CN102939268B - 具有简化的污泥回流的加重絮凝和沉淀水处理系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

一种用于水处理的工艺，包含来自于包括凝结、沉淀、絮凝和加重絮凝的组的方法组合，其通过增加简化的污泥回流系统得以进一步改进。对应本工艺的回流系统通过使积聚在沉淀区域底部的污泥经重复循环经过水力旋流器一定的次数因而增加经提取的污泥的固体颗粒密度，使得实现更高的污泥密度及较不显著的水容量损失。系统还可以由悬浮固体分析仪、流量计和/或定时器控制。本发明还包括一种用本简化的污泥回流系统产生特定流体流控制特性的方法，其进一步提高了工艺效率。

Description

具有简化的污泥回流的加重絮凝和沉淀水处理系统及其工艺

技术领域

本发明涉及一种简化的污泥回流系统，该污泥回流系统被增加至用于饮用水，或工业用水或废水处理的系统，其可以包括来自于包括凝结、沉淀、絮凝和加重絮凝的组的方法组合，以便于通过减少加重物和水损失而提高其效率。本发明还涉及一种特别由于简化的污泥回流系统的增加而可能实现的特定流体流动特性，并且其进一步提高了工艺效率。

背景技术

水处理设备对于饮用水、废水和工业用水的净化是不可缺少的，其中水已暴露于各种尺寸和构成的污染物中。因此，净化工艺试图使用适当选取的方法来除去那些污染物，这些方法通常依赖于为适用该处理的大的槽罐中的水的容积。取决于流量，一些污染物足够稠密以下沉和累积在那些槽罐的底部，而其他的污染物大到足以用过滤器从水中成功过滤出。然而，一些被称为胶质的污染物为微小颗粒，其均匀地分布在无法通过物理手段从为水和胶质混合物的水状胶质溶液中有效分离的混合物内部，并且因此需要特殊的处理方法。

为了将水与不需要的污染物分离，必须经历净化的某几个步骤。可以进行预处理以便于取回大碎片并调节水的pH值以促进处理的后续步骤。为了消除较小的悬浮颗粒并因此使水净化，水处理设备通常包括将絮凝剂引入在水内的絮凝区域，该絮凝剂或是聚合体（如改性聚丙烯酰胺）、化学产品（如硅酸钠）或是极少情况下具有同样性质的天然产品。通过加入这样的絮凝剂，污染物的絮状物（颗粒聚合体）开始从胶质中形成。具有回旋叶片的混合器通常搅拌位于絮凝区域内部的混合物，以便于使絮凝剂和污染物之间的接触最大化，从而能够产生更大的絮状物。

称为絮凝的第一步工艺可以通过加入加重物质（如微砂粒）进一步改善，加重物质作为加重物和催化在水和污染物溶液内部的絮凝反应的接触物质。当加入加重物时，上述的絮凝剂与胶质的絮状物和其它颗粒结合一起，从而通过聚集先前产生的絮状物连同砂粒颗粒产生甚至更大和更重的絮状物。这继而具有使得絮凝和下个处理步骤更快地发生的优势。

水处理工艺的下个步骤称为沉淀。其发生在沉淀区域，而且利用重力用与其重量成正比的力将每个物体拉至地球表面的事实。所以，较重颗粒更易被拖拽至该容积区域的底部，因此，颗粒状的加重物如砂粒的加入（而不是必要的）可以对工艺产生有价值的加入，减少絮状物在区域的底部沉下来所需的时间。絮凝工艺因而是减少液体溶液内部的悬浮胶质数量的主要手段，从胶质中产生相对重的絮状物，该胶质不会像液体溶液内部的较大悬浮颗粒那样在重力作用下有效地下沉至沉淀区域的底部。经净化的水在其从沉淀区域溢出时而随后被收集。若加重物用于絮凝区域中，则加重絮状物然后积累在沉淀区域的底部，且包括砂粒和颗粒污染物，进而需要被处理以从污染物中分离砂粒。

包括污染物、胶质、水以及有时候也包括砂粒的混合物形成通常所谓的“污泥”，在尽可能多的砂粒和水的提取后欲从系统中去除污泥，以便于使工艺效率最大化。提取的砂粒在工艺中反复地被使用，无需在作用的全过程中增加更多，取决于前述提取的效能。

被称为凝结的非必要的附加步骤可以被加入水处理工艺以便于进一步提高其效率。如果被包括在工艺中，它通常是第一步，通过第一步，污水在预处理后开始其净化。此步骤在于将三价金属盐加至水和污染物溶液中。盐（通常铁或铝化合物）在水中溶解，释放出带有三个正电荷的离子，该离子与胶质结合并且然后形成小聚合体。当将絮凝剂加入溶液，那些聚合体组合成絮状物，而且由于它们是比胶质本身较大的颗粒，所以它们将聚合体聚集成絮状物比没有先前凝结的工艺相对更容易，并且因此以在设备内包括了另一个区域、凝结区域的代价增加了程序效率，并且增加了三价金属盐的费用。

经净化的水通常在沉淀区域之后被过滤，以便于除去可能仍悬浮在水内部的未沉淀的絮状物和颗粒。在沉淀之后产生的污泥的水含量依然太高，并且因此需要稠化手段来将它降低到足以方便运送，例如送至垃圾填埋地点。这种增加的工艺要花很多时间起效而且经常需要大量的空间，例如在开放的空气蒸发场的情况（或在干燥床）下。一种替代方案是挤压的方法，挤压的方法要求将污泥压在织物过滤器上以提取尽可能多的液体，之后由残余固体污染物形成压缩残饼。离心过滤方法使用离心力从污泥中提取水，而对于挤压来说，则将残余污染物形成压缩饼。在另一方面，这些方法需要专用机械或大量开放空间来起效，根据需要它们的团体的经济和地理情况，这些方法是昂贵的而且可能不实用。

另一个实际水处理设备的普遍问题是从产生的污泥中提取砂粒加重物，这导致材料的不必要浪费。

发明内容

本发明的第一个目的是通过提供通过使用改进的污泥回流系统从污泥中渐进清除水的增强手段，来减少水处理设备排出的污泥体积，该水处理设备代表性地利用包括凝结、絮凝、沉淀和加重絮凝的水处理方法的组合。

本发明的第二个目的是提出增强水处理工艺的装置，该装置可以以较低成本加装到现有的设备以及新建的装置上。

本发明的第三个目的是减少在这样的设备中的污泥水清除装置（purging means）的尺寸。

本发明的第四个目的是消除被一些处理设备使用的外部污泥水清除池的需求，从而减少在这样的设备中的运行成本及水处理工艺的持续时间。

本发明的第五个目的是减少在可包括加重絮凝的水处理工艺期间加重物的损失量。

本发明提供一种用于已存在的和将来的水处理设备的解决方案，该水处理设备需要降低容纳在于水处理之后收回的残余污泥内部的水量以便于减少随后要被处理的废物量的装置。它还减少了以进一步浓缩污泥所需的装置的成本和尺寸。本发明通过增加加重物的回收率，还减少了在具有一定类型的液体和固体分离装置的有关设备中的加重物的损失，由在本发明可能提出的那些装置中的污泥再插入的多个重复循环完成。

包括凝结、加重絮凝和沉淀的水处理工艺一般允许污泥固体物质含量在0.05%与0.1％之间（0.5至1.0克/升）。当与本发明的简化污泥回流系统结合，广泛的测试显示含量证实增加至30g/L以上，同时排出的污泥体积下降达到百分比30％与97％之间，并且需要较小的污泥稠化设备。

本发明还允许以相当于一种水回收的比率回收加重物。下表将本发明的性能结果与一般水处理系统的性能结果作比较。

如后所述的实施例一、二和三的元件的结合使建立阻止污泥再次进入沉淀区域的最高部分的复合三维流动成为可能。这种流动进一步提高了本发明的效率，而且为具体实施方式的详细说明中所描述的特别设计的结果。

本发明由被增加至水处理设备的沉淀区域的污泥回流系统组成，该水处理设备使用从由絮凝、沉淀、凝结和加重絮凝组成的组中选出的至少一种净化方法，所述污泥回流系统用于所述污泥以渐进（progressively）水清除的方式重复循环，所述系统包括：

    －下游污泥回收容器，包括位于所述容器的底部部分的污泥回收腔，所述腔限定所述沉淀区域的一定容量，其中污泥可以在重力作用下积聚在所述沉淀区域中；

    －回流装置，包括：

        i. 液体和固体分离装置，其通过除去处于液体溶液中的固体污染物使得液体溶液得以净化；

        ii. 回流装置，包括：

            1. 回流管路，在其入口端处连接至所述污泥回收腔以及在其出口端处连接至所述液体和固体分离装置；

            2. 再插入（reinsertion）管路，在其入口端处起作用地（operatively）连接至所述液体和固体分离装置以及在其出口端处连接至所述污泥回收容器；以及

            3. 排除管路，在其入口端处连接至所述再插入管路以及在其下游出口端处将高密度污泥排出在所述水处理设备的外面；

        iii. 在所述污泥通过污泥回流系统的重复循环期间起作用的装置，用于将所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除；

        iv.在所述重复循环期间驱使所述污泥进入所述回流装置的装置。

优选地，所述驱使所述污泥进入所述回流装置的装置为位于所述回流管路下游的泵。而且，所述用于将所述污泥从所述污泥回流系统渐进排除的装置包括监控所述污泥的固体成分含量的装置。

优选地，所述液体和固体分离装置为安装在所述回流管路相对所述泵的下游的水力旋流器，其包括溢流出口和底流出口，所述溢流出口连接到所述回流装置以及所述底流出口倾注（pour）在絮凝区域内。

优选地，进一步提供从包括流量控制装置和固体含量控制装置的组中选出的控制装置，来调节所述液体溶液以优化所述水力旋流器效率的方式流过所述回流装置的速度。

优选地，所述用于将所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除的装置为与所述流量控制装置结合运行的悬浮固体分析仪，以通过使流速适应所述污泥的所述固体成分含量来进一步优化所述水力旋流器的效率。

优选地，所述沉淀区域包括旋转刮具，所述旋转刮具包括相对于所述沉淀区域平面并在所述平面内旋转的顶部部分和底部部分，所述旋转刮具将沉积于所述沉淀区域的所述底部的所述污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔并且相对于刮具的平面有效地将所述沉淀区域分离为第一上区段和第二下区段，这样将位于第二下部分内的所述污泥回收腔、所述回流管路入口端和所述再插入管路出口端与所述沉淀区域的所述第一上部分隔离。

优选地，所述旋转刮具为空中心的，其形成中空轴并与在所述污泥回收腔内部倾注的所述回流装置的所述再插入管路的下游端部分相符。

优选地，在所述刮具的所述底部部分上与所述中空轴同轴地凸出有倒置锥，其基本上阻止位于所述污泥回收腔中的所述液体溶液动态地流回所述再插入管路并使通过所述回流管路的流最大化。

优选地，所述回流装置向外延伸至所述污泥回收容器。

优选地，所述回流装置的所述再插入管路出口开在所述污泥回收腔之内。

优选地，砂粒沉淀室进一步被包括在所述回流装置中，并被安装于所述再插入管路的上游和所述排除管路的上游、及所述水力旋流器的下游，从而使得在污泥包含砂状物质的所述回流装置内能够回收砂状颗粒物质。

优选地，所述回流装置包括水力旋流器、回流流量控制阀、以及悬浮固体分析仪，所述回流流量控制阀安装至所述再插入管路，所述悬浮固体分析仪同样安装至所述再插入管路，所述回流装置根据所述污泥在所述回流装置内部的含量来控制所述流量控制阀的开启和关闭。

优选地，悬浮固体分析仪安装在给所述水处理设备供水的进口管处，这样根据水内部的胶质污染物含量来使得通过所述回流装置的水流得以控制。

优选地，所述水力旋流器在污泥回流系统中排出回流污泥。

本发明还包括利用所述污泥回流产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段的污泥回到所述沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：

    a）水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域；

    b）所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量；

    c）包括底部端和空的中心的旋转刮具将沉积于所述容器的所述底部处的污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔；

    d）具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵；

    e）将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述刮具的空的中心内部的出口端；

    f）产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：

        i. 所述旋转刮具；

        ii. 所述污泥回收腔；

        iii. 所述回流装置；

        iv. 所述回流管路；以及

        v. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述旋转刮具的所述空的中心内部且注入所述污泥回收腔。

优选地，倒置锥被增加至所述刮具的所述底部端，进一步使得所述污泥流能够通过所述回流管路从所述再插入管路倾注，而不会在所述再插入管路内部倒流。

本发明还包括产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段中的污泥回到沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：

    a）水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域；

    b）所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量；

    c）包括底部端和空的中心的旋转刮具将沉积于所述容器的所述底部处的污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔；

    d）具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并且起作用地连接于泵；

    e）将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述刮具的空的中心内部的出口端；

    f）产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：

        i. 所述旋转刮具；

        ii. 所述污泥回收腔；

        iii. 所述回流装置；

        iv. 所述回流管路；以及

        v. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述污泥收回腔的壁上。

优选地，倒置锥被增加至所述刮具的所述底部端，进一步使得所述污泥流能够通过所述回流管路从所述再插入管路倾注，而不会在所述再插入管路内部倒流。

本发明还包括产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段中的污泥回到沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：

    a）水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域；

    b）所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量；

    c）具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵；

    d）将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述污泥回收腔的壁上的出口端；

    e）产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：

        i. 所述污泥回收腔；

        ii. 所述回流装置；

        iii. 所述回流管路；以及

        iv. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述污泥回收腔的壁上。

附图说明

在描述本发明的优选实施例的附图中：

图1为进一步称为实施例一的依赖外部污泥回流系统的本发明的水处理设备的正视示意图；

图2为进一步称为实施例二的水处理设备的正视示意图，其中污泥回流系统通过管道向下穿过旋转刮具的空的中心将污泥再插入在沉淀区域的底部处，并且其中污泥回流流量由悬浮固体分析仪调节；

图3为包括图2的污泥回流系统的第二实施例的水处理设备的另一正视示意图，其中污泥回流流量由流量计替代调节；

图4为水处理设备的另一正视示意图，其中污泥回流流量由定时器控制；

图5为显示其中可以设置回流流量控制或悬挂固体分析部件的不同定位的水处理设备的另一正视示意图；

图6显示水处理设备的另一正视示意图，其中回流流量控制由流过供给管的水的悬浮固体分析完成；以及

图7显示取自图2-4、5或6的下右手侧部分、以及在本发明在实施例二的污泥回流系统的这种情况下污泥经过污泥回流系统的具体流量动态的模拟的、以相对于图2至4、5和6的放大比例的图形表示。

具体实施方式

图1大体显示对应于本发明的实施例一的带有增加的污泥回流系统的水处理设备01，其包括三个主区域，水在主区域内循环流动。水自左至右流动，以便于从其污染物中渐进净化水。上游凝结区域10被限定为通过管道接收水、例如立方形状的直立容置容器100，所述管道可以是常规管道且没有在图上示出。将凝结剂优选为三价金属盐加入到在凝结区域10流动的水中，以便于启动水中污染物的聚合体的形成。悬浮在该水内的小污染物颗粒一般为负电荷，并因而被三价金属盐所吸引，三价金属盐溶解于水中，留下带三个正电荷的离子。固定在凝结区域上方的电机11允许混合器12的旋转，电机11通过旋转轴11a连接到混合器12。混合器12包括许多可旋转叶片12a、12b、…，其在运行情况下大体沿水平延伸，间隔地位于第一上游容置容器100的地面102上方。

轴11a对于混合器12足够长以停留在凝结区域10内部的水表面下方的一定深度处，而且因由电机11传递的旋转运动而连同混合器12一起旋转。混合器叶片12a、12b、…在大体平行于容器地面102的平面内旋转，并搅拌水和三价金属盐溶液，以便于使两反应物之间的接触表面最大化，并且因此使带正电荷的所述离子和水内的污染物之间的离子吸引最大化。该步骤对于获得合适的水净化是非强制的但是可以提高水处理的效率。

现在包含污染物的小聚合体的水然后被注入第二直立容置容器104内部，其被称为絮凝区域15。固定在容器104的地面106上方的电机110通过包含旋转轴110a同样允许第二混合器108在水表面下方的一定深度处旋转并间隔地位于容器104的地面106的平面上方。将絮凝剂混合到容器104中已包含形成在凝结区域的聚合体的水中。

该絮凝剂在水内部被混合器108彻底混合，而且当与污染物结合时允许在絮凝区域15内部形成絮状物颗粒。絮状物的形成率和大小（并且因此重量）可优选地通过加入加重物而被进一步增加。由于微砂粒的一般利用率及相对低廉的成本，所以最常用的加重物为微砂粒（如直径在50μm与150μm之间）。

水然后进入位于另一直立容置容器112中、被称为沉淀区域16的第三区域。在前述两个区域10和15内部产生的絮状物和聚合体被重力吸引至下游容器112的漏斗状地面22。因此，较重的颗粒更可能下沉至沉淀区域16的地面22，而且比较轻的颗粒下沉地更快，这是凝结和加重絮凝的好处，以便于提高水处理系统的效率。可以在其中心携带如倒置锥21的装置的刮具20通过驱使可旋转的直立轴17的电机18沿沉淀区域16的平面作旋转运动。

轴17的目的是收集已沉积在污泥回收腔19的地面22的径向向内向下倾斜的壁上的污染物的絮状物，该污泥回收腔19位于沉淀区域16中央的倒置锥21的下面。污染物的絮状物因此积聚在污泥回收腔19内部，其大多数结果形成污泥。

倒置锥21可以由被间隔地支撑在坑地面22上方的其它合适的结构，例如由水平的穿孔板代替。这种穿孔板的穿孔可以使得污泥能够以污泥不会回到悬浮状态的这样的流量自由通过。

包含相对大量水的这种污泥在此后被称为稀释污泥。为优化这种水处理的操作，这种稀释污泥需进行处理以便于从稀释污泥中清除尽可能多的水。为了达到这个目的，稀释污泥通过泵38的作用被吸入回流装置的回流入口管路39。污泥随后通过出口管路33，并进入通常充当液体和固体分离装置的水力旋流器30。水力旋流器30以这样的方式构成：由于其离心作用，具有较高污染物含量的污泥需要较低的流量通过水力旋流器30以获得高的分离速度，而相反地具有较低污染物含量的污泥需要较快的流量以获得好的分离速度。

包含较低密度颗粒的溢流物质经过出口管32离开水力旋流器30，而包含较高密度颗粒的底流物质通过底部开口而被再利用。工业用水输入31使得回流的被加重物质得以清洁。砂粒沉淀通风腔34可以连接到管32，因为其允许对仍在由水力旋流器30提供的溢流内部找到的砂粒进行更好的回收。而且，我们在多次实验后发现砂粒沉淀室是增加通风口的好地方。这种通风口促进从回流的污泥分离空气，而且因此阻止在污泥回流坑处引入空气。

产生的污泥然后或被送经水处理设备之外的回流装置的排除出口管路35，或污泥由再插入管路40回到污泥回收腔19。如果污泥内部的固体污染物含量达到预定水平或如果流量达到特定值或在一定时间之后，控制流量控制阀37开启的装置36选择管路35或40。装置36可以分别包括例如悬浮固体分析仪、流量计或者定时器。随后再插入至污泥回收腔19内部的较高污染物含量污泥与产生自沉淀区域16中的絮状物沉淀的稀释污泥混合，并且循环重新开始，逐渐增加正被渐进清除水的污泥的固体成分含量。

另外，刮具20’’’’’’、向上指向的凸出的锥21’’’’’’、污泥回收腔、以及回流管路39’’’’’’和在中心管管路40’’’’’’中再插入的组合产生如图7所看到的污泥回收腔19’’’’’’内部的特定流体流动特性。这种流动特性将污泥自再插入管路40’’’’’’引导至回流管路39’’’’’’，同时还将因沉淀集聚在污泥回收腔19’’’’’’内部的稀释污泥合并到来自再插入管路40’’’’’’的经浓缩的污泥中。

再次，刮具20’、20’’、20’’’、倒置锥21’、21’’、21’’’、污泥回收腔以及回流管路39’、39’’、39’’’和分别位于图2、3和4上的旋转轴17’，17’’，17’’’内部的再插入管路40’、40’’、40’’’的组合产生污泥回收腔19’、19’’、19’’’内部的特定流体流动特性。这种流动特性将污泥自再插入管路40’、40’’、40’’’引导至回流管路39’、39’’、39’’’，同时还将因沉淀集聚在污泥回收腔19’、19’’、19’’’内部的稀释污泥合并到来自再插入管路40’、40’’、40’’’的经浓缩的污泥中。在这种情况下，然而，倒置锥21’、21’’、21’’’是更优选的，因为其阻止来自再插入管路40’、40’’、40’’’的经浓缩的污泥倒流。

利用现有技术的计算机程序遵循已知的流体力学原理，已经模拟这种特定流体流动特性，并且结果因此显示在图7上。它说明了经浓缩的污泥自再插入管路40’’’’’’向下注入污泥回收腔19’’’’’’，并且或直接进入回流管路39’’’’’’，或被倒置锥21’’’’’’重新定向，以便于将这种污泥保持在沉淀区域16’’’’’’的腔19’’’’’’中。这种流体流动特性因此使经浓缩的污泥的回流最大化，在倒置锥21’’’’’’’基本上控制经浓缩的污泥朝向沉淀区域16’’’’’’的顶部部分的倒流的同时通过回流装置，同时将其与因重力持续沉积的稀释污泥混合，这样将污泥回收腔与沉淀区域16’’’’’’的顶部部分有效分离。

图2、3和4主要显示图1的水处理设备，但是带有本发明的实施例二以及控制整个回流装置的流量的不同装置。在那些实施例中，旋转刮具20’的沉淀区域16’的旋转轴17’具有空的中心，允许来自实施例一中的再插入管路40’的出口端端口位于旋转轴17’内部。这种构造考虑到了在水处理设备内部的本发明的污泥回流系统的更好集成，需要较少空间去操作。

在图2上，悬浮固体分析仪41安装在连接砂粒沉淀室34’和流量控制阀37’ 的管路42’上，允许后者根据砂粒沉淀室34’内部的污泥的固体成分含量而选择性开启。如果该含量低于预定阈值，那么悬浮固体分析仪41通过经由通信装置42’发送信号而控制流量控制阀37’，通信装置42’在此情况下为电缆。然后污泥再插入在污泥回收腔19’内部，因此它可以与因沉淀逐渐积累的稀释污泥混合。当含量超出所述阈值时，流量控制阀37’关闭，而且经高度浓缩的污泥可以通过排除管路35’离开污泥回流系统。

在图3上，流量计43安装在与图2中悬浮固体分析仪41相同的位置处，流量计43取代图2中悬浮固体分析仪41。在这种情况下，流量计43还根据流量的预定阈值指示流量控制阀37’’是否它应该开启或关闭。

在图4上，定时器44可以取代图2的悬浮固体分析仪41。在这种情况下，定时器44被用于根据输入的预定时间值来准时地操作流量控制阀37’’’。

图5显示用于图2和3的流量控制装置，分别为悬浮固体分析仪41或流量计43的优选位置。在这种情况下，多余的砂粒沉淀室34’’’’为了视图的清楚而已被省略。装置仍被用于管理流量控制阀37’’’’，而示出的不同位置每一个依据污泥回流系统的预期使用都具有其特定的优点。流量控制装置位置45a连接到水力旋流器30’’’’的溢流出口管路32’’’’，且位于再插入管路40’’’’和排除管路35’’’’之间的结合处46’’’’的下游。在位置45a处，流量控制装置在理想含量穿过y型结合处46’’’’之前有效改变流量控制阀37’’’’的配置。该位置45a允许污泥回流系统只再插入在污泥回收腔19’’’’内部具有比阈值低的含量的污泥，这继而允许节省一定时间。

其实，如果流量控制装置位于位置45b处，只有具有等于或高于阈值含量的污泥将从系统中被排除，从而确保最低效率。然而，具有足够高通过排除管路35’’’’清除的含量的污泥将被再插入于污泥回收腔19’’’’内部，由于其位置在y型结合处46’’’’的上游，因此需要没必要的污泥的回流而且继而花更多时间去处理它。然而，流量控制装置的两系统45a和45b的结合考虑到了用以最大化系统效率的两者的质量。位于位置45c处的流量控制装置可以进一步与或在位置45a或45b处的流量控制装置，或者在位置45a和45b处的流量控制装置结合使用，以便于在系统发生故障或失效、即使污泥没有满足预定阈值的含量要求而可能意外地将稀释污泥送至排除管路35’’’’的情况下停止经浓缩的污泥的输出。

图6的水处理设备包括安装于输入管路47上的悬浮固体分析仪48，输入管路47将水带入凝结区域10’’’’’， 悬浮固体分析仪48以这样一种方式管理污泥回流系统的流量控制阀37’’’’’：通过排除管路40’’’’’、从污泥回流系统流出的污泥含量基于水输入含量而被充分浓缩。这种系统可以与前述附图中的那些系统结合使用，以便于进一步优化提取污泥的处理效率。

Claims (31)

1.被增加至水处理设备的沉淀区域的污泥回流系统，该水处理设备使用从由絮凝、沉淀、凝结和加重絮凝组成的组中选出的至少一种净化方法，所述污泥回流系统用于污泥以渐进水清除方式的重复循环，所述系统包括：下游污泥回收容器，包括位于所述容器的底部部分的污泥回收腔，所述腔限定沉淀区域的一定容量，其中污泥可以在重力作用下积聚在所述沉淀区域中；回流装置，包括：i. 液体和固体分离装置，其通过将包含低密度固体的所述污泥与高密度固体分离而使得液体溶液得以净化；ii. 回流器，包括：1. 回流管路，在其入口端处连接至所述污泥回收腔以及在其出口端处连接至所述液体和固体分离装置；2. 再插入管路，在其入口端处起作用地连接至所述液体和固体分离装置以及在其出口端处连接至所述污泥回收容器，所述再插入管路使得包含所述低密度固体的所述污泥被再插入至所述容器；以及3. 排除管路，在其入口端处连接至所述再插入管路以及在其下游出口端处将包含所述低密度固体的所述污泥排出在所述水处理设备的外面；iii. 在所述污泥通过所述污泥回流系统的重复循环期间起作用的装置，用于将包含所述低密度固体的所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除；以及iv. 在所述重复循环期间驱使所述污泥进入所述回流装置的所述液体和固体分离装置的装置；其中所述回流装置包括水力旋流器、安装至所述再插入管路的回流流量控制阀以及同样安装至所述再插入管路的悬浮固体分析仪，取决于所述污泥在所述回流装置内部的含量控制所述流量控制阀的开启和关闭；其中所述水力旋流器在污泥回流系统中排出回流污泥。

2.如权利要求1中的污泥回流系统，其中所述驱使所述污泥进入所述回流装置的装置为位于所述回流管路下游的泵。

3.如权利要求2中的污泥回流系统，其中所述液体和固体分离装置为相对于所述泵安装在所述回流管路下游的水力旋流器，所述水力旋流器包括溢流出口和底流出口，所述溢流出口连接到所述回流器的所述再插入管路或所述排除管路以及所述底流出口倾注在絮凝区域内。

4.如权利要求3中的污泥回流系统，其中进一步提供从包括流量控制装置和固体含量控制装置的组中选出的控制装置，来以优化所述水力旋流器效率的方式调节流过所述回流装置的液体溶液的流。

5.如权利要求4的污泥回流系统，其中所述用于将包含所述低密度固体的所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除的装置为与所述流量控制装置结合运行的悬浮固体分析仪，以通过使所述再插入管路的流量适应包含所述低密度固体的所述污泥的固体含量来进一步优化所述水力旋流器的效率。

6.如权利要求5中的污泥回流系统，其中所述沉淀区域包括旋转刮具，所述旋转刮具包括相对于所述沉淀区域平面并在所述平面内旋转的顶部部分和底部部分，所述旋转刮具将沉积于所述沉淀区域的所述底部的所述污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔，并且相对于所述刮具的平面有效地将所述沉淀区域分离为第一上区段和第二下区段，这样将位于所述第二下区段内的所述再插入管路出口端、所述污泥回收腔及所述回流管路入口端与所述沉淀区域的所述第一上区段隔离。

7.如权利要求6中的污泥回流系统，其中所述旋转刮具为空中心的，其形成中空轴并且与在所述污泥回收腔内部倾注的所述回流装置的所述再插入管路的下游端部分相符。

8.如权利要求7中的污泥回流系统，其中在所述刮具的所述底部部分上与所述中空轴同轴地凸出有倒置锥，其基本上阻止位于所述污泥回收腔中的液体溶液动态地流回所述再插入管路并且使通过所述回流管路的流最大化。

9.如权利要求6中的污泥回流系统，其中所述回流装置向外延伸至所述污泥回收容器。

10.如权利要求5中的污泥回流系统，其中所述回流装置的所述再插入管路出口开在所述污泥回收腔之内。

11.如权利要求7中的污泥回流系统，其中砂粒沉淀室进一步被包括在所述回流装置中，并被安装于所述排除管路的和所述再插入管路的上游及所述水力旋流器的下游，从而使得在污泥包含砂状物质的情况下在所述回流装置内能够回收砂状颗粒物质。

12.如权利要求1中的污泥回流系统，其中悬浮固体分析仪安装在给所述水处理设备供水的进口管处，这样使得实现根据水内部的胶质污染物含量来控制通过所述回流装置的流。

13.如权利要求1中的污泥回流系统，其中所述用于将包含所述低密度固体的所述污泥从所述污泥回流系统渐进排除的装置包含用以监控所述污泥的固体成分含量的装置。

14.被增加至水处理设备的沉淀区域的污泥回流系统，该水处理设备使用从由絮凝、沉淀、凝结和加重絮凝组成的组中选出的至少一种净化方法，所述污泥回流系统用于污泥以渐进水清除方式的重复循环，所述系统包括：

    下游污泥回收容器，包括位于所述容器的底部部分的污泥回收腔，所述腔限定所述沉淀区域的一定容量，其中污泥可以在重力作用下积聚在所述沉淀区域中；

    回流装置，包括：

        i. 液体和固体分离装置，其通过除去处于液体溶液中的固体污染物而使得液体溶液得以净化；

        ii. 回流器，包括：

1. 回流管路，在其入口端处连接至所述污泥回收腔以及在其出口端处连接至所述液体和固体分离装置；

2. 再插入管路，在其入口端处起作用地连接至所述液体和固体分离装置以及在其出口端处连接至所述污泥回收容器；以及

3. 排除管路，在其入口端处连接至所述再插入管路以及在其下游出口端处将高密度污泥排出在所述水处理设备的外面；

        iii. 在所述污泥通过所述污泥回流系统的重复循环期间起作用的装置，用于将所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除；以及

        iv. 在所述重复循环期间驱使所述污泥进入所述回流装置的所述液体和固体分离装置的装置；

其中所述回流装置包括水力旋流器、安装至所述再插入管路的回流流量控制阀以及同样安装至所述再插入管路的悬浮固体分析仪，取决于所述污泥在所述回流装置内部的含量控制所述流量控制阀的开启和关闭；其中所述水力旋流器在污泥回流系统中排出回流污泥。

15.如权利要求14中的污泥回流系统，其中所述驱使所述污泥进入所述回流装置的装置为位于所述回流管路下游的泵。

16.如权利要求15中的污泥回流系统，其中所述液体和固体分离装置为相对于所述泵安装在所述回流管路下游的水力旋流器，所述水力旋流器包括溢流出口和底流出口，所述溢流出口连接到所述回流器的所述再插入管路或所述排除管路以及所述底流出口倾注在絮凝区域内。

17.如权利要求16中的污泥回流系统，其中进一步提供从包括流量控制装置和固体含量控制装置的组中选出的控制装置，来以优化所述水力旋流器效率的方式调节流过所述回流装置的液体溶液的流。

18.如权利要求17的污泥回流系统，其中所述用于将所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除的装置为与所述流量控制装置结合运行的悬浮固体分析仪，以通过使所述再插入管路的流速适应所述污泥的所述固体成分含量来进一步优化所述水力旋流器的效率。

19.如权利要求18中的污泥回流系统，其中所述沉淀区域包括旋转刮具，所述旋转刮具包括相对于所述沉淀区域平面并在所述平面内旋转的顶部部分和底部部分，所述旋转刮具将沉积于所述沉淀区域的所述底部的所述污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔，并且相对于所述刮具的平面有效地将所述沉淀区域分离为第一上区段和第二下区段，这样将位于所述第二下区段内的所述再插入管路出口端、所述污泥回收腔及所述回流管路入口端与所述沉淀区域的所述第一上区段隔离。

20.如权利要求19中的污泥回流系统，其中所述旋转刮具为空中心的，其形成中空轴并且与在所述污泥回收腔内部倾注的所述回流装置的所述再插入管路的下游端部分相符。

21.如权利要求20中的污泥回流系统，其中在所述刮具的所述底部部分上与所述中空轴同轴地凸出有倒置锥，其基本上阻止位于所述污泥回收腔中的液体溶液动态地流回所述再插入管路并且使通过所述回流管路的流最大化。

22.如权利要求19中的污泥回流系统，其中所述回流装置向外延伸至所述污泥回收容器。

23.如权利要求18中的污泥回流系统，其中所述回流装置的所述再插入管路出口开在所述污泥回收腔之内。

24.如权利要求20中的污泥回流系统，其中砂粒沉淀室进一步被包括在所述回流装置中，并被安装于所述排除管路的和所述再插入管路的上游及所述水力旋流器的下游，从而使得在污泥包含砂状物质的情况下在所述回流装置内能够回收砂状颗粒物质。

25.如权利要求14中的污泥回流系统，其中悬浮固体分析仪安装在给所述水处理设备供水的进口管处，这样使得实现根据水内部的胶质污染物含量来控制通过所述回流装置的水流。

26.利用如权利要求21中所述的污泥回流系统产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段的污泥回到所述沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：

    a) 水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域；

    b) 所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量；

    c) 包括底部端和空的中心的旋转刮具将沉积于所述容器的所述底部处的所述污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔；

    d) 具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵；

    e) 将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述刮具的所述空的中心内部的出口端；

    f)  产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在所述再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：

        i. 所述旋转刮具；

        ii. 所述污泥回收腔；

        iii. 所述回流装置；

        iv. 所述回流管路；以及

        v. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述旋转刮具的所述空的中心内部并且注入所述污泥回收腔。

27.如权利要求26中的产生特定流体流动特性的方法，其中倒置锥被增加至所述刮具的所述底部端，进一步使得所述污泥流能够通过所述回流管路从所述再插入管路倾注，而不会在所述再插入管路内部倒流。

28.利用如权利要求22中所述的污泥回流系统产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段中的污泥回到所述沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：

    a) 水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域；

    b) 所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量；

    c) 包括底部端和空的中心的旋转刮具将沉积于所述容器的所述底部处的所述污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔；

    d) 具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵；

    e) 将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述污泥回收腔的壁上的出口端；

    f)  产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：

        i. 所述旋转刮具；

        ii. 所述污泥回收腔；

        iii. 所述回流装置；

        iv. 所述回流管路；以及

        v. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述污泥回收腔的壁上。

29.产生如权利要求28中的特定流体流动特性的方法，其中倒置锥被增加至所述刮具的所述底部端，进一步使得所述污泥流能够通过所述回流管路从所述再插入管路倾注，而不会在所述再插入管路内部倒流。

30.利用如权利要求23中所述的污泥回流系统产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段中的污泥回到沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：

    a) 水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域；

    b) 所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量；

    c) 具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵；

    d) 将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述污泥回收腔的壁上的出口端；

    e) 产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：

        i. 所述污泥回收腔；

        ii. 所述回流装置；

        iii. 所述回流管路；以及

        iv. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述污泥回收腔的壁上。

31.如权利要求14中的污泥回流系统，其中所述用于将所述污泥从所述污泥回流系统渐进排除的装置包括监控所述污泥的固体成分含量的装置。