倍。从而减小了絮凝区与整个装置的占地面积。

2、活性泥渣回流量可方便、准确的通过改变叶轮提升装置的转速或开启度来控制、调节。

3、由于减小了活性泥渣的回流量，故可以降低叶轮提升装置的能耗，降低了设备的运行费用，单位产水量的能耗约为传统的机械加速澄清池的50%左右。

4、能量利用更彻底和合理，絮凝更充分。由于在机械絮凝区的外部增加了水力絮凝区，且在水力絮凝区内加设了孔板，优化能量分配，机械絮凝区的G值为120S^-1，水力絮凝区从第一至第三絮凝区依次采用的G值为32.8 S^-1、9.3 S^-1、4.6 S^-1，水力絮凝区的平均G值为20 S^-1；总体能量输入较低，但由于活性泥渣循环利用，间接加强了能量回用，从而提高絮凝效果。

5、取消了传统机械加速澄清池中的回流缝，避免了装置的堵塞问题。

6、空间利用率高。示踪剂试验表明，本设备内的水流流态完全按照设计的水流流态进行，水流依次流经机械絮凝区、水力絮凝区、沉淀区，无空间浪费，空间利用率高，几乎达到100%。

附图说明

图1——管/筒式泥渣内回流泥水高效分离装置结构示意图

图2——管/筒式泥渣内回流泥水高效分离装置平面原理图

图3——孔板示意图

1——进水管，2——内筒，3——中筒，4——外筒，5——机械絮凝区，6——叶轮提升装置，7——活性泥渣回流管/筒，8——水力絮凝区，9——孔板，10——沉淀区，11——配水区，12——斜板或斜管，13——清水区，14——集水渠，15——出水管，16——泥渣浓缩室，17——泥渣斗，18——泥斗排泥管，19——放空管，20——离心泵，21——管道静态混合器，22——加药管，23——流量计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1、图2、图3，从图上可以看出，装置采用圆筒形不锈钢池体，上部分为圆柱形，下部分为圆台形，圆形池子各向同性，受力条件和水力条件均非常良好。本装置内部主要由机械絮凝区5、水力絮凝区8、沉淀区10、泥渣浓缩室16、活性泥渣回流管7、小孔网格孔板9和斜板或斜管12等组成，外部主要由进水管1、出水管14、泥渣斗17、泥斗排泥管18、放空管19及池体组成。

机械絮凝区5、水力絮凝区8、沉淀区10同心且由内向外依次由内筒2和中筒3在外筒4内分隔而形成。内筒2以内为机械絮凝区5，机械絮凝区5中部设有叶轮提升装置6，底部封闭，中心处设有一活性泥渣回流管/筒7直通泥渣浓缩室底部。内筒2及中筒3之间为水力絮凝区8，水力絮凝区内沿深度方向设置有多层小孔网格孔板9，小孔网格孔板示意图如图3，且每层网格的孔眼尺寸各不相同，按水流流向从前至后依次增大，各段絮凝区内的G值则依次减小，分别为32.8 S^-1、9.3 S^-1、4.6 S^-1，平均G值为20 S^-1。中筒3及外筒4之间形成沉淀区10，沉淀区10的中部加设了斜板或斜管12，斜板或斜管的之下为沉淀区的配水区11，斜板或斜管之上为沉淀区的清水区13。斜板或斜管12当在规模较大时，采用普通斜板或斜管，在规模较小时，可采用单叶单曲回转斜板。

三个区之下为泥渣浓缩室16，即泥渣浓缩室16在外筒4的最底部。渣浓缩室16底端两侧设置有泥渣斗17，中间设置有放空管19，泥渣斗17底端设泥斗排泥管18，每条管上均设有控制阀。

设备的进水管1与机械絮凝区5连通，从其底部接入，进水管1上装有离心泵20、管道静态混合器21、流量计23，管道静态混合器上设加药管22。出水管15与集水渠14连通。 

以上的机械絮凝区5、水力絮凝区8、沉淀区10的顶部均敞开，机械絮凝区与水力絮凝区在顶部连通，水力絮凝区和沉淀区在下端相互连通，沉淀区上部的***设置有集水渠14。机械絮凝区5的出水从上端进入水力絮凝区8，水力絮凝区8的出水从下端进入沉淀区10，沉淀区泥水分离后的泥渣进入到设备底部的泥渣浓缩室16进行浓缩，同时，泥渣浓缩室底部的高浓度活性泥渣依靠机械絮凝区中部设置的提升装置6进行提升，通过机械絮凝区底部中心处的活性泥渣回流管/筒7回流到机械絮凝区，充分利用泥渣的活性与原水进行接触絮凝，对水进行澄清，且高浓度活性泥渣量的大小可通过改变叶轮提升装置6的转速或开启度方便、准确的调节。

本装置的工作方式如下：

原水经过加药、混合后，由进水管1进入到机械絮凝区5，同时，设备底部泥渣浓缩室16中的一部分活性泥渣依靠机械絮凝区中部设置的提升装置6进行提升，通过机械絮凝区底部中心处的活性泥渣回流管/筒7回流到机械絮凝区，与原水进行混合絮凝，且高浓度活性泥渣量的大小可通过改变叶轮提升装置6的转速或开启度方便、准确的调节。然后依次流经机械絮凝区5与水力絮凝区8，通过水力絮凝区中内置的小孔网格孔板9，完成更充分的絮凝，絮凝后的水由水力絮凝区8的下端进入沉淀区10，在沉淀区内完成泥水分离，清水向上依次经过沉淀区的配水区11、斜板或斜管区12、清水区13，进入集水渠14收集后，由出水管15排出，而泥渣由于自身的重力，分离后从沉淀区10下滑至泥渣浓缩室16进行浓缩，浓缩后的活性泥渣一部分由放空管19排出，另一部分由机械絮凝区中的叶轮提升装置6将其提升，如此往复循环。

因此，从功能上来说，本装置主要包括进出水***、絮凝区域、沉淀区域、泥渣浓缩区域、叶轮提升***、排泥放空***，下面分别介绍各部分的原理与作用。

1、进出水***

进水管与机械絮凝区连通，在吸水泵与机械絮凝区之间的进水管上依次安装控制阀、管道静态混合器（上面设有加药口）、流量计，通过控制阀来调节原水的进水流量，原水与药剂在管道静态混合器内进行强烈迅速的混合，然后进入机械絮凝区，出水采用孔口淹没式出流。

2、絮凝区域

原水经进水管进入机械絮凝区，同时，设备底部泥渣浓缩室中的一部分高浓度活性泥渣依靠机械絮凝区中部设置的提升装置进行提升，通过机械絮凝区底部中心处的活性泥渣回流管/筒回流到机械絮凝区，与原水进行混合絮凝，利用其自身的活性对水进行净化，且高浓度活性泥渣量的大小可通过改变叶轮提升装置的转速或开启度方便、准确的调节。完成机械絮凝后的水进入水力絮凝区，水力絮凝区中加设小孔网格孔板，且每层网格的孔眼尺寸各不相同，按水流流向从前至后依次增大，即各段絮凝区内G值依次减小，能量分配合理，有利于絮凝。

3、沉淀区域

经过机械絮凝与水力絮凝后的水进入沉淀区，在沉淀区内完成泥水分离，清水向上依次经过沉淀区的配水区、斜板区、清水区，进入集水渠收集后，由出水管排出，而泥渣由于自身的重力，分离后从沉淀区下滑至泥渣浓缩室进行浓缩，部分没有分离的小颗粒絮体随水流向上流经回转斜板区时，泥水得到进一步的分离，优化了出水水质。

4、泥渣浓缩区域

进行泥水分离后的泥渣依靠自身的重力进入泥渣浓缩区域，在此区域内进行短暂的浓缩，使泥渣含水率降低，增大泥渣含固率。泥渣浓缩区底部设有放空管，根据进水浊度调整剩余泥渣排除周期。

5、叶轮提升***

在机械絮凝区的中部设有叶轮提升装置，其作用是通过提升叶轮的作用，使泥渣浓缩室底部的具有一定活性的泥渣进行回流，因泥渣浓缩室底部的泥渣内有残余的药剂，具有相当的活性，故使其回流可以降低整个设备的投药量，而且高浓度活性泥渣回流量的大小可通过改变叶轮提升装置的转速或开启度方便、准确的调节。叶轮提升***分为提升和搅拌两部分，***的上部为提升部分，起到对活性泥渣的提升作用，***的下部为搅拌部分，起到对水流均匀化的作用。

6、排泥、放空***

根据本澄清设备的结构，结合水流的具体流程，在设备的最底部设置放空管，并在泥渣浓缩区的两侧设置了两个小的泥渣斗，并安装了泥斗排泥管，便于更好的灵活排泥。

本装置在原水为低温低浊时，机械絮凝区内的活性泥渣5min沉降比可达20%，且当PAC投加量为6mg/L时，出水浊度便可下降至5NTU以下，且池内不存在死水区，空间利用率达100%，单位产水量的能耗约为传统的机械加速澄清池的80%左右，故本装置具有结构紧凑、空间利用率高、占地面积省、机械絮凝区、回流量易调节、能耗低、出水水质好等优点，极具推广价值。

Claims (2)

1.管/筒式泥渣内回流泥水高效分离装置，其特征在于：

所述装置是在圆筒形池体内设置两个同心圆筒，由内向外依次分隔出机械絮凝区（5）、水力絮凝区（8）、沉淀区（10），三个区的顶部均敞开，底部为泥渣浓缩室（16）；

所述机械絮凝区（5）与水力絮凝区从顶部连通，水力絮凝区（8）与沉淀区（10）从下端连通，机械絮凝区（5）的出水从顶部进入水力絮凝区（8），水力絮凝区（8）的出水从下端进入沉淀区（10）；

所述机械絮凝区（5）下部接入进水管（1），中部设置有叶轮提升装置（6），底部封闭，并在中心处设有活性泥渣内回流管/筒（7）直通泥渣浓缩室底部；机械絮凝区（5）通过提升装置（6）对泥渣浓缩室底部的高浓度活性泥渣进行提升，高浓度活性泥渣通过活性泥渣内回流管/筒（7）回流到机械絮凝区；

所述水力絮凝区（8）沿深度方向设置有多层孔板（9）；

所述沉淀区（10）的上部***设置有集水渠（14），并由集水渠接出水管（15）；

所述沉淀区（10）中部设置有斜板或斜管（12）；

所述进水管（1）上装有离心泵（20）、管道静态混合器（21）、流量计（23），管道静态混合器上设加药管（22）；所述泥渣浓缩室（16）底端设放空管（19）和泥渣斗（17），泥渣斗（17）下设排泥管（18），每条管上均设有控制阀。

2.根据权利要求1所述的管/筒式泥渣内回流泥水高效分离装置，其特征在于，所述沉淀区（10）中部设置的斜板或斜管（12）采用普通斜板或斜管或单叶单曲回转斜板。

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