CN105413262B - 一种旋流式悬浮污泥床过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋流式悬浮污泥床过滤装置，包括罐体和罐底，在罐体顶部设有排水口和取样口，在罐体侧壁设有观察窗口，在罐底的底面上设有排泥口和进水口，排水管与排水口连接，取样管与取样口连接，排泥管垂直插入排泥口，进水管与进水口连接，在罐体内沿轴向设有污泥收集沉降桶，污泥收集沉降桶的底部与排泥管连接，在污泥收集沉降桶的桶口上方设有刮泥板，刮泥板的上方设有固液分离折板，罐体的顶面设有出水堰。本发明所述的装置，适用于对经过絮凝或具有大颗粒絮体的高浓度悬浮物污水的沉降及过滤处理工艺，可一步将经过絮凝或具有大颗粒絮体的高浓度悬浮物污水处理至悬浮物小于10mg/L，可控制过滤床层的厚度，处理高效、稳定。
Description
技术领域
本发明涉及污泥床过滤装置，具体说是一种旋流式悬浮污泥床过滤装置。该污泥床过滤装置采用盘管旋流进水。
背景技术
在水处理领域中，沉淀和过滤是通用且种类繁多的处理工艺。但传统的沉淀处理单元，大多效率低、占地大，在悬浮物的沉降性较差时沉淀效果也较差；大部分传统的过滤装置利用填料的截留作用进行过滤，同时还需要对滤料(填料)进行反洗、再生、更换等操作。由此可见，传统的沉淀和过滤水处理工艺的技术和设备存在净化工艺流程长，系统庞大，净化效率不够高等缺点。
目前已有的污泥床过滤装置，大多由原有调节罐改造而成，泥水从底部直接进入罐体，无固液分离装置，无污泥收集装置，这种改造而成的污泥床过滤装置其结构不利于初始污泥床的形成，无法稳定污泥床层的高度和均匀性，影响过滤效果，排泥时容易形成水流扰动，造成出水悬浮物过高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种旋流式悬浮污泥床过滤装置，替代传统的沉淀和过滤装置，克服传统的沉淀和过滤装置的缺点，一步处理即达到处理要求，解决流程长、投资大、处理效果差及滤料易污染等问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种旋流式悬浮污泥床过滤装置，包括罐体1，所述罐体为一圆柱体，罐体1的底部与罐底连接，所述罐底为一倒圆锥台体，其特征在于：
在罐体顶部设有排水口200和取样口300，在罐体侧壁设有观察窗口6，观察窗口6兼用作检修口，
在罐底的底面上居中设有排泥口，在排泥口旁边设有进水口100，
排水管4与排水口200连接，
取样管5与取样口300连接，
排泥管3垂直插入排泥口，
进水管2与进水口100连接，
在罐体1内沿轴向设有污泥收集沉降桶7，污泥收集沉降桶7的底部与排泥管3连接，
污泥收集沉降桶7的桶口朝上设置，在桶口上方设有刮泥板8，
刮泥板8的上方设有固液分离折板9，
罐体1的顶面设有出水堰10。
在上述技术方案的基础上，所述倒圆锥台体形的罐底的圆锥顶角大于90°。
在上述技术方案的基础上，所述倒圆锥台体形的罐底的圆锥顶角优选为110°～120°。
在上述技术方案的基础上，罐底的底面的直径为罐体直径的1/3～3/5。
在上述技术方案的基础上，排水口200和出水堰10间设有导流槽11，出水从出水堰10收集流入导流槽11，由排水口200通过排水管4排出。
在上述技术方案的基础上，所述排泥管3的竖直管段垂直插入排泥口，
进水管2盘绕排泥管3的竖直管段呈螺旋上升状，盘绕圈数>2圈。
在上述技术方案的基础上，进水管2的外径是罐底的底面直径的1/4～1/3；
进水口100处的进水管2的中心线与罐底的底面的夹角为20°～45°。
在上述技术方案的基础上，观察窗口6的水平高度位于污泥收集沉降桶7的桶口及刮泥板8处。
在上述技术方案的基础上，污泥收集沉降桶7的底部位于排泥管3的正上方。
在上述技术方案的基础上，污泥收集沉降桶7的桶底亦呈倒圆锥台体形，桶底的圆锥顶角的角度与罐底的圆锥顶角的角度一致。
在上述技术方案的基础上，桶底的底面距离罐底的底面的距离大于进水管2的内径，小于进水管2的内径的2倍。
在上述技术方案的基础上，污泥收集沉降桶7的高度为罐体1的高度的1/3～1/2；
桶底的底面的直径为桶体直径的1/3～3/5。
在上述技术方案的基础上，桶体的顶端设有外翻边，外翻角度小于90°。
在上述技术方案的基础上，刮泥板8距离污泥收集沉降桶7上边缘1～5cm的距离；
刮泥板采用弧形或内折线形，刮泥板旋转方向与水流旋转方向相反。
在上述技术方案的基础上，固液分离折板9至少设置两层，上层和下层交错布置，且盖满罐体横切面，
交错布置的原则为：从罐体上方俯视看不到固液分离折板9下方的刮泥板8。
本发明所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，适用于对经过絮凝或具有大颗粒絮体的高浓度悬浮物污水的沉降及过滤处理工艺，可一步将经过絮凝或具有大颗粒絮体的高浓度悬浮物污水处理至悬浮物小于10mg/L，可控制过滤床层的厚度，处理高效、稳定。
附图说明
本发明有如下附图：
图1 本发明的结构示意图，
图2 罐体与罐底连接处的剖面图(横向剖面)，
图3 实施例1试验测试中出水悬浮物曲线图，
图4 实施例2试验测试中出水悬浮物曲线图,
图5 实施例3试验测试中出水悬浮物曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，包括：
罐体1，所述罐体为一圆柱体，罐体1的底部与罐底连接，所述罐底为一倒圆锥台体，
在罐体顶部设有排水口200和取样口300，在罐体侧壁设有观察窗口6，观察窗口6兼用作检修口，
在罐底的底面上(即在倒圆锥台体的小径端上)居中设有排泥口，在排泥口旁边设有进水口100，
排水管4与排水口200连接，
取样管5与取样口300连接，
排泥管3垂直插入排泥口，
进水管2与进水口100连接，
在罐体1内沿轴向设有污泥收集沉降桶7，污泥收集沉降桶7的底部与排泥管3连接，具体说：污泥收集沉降桶7的底部与排泥管3位于罐体1内的一端连接，
污泥收集沉降桶7的桶口朝上设置，在桶口上方设有刮泥板8，
刮泥板8的上方设有固液分离折板9，
罐体1的顶面设有出水堰10。
固液分离折板9、刮泥板8、污泥收集沉降桶7从上至下依次设于罐体1内。
在上述技术方案的基础上，所述倒圆锥台体形的罐底的圆锥顶角(轴截面的顶角)大于90°。
在上述技术方案的基础上，所述倒圆锥台体形的罐底的圆锥顶角优选为110°～120°。
在上述技术方案的基础上，罐底的底面(倒圆锥台体的小径端)的直径为罐体直径的1/3～3/5，优选1/2。
在上述技术方案的基础上，排水口200和出水堰10间设有导流槽11，出水从出水堰10收集流入导流槽11，由排水口200通过排水管4排出。
在上述技术方案的基础上，排泥管3包括竖直管段和水平管段(根据实际需要，可以仅有竖直管段)，所述排泥管3的竖直管段垂直插入排泥口，
进水管2盘绕排泥管3的竖直管段呈螺旋上升状，盘绕圈数>2圈。例如：盘绕圈数可为2圈、3圈、4圈、5圈或更多。
在上述技术方案的基础上，进水管2的外径是罐底的底面直径的1/4～1/3；
进水口100处的进水管2的中心线与罐底的底面的夹角为20°～45°。
进水管2此种设置方式实现了盘管旋流进水。
在上述技术方案的基础上，观察窗口6的水平高度位于污泥收集沉降桶7的桶口及刮泥板8处。
在上述技术方案的基础上，污泥收集沉降桶7的底部位于排泥管3的正上方。
在上述技术方案的基础上，污泥收集沉降桶7的桶底亦呈倒圆锥台体形，桶底的圆锥顶角的角度与罐底的圆锥顶角的角度一致。
在上述技术方案的基础上，桶底的底面(倒圆锥台体的底面)距离罐底的底面的距离大于进水管2的内径，小于进水管2的内径的2倍。
在上述技术方案的基础上，污泥收集沉降桶7的高度为罐体1的高度的1/3～1/2；
桶底的底面的直径为桶体直径的1/3～3/5，优选1/2。
在上述技术方案的基础上，桶体的顶端设有外翻边，外翻角度小于90°。
在上述技术方案的基础上，刮泥板8距离污泥收集沉降桶7上边缘1～5cm的距离，优选2cm；
刮泥板采用弧形或内折线形，刮泥板旋转方向与水流旋转方向相反。
在上述技术方案的基础上，固液分离折板9至少设置两层，上层和下层交错布置，且盖满罐体横切面，
交错布置的原则为：从罐体上方俯视看不到固液分离折板9下方的刮泥板8。
本发明与现有技术的实质性区别在于：
本发明采用盘管旋流进水方式进水，旋流加快水流速度，在罐体内螺旋上升，悬浮物主要在罐体边缘截留，有向心力向内推动污泥床中的污泥，再配合刮泥板的聚拢作用，能使多余污泥沉降在污泥收集沉降桶中。而普通污泥床直接进水容易造成污泥床的不均匀，形成断流，造成出水的水质变差。
本发明在刮泥板上方设有固液分离折板，当悬浮物遇到固液分离折板，将被阻挡降落至下方污泥床层上，与普通污泥床相比，更易在较短时间内形成污泥床，使设备快速启动。与普通污泥床相比，有更高的上升流速，设备处理效率高。
本发明在罐体内部设有污泥收集沉降桶，并配有刮泥板，使污泥床层保持在一定厚度范围内，排泥不会影响到污泥床。刮泥板的旋转方向与水流旋转方向相反，不仅可以减慢进水的旋转速度，稳定进水，还能够保证多余污泥被快速收集到污泥收集沉降桶中。普通污泥床内部无污泥收集沉降桶，未设有刮泥板，需要离线排泥，排泥会破坏污泥床，重新启动时需要再次形成或修补污泥床后才能正常运行。
本发明通过调节进水流量，即上升流速，刮泥板转速，排泥频率，实现污泥床的连续稳定运行。
本发明流程简单，操作便捷，投资和运行费用低，占地少，效果好，在高浓度悬浮物去除方面有十分广阔的应用前景，具有良好的经济效益和环境效益。
本发明所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，工作过程如下：
待处理的经过絮凝或具有大颗粒絮体的高浓度悬浮物污水，从进水管2采用盘管旋流进水方式进水，进入到倒圆锥台体的罐底部分，旋转进入罐体的污水不断旋转上升，但逐渐趋于稳态。
当絮体遇到固液分离折板9时，固体悬浮物被阻挡向下回落，当悬浮物的下落速度与水流的上升流速达到平衡时，悬浮物就会保持在一定高度，随着悬浮物的不断增加，形成污泥床。
通过观察窗口6观察，调节进水流速，可控制污泥床的高度。
污泥床中的悬浮颗粒物由于拦截进水中的杂质而不断增大，污泥床密度变大，从而可以提高水流上升流速和产水量。
污水通过污泥床层的截留过滤，经过出水堰10收集流入导流槽11，由排水口200通过排水管4排出。
随着污泥床的不断增加、变厚，旋流的进水在罐体内表面形成推流，推动污泥床上表层向中心聚拢。
刮泥板8采用弧形或内折线形，旋转方向同水流的旋流方向相反，更有利于污泥床表层污泥向中心聚拢，刮入污泥收集沉降桶7中。污泥收集沉降桶上边缘为外翻设计，更有利于污泥快速收集进入污泥收集沉降桶中。污泥收集沉降桶中的污泥不断沉降，定期通过排泥管3排出。
以下为实施例。
实施例1
某压裂返排液投加絮凝剂后，产生大量絮体，自然沉降半小时絮体体积占总体积的50％。
该加入絮凝剂后的某压裂返排液进入到本发明所述旋流式悬浮污泥床过滤装置。
装置结构如下：
罐底的圆锥顶角为120°。
罐底的底面的直径为罐体直径的1/2。
进水管2盘绕圈数为2圈。
进水管2的外径是罐底的底面直径的1/4，进水口处的进水管2的中心线与罐底的底面的夹角为30°。
污泥收集沉降桶7的高度为罐体1的高度的1/3，桶底的底面的直径为桶体直径的1/2。
刮泥板8距离污泥收集沉降桶7上边缘2cm。
该加入絮凝剂后的某压裂返排液的过滤过程如下：
含有大量絮体的该加入絮凝剂后的某压裂返排液，通过进水管2采用盘管旋流进水方式进入到罐体内部，在罐体内部旋流上升。
调节初始上升流速到1.0m/h，观察絮体遇到固液分离折板9后，被阻挡向下回落，此时，调节上升流速到1.5m/h，观察到絮体可稳定在污泥收集沉降桶7上方，逐渐形成污泥床。
随着污泥床的不断增厚，污泥床有下降的趋势，此时调节上升流速到2m/h，同时开启刮泥板，开始刮泥。此时系统达到稳定状态。根据出水水质，确定排泥周期为1次/12h。出水浊度见图3。
实施例2
某压裂返排液投加絮凝剂后，产生大量絮体，自然沉降半小时絮体体积占总体积的50％。
该加入絮凝剂后的某压裂返排液进入到本发明所述旋流式悬浮污泥床过滤装置。
装置结构如下：
罐底的圆锥顶角为110°。
罐底的底面的直径为罐体直径的1/3。
进水管2盘绕圈数为4圈。
进水管2的外径是罐底的底面直径的1/3，进水口处的进水管2的中心线与罐底的底面的夹角为20°。
污泥收集沉降桶7的高度为罐体1的高度的1/2，桶底的底面的直径为桶体直径的3/5。
刮泥板8距离污泥收集沉降桶7上边缘1cm。
该加入絮凝剂后的某压裂返排液的过滤过程如下：
含有大量絮体的该加入絮凝剂后的某压裂返排液，通过进水管2采用盘管旋流进水方式进入到罐体内部，在罐体内部旋流上升。
调节初始上升流速到1.2m/h，观察絮体遇到固液分离折板9后，被阻挡向下回落，此时，调节上升流速到1.7m/h，观察到絮体可稳定在污泥收集沉降桶7上方，逐渐形成污泥床。
随着污泥床的不断增厚，污泥床有下降的趋势，此时调节上升流速到2m/h，同时开启刮泥板，开始刮泥。此时系统达到稳定状态。根据出水水质，确定排泥周期为1次/12h。出水浊度见图4。
实施例3
某二级生化生化池出水，污泥浓度约为3g/L，直接进入到旋流式悬浮污泥床过滤装置。
该生化池进入到本发明所述旋流式悬浮污泥床过滤装置。
装置结构如下：
罐底的圆锥顶角为115°。
罐底的底面的直径为罐体直径的3/5。
进水管2盘绕圈数为3圈。
进水管2的外径是罐底的底面直径的2/7，进水口处的进水管2的中心线与罐底的底面的夹角为45°。
污泥收集沉降桶7的高度为罐体1的高度的1/3，桶底的底面的直径为桶体直径的1/3。
刮泥板8距离污泥收集沉降桶7上边缘5cm。
该二级生化生化池出水的过滤过程如下：
含有污泥的生化池出水，通过进水管2采用盘管旋流进水方式进入到罐体内部，在罐体内部旋流上升。
调节初始上升流速到0.5m/h，观污泥颗粒遇到固液分离折板9后，被阻挡向下回落，此时，调节上升流速到0.9m/h，观察到污泥颗粒可稳定在污泥收集沉降桶7上方，逐渐形成污泥床。
随着污泥床的不断增厚，污泥床有下降的趋势，此时调节上升流速到1.4m/h，同时开启刮泥板，开始刮泥。此时系统达到稳定状态。根据出水水质，确定排泥周期为1次/24h。出水浊度见图5。
对比例1
将实施例1中的固液分离折板去掉，其他设备参数及操作参数不变。当调节初始上升流速到1.0m/h，没有分离折板的阻挡，部分絮体下落，但仍有部分小块絮体随着水流继续上升，随排水排出，影响出水水质。而此时，调节上升流速到1.5m/h，观察到下降的絮体会有分离现象，部分上升，部分下降。在此种情况下，污泥床的形成时间延长至实施例1中的3倍。
对比例2
将实施例1中的进水口处的进水管中心线与罐底的底面(圆锥台体的顶面，小径端)的夹角调节到60°，其他设备参数及操作参数不变。当调节初始上升流速到1.0m/h，观察絮体在罐体内旋转半径变小，中心絮体上升速度增大。絮体遇到折板后，被阻挡向下回落。但由于中心部分上升流速快，外部上升流速慢，导致污泥床形成不均匀。当达到平稳运行时，由于旋流半径小，在污泥床层高度，有向外的推力，无法在罐体内表面形成推流，无推动污泥床上表层向中心聚拢的现象。观察到污泥床两侧厚，中心薄，伴随刮泥板刮泥，出现局部无床，失去过滤的效果。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (14)
1.一种旋流式悬浮污泥床过滤装置，包括罐体(1)，所述罐体为一圆柱体，罐体(1)的底部与罐底连接，所述罐底为一倒圆锥台体，其特征在于：
在罐体顶部设有排水口(200)和取样口(300)，在罐体侧壁设有观察窗口(6)，观察窗口(6)兼用作检修口，
在罐底的底面上居中设有排泥口，在排泥口旁边设有进水口(100)，
排水管(4)与排水口(200)连接，
取样管(5)与取样口(300)连接，
排泥管(3)垂直插入排泥口，
进水管(2)与进水口(100)连接，
在罐体(1)内沿轴向设有污泥收集沉降桶(7)，污泥收集沉降桶(7)的底部与排泥管(3)连接，
污泥收集沉降桶(7)的桶口朝上设置，在桶口上方设有刮泥板(8)，
刮泥板(8)的上方设有固液分离折板(9)，
罐体(1)的顶面设有出水堰(10)，
所述排泥管(3)的竖直管段垂直插入排泥口，
进水管(2)盘绕排泥管(3)的竖直管段呈螺旋上升状，盘绕圈数>2圈，
进水口(100)处的进水管(2)的中心线与罐底的底面的夹角为20°～45°。
2.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：所述倒圆锥台体形的罐底的圆锥顶角大于90°。
3.如权利要求2所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：所述倒圆锥台体形的罐底的圆锥顶角优选为110°～120°。
4.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：罐底的底面的直径为罐体直径的1/3～3/5。
5.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：排水口(200)和出水堰(10)间设有导流槽(11)，出水从出水堰(10)收集流入导流槽(11)，由排水口(200)通过排水管(4)排出。
6.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：进水管(2)的外径是罐底的底面直径的1/4～1/3。
7.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：观察窗口(6)的水平高度位于污泥收集沉降桶(7)的桶口及刮泥板(8)处。
8.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：污泥收集沉降桶(7)的底部位于排泥管(3)的正上方。
9.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：污泥收集沉降桶(7)的桶底亦呈倒圆锥台体形，桶底的圆锥顶角的角度与罐底的圆锥顶角的角度一致。
10.如权利要求9所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：桶底的底面距离罐底的底面的距离大于进水管(2)的内径，小于进水管(2)的内径的2倍。
11.如权利要求9所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：污泥收集沉降桶(7)的高度为罐体(1)的高度的1/3～1/2；
桶底的底面的直径为桶体直径的1/3～3/5。
12.如权利要求11所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：桶体的顶端设有外翻边，外翻角度小于90°。
13.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：刮泥板(8)距离污泥收集沉降桶(7)上边缘1～5cm的距离；
刮泥板采用弧形或内折线形，刮泥板旋转方向与水流旋转方向相反。
14.如权利要求1所述的旋流式悬浮污泥床过滤装置，其特征在于：固液分离折板(9)至少设置两层，上层和下层交错布置，且盖满罐体横切面，
交错布置的原则为：从罐体上方俯视看不到固液分离折板(9)下方的刮泥板(8)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |