CN102302974B - 一种适用于去除污水处理厂活性污泥中淤沙的分离器 - Google Patents

Abstract

发明提出一种适用于去除污水处理厂活性污泥中淤沙的分离器，其目的是为了解决污水处理厂淤沙对污水处理系统的影响。该分离器根据污水厂活性污泥和淤沙在密度和粒度方面的差异，基于旋流分离技术原理实现了污泥中有机质和淤沙的分离和分流。本发明提出的分离器由两部分构成：预处理区与核心分离区。预处理区为桶状，由筛网与圆桶外壳构成，主要用于拦截污泥中的毛发、草叶及其大颗粒物质。核心分离区是由圆筒状结构与圆锥状结构共同组成。顶端为可调节式溢流出泥口，中部为圆柱型筒身，下部为圆锥形分离区，底端为可调节式底流出沙口。进料口与圆柱形筒身呈切线相接。该分离器具有占地面积小，分离效率高，运行操作简便等优点。

Description

一种适用于去除污水处理厂活性污泥中淤沙的分离器

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种适用于去除污水处理厂活性污泥中淤沙的分离器。

背景技术

近年来，随着社会的飞速发展，城市污水的产生量也与日增多，而由于社会对环保的高度关注，污水厂的数量也在飞速增长，污泥作为污水厂的副产物也不可避免的大幅度增长。如何经济、有效、安全地处理和处置这些污水厂产生的大量污泥，已成为我国污水处理领域亟待解决的难题。而且，这一难题在城市化水平较高的大中城市和经济发达地区表现得更加突出，已在一定程度上制约了社会经济的可持续发展。为了解决污泥二次污染的问题，以减少污水处理厂剩余污泥产生量为目的的污泥源头减量技术的研究取得了显著的成效，尤其以隐性生长、解偶联生长、生物捕食作用最为明显。但是，研究过程中发现伴随着剩余污泥排放量减少的同时，惰性无机物质（淤沙）却又逐渐积聚在污水处理系统中。这种现象还在没有设置初沉池的污水处理厂或基于碳源策略而超越初沉池的污水处理厂显现出来，较为直观的现象就是污水厂污泥的有机质与污泥总量的比值低，有的甚至低至0.2~0.3。显然，这种情况不仅影响污水处理效果，而且污泥淤沙的集聚将加速设备的磨损，影响污水处理厂的正常运行。因此，如何实现污泥中生物物质和无机淤沙的分离已成为污水处理系统又一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种可以从污泥中高效分离出淤沙的污泥淤沙分离器。解决污水处理厂淤沙对污水处理系统的影响。

本发明的技术方案如下：

一种适用于去除污水处理厂活性污泥中淤沙的分离器，该分离器主要分为两个部分：预处理区与核心分离区。预处理区为桶状，其内横向设置有筛网，主要用于拦截污泥中的毛发、草叶及其大颗粒物质。核心分离区是由上部的圆柱型筒身与下部的圆锥状结构共同组成，圆柱型筒身从顶端插入有可调节式溢流排泥口，圆锥状结构的底端接有可调节式底流排沙口，进料口与圆柱形筒身呈切线。另外，环绕所述溢流排泥口外壁与圆柱型筒身之间嵌入有子圆锥结构，并在溢流出泥口与底流出沙口中心均插入有调节棒。所述活性污泥由预处理区的进泥管输入本分离器，预处理区的出泥管通过管路连接核心分离区的进料口，分离后的淤沙从底流出沙口排出,活性污泥从溢流出泥口排出。

本发明所述的结构式利用淤沙和污泥在粒径和密度上的差异，使两者在旋转过程中产生不同的回旋半径，从而将这两者分离。

所述分离器的具体结构参数如下：

预分离区：

直径2d≤D₁≤3d，d为污泥管道直径；

筛网厚度5mm≤δ≤20mm；

核心分离区：

直径D₂≤125mm；

溢流排泥口直径0.25D₂≤do≤0.35D₂；

进料口直径0.2D₂≤di≤0.3D₂；

底流排沙口0.1D₂≤du≤0.18D₂；

底流排沙口与溢流排泥口的比值n=du/do：0.4≤n≤0.6；

溢流出泥口插入深度0.5 D₂≤l≤0.8 D₂；

圆柱段长度1.0 D₂≤h≤1.5 D₂；

锥段角度10°≤α≤20°

子锥段角度β=0.5α。

本分离器的工作过程是污泥与淤沙混合样首先经过预分离区，将大颗粒物质、草叶及其毛发等容易堵塞核心分离区底流出沙口的物质进行去除；然后污泥由进料口切向进入核心分离区内作螺旋运动，污泥在腔内旋转，产生螺旋流，并分为活性污泥和淤沙两部分分别由溢流排泥口和底流排沙口排出。在核心分离区内部，同时存在着向下运动的外螺旋和向上运动的内螺旋流动。核心分离区内颗粒分级过程的基本原理是离心沉降，颗粒在离心力的作用下具有向圆柱段外壁沉降的趋向。淤沙由于受到较大的离心力作用，向圆柱段壁面运动并随外旋流从圆锥段底部排出形成底流,活性污泥则由于所受的离心力较小，来不及沉降就随内旋流从溢流口排出形成溢流，故而使活性污泥与淤沙分离出来。

本发明的优点如下

①    污泥淤沙分离器核心分离区前段增加预处理区，避免毛发等杂物堵塞底流出沙口，降低了运行管理难度。

②    核心分离区通过圆柱状结构与圆锥状结构结合的方式，使得污泥在圆柱状结构形成旋流，通过粒径与密度不同使得污泥与淤沙在圆柱段分布不同，淤沙分布于外壁，活性污泥位于圆柱段中心，从而过渡到圆锥段形成不同的螺旋流，从而将淤沙与活性污泥分离开。

③    溢流出泥口四周嵌入子圆锥盖的形式，避免了盖上流逃沙的问题，同时提高了污泥进入核心分离区的旋转角速度，更有利于分离。

④    溢流出泥口与底流出沙口均采用插入调节棒的形式进行调节。针对表征不同的污泥可以通过调节溢流出泥管与底流出沙管来达到最优的分离效果，增强了污泥淤沙分离器的适用范围。同时由于调节棒的存在降低了强制涡对分离过程的影响，提高分离效率。

附图说明

图1为污泥淤沙分离器示意图；

图2为污泥淤沙分离器预分离区结构示意图；

图3为污泥淤沙分离器核心分离区结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的结构：

参见图1，本分离器由预处理区1与核心分离区2两部分构成。活性污泥由预处理区的进泥管11输入，预处理区的出泥管12通过管路连接核心分离区的进料口21，分离后的淤沙从底流出沙口22排出,活性污泥从溢流出泥口23排出。在管路上设置有阀门3和泵4，在预处理区1前设置有反冲洗水出口A，后设置有反冲洗进水口B。

参见图2，预处理1为桶状，其内横向设置有筛网13，用于拦截污泥中的毛发、草叶及大颗粒物质。12为出泥管，11为进泥管。

参见图3，核心分离区2上部为圆柱型筒身24，下部为圆锥形状结构25，圆柱型筒身从顶端插入有可调节式溢流出泥口22，所述圆锥形状结构底端接有可调节式底流出沙口23，进料口21与圆柱形筒身呈切线布置；环绕所述溢流排泥口外壁与圆柱型筒身之间嵌入有子圆锥盖26结构，并在溢流出泥口与底流出沙口中心均插入有调节棒27。 

本分离器的具体设计过程中，通过建立分离粒度d₅₀与核心分离区直径D₂之间的关系，即可得出分离器各部分的尺寸。

发明人在对多个污水厂污泥粒径分布进行分析后，发现有相当大部分淤沙的粒径在58                                                

以上，因此确定分离粒度为d₅₀=58

，然后得出的尺寸参数如下：

预分离区：

直径2d≤D₁≤3d（d为污泥管道直径）

筛网厚度5mm≤δ≤20mm

核心分离区：

直径D₂≤125mm；

溢流口直径0.25D₂≤do≤0.35D₂；

进料口直径0.2D₂≤di≤0.3D₂；

底流口0.1D₂≤du≤0.18D₂；

排口比0.4≤n≤0.6；

溢流口插入深度0.5 D₂≤l≤0.8 D₂；

圆柱段长度1.0 D₂≤h≤1.5 D₂；

锥段角度10°≤α≤20°

子锥段角度β=0.5α。

   核心分离区直径D₂的确定是通过以下公式推导获得的：

分离器核心分离区内的淤沙能否被分离，取决于淤沙在分离区的回转半径大小，每个粒径ds与密度ρs的淤沙在核心分离区都有特定的回转半径，回转半径越大越容易被分离，因此存在一个特定的回转半径r_o，在该半径下的淤沙，有50%可以被分离出，另外50%不能被分离。本次污泥淤沙分离器核心区直径D₂，我们采取估算的方式，取其分离粒度d₅₀=58

，因此由离心力、浮力及其斯托克斯力三力平衡可得：

                                       （

）

式中：

——流体粘度，取0.001Pa

S;

 

——淤沙密度，

=2.65g/cm3,

——污泥密度，

=1g/ cm3

d₅₀ ——淤沙分离器分离粒度，58

；

r_o——粒径为d₅₀淤沙在核心分离区的回转半径，（）；

v_t——淤沙的切向速度，cm;

v_ro——淤沙的径向速度，cm;

淤沙的切向速度的初始速度v_t来自于进料速度vi，分离过程中必然造成一定的动能损失，取v_t=0.5~0.8v_i，由于污泥淤沙分离器主要依靠动能损失来达到分离效果，因此取vi=6~8m/s，v_t=4~6.4m/s。

由于粒径为d₅₀的淤沙在核心分离区的回转半径r_o需要通过模拟及其实验确定，因此在开发阶段我们取保守值r_o=0.5d_o(d_o为溢流口直径)。

淤沙的径向速度v_ro可以根据连续方程求得，由于溢流流量比底流流量高出许多倍，而且底流口直径比溢流口直径略小，为了简化运算，取底流口直径du=do，因此得出：

                      （

）

式中：

d_i——进料口直径，mm;

v_i——进料速度，m/s;

d_o——溢流出泥口直径，mm;

H_e——分离器核心分离区有效高度，mm。

污泥淤沙分离器的有效高度为溢流出泥口到底流出沙口的距离，因此可以由下面公式表示：

                  （

）

式中：

h——分离器核心分离区圆柱段高度，mm;

l——溢流口插进深度，mm;

D₂——核心分离区直径，mm;

α——核心分离区圆锥段锥角，mm。

污泥淤沙分离器圆锥段采用小锥角，因此取α=10~20°，di取0.2~0.3D₂，l取0.5~0.8D₂，h取1~1.5D₂，将（）与（

）带入（

）中，得出D₂=47~118mm。考虑到淤沙颗粒较小，进料速度减慢的情况下会导致淤沙分离器核心分离区直径变小，因此确定D₂≤125mm，其余参数均通过实验确定，结果如下：

溢流口直径0.25D₂≤do≤0.35D₂；

进料口直径0.2D₂≤di≤0.3D₂；

底流口0.1D₂≤du≤0.18D₂；

排口比0.4≤n≤0.6；

溢流口插入深度0.5 D₂≤l≤0.8 D₂；

圆柱段长度1.0 D₂≤h≤1.5 D₂；

锥段角度10°≤α≤20°

子锥段角度β=0.5α。

采用本分离器在污水厂进行实验，流量为1.5L/s，取核心分离区直径D₂=75mm，进料口di直径为15mm，进料压力Pe=0.17MPa，溢流口do=22mm,子圆锥锥角β=10°，底流口du=13mm,溢流口插入深度l=30mm,圆柱段长度h=120mm,圆锥角

=20。

用该污泥淤沙分离器进行试验，进泥VSS/TSS值为31.38%，溢流VSS/TSS达到41.26%，底流VSS/TSS为13.73%，，分离产生的溢流污泥VSS/TSS比值为底流污泥的3倍、底流污泥ISS/TSS的比值为溢流污泥的1.5倍，原污泥中46%的淤沙被富集在体积流量比为17%的底流液中，实现了污泥淤沙的分离和富集。

Claims (1)

1.一种适用于去除污水处理厂活性污泥中淤沙的分离器，其特征在于：分离器由预处理区与核心分离区两部分构成；所述预处理区为桶状，其内横向设置有筛网，用于拦截污泥中的毛发、草叶及大颗粒物质；所述核心分离区上部为圆柱型筒身，下部为圆锥形状结构，所述圆柱型筒身从顶端插入有可调节式溢流出泥口，所述圆锥形状结构底端接有可调节式底流出沙口，进料口与圆柱形筒身呈切线布置；环绕所述溢流出泥口外壁与圆柱型筒身之间嵌入有子圆锥盖结构，并在溢流出泥口与底流出沙口中心均插入有调节棒；所述活性污泥由预处理区的进泥管输入本分离器，预处理区的出泥管通过管路连接核心分离区的进料口，分离后的淤沙从底流出沙口排出,活性污泥从溢流出泥口排出；

所述分离器的具体结构参数如下：

预分离区：

直径2d≤D₁≤3d，d为污泥管道直径；

筛网厚度5mm≤δ≤20mm；

核心分离区：

直径D₂≤125mm；

溢流出泥口直径0.25D₂≤do≤0.35D₂；

进料口直径0.2D₂≤di≤0.3D₂；

底流出沙口0.1D₂≤du≤0.18D₂；

底流出沙口与溢流出泥口的比值n=du/do：0.4≤n≤0.6；

溢流出泥口插入深度0.5 D₂≤l≤0.8 D₂；

圆柱段长度1.0 D₂≤h≤1.5 D₂；

锥段角度10°≤α≤20°；

子锥段角度β=0.5α。

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