CN2751024Y - 双向旋流一体化污水净化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向旋流一体化污水净化器，包括罐体(1)，其特征是在罐体(1)中安装有下旋流反应室(14)，污水进水管(13)下旋流反应室(14)的切线方向伸入下旋流反应室(14)中，在下旋流反应室(14)的下部出口处安装有旋流反射板(15)，旋流反射板(15)的下部为锥形污泥浓缩区(21)，其下部设有排泥管口(12)；在上旋流反应室(17)中还安装有多圈同心截头圆锥板(16)，在上旋流反应室(17)的上部设有悬浮过滤区(18)，在悬浮过滤区(18)的上部设有清水区及反冲洗区(19)，在罐体(1)的顶部设有与清水区及反冲洗区(19)相通的净化水出口(7)、排气管口(5)及反冲洗水进口(6)。具有占地面积小、净化率高的优点。

Description

双向旋流一体化污水净化器

技术领域

本实用新型涉及一种双向旋流一体化污水净化器，它属于水污染治理和废水资源化利用技术领域的产品，涉及物化反应、重力沉降、离心分离、过滤及污泥浓缩技术。

背景技术

水污染治理和废水资源化利用国内长期以来采用的物化处理主要是混凝反应、斜管沉淀、石英砂过滤或采用混凝反应、气浮、石英砂过滤技术，这些技术工艺流程长，占地面积大，净化时间长，处理效率相对不高，设备维护保养困难，投资和运行费用高，自动化程度低，回用产水率低，针对传统工艺的弊端，因此设计了采用集成和组合技术的双向旋流一体化污水净化器。

发明内容

本实用新型的目的是采用集成和组合技术设计一种双向旋流一体化污水净化器，以解决目前存在的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种双向旋流一体化污水净化器，包括罐体1，其特征是在罐体1的内腔中部安装有圆柱体形下旋流反应室14，污水进水管l3穿过罐体1上的污水进水管口9沿圆柱体形下旋流反应室14的切线方向伸入下旋流反应室14中，在罐体1中、下旋流反应室14的下部出口处的正下方安装有旋流反射板15，旋流反射板15的下部为锥形污泥浓缩区21，锥形污泥浓缩区21的下部设有排泥管口12；在罐体1和下旋流反应室14之间形成的上旋流反应室17中还安装有多圈同心截头圆锥板16，在罐体1中、上旋流反应室17的上部设有悬浮过滤区18，在罐体1中、悬浮过滤区18的上部设有清水区及反冲洗区19，在罐体1的顶部设有与清水区及反冲洗区19相通的净化水出口7、排气管口5及反冲洗水进口6。

本实用新型还采取了以下技术措施：

悬浮过滤区18包括与罐体1的内壁相连的不锈钢滤网承托层，在不锈钢滤网承托层中装填有发泡塑料滤珠。

在清水区及反冲洗区19中与反冲洗水进口6相对位置处安装有截头圆锥形反冲洗反射板20。

在罐体1上、污水进水管口9的上部设有与上旋流反应室17相通的溢流排水口8。

本实用新型的有益效果：

1、采用高新集成技术，实现污水的多级净化。

2、克服传统工艺繁杂工艺链，使污水净化在较短时间内高效化、自动化。

3、净化器占地面积小，能耗低、设备本体无动力损耗。

4、污泥浓缩效果好，排放污泥浓度高，污泥排放量比传统工艺减少4～5倍。

5、对于污水处理再生回用，净化产生回用率比传统工艺高出20～25个百分点。

6、净化器反冲洗周期长，传统工艺每天反冲洗1～3次，反冲排污量大，而净化器1～2月反冲洗一次，反冲排污量小。

7、净化器运行稳定可靠，管理操作简便，可实现无人值守，维护量小，滤料基本无损耗，不需添加或更换。

8、适用性广泛，不仅适用于工业废水、生活污水、医院污水的处理，而且耐冲击负荷强，适用于高浊度、高悬浮物的污水处理，悬浮物进水浓度30000mg/l的污水处理，还可用于低浊度的河水、水库水、地下水的净化。

附图说明

图1是本实用新型外形结构示意图。

图2是本实用新型的内部结构示意图。

图1中1为净化器罐体，2为支撑腿，3为便于维护用的罐体顶护栏，4为检修人孔，5为排气管口，6为反冲洗进水口，7为净化后出水口，8为溢流排水口，当悬浮滤料层水通量减少至一定程度时，污水从溢流口自行流出，此时进水泵自动停止工作，反冲洗泵启动，排污阀自动打开，进行自动反冲洗，9为污水进水管口，10为取样管，可随时从罐体各净化反应区取样，观察净化效果，11为取样流水集水斗，12为排泥管口，通过电动阀实现定时自动排泥。

图2中13为污水进水管，14为下旋流反应室，15为旋流反射板，16为多圈同心截头圆锥板，17为上旋流反应室，18为悬浮过滤区，19为清水区及反冲洗区，20为反冲洗反射板(截头圆锥板)，21为污泥浓缩区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、2所示。

一种双向旋流一体化污水净化器，包括罐体1，罐体1由支撑腿2支撑，在其顶部安装有便于维护用的罐体顶护栏3，其上开有检修人孔4，并安装有取样管10，可随时从罐体1各净化反应区取样，观察净化效果，取样管10与取样流水集水斗11相连。在罐体1的内腔中部安装有圆柱体形下旋流反应室14，污水进水管13穿过罐体1上的污水进水管口9沿圆柱体形下旋流反应室14的切线方向伸入下旋流反应室14中，在罐体1中、下旋流反应室14的下部出口处的正下方安装有旋流反射板15，旋流反射板15的下部为锥形污泥浓缩区21，锥形污泥浓缩区21的下部设有排泥管口12，通过电动阀实现定时自动排泥。在罐体1和下旋流反应室14之间形成的上旋流反应室17中还安装有多圈同心截头圆锥板16，在罐体1中、上旋流反应室17的上部设有悬浮过滤区18，在罐体1中、悬浮过滤区18的上部设有清水区及反冲洗区19，在罐体1的顶部设有与清水区及反冲洗区19相通的净化水出口7、排气管口5及反冲洗水进口6，在与反冲洗水进口相对位置处安装有截头圆锥形反冲洗反射板20。

悬浮过滤区18包括与罐体1的内壁相连的不锈钢滤网承托层，在不锈钢滤网承托层中装填有发泡塑料滤珠。

在罐体1上、污水进水管口9的上部设有与上旋流反应室17相通的溢流排水口8，当悬浮滤料层水通量减少至一定程度时，污水从溢流口自行流出，此时进水泵自动停止工作，反冲洗泵启动，排污阀自动打开，进行自动反冲洗。

下面通过对本实用新型的工作原理及外形结构等参数的描述对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型的双向旋流一体化污水净化器是在同一罐体内设计了污水的混凝、絮凝、双向旋流、悬浮过滤及污泥浓缩净化技术，采用集成和组合的方式在短时间内(20～28分钟)实现污水的多级净化。

一、双向旋流一体化污水净化器的技术原理

1、运用直流混凝和微絮凝机理

污水在净化过程中，根据水质性质和要求需投加混凝剂和助凝剂，通过混凝剂的水解作用产生Al³⁺，Fe³⁺，H⁺，OH^-的电性中和，压缩双电层，降低§电位，使胶体脱稳，减少胶体颗粒间的斥力，使颗粒之间发生碰撞而凝聚。投加助凝剂是起吸附架桥的作用，通过高分子物质的水解和缩聚反应形成高聚物具有线型结构，胶体颗粒对这类高分子物质具有强烈的吸附作用，使胶体颗粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐变大，形成肉眼可见的絮凝体。混凝反应的时间一般在10～30秒内完成。絮凝时间一般在4～6秒内完成。根据这一原理，双向旋流一体化污水净化器不设混凝反应池，混凝剂投加利用泵前负压原理在泵吸水管中计量投加，利用泵叶轮混合及泵后出水管道直流混凝。在直流管道的临界凝聚点再计量投加助凝剂，借助管道及水流作用快速完成微絮凝，一般控制在4～6秒的范围内，时间过长，絮凝体变大，当污水高速进入下旋流反应区时，势必被水流的减切力所裂碎，造成胶体絮凝重新成分散稳定状态。

2、下旋流机理

污水在一定的压力作用下(一般设计为0.2～0.25MPa)从内圆柱体上部以切线方向高速进入净化器下旋流反应室，作向下螺旋运动，产生离心力，污水中形成的微絮凝体迅速变大，在离心力和自身重力的作用下，迅速被甩向器壁，并随下漩流作用沿桶壁下滑至锥形泥斗区，污水完成一级净化。一级净化时间设计为100～120秒。

3、上旋流机理

污水完成一级净化在向下作螺旋运动到一定程度后，在压力的作用下又沿着内外桶壁间形成上螺旋运动，污水在离心力的作用下，继续完成固液分离，絮凝体又被甩向外筒壁，下滑至污泥区，为增加旋流和分离效果，在上旋流反应区增设了多圈同心截头圆锥板(间距80～100mm，向内罐体倾斜60°)，使旋转速度加快，离心力增强，使废水完成二级净化。

离心力与颗粒物质量，污水质量，旋转速度以及旋转半径及重力间的关系式为：

C＝(M-M₀)V²/R-----------------①

V＝2πr(n/60)   -----------------②

P＝(M-M₀)g    -----------------③

α＝C/P≈Rn²/900  -------------④

式①中：  M-颗粒质量(kg)

          M₀-污水质量(kg)

          C-离心力

          V-旋转圆周线速度(m/s)

          R-旋转半径(m)

式②中：  n-转速(r/min)

式③中：  P-在重力场中，颗粒所受重力(kgf)

          g-重力加速度(9.81m/s²)

式④中：  α-分离因数

从式①中可知，离心力与旋转半径成反比，与旋转线速度的平方成正比，与颗粒质量成正比，颗粒质量越大，旋转线速度越快；旋转半径越小，则离心力大，分离效果好，但对于胶体颗粒形成的絮凝体颗粒比较松散，旋转速度过快，絮体则易破碎，质量减小，分离效果变差，污水净化效果也差；而旋转半径过小，处理能力小，不利于工业化使用，因此离心分离过程中，必须兼顾选择适当的旋转线速度，旋转半径，确保离心力大于重力，尽量增大分离因数，提高分离能力和净化效果。

在絮体离心分离中，分离颗粒粒度经验公式为：

$D=1.05\sqrt{\frac{D_1{D}_2}{D_{3}P0.5(M-\mathrm{Mo})}}$

式中：D-分离粒度(μm)

      D₁-净化器外直径(cm)

      D₂-出水管直径(cm)

      D₃-进水管直径(cm)

      P-进水压力(0.2～0.25MPa)

      M-颗粒密度(kg/m³)

      M₀-废水密度(kg/m³)

在离心分离中，污水进口速度控制在3.5～6.0m/s，下旋流反应区筒体半径根据处理水量大小控制在0.2～0.7m范围内，净化器筒体半径控制在0.8～2.0m范围内。

4、悬浮过滤原理

污水经二级净化后，污水中尚有少量絮体未能分离，因此设计过滤区，过滤区承托层采用不锈钢滤网(30目)，滤料选用多级配的EPS发泡塑料滤珠，粒径0.8～1.2mm，堆积密度为80-100g/cm³，空隙率0.4～0.5，比表面积为650～850m²/m³，滤料悬浮于水中，滤速为8-15m/S，悬浮滤料借助于上漩流运动在离心力作用下实行动态过滤，污水中小絮体加快了布朗运动与滤料颗粒间的碰撞，使具有一定质量的小絮体沿水流切线方向抛至滤料下层表面，同时在化学键、范德华力、絮凝的作用下产生聚结，并被甩向器壁下滑至上旋流反应区，作为接触介质加速沉降和分离。借助于离心力的作用，悬浮滤料颗粒间增加了碰撞和摩擦力，使粘附于表面的杂质易剥离，因此滤料不易堵塞，反冲洗周期长。滤料上层设计一定数量的半球形排水滤头(ABS材质)，安装在承托钢板上。为使反冲洗效果好，在承托钢板上设计一定数量的反冲洗排污网孔，网孔采用30目不锈钢丝网，目的是使清水区长期沉积的少量悬浮物冲洗干净，避免影响出水效果。

5、污泥浓缩机理

在净化器下端设计锥形污泥斗，锥斗角度为55～60°，污泥斗中上部有一浑液面，污泥浓度约为1-3％，在聚合力作用下，颗粒群体结合成一整体，各自保持相对不变的位置呈层状沉降，在污泥斗中下部，污泥浓度相对较高，颗粒间距离小，颗粒相互接触，相互支撑，在净化器内水压力及上层颗粒重力，离心力和结构变形的作用下，颗粒间的孔隙水不断被挤出界面，颗粒浓度不断提高并被浓缩压密完成压缩沉淀，最终污泥从排污口排出，其浓度可达到6～12％。

污泥浓缩及排放计算公式为：

a.锥形污泥斗容积计算公式：

$V_1=\frac{\mathrm{\πh}({R_1}^2+{R_2}^2+R_1{R}_2)}{3}$

式中：V₁-锥形泥斗容积(m³)

      H-锥形斗高度(m)

      R₁-锥形斗顶部半径(m)(即净化器半径)

      R₂-锥形斗底部排泥口半径(m)

b.单位时间污泥产生量计算公式：

$V_2=\frac{Q(S_1-S_2)}{\mathrm{\γG}\×{10}^6}$

式中：V₂-单位时间污泥产生量(m³/h)

      Q-单位时间处理污水量(m³/h)

      S₁-进水悬浮物浓度(mg/L)

      S₂-净化后出水悬浮物浓度(mg/L)

      γ-污泥容重(T/m³)(一般取值1.05～1.15)

      G-污泥浓度(％)(一般取值0.06～0.10)

c.排泥间隔时间计算公式：

$T=\frac{{\mathrm{KV}}_1}{V_2}$

式中：T-排泥间隔时间(小时)

      K-污泥斗临界排泥参数(取值0.80～0.85)

二、本实用新型的双向旋流一体化污水净化器外形及结构

双向旋流一体化污水净化器为钢制结构，净化器顶盖为圆锥体，中部为圆柱体，下部为倒圆锥体，整体由四条支腿支撑。从下而上分别设计为污泥浓缩区、下旋流反应室、上旋流反应室、悬浮过滤区、清水及反冲洗区。净化器底部设计有排泥口，可根据进水悬浮物浓度设计自动连续或间断排泥。净化器中部圆柱体设计有进水口和溢流口，溢流口设计在悬浮过滤区下方，当过滤水通量减少到一定程度后，压力上升，在达到设计值时，溢流口安全阀打开，通过信号输出，进行滤层的反冲洗。中部圆柱体设计为双柱形，即分为内圆柱体和外圆柱体。内圆柱体上部设计为沿切线方向的进水口，污水在一定的压力作用下高速沿内桶壁切线方向进入，作下旋流运动，使固液快速离心分离，内外圆柱体之间设计上旋流净化反应区，在反应区内设计多圈同心截头圆锥板，增加上旋流速度，增强离心分离的效果。在外圆柱体上部设计悬浮过滤区，采用多级配EPS发泡塑料滤珠，使污水通过过滤进一步净化。过滤区上层为清水区兼作反冲洗区。反冲洗通过截头圆锥反射板使冲洗水均匀分布。净化器顶部设计有清水排放口、反冲洗进水口、排气口和检修人孔。双向漩流一体化污水净化器外形及结构详见图。

三、本实用新型的双向旋流一体化污水净化器的主要设计参数

1、处理水量：

Q＝K·H·π·r²

式中：Q-流量(m³/h)

      K-流量系数(取2.5～3.0)

      H-外圆筒高度(m)

            r-外圆筒半径(m)

2、外圆筒高度：

H＝1.5～2.0D(m)

            H-外圆筒高度(m)

            D-外圆筒直径(m)

3、顶盖锥角：17°～20°

4、污泥斗锥角：55°～60°

5、进水管流速：1.0～1.5m/s

6、进水喷水流速：3.5～6.0m/s

7、下旋流反应室净化时间：100～120秒

8、下旋流下降速度：20～25mm/s

9、上旋流反应室净化时间：18～20分钟

10、上旋流上升速度：2.0～2.8mm/s

11、滤料层高度：500～800mm

12、滤料堆积厚度：300～500mm，滤料粒径：0.8～1.2mm，滤料比重：80～100kg/m³，滤料比表面积：650～850m²/m³，滤料孔隙率：0.4～0.5，滤料膨胀率：50～60％

13、出水管流速：0.8～1.0m/s

14、排泥管直径：≥100mm

15、污水总净化时间：20～28分钟

16、进水压力：0.20～0.25MPa

17、反冲洗压力：0.25～0.30MPa

四、本实用新型的双向旋流一体化污水净化器技术性能指标

1、单台净化器设计处理污水能力：5～200m³/h

2、污水净化时间：20～28分钟

3、单台净化器直径：1600～3800mm

4.进水压力：0.20～0.25Mpa

5.工作压力：0.05～0.20Mpa

6.反冲洗周期：次/1～2月

7.反冲洗压力：0.25～0.3MPa

8.反冲洗强度：0.4～0.5m³/m²·min

9.反冲洗时间：5～6分钟

10.污水净化效果：

    SS去除率：95～99.5％

    COD去除率：50～80％

    浊度(NTU)：5～10

    磷去除率：75～80％

    色度去除率：75～90％

11、回用产水率：＞95％

五、本实用新型的双向旋流一体化污水净化器应用范围

(1)、双向旋流一体化污水净化器可广泛应用于工业污水的净化处理，有效去除污水中的SS、COD、BOD、色度、磷、重金属离子等；

(2)、净化器可用于生活污水处理，处理后浊度可达到5～10NTU，SS小于10mg/l，COD去除率达到60％；

(3)、净化器可用于高浊度、高悬浮物的污水净化，悬浮物的进水浓度可适用于30000mg/l一下的污水净化；

(4)、净化器可同污水的生化处理兼用，对于浓度高、B/C比低的污水，先通过净化器的物化处理后，不仅大大降低有机物的浓度，同时可提高污水的B/C比，有利于后面工序的生化处理；

(5)、净化器不仅可用于污水净化，还可用于给水***的河水、井水的净化；

(6)、净化器广泛用于污水再生回用***，实现废水的资源化利用，回用产水率大于95％。

Claims (4)

1、一种双向旋流一体化污水净化器，包括罐体(1)，其特征是在罐体(1)的内腔中部安装有圆柱体形下旋流反应室(14)，污水进水管(13)穿过罐体(1)上的污水进水管口(9)沿圆柱体形下旋流反应室(14)的切线方向伸入下旋流反应室(14)中，在罐体(1)中、下旋流反应室(14)的下部出口处的正下方安装有旋流反射板(15)，旋流反射板(15)的下部为锥形污泥浓缩区(21)，锥形污泥浓缩区(21)的下部设有排泥管口(12)；在罐体(1)和下旋流反应室(14)之间形成的上旋流反应室(17)中还安装有多圈同心截头圆锥板(16)，在罐体(1)中、上旋流反应室(17)的上部设有悬浮过滤区(18)，在罐体(1)中、悬浮过滤区(18)的上部设有清水区及反冲洗区(19)，在罐体(1)的顶部设有与清水区及反冲洗区(19)相通的净化水出口(7)、排气管口(5)及反冲洗水进口(6)。

2、根据权利要求1所述的双向旋流一体化污水净化器，其特征是所述的悬浮过滤区(18)包括与罐体(1)的内壁相连的不锈钢滤网承托层，在不锈钢滤网承托层中装填有发泡塑料滤珠。

3、根据权利要求1所述的双向旋流一体化污水净化器，其特征是在清水区及反冲洗区(19)中与反冲洗水进口(6)相对位置处安装有截头圆锥形反冲洗反射板(20)。

4、根据权利要求1所述的双向旋流一体化污水净化器，其特征是在罐体(1)上、污水进水管口(9)的上部设有与上旋流反应室(17)相通的溢流排水口(8)。