CN201932959U - 活性炭反冲洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种活性炭反冲洗设备，包括主体容器、进水导管、出水导管、填料和螺旋提升***，充分利用该设备主体容器内部空间，而且内部几乎没有管道弯折的结构，可以在内部形成内循环增加污水与填料的接触机会，并且在处理污水后的出水时不会把填料带出来，同时装填和移除填料也很方便。其中，填料优选是活性炭。

Description

活性炭反冲洗设备

技术领域

本实用新型属于污水处理领域，具体而言，本实用新型涉及一种具有反冲洗功能的水处理设备，该设备有效减少内部的管道结构，空间利用合理，不容易造成内部堵塞，方便装填和移除填料，更能对填料进行有效反冲洗，能够高效处理生活污水。

背景技术

生活污水的处理随着城市化进程、人口密度的日益增大而越发引起人们的重视。尤其是，我国是一个水资源短缺的国家。人均水资源量只有世界平均水平的四分之一(约为2200m³)。我国政府在2006年发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，提出在坚持节能优先，降低能耗的前提下，重点研究城市水循环利用技术，进一步推广城市的污水集中处理设施。目前国家对城镇生活污水处理主要执行的标准是《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，较《污水综合排放标淮》(GB8978-1996)确定了更严格的污染物排放标准。

污水的处理技术包括物理法，化学法及生物法，其中生物法具有高效、低成本的特点，具有良好的技术经济优势，是当今污水处理中应用最广泛的技术。根据生物反应器的不同运行方式，生物处理过程主要分为以下几种：活性污泥法、生物膜法、塘处理***和土地处理***。例如，中国专利200610089281.8、03130394.3、02151492.5、87100172、以及中国专利申请96107115.X、200610030489.2等均公开了基于生物(尤其是微生物)降解的污水处理方法。

然而，活性污泥法、塘处理***和土地处理***的基建与运行费用较高、能耗较大、管理也较复杂、易出现污泥膨胀和污泥上浮等问题，对氮、磷等营养物质去除效果有限，同时还产生大量剩余污泥。因此，当前小型化的生活污水处理设备多利用基于生物膜法的原理来实现，如中国专利03100398.2、98102537.4、以及中国专利申请200810196658.9、200810063302.8等公开了一些结构不同的生活污水生物处理设备。然而，这些设备没有能够充分利用内部空间来分隔，因此设计出来的设备体积浪费比较严重，不适合推广到较为狭小的城市家庭或居民小区使用。

本发明人也提出过中国专利申请200910157951.9，尽管该生活污水生物处理设备集成度高、所需空间小，但是为了连续进水、处理和出水，尽管其采用球形得整体设计，但是与前述的污水处理设备一样，内部大都采用了曲折的管道结构，以增加水流流过面积，从而增加与填料的接触；但是，这样的管道结构容易在曲折的管道弯折处留下死角而不易冲洗、清理，而且在出水时容易将内部的填料和水一起带出来，另外装填和移除填料也不甚方便。

为了克服现有技术的缺陷，满足当今城市小区、家庭对生活污水处理的需要，本发明人通过长期研究后的经验发现，城市小区、家庭对生活污水处理并不十分关注实时性，因为与工业生产的连续性不同，家庭生活用水和排水有间歇性，清晨和傍晚时段排污水量多，而午夜的排污水量基本可以忽略不计，因此可以集中收集在水处理设备中，采用水处理设备的内部循环机制而增加与填料的接触；而为了可服曲折的管道结构等现有技术的缺陷，需要对水处理设备的内部结构细节做出大量的改变和改进。因此，本发明人通过艰苦努力，设计了一种水处理设备，不但充分利用内部空间，内部几乎没有管道弯折的结构，而且可以在内部形成内循环增加与填料的接触机会，并且在处理污水后的出水时不会把填料带出来，同时装填和移除填料也很方便。

发明内容

本实用新型的目的在于提供具有反冲洗功能的水处理设备，充分利用该设备内部空间，并且内部几乎没有管道弯折的结构而仍旧可以形成内循环水流以增加与填料的接触机会，采用有效的反冲进水口、出水口、出料口和下滤网等的整体设计，在处理污水后的出水时不会把填料带出来，同时装填和移除填料也很方便。

具体而言，本实用新型提供了具有反冲洗功能的水处理设备，包括主体容器(2)、主体容器(2)外壳、进水导管(3)、出水导管(5)和填料，其特征在于，

主体容器(2)的内部被上滤网(34)和下滤网(35)自上而下分成上腔(31)、中腔(32)和下腔(33)这三个内部空间部分，其中上滤网(34)和下滤网(35)的滤孔尺寸都小于填料的颗粒尺寸，从而能够限制填料处于中腔(32)内；

位于上腔(31)上部的主体容器(2)外壳上设有与进水导管(3)相连的进水口(23)，从而能够使水从主体容器(2)外部经进水口(23)流入上腔(31)；

上滤网(34)设有恰好容许套管(36)穿过的孔，套管(36)穿过上滤网(34)，其中套管(36)的上沿高于上滤网(34)，且套管(36)的下沿低于上滤网(34)；

位于中腔(32)上部的主体容器(2)外壳上设有进料口(21)，从而能够将填料装入中腔(32)；位于中腔(32)下部的主体容器(2)外壳上设有出料口(22)，从而能够将填料移出中腔(32)；

主体容器(2)的底部外壳设有反冲进水口(24)；下滤网(35)自反冲进水口(24)边沿延伸至出料口(22)下沿，从而使下滤网(35)和主体容器(2)外壳围成的下腔(33)成为有一个透眼的空间；

位于下腔(33)下部的主体容器(2)外壳上设有与出水导管(5)相连的出水口(25)，从而能够使水从下腔(33)经出水口(25)流出到主体容器(2)外部；

而且，该水处理设备还包括螺旋提升***(1)，其包括驱动电机(11)和从主体容器(2)的顶部外壳穿入并穿过套管(36)而延伸到反冲进水口(24)以上的螺旋提升杆(12)，驱动电机(11)能够驱动螺旋提升杆(12)旋转以形成向上提升水流。

该水处理设备尤其适用于处理生活污水，特别是城市家庭或者家庭集合(如一栋或几栋楼，乃至整个小区)的生活污水处理。当然随着用户数量的增加，应当相适应地增加该水处理设备的主体容器(2)的容积，这可以通过测量用户(们)的排污水总量来确定。

该水处理设备的主体容器(2)可以是各种形状，如圆柱形、立方体等。在本实用新型的具体实施方式中，优选主体容器(2)呈圆柱形。也优选，该水处理设备中的所有开口和孔，如进水口(23)、出水口(25)、反冲进水口(24)、进料口(21)、出料口(22)等，呈圆形，相应地，与这些开口相连接或接触的管道、阀门等，如套管(36)、进水导管(3)、出水导管(5)等，横截面也呈圆形，尽管这些部件完全可以采用其他形状。

在该水处理设备中，进水口(23)、出水口(25)、反冲进水口(24)、进料口(21)、出料口(22)以及反冲出水口(26)都可以设有阀门或者与之相连的管道上设有阀门，由此控制这些开口的开启和闭合。进水口(23)、出水口(25)、反冲进水口(24)、以及反冲出水口(26)的口径可以较小，如10mm-100mm，优选是50mm，只要不影响水流通过即可。但是，进料口(21)和出料口(22)，尤其是出料口(22)，为了方便填料的装入和移除，其口径通常较大，如允许手或者装填工具(如小铲子等)通过，通常口径150mm以上，如200-300mm。

在本文中，为了清楚起见，以下术语均具有本领域技术人员所能够理解的含义，如“上部”指高度一半以上，“下部”指高度一半以下。优选进料口(21)的上沿尽可能靠近位于最靠近中腔(32)上沿的主体容器(2)外壳部分，这样可以方便装填更多的填料；优选出料口(22)的下沿尽可能靠近位于最靠近中腔(32)下沿的主体容器(2)外壳部分，这样可以方便移除填料。

在该水处理设备中，优选套管(36)是垂直穿过上滤网(34)设有的孔的。在本文中，为了清楚起见，“恰好容许套管(36)穿过的孔”的大小正好能够容纳套管(36)外壁，在套管(36)外壁和上滤网(34)之间没有缝隙，水不会从上腔(31)经由套管(36)外壁和上滤网(34)之间直接流入中腔(32)。

在该水处理设备中，优选反冲进水口(24)正对套管(36)，也优选螺旋提升杆(12)是从主体容器(2)的顶部外壳垂直穿入并垂直穿过套管(36)而延伸到反冲进水口(24)以上。螺旋提升杆(12)可以接近反冲进水口(24)，但是不伸入反冲进水口(24)，防止阻塞反冲进水口(24)。螺旋提升杆(12)的转轴上可以附着有多个叶片，这些叶片带有一定曲率，使得螺旋提升杆(12)朝一个方向旋转时能够带动水流向上流动，这样的设计在轮船浆叶设计中已经为本领域技术人员所熟知。螺旋提升杆(12)穿过主体容器(2)的顶部外壳的位置优选设置有密封垫(13)，可以防止此处漏水。

在该水处理设备中，反冲进水口(24)就处于下滤网(35)和主体容器(2)外壳围成的下腔(33)空间的透眼位置，优选反冲进水口(24)位于主体容器(2)的底部外壳的中心。

在该水处理设备中，进水口(23)和出水口(25)可以有一个或多个，相应地，进水导管(3)和出水导管(5)也可以有一个或多个，而反冲进水口(24)通常只有一个。

在该水处理设备中，优选位于上腔(31)上部的主体容器(2)外壳上设有检查口(28)，从而能够观察上腔(31)内的情况。检查口(28)通常用能透光的玻璃覆盖，便于人们观察内部情况。在使用时，通常使注入的污水液面高于套管(36)的上沿，这样有利于在螺旋提升杆(12)旋转时形成持续的水流。

在该水处理设备中，优选位于中腔(32)上部的主体容器(2)外壳上设有反冲出水口(26)。尽管进水口(23)本身可以用作反冲出水口，但是经本发明人发现，进水口(23)在实际使用中要通过进水导管(3)与污水源相连，这部分连接通常是固定的，用户不方便拆装，因此优选使用独立的反冲出水口(26)。反冲出水口(26)通常与反冲出水管(6)相连。优选反冲出水口(26)的上沿尽可能靠近位于最靠近中腔(32)上沿的主体容器(2)外壳部分，这样可以最大限度地反冲洗中腔(32)内的填料。

在该水处理设备中，优选主体容器(2)的底部外壳设有支架(27)。为了方便移动，支架(27)上还可以设有轮子。

在该水处理设备中，优选上腔(31)内设有搅拌装置。尽管污水先要经过沉淀或过滤，去除固体杂质，但是实际使用中固体杂质不可能去除很彻底，因此会有细小的杂质流入上腔(31)，久而久之，会造成上滤网(34)的滤孔阻塞，所以需要设有搅拌装置从而不易使细小的固体杂质阻塞上滤网(34)，延长需要清理维护的间隔时间；另外，搅拌能够增加上腔(31)上部的空气溶入污水中，增加污水的溶解氧(DO)。螺旋提升杆(12)的转轴上附着的部分叶片如果位于上腔(31)内，这些叶片可以被视作为搅拌装置。但是，为了加大搅拌的程度，可以使用更大旋转刮板(37)。旋转刮板(37)可以采用单独的电机和转轴带动，但是优选旋转刮板(37)就连接在螺旋提升杆(12)的转轴上，可以随着螺旋提升杆(12)的旋转而带动旋转刮板(37)进行搅拌。

在该水处理设备中，优选填料的密度小于水的密度。套管(36)的下沿低于下滤网(34)，而且高于螺旋提升杆(12)的底端这样，填料会上浮高于套管(36)的下沿，在螺旋提升杆(12)旋转提升水流的时候，不容易将填料带入套管(36)和上腔(31)内。因此，优选套管(36)的下沿低于低于主体容器(2)注水而填料上浮后的填料底部。

填料可以是活性炭，如果壳炭、木质炭、椰壳炭和煤质炭，其密度通常为0.45-0.55g/cm³。更优选的填料是生物立方体载体。在本文中，为了清楚起见，“生物立方体载体”指立方体形状的多孔载体。这样的载体不但便于让微生物或者其他能降解污水成分的微小生物挂载在其上生长，而且由于使用了立方体载体，微生物在其表面和内部不同深度的位置生长，给立方体载体由内至外带来了不同的氧气含量区，形成厌氧区、缺氧区和好氧区以供不同种类的生物生长，由此提高了生物降解的效率。经过长期研究，我们优化了生物立方体载体的一些特性。例如其中，优选生物立方体载体的边长为0.5-2cm，更优选为1cm。也优选，生物立方体载体的孔隙率大于95％，如96％、98％、99％或99.5％。还优选，生物立方体载体由海绵或聚氨基甲酸乙酯制成。进一步可优选生物立方体载体富集的生物量能够达到12000-30000MLSS kg/m³，即单位体积(立方米)在单位时间(天)内曝气所承受的有机物量为12000-30000kg。由此极大地提高了生物降解的效率，更出人意料的是，剩余污泥大为减少。这可能是因为：生物立方体载体的厌氧、好氧协同作用；微生物载体有很大的比表面积可以附着大量的微生物，因此分解有机物的能力比传统方法大大加强；改变供氧条件，使微氧促进了载体内的厌氧环境；污水中的悬浮物能够(有机物、固态物、污泥)迅速、有效的聚集到载体的内部和表面，从而使污泥得到有效的分解。

本实用新型能够取得的有益效果有：本实用新型的设备不但充分利用内部空间，而且采用内部循环机制而增加与填料的接触，更进一步节约了填料所需占用的空间；这样的内部循环机制对于生活污水的处理，基本不会影响城市居民和小区间歇性排污水所需的处理需求；设备内部几乎没有管道弯折的结构，因此设备生产所需工艺要求更低、生产成本更低、使用可靠性更佳、更易于维护、使用寿命更长，而且不易留下管道弯折处的死角，便于在诸如反冲洗时进行清理；合理的结构使得在处理污水后的出水时不会把填料带出来，同时装填和移除填料也很方便。

为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本实用新型进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，并不构成对本实用新型范围的限制。显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本实用新型的范围内对本实用新型做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本实用新型的范围内。另外，本实用新型引用了公开文献(如特定的专利等)，这些文献也是为了更清楚地描述本实用新型，它们的全文内容均纳入本实用新型进行参考，就好像它们的全文已经在本实用新型说明书中重复叙述过一样。

附图说明

图1为本实用新型的水处理设备的剖面示意图。

具体实施方式

实施例1  水处理设备

如图1所示，具有反冲洗功能的水处理设备包括圆柱形的主体容器2、主体容器2外壳、进水导管3、出水导管5和填料，而且其中，

主体容器2的内部被上滤网34和下滤网35自上而下分成上腔31、中腔32和下腔33这三个内部空间部分，其中上滤网34和下滤网35的滤孔尺寸都小于填料的颗粒尺寸，从而能够限制填料处于中腔32内；

位于上腔31上部的主体容器2外壳上设有与进水导管3相连的进水口23，从而能够使水从主体容器2外部经进水口23流入上腔31；

上滤网34设有恰好容许套管36穿过的孔，在套管36外壁和上滤网34之间没有缝隙，套管36穿过上滤网34，其中套管36的上沿高于上滤网34，且套管36的下沿低于上滤网34；

位于中腔32上部的主体容器2外壳上设有进料口21，从而能够将填料装入中腔32；位于中腔32下部的主体容器2外壳上设有出料口22，从而能够将填料移出中腔32；

主体容器2的底部外壳设有反冲进水口24，反冲进水口24位于主体容器2的底部外壳的中心；下滤网35自反冲进水口24边沿延伸至出料口22下沿，从而使下滤网35和主体容器2外壳围成的下腔33成为有一个透眼的空间；

位于下腔33下部的主体容器2外壳上设有与出水导管5相连的出水口25，从而能够使水从下腔33经出水口25流出到主体容器2外部；

而且，该水处理设备还包括螺旋提升***1，其包括驱动电机11和从主体容器2的顶部外壳垂直穿入并垂直穿过套管36而延伸到反冲进水口24以上的螺旋提升杆12，驱动电机11能够驱动螺旋提升杆12旋转以形成向上提升水流；螺旋提升杆12穿过主体容器2的顶部外壳的位置优选设置有密封垫13，可以防止此处漏水；螺旋提升杆12的转轴上附着有多个叶片，这些叶片带有一定曲率，使得螺旋提升杆12朝一个方向旋转时能够带动水流向上流动，从而形成水流在主体容器2内进行内循环；旋转刮板37就连接在螺旋提升杆12的转轴上，可以随着螺旋提升杆12的旋转而带动旋转刮板37进行搅拌。

其中，该水处理设备中的所有开口和孔，如进水口23、出水口25、反冲进水口24、进料口21、出料口22等，呈圆形，相应地，与这些开口相连接或接触的管道、阀门等，如套管36、进水导管3、出水导管5等，横截面也呈圆形，尽管这些部件完全可以采用其他形状；而且，进水口23、出水口25、反冲进水口24、进料口21、出料口22以及反冲出水口26都可以设有阀门或者与之相连的管道上设有阀门，由此控制这些开口的开启和闭合。

另外，在该水处理设备中，位于上腔31上部的主体容器2外壳上设有检查口28，用能透光的玻璃覆盖，从而能够便于人们观察上腔31内的情况；位于中腔32上部的主体容器2外壳上设有与反冲出水管6相连的反冲出水口26；而且，主体容器2的底部外壳设有支架27。

中腔32内填有一半中腔32容积的生物立方体载体，其中生物立方体载体的边长为1cm，其由聚氨基甲酸乙酯制成，孔隙率大于95％，而且其富集的生物量能达到12000-30000MLSS kg/m³。而且，套管36的下沿低于主体容器(2)注水而填料上浮后的填料底部。

实施例2  水处理设备的使用

使用本实用新型实施例1所述的水处理设备进行生活污水处理。具体而言，首先，静置生活污水3-8小时，捞去漂浮物，关闭除进水口23之外的所有开口，将液体(进水COD平均为241.6mg/L)从进水口23注入主体容器2，水可以从套管36内部流入中腔32并透入下腔33，直至使水面高于套管36的上沿才停止注入生活污水。然后，启动驱动电机11从而驱动螺旋提升杆12以15rpm的速度旋转，带动转轴上连接的叶片和旋转刮板37转动，如此进行8小时。然后，打开出水口25让内部的水流出，测量经处理的污水COD为25.1mg/L，COD平均去除率为89.6％。可见，本实用新型的水处理设备通过吸附等作用能够进行高效的生活污水处理。然后，可以进行重复进行上述过程，8小时的间隔正好能够适应生活污水排放规律。

当使用本实用新型实施例1所述的水处理设备进行生活污水处理三个月后，水处理效率下降至70％以下，需要进行反冲洗操作，清洗其中的填料。具体而言，打开出水口25让内部的水流尽，然后关闭除反冲进水口24和反冲出水口26之外的所有开口，通过压力泵持续将清水从反冲进水口24注入主体容器2内，水将从反冲出水口26不断排出，直至排出的水颜色不变，由此完成反冲洗操作。然后，关闭反冲进水口24和反冲出水口26，打开出水口25让内部的水流尽，可以继续进行生活污水处理过程。

Claims (10)

1.活性炭反冲洗设备，包括主体容器(2)、主体容器(2)外壳、进水导管(3)、出水导管(5)和填料，其特征在于，

主体容器(2)的内部被上滤网(34)和下滤网(35)自上而下分成上腔(31)、中腔(32)和下腔(33)这三个内部空间部分，其中上滤网(34)和下滤网(35)的滤孔尺寸都小于填料的颗粒尺寸，从而能够限制填料处于中腔(32)内；

位于上腔(31)上部的主体容器(2)外壳上设有与进水导管(3)相连的进水口(23)，从而能够使水从主体容器(2)外部经进水口(23)流入上腔(31)；

上滤网(34)设有恰好容许套管(36)穿过的孔，套管(36)穿过上滤网(34)，其中套管(36)的上沿高于上滤网(34)，且套管(36)的下沿低于上滤网(34)；

位于中腔(32)上部的主体容器(2)外壳上设有进料口(21)，从而能够将填料装入中腔(32)；位于中腔(32)下部的主体容器(2)外壳上设有出料口(22)，从而能够将填料移出中腔(32)；

主体容器(2)的底部外壳设有反冲进水口(24)；下滤网(35)自反冲进水口(24)边沿延伸至出料口(22)下沿，从而使下滤网(35)和主体容器(2)外壳围成的下腔(33)成为有一个透眼的空间；

位于下腔(33)下部的主体容器(2)外壳上设有与出水导管(5)相连的出水口(25)，从而能够使水从下腔(33)经出水口(25)流出到主体容器(2)外部；

而且，该水处理设备还包括螺旋提升***(1)，其包括驱动电机(11)和从主体容器(2)的顶部外壳穿入并穿过套管(36)而延伸到反冲进水口(24)以上的螺旋提升杆(12)，螺旋提升杆(12)的转轴上附着有多个叶片，驱动电机(11)能够驱动螺旋提升杆(12)旋转以形成向上提升水流。

2.根据权利要求1所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，位于上腔(31)上部的主体容器(2)外壳上设有检查口(28)，从而能够观察上腔(31)内的情况。

3.根据权利要求1所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，位于中腔(32)上 部的主体容器(2)外壳上设有反冲出水口(26)。

4.根据权利要求1所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，主体容器(2)的底部外壳设有支架(27)。

5.根据权利要求1所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，上腔(31)内设有搅拌装置。

6.根据权利要求5所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，搅拌装置是连接在螺旋提升杆(12)的转轴上的旋转刮板(37)。

7.根据权利要求1所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，填料的密度小于水的密度。

8.根据权利要求7所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，填料是生物立方体载体。

9.根据权利要求7所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，填料是活性炭。

10.根据权利要求1所述的活性炭反冲洗设备，其特征在于，螺旋提升杆(12)穿过主体容器(2)的顶部外壳的位设有密封垫(13)。 

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