CN103395909B - 一种二级混凝气浮分离设备与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二级混凝气浮分离设备，包括污水泵、多相介质泵、pH调节剂加药箱、混凝剂PAC加药箱、助凝剂PAM加药箱和固液反应分离设备，其特征在于：固液反应分离设备内设有一级固液分离区、设置在一级固液分离区外侧的由导流板包围形成的二级混合反应区、设置在固液反应分离设备内上部的刮渣机。本发明还提供了应用上述分离设备进行分离的方法，主要通过污水泵前加药混合再与溶气水混合后进入到固液反应分离设备中进行反应，能够充分实现污水的混凝处理，更好分离水中的胶体与细小颗粒污染物，具有节省用药量的同时提高处理效果，设备集成率高占地面积小等优点。

Description

一种二级混凝气浮分离设备与方法

技术领域

本发明涉及环境工程领域，具体地说是涉及一种二级混凝气浮分离设备与方法。

背景技术

混凝气浮净水技术是一种高效、快速的固液分离技术，始于选矿，该项技术在水处理领域颇受国内外学者的关注并得以迅速发展，目前已广泛应用于给水，尤其是低温、低浊、富藻类水体的净化处理，以及城市污水和工业废水处理。气浮过程根据气泡的产生方式不同，可分为电解凝聚气浮、布气气浮和溶气气浮，其中的部分回流式压力溶气气浮是水处理中最常用的工艺。

气浮是靠溶解于水中的空气突然减压释放，形成大量的微气泡，使混凝后的絮粒上浮除去，以达到净水目的。效果的优劣取决于气泡与絮粒的粘附情况。现有的气浮分离设备主要靠气泡与颗粒的吸附与顶托来实现固液分离，效果不稳定，效率比较差。

气浮净水工艺过程充分利用微气泡的接触介质作用，使微气泡、微絮体在合适的反应器中进行接触絮凝，将颗粒物的同相与异相接触絮凝过程融二为一，最终形成适合分离、稳定的气泡－－絮体共凝聚体，从而提高了气浮效率。

传统的气浮工艺都是先将混凝剂和助凝剂与待处理水充分混合，然后采用顺流的方式使待处理水与溶气水进行混凝反应，以达到水处理的目的。这种传统的水处理工艺时间长，同时需要设置混凝加药单元与混凝反应单元，分离效果较差，因此占地面积大，设备费用也高。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种二级混凝气浮分离设备与方法。本发明通过设置泵前加药、加压溶气、一级混凝气浮分离、二级混凝气浮分离来实现混凝气浮分离过程的优化；同时在排浮渣方式上采用电磁阀控制高低位排水管实现高位排水自动排渣方式，简易便捷；整套设备占地小、投资少、效率高。

本发明采用的技术手段如下：

一种二级混凝气浮分离设备，包括污水泵、多相介质泵、pH调节剂加药箱、混凝剂PAC加药箱、助凝剂PAM加药箱和固液反应分离设备，其特征在于：

所述固液反应分离设备内设有一级固液分离区、设置在所述一级固液分离区外侧的由导流板包围形成的二级混合反应区、设置在所述固液反应分离设备内上部的刮渣机、设置在所述固液反应分离设备内下部的穿孔集水管和设置在所述固液反应分离设备底部的排空管；所述刮渣机包括设置在浮渣槽上端的刮渣板和设置在浮渣槽下端的排渣口；所述穿孔集水管与高位排水管和低位排水管相连通，所述高位排水管和所述低位排水管与集水箱相连通，所述集水箱下端连通有出水管；

所述污水泵的一端通过吸水管与污水池相连通，所述污水泵的另一端连通有污水管；

所述多相介质泵的一端与设有气体流量计的进气管相连通，所述多相介质泵的一端还通过溶气水进水管与所述固液反应分离设备的底端相连通，所述多相介质泵的另一端连通有溶气水总管，所述溶气水总管连通有溶气水支管Ⅰ和溶气水支管Ⅱ；

所述pH调节剂加药箱通过pH调节剂计量泵与加药管Ⅰ相连通，所述混凝剂PAC加药箱通过混凝剂计量泵Ⅰ与加药管Ⅱ相连通，所述加药管Ⅰ的另一端和所述加药管Ⅱ的另一端与所述吸水管相连通；

所述溶气水支管Ⅰ与所述污水管相连通，经管道混合反应器与加药管Ⅲ相连通后与所述固液反应分离设备一级固液分离区中部的一级混合反应出口相连通；所述加药管Ⅲ的另一端与设有助凝剂计量泵Ⅱ的所述助凝剂PAM加药箱相连通；

所述溶气水支管Ⅱ与加药管Ⅳ相连通后与所述固液反应分离设备二级混合反应区下部的二级混合反应出口相连通；所述加药管Ⅳ的另一端与设有混凝剂计量泵Ⅱ的所述混凝剂PAC加药箱相连通；

所述助凝剂PAM加药箱通过助凝剂计量泵Ⅰ与加药管Ⅴ相连通，所述加药管Ⅴ的另一端与所述固液反应分离设备二级混合反应区中部的助凝剂出药口相连通。

作为优选，所述高位排水管的出水口与所述浮渣槽的上沿在同一水平线上。

作为优选，所述污水管上设有污水流量计、控制阀、压力表和污水取样阀；所述溶气水支管Ⅰ上设有溶气水流量计Ⅰ、控制阀、压力表和溶气水取样阀；所述溶气水支管Ⅱ上设有溶气水流量计Ⅱ、控制阀和压力表。

作为优选，所述固液反应分离设备的底部外侧还设有至少2个支座。

本发明还公开了一种上述二级混凝气浮分离设备的分离方法，其特征在于包括如下步骤：

①加药混合：混凝剂、pH调节剂分别通过混凝剂计量泵Ⅰ和pH调节剂计量泵控制加药量加入到吸水管中形成一级加药污水，一级加药污水经过污水泵的叶轮的高速旋转切割，使药液与污水混合，通过阀门、污水流量计控制污水量经管道混合反应器与通过助凝剂计量泵Ⅱ控制加入量的助凝剂在加药点B汇合；

②一级混凝气浮分离：多相介质泵产生的溶气水一部分通过溶气水支管Ⅰ由溶气水流量计Ⅰ控制加入量加入到管道混合反应器前的污水管中，一级加药污水与溶气水经管道混合反应器和通过加药点B加入的助凝剂混合进入固液反应分离设备内的一级固液分离区进行一级混凝气浮分离，浮渣上浮到设备顶部形成浮渣层，分离水由一级固液分离区的底部通过流出口流出；

③二级混凝气浮分离：多相介质泵产生的溶气水一部分通过溶气水支管Ⅱ由溶气水流量计Ⅱ控制加入量与由混凝剂计量泵Ⅱ控制加入量的混凝剂在加药点C汇合进入固液反应分离设备内的二级混合反应区，与完成一级混凝气浮分离的出水混合并沿切线方向流出，通过导流板形成旋流，流到二级混合反应区的中部与由助凝剂计量泵Ⅰ控制加入量的混凝剂混合发生反应，浮渣上浮到设备顶部形成浮渣层；

④浮渣与水收集排出：经一级混凝气浮分离与二级混凝气浮分离形成的浮渣在设备顶部汇集形成浮渣层；净化后的分离水通过固液反应分离设备内下部的穿孔集水管收集，再通过高位排水管和低位排水管排出；低位排水管上设置的低位排水电磁阀打开时，只排水不排浮渣，低位排水电磁阀关闭时，高位排水管开始排水，同时打开刮渣机排浮渣，完成排渣后，打开低位排水电磁阀，进行低位排水管排水；循环操作，实现浮渣浓缩脱水。

作为优选，溶气水支管Ⅰ的溶气水水流量与溶气水支管Ⅱ的溶气水水流量比为3:2。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、由于本发明充分运用了混凝气浮共凝聚的基本原理，通过污水泵前加药混合后马上与多相介质泵溶气释放出的密集超微气泡在管道混合反应器内混合后，再与助凝剂混合发生带气絮粒的架桥、包卷、网捕作用，而且由于形成的共聚复合体直径比传统的气浮大很多，与水的密度差也增大许多，上浮速度比传统的气浮快，缩短反应分离时间，并且浮渣十分稳定，含水率大大降低，大大提高了气浮设备的分离效率与稳定性。

2、本发明采用二级混凝气浮混合反应分离工艺过程，能够充分实现污水的混凝处理，更好分离水中的胶体与细小颗粒污染物，并且可以节省混凝剂用药量，提高处理效果。

3、助凝剂通过两个加药点加入到固液分离反应设备内，加入点位于混凝剂加入污水与溶气水混合后加入其中，混合后提高细小絮粒与微小气泡的吸附架桥功能，大大提高细小絮粒与微小气泡二者复合体的表观粒径，根据斯托克斯原理，非常有利于上浮，并提高上浮絮渣的稳定性与上浮能力。

4、本发明把一级与二级混凝气浮混合反应分离工艺过程巧妙设计在一起，通过开关低位排水电磁阀实现自动间歇排浮渣，能够进一步降低絮渣的含水率，简易方便，减少设备占地面积，降低投资。

5、本发明可以用来处理生产生活过程中产生污水与废水中的胶体和悬浮物，完成固液分离。

基于上述理由本发明可在污水处理领域广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、吸水管2、污水泵3、污水流量计4、污水管5、多相介质泵6、溶气水总管7、溶气水进水管8、溶气水支管Ⅰ9、溶气水支管Ⅱ10、进气管11、气体流量计12、溶气水流量计Ⅰ13、溶气水流量计Ⅱ14、管道混合反应器15、pH调节剂加药箱16、混凝剂PAC加药箱17、助凝剂PAM加药箱18、pH调节剂计量泵19、混凝剂计量泵Ⅰ20、混凝剂计量泵Ⅱ21、助凝剂计量泵Ⅰ22、助凝剂计量泵Ⅱ23、加药管Ⅰ24、加药管Ⅱ25、加药管Ⅳ26、加药管Ⅴ27、加药管Ⅲ28、一级混合反应出口29、二级混合反应出口30、助凝剂出药口31、固液反应分离设备32、一级固液分离区33、二级混合反应区34、刮渣机35、刮渣板36、浮渣槽37、排渣口38、穿孔集水管39、低位排水管40、高位排水管41、集水箱42、出水管43、支座44、排空管

具体实施方式

如图1所示，一种二级混凝气浮分离设备，包括污水泵2、多相介质泵5、pH调节剂加药箱15、混凝剂PAC加药箱16、助凝剂PAM加药箱17和固液反应分离设备31。所述固液反应分离设备31内设有一级固液分离区32、设置在所述一级固液分离区外侧的由导流板包围形成的二级混合反应区33、设置在所述固液反应分离设备31内上部的刮渣机34、设置在所述固液反应分离设备31内下部的穿孔集水管38和设置在所述固液反应分离设备31底部的排空管44；所述刮渣机34包括设置在浮渣槽36上端的刮渣板35和设置在浮渣槽36下端的排渣口37；所述穿孔集水管38与高位排水管40和低位排水管39相连通，所述高位排水管40和所述低位排水管39与集水箱41相连通，所述高位排水管40的出水口与所述浮渣槽36的上沿在同一水平线上；所述集水箱41下端连通有出水管42；所述固液反应分离设备31的底部外侧还设有至少2个支座43。

所述污水泵2的一端通过吸水管1与污水池相连通，所述污水泵2的另一端连通有污水管4；所述污水管4上设有污水流量计3、控制阀、压力表和污水取样阀；

所述多相介质泵5的一端与设有气体流量计11的进气管10相连通，所述多相介质泵5的一端还通过溶气水进水管7与所述固液反应分离设备31的底端相连通，所述多相介质泵5的另一端连通有溶气水总管6，所述溶气水总管6连通有溶气水支管Ⅰ8和溶气水支管Ⅱ9；所述溶气水支管Ⅰ8上设有溶气水流量计Ⅰ12、控制阀、压力表和溶气水取样阀；所述溶气水支管Ⅱ9上设有溶气水流量计Ⅱ13、控制阀和压力表。

所述pH调节剂加药箱15通过pH调节剂计量泵18与加药管Ⅰ23相连通，所述混凝剂PAC加药箱16通过混凝剂计量泵Ⅰ19与加药管Ⅱ24相连通，所述加药管Ⅰ23的另一端和所述加药管Ⅱ24的另一端与所述吸水管1相连通；

所述溶气水支管Ⅰ8与所述污水管4相连通，经管道混合反应器14与加药管Ⅲ27相连通后与所述固液反应分离设备31一级固液分离区32中部的一级混合反应出口28相连通；所述加药管Ⅲ27的另一端与设有助凝剂计量泵Ⅱ22的所述助凝剂PAM加药箱17相连通；

所述溶气水支管Ⅱ9与加药管Ⅳ25相连通后与所述固液反应分离设备31二级混合反应区33下部的二级混合反应出口29相连通；所述加药管Ⅳ25的另一端与设有混凝剂计量泵Ⅱ20的所述混凝剂PAC加药箱16相连通；

所述助凝剂PAM加药箱17通过助凝剂计量泵Ⅰ21与加药管Ⅴ26相连通，所述加药管Ⅴ26的另一端与所述固液反应分离设备31二级混合反应区33中部的助凝剂出药口30相连通。

上述为本发明分离设备各部分连接关系，通过上述结构可实现二级混凝气浮分离，具体的分离方法包括如下步骤：

①加药混合：混凝剂PAC、pH调节剂分别通过混凝剂计量泵Ⅰ19和pH调节剂计量泵18控制加药量加入到吸水管1中形成一级加药污水，一级加药污水经过污水泵2的叶轮的高速旋转切割，使药液与污水混合，通过阀门、污水流量计3控制污水量经管道混合反应器14与通过助凝剂计量泵Ⅱ22控制加入量的助凝剂在加药点B汇合；

②一级混凝气浮分离：多相介质泵把固液反应分离设备31底部的已初步分离的清水通过溶气水进水管7吸入泵体并同时通过进气管10吸入空气，空气经多相介质泵5被反复切割后，压力维持在0.3-0.5Mpa范围内，通过调节阀门使分散溶入水中的空气快速放出，保证释放出的微小气泡直径在20-40微米范围内的溶气水。多相介质泵5产生的60％的溶气水通过溶气水支管Ⅰ8由溶气水流量计Ⅰ12控制加入量加入到管道混合反应器14前的污水管4中在加入点A汇合，一级加药污水与溶气水经管道混合反应器14，在管道混合反应器14内发生碰撞结合生成大量带气絮体，然后和通过加药点B加入的助凝剂混合反应形成较大粒径的气泡与絮粒的共聚复合体后进入固液反应分离设备31内的一级固液分离区32进行一级混凝气浮分离，浮渣上浮到设备顶部形成浮渣层，分离水由一级固液分离区32的底部通过流出口流出；

③二级混凝气浮分离：多相介质泵5产生的40％的溶气水通过溶气水支管Ⅱ9由溶气水流量计Ⅱ13控制加入量与由混凝剂计量泵Ⅱ20控制加入量的混凝剂在加药点C汇合进入固液反应分离设备31内的二级混合反应区33，与完成一级混凝气浮分离的出水混合并沿切线方向流出，通过导流板形成旋流，流到二级混合反应区33的中部与由助凝剂计量泵Ⅰ21控制加入量的混凝剂混合发生反应，形成较大气泡与絮粒的共聚复合体，该复合体密度与水的密度差较大会自动上升到设备顶部，形成浮渣层；

④浮渣与水收集排出：经一级混凝气浮分离与二级混凝气浮分离形成的浮渣在设备顶部汇集形成浮渣层；净化后的分离水通过固液反应分离设备31内下部的穿孔集水管38收集，再通过高位排水管40和低位排水管39排出；低位排水管39上设置的低位排水电磁阀打开时，只排水不排浮渣，低位排水电磁阀关闭时，高位排水管40开始排水，同时打开刮渣机34排浮渣，完成排渣后，打开低位排水电磁阀，进行低位排水管39排水；循环操作，实现浮渣浓缩脱水。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种二级混凝气浮分离设备，包括污水泵(2)、多相介质泵(5)、pH调节剂加药箱(15)、混凝剂PAC加药箱(16)、助凝剂PAM加药箱(17)和固液反应分离设备(31)，其特征在于：

所述固液反应分离设备(31)内设有一级固液分离区(32)、设置在所述一级固液分离区外侧的由导流板包围形成的二级混合反应区(33)、设置在所述固液反应分离设备(31)内上部的刮渣机(34)、设置在所述固液反应分离设备(31)内下部的穿孔集水管(38)和设置在所述固液反应分离设备(31)底部的排空管(44)；所述刮渣机(34)包括设置在浮渣槽(36)上端的刮渣板(35)和设置在浮渣槽(36)下端的排渣口(37)；所述穿孔集水管(38)与高位排水管(40)和低位排水管(39)相连通，所述高位排水管(40)和所述低位排水管(39)与集水箱(41)相连通，所述集水箱(41)下端连通有出水管(42)；

所述污水泵(2)的一端通过吸水管(1)与污水池相连通，所述污水泵(2)的另一端连通有污水管(4)；

所述多相介质泵(5)的一端与设有气体流量计(11)的进气管(10)相连通，所述多相介质泵(5)的一端还通过溶气水进水管(7)与所述固液反应分离设备(31)的底端相连通，所述多相介质泵(5)的另一端连通有溶气水总管(6)，所述溶气水总管(6)连通有溶气水支管Ⅰ(8)和溶气水支管Ⅱ(9)；

所述pH调节剂加药箱(15)通过pH调节剂计量泵(18)与加药管Ⅰ(23)相连通，所述混凝剂PAC加药箱(16)通过混凝剂计量泵Ⅰ(19)与加药管Ⅱ(24)相连通，所述加药管Ⅰ(23)的另一端和所述加药管Ⅱ(24)的另一端与所述吸水管(1)相连通；

所述溶气水支管Ⅰ(8)与所述污水管(4)相连通，经管道混合反应器(14)与加药管Ⅲ(27)相连通后与所述固液反应分离设备(31)一级固液分离区(32)中部的一级混合反应出口(28)相连通；所述加药管Ⅲ(27)的另一端与设有助凝剂计量泵Ⅱ(22)的所述助凝剂PAM加药箱(17)相连通；

所述溶气水支管Ⅱ(9)与加药管Ⅳ(25)相连通后与所述固液反应分离设备(31)二级混合反应区(33)下部的二级混合反应出口(29)相连通；所述加药管Ⅳ(25)的另一端与设有混凝剂计量泵Ⅱ(20)的所述混凝剂PAC加药箱(16)相连通；

所述助凝剂PAM加药箱(17)通过助凝剂计量泵Ⅰ(21)与加药管Ⅴ(26)相连通，所述加药管Ⅴ(26)的另一端与所述固液反应分离设备(31)二级混合反应区(33)中部的助凝剂出药口(30)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种二级混凝气浮分离设备，其特征在于：所述高位排水管(40)的出水口与所述浮渣槽(36)的上沿在同一水平线上。

3.根据权利要求1所述的一种二级混凝气浮分离设备，其特征在于：所述污水管(4)上设有污水流量计(3)、控制阀、压力表和污水取样阀；所述溶气水支管Ⅰ(8)上设有溶气水流量计Ⅰ(12)、控制阀、压力表和溶气水取样阀；所述溶气水支管Ⅱ(9)上设有溶气水流量计Ⅱ(13)、控制阀和压力表。

4.根据权利要求1所述的一种二级混凝气浮分离设备，其特征在于：所述固液反应分离设备(31)的底部外侧还设有至少2个支座(43)。

5.一种权利要求1所述的二级混凝气浮分离设备的分离方法，其特征在于包括如下步骤：

①加药混合：混凝剂PAC、pH调节剂分别通过混凝剂计量泵Ⅰ(19)和pH调节剂计量泵(18)控制加药量加入到吸水管(1)中形成一级加药污水，一级加药污水经过污水泵(2)的叶轮的高速旋转切割，使药液与污水混合，通过阀门、污水流量计(3)控制污水量经管道混合反应器(14)与通过助凝剂计量泵Ⅱ(22)控制加入量的助凝剂在加药点B汇合；

②一级混凝气浮分离：多相介质泵(5)产生的溶气水一部分通过溶气水支管Ⅰ(8)由溶气水流量计Ⅰ(12)控制加入量加入到管道混合反应器(14)前的污水管(4)中，一级加药污水与溶气水经管道混合反应器(14)和通过加药点B加入的助凝剂混合进入固液反应分离设备(31)内的一级固液分离区(32)进行一级混凝气浮分离，浮渣上浮到设备顶部形成浮渣层，分离水由一级固液分离区(32)的底部通过流出口流出；

③二级混凝气浮分离：多相介质泵(5)产生的溶气水一部分通过溶气水支管Ⅱ(9)由溶气水流量计Ⅱ(13)控制加入量与由混凝剂计量泵Ⅱ(20)控制加入量的混凝剂在加药点C汇合进入固液反应分离设备(31)内的二级混合反应区(33)，与完成一级混凝气浮分离的出水混合并沿切线方向流出，通过导流板形成旋流，流到二级混合反应区(33)的中部与由助凝剂计量泵Ⅰ(21)控制加入量的混凝剂混合发生反应，浮渣上浮到设备顶部形成浮渣层；

④浮渣与水收集排出：经一级混凝气浮分离与二级混凝气浮分离形成的浮渣在设备顶部汇集形成浮渣层；净化后的分离水通过固液反应分离设备(31)内下部的穿孔集水管(38)收集，再通过高位排水管(40)和低位排水管(39)排出；低位排水管(39)上设置的低位排水电磁阀打开时，只排水不排浮渣，低位排水电磁阀关闭时，高位排水管(40)开始排水，同时打开刮渣机(34)排浮渣，完成排渣后，打开低位排水电磁阀，进行低位排水管(39)排水；循环操作，实现浮渣浓缩脱水。

6.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于：溶气水支管Ⅰ(8)的溶气水水流量与溶气水支管Ⅱ(9)的溶气水水流量比为3:2。