CN105923722B - 一种沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置 - Google Patents

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Abstract

一种沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，包括进出水单元、药剂投加和混合单元以及混凝沉淀单元，其中，混凝沉淀单元包括连接原水箱出水的壳体，壳体由同轴的外筒、中间筒和内筒共三层筒组成，在壳体内形成混合区、混凝区、絮凝区和沉淀区，絮凝区底部设置有出泥管，进水和回流沉淀污泥混合区连通回流污泥管，出泥管和回流污泥管在壳体外与剩余污泥管连通，絮凝颗粒依靠重力作用在沉淀区沉淀，在混合区，原水、混凝剂、助凝剂和回流污泥充分混合，在混凝区，以回流污泥颗粒作为混凝核心发生混凝反应，在絮凝区，利用回流污泥颗粒的凝核作用促进絮凝体成长和造粒，本发明具有耗药量小、占地面积省、出水水质好、污泥回流浓度大和回流量小且易控制等特点。

Description

一种沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及给水、生活污水和工业废水中悬浮物去除，特别涉及一种沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置。
背景技术
原水的澄清过程是一个复杂的物理化学过程，通常包括混凝、絮凝和沉淀过程。混凝机理主要包括ZTA电位理论，沉淀过程主要基于压缩沉淀理论。
混凝过程要求混凝剂水解产物迅速地扩散到水中，所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚，这样才能得到好的絮凝效果。为了达到良好絮凝效果，处理中通常采用管道混合器，将絮凝药剂与原水充分混合。
絮凝是水处理的最重要的工艺环节，出水水质主要由絮凝效果决定的。传统廊道反应、回转孔室反应以及回转组合式隔板反应的絮凝工艺，水在设备中停留50～60min，时间相对较长。絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。絮凝效果的好坏取决于下面两个因素；一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的联结能力，这是由混凝剂的性质决定的；二是微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞，这是由设备的动力学条件所决定的。
传统的平流沉淀池优点是构造简单，工作安全可靠；缺点是占地面积大，处理效率低，要想降低滤前水的浊度就要较大地加大沉淀池的长度。浅池理论的出现使沉淀技术有的长足的进步，现在水处理中普遍使用了斜管沉淀池，沉淀效果得到了大幅度提高。
发明专利CN 102078708 B公开了一种依靠水力旋流作用，进行水中悬浮物造粒成长，实现固液分离的固液分离器，该设备加工工艺过于复杂，制作安装不便。另外，该分离器仅靠进水冲击和圆筒导流形成的水力旋流，具有节能和减少设备磨损特点，但是提供的G值仍然不够，使得该絮凝预沉段预沉目标较难实现。要想获得较大水力旋流G值，内桶流速必须足够高，其结果是导致内桶直径过小，水力停留时间过小，达不到水力停留时间(HRT)为1min的设计要求。
发明CN 104261532 A公开了一种机械旋流絮凝分离高效澄清池，针对大型或特大型高浊度黄河水厂，解决了传统给水处理方案中，现有的澄清池单池尺寸小，池体结构过高且结构复杂，难以施工，造价高的问题，发明了一种池体内部为立方体的澄清池。该发明中澄清池呈立方体，立方体空间上存在的边角，必然导致水力分布情况劣于圆形空间下的水力分布。
法国ACTIFLL絮凝澄清工艺中，沉降污泥由污泥泵连续泵入到系统上方的水力旋流器，在水力旋流器里借助离心力泥浆和细砂很好地被分离，泥浆从旋流器的上部流出进人排泥水处理系统，约占回流量的分离好的细砂则由旋流器的80～90％下部流出被注人到絮凝池中循环使用。该工艺针对城市给水处理，混凝池、加注池、絮凝池和高效沉淀池串联布局，需要专门细砂投加设备和砂水分离设备，工艺流程长且设备费用高、细砂原料成本高。
总体而言，现有澄清装置往往混凝池和沉淀池容积过大，空间利用率不高，絮体松散，设计水力停留时间大于实际水力停留时间，效果较差。为解决这一问题，根据混凝、絮凝和沉淀基本原理，本发明权利人发明了该技术的澄清装置。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，依靠沉淀污泥回流助凝系统促进水中悬浮物质絮凝、沉淀分离，装置中絮凝污泥依靠重力作用在絮凝区沉淀，利用污泥回流泵将污泥泵至完全混合区；在完全混合区，原水、混凝剂、助凝剂和回流污泥得以进行混合；在混凝区，在机械搅拌的作用下，以回流污泥颗粒作为混凝核心发生混凝反应，在絮凝区，内筒和搅拌轴呈逆向旋转，利用回流污泥颗粒的“凝核”作用促进絮凝体成长和造粒；在沉淀区，回流污泥颗粒增加了絮凝体的密度，加快了絮凝体在沉淀区的沉降，促进了原水与悬浮物的澄清分离；本装置具有处理高效、易生产加工、占用空间省和药剂耗用量小等优点，适于油田水处理、小区生活污水处理和给水处理等领域。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，包括进出水单元、药剂投加和混合单元以及混凝沉淀单元，其中，所述混凝沉淀单元包括连接原水箱1出水的壳体，所述壳体由同轴的外筒5、中间筒6和内筒7共三层筒组成，在壳体内形成进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ、机械搅拌混凝区Ⅱ、絮凝区Ⅲ和斜板沉淀区Ⅳ，絮凝区Ⅲ底部设置有出泥管14，进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ连通回流污泥管18，出泥管14和回流污泥管18在壳体外与剩余污泥管24连通。
所述出泥管14焊接于内筒7的外壁，出泥管14连接有污泥回流泵15，污泥回流泵15与回流污泥管18之间安装有回流污泥调节阀16，污泥回流泵15与剩余污泥管24之间安装有剩余污泥调节阀17，回流污泥管18上设置助凝剂投加口30，助凝剂投加口30连接助凝剂药罐20。
所述壳体中，内筒7与外筒5完全隔离，内筒7通过上部的出水孔与中间筒6连通，中间筒6的顶部和底部均与外筒5连通，原水箱1出水进入内筒7的下部，在该处形成进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ，内筒7中设置有搅拌器8，在搅拌器8的搅拌区域内形成机械搅拌混凝区Ⅱ，内筒7为旋转筒，外壁焊接片状桨叶，在内筒7之外中间筒6之内形成絮凝区Ⅲ，在中间筒6之外外筒5之内为斜板沉淀区Ⅳ，在斜板沉淀区Ⅳ设置有集水槽29和位于集水槽29下方的填料12，絮凝区Ⅲ顶部的出水进入集水槽29，再向下通过填料12进入外筒5的底部，集水槽29连接有通向壳体外的出水管26。
所述壳体底部设置底盖22，底盖22上焊接并支撑住进水口13，原水进水管伸至内筒7中心，由进水口13分配至进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ，混合均匀后向上进入机械搅拌混凝区Ⅱ，从内筒上部孔口进入内筒7之外中间筒6之内形成絮凝区Ⅲ，此时运动方向为向下，到达中间筒6底部的折流板32位置，再次改变运动方向，向上进入斜板沉淀区Ⅳ，溢流至出水堰底部后经排水管26排放至外界水环境；壳体顶部有支架23，支架23上固定有带减速器11的搅拌机27，搅拌机27的搅拌轴28连接搅拌器8，搅拌器8为螺旋式下压结构。
所述集水槽29上方设置溢流槽25，溢流槽25内外圈分别连接到中间筒6和外筒5上。
在原水箱1的出水管101上依次设置有混凝剂投加口2、提升泵3和管道混合器4，混凝剂投加口2连接混凝剂药罐19，出水管101的出水口13伸至内筒7的筒中心线位置并位于内筒7的中心底部。
所述中间筒6的下部设置折流板32。
所述搅拌器8与内筒7逆向旋转，回流污泥颗粒增加絮凝体的密度，两种因素加快了絮凝体在沉淀区的沉降，促进了原水与悬浮物的澄清分离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、装置结构紧凑，占地面积小。
2、药剂耗用量小。
3、对水中悬浮物澄清分离高效。
因此，与以往传统絮凝澄清池去除悬浮物工艺相比，本发明解决了传统工艺占地面积大，空间利用率低和药剂投加量较大等问题，处理效果稳定高效，在油田水处理、小区生活污水处理和给水澄清处理等领域具有重要意义。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明结动筒与主轴转动示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容进行描述，以下的描述仅是示范性和解释性的，不应对本发明的保护范围有任何限制作用。
参见图1和图2，本发明装置包括进出水单元、药剂投加和混合单元、混凝沉淀单元等。原水箱1中的出水经过混凝剂投加口2，再依次经提升泵3和管道混合器4，随后通过进水口13进入壳体内的混合区Ⅰ，壳体由同轴的外筒5、中间筒6和内筒7共三层筒组成，壳体的整体为柱形，三层筒将空间区域分为四个部分，即进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ、机械搅拌混凝区Ⅱ、絮凝区Ⅲ和斜板沉淀区Ⅳ，一起构成混凝沉淀单元。絮凝区Ⅲ底部沉淀的污泥经出泥管14收集后由污泥泵15抽出壳体外。进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ连通回流污泥管18，出泥管14、回流污泥管18和剩余污泥管24在壳体外通过三通管31连通，污泥回流泵15与回流污泥管18之间安装有回流污泥调节阀16，污泥回流泵15与剩余污泥管24之间安装有剩余污泥调节阀17，回流污泥管18上设置助凝剂投加口30，助凝剂投加口30连接助凝剂药罐20，剩余污泥管24连接污泥压滤机21。
回流污泥通过回流污泥管18进入进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ，混合完全后随水流向上运动至机械搅拌混凝区Ⅱ，到达斜板沉淀区Ⅳ后泥水分离，污泥沉淀至外筒5底部。剩余污泥通过剩余污泥排放管24打入污泥压滤机21。回流污泥和剩余污泥量比例关系可以通过回流污泥调节阀16和剩余污泥调节阀17根据实际情况进行调节。沉淀污泥回流比为5％～10％。
壳体中，内筒7与外筒5完全隔离，内筒7通过上部的出水孔与中间筒6连通，中间筒6的顶部与外筒5连通，原水箱1出水进入内筒7的下部，在该处形成进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ，内筒7中设置有搅拌器8，在搅拌器8的搅拌区域内形成机械搅拌混凝区Ⅱ，内筒7为旋转筒，外壁焊接片状桨叶，在内筒7之外中间筒6之内形成絮凝区Ⅲ，在内筒7旋转的带动作用下，片状桨叶缓慢搅拌，促进絮凝区Ⅲ内的粒子碰撞成长为大颗粒。在中间筒6之外外筒5之内为斜板沉淀区Ⅳ，在斜板沉淀区Ⅳ设置有集水槽29和位于集水槽29下方的填料12，絮凝区Ⅲ顶部的出水进入集水槽29，再向下通过填料12进入外筒5的底部，集水槽29连接有通向壳体外的出水管26。
原水101、混凝剂和回流污泥、助凝剂在进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ完全混合，向上进入机械搅拌混凝区Ⅱ，在搅拌器8的机械搅拌作用下，碰撞、混凝形成颗粒。混合后水进入中间筒6，中间筒6底部安装折流板32，改变进入絮凝区Ⅲ的水流方向。折流板32与中间筒6的筒壁夹角为45°。此后，絮凝区Ⅲ颗粒逐渐长成大颗粒在斜板沉淀区Ⅳ分离，污泥下沉到絮凝区Ⅲ底部，通过出泥管14排出，清水通过溢流槽25进入集水槽29，从出水管26排出。
利用上述装置进行水中悬浮物质絮凝、沉淀分离处理的流程如下：
1、正常处理时，混凝剂药罐19和助凝剂药罐20的药剂分别泵入混凝剂投加口2和助凝剂投加口30，打开原水提升泵3，原水101和混凝剂通过管道混合器4从原水管进入壳体内部，再向上至进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ。当内筒7内水位升至三分之二时，打开搅拌机27，以转速为360rpm混凝搅拌。混凝剂药剂投加量为10～150mg/L，助凝剂投加量为0.1～1mg/L。
2、经过机械搅拌混凝区Ⅱ后，从内筒7上部的出水孔进入中间筒6，经过折流板32后进入絮凝区Ⅲ。此时，内筒7在减速机带动作用下，以60rpm转速带动，在内筒7慢速转动作用下，外壁叶片带动混合液中的粒子进一步碰撞长大成大粒子。此后混合液进入斜板沉淀区Ⅳ，污泥沉淀下来，实现悬浮物质沉淀分离。原水在絮凝区Ⅲ和斜板沉淀区Ⅳ的水力停留时间为30～40min。
3、经过斜板沉淀区Ⅳ后，处理出水通过溢流槽25进入集水槽29，从出水管26排出。
4、经过斜板沉淀区Ⅳ后，沉淀污泥下沉至絮凝区Ⅲ底部。稳定运行1h后，打开回流污泥调节阀16，关闭剩余污泥调节阀17，打开污泥回流泵15，进行沉淀污泥回流，利用回流污泥颗粒的“凝核”作用促进絮凝体成长和造粒，促进悬浮物质的分离。经过一段时间后，逐渐打开剩余污泥调节阀17，控制回流污泥管18和剩余污泥管24内污泥流量关系，使出水水质稳定。回流污泥量与剩余污泥量比值为5～10％。回流污泥颗粒有效粒径为0.1～1mm。
5、打开污泥压滤机21，对剩余污泥进行压滤脱水，剩余污泥干化后安全卫生填埋处理。
本发明的特点为以下三点：
特点一：在内筒，与混凝剂充分混合的水样，在高速搅拌器作用下，与回流污泥碰撞，形成细小粒子，这一阶段，水力停留时间很短，1～3min，转子转速为320～400转每分钟；内筒直径较小。
特点二：在中间筒，水力停留时间20～30min，在内筒表面转刷慢速转动作用下，细小颗粒碰撞形成大颗粒，同时，50～60转每分钟的转速不至于将形成的大颗粒破碎成细小粒子。
特点三：在外筒以内沉淀区域，水流转向向上溢流出水，泥渣依靠重力作用在泥渣浓缩室完成浓缩、沉淀。三者半径之比为1:3:5，体积比为1:8:15。
本发明高效澄清装置具有内、中外共三层筒结构，最外层为筒身，混凝区位于内筒内部，絮凝区位于中间筒和内筒之间，在此区域内，旋转的内筒带动水流慢速转动，使颗粒碰撞成长。沉淀区位于外筒与中间筒之间，泥渣浓缩区位于沉淀区的底部。其中内筒置于支撑筒9之上，外表面带有叶片，缓慢旋转，搅拌器带动下压式叶片以较高速度旋转。运行初始阶段，原水和混凝剂如聚合氯化铝等，在管道混合器内充分混合，出水口向下，碰到池底改变方向，向上均匀流动，泥渣依靠重力作用在泥渣浓缩室完成浓缩。此时，缺少混凝核心。
运行成熟阶段，利用外部回流泵将高浓度的泥渣送至混凝区，使之与原水进行混合、絮凝反应，充分利用回流沉淀污泥的活性和聚合物助凝剂对原水进行澄清。通过泵入回流污泥，同时混入高分子聚合物助凝剂，比如聚丙烯酰胺，利用回流污泥作为絮体形成的絮核，在高分子聚合物的作用下，由于回流污泥性质与悬浮固体粒子性质相同，将聚合氯化铝絮粒和悬浮固体粘附在污泥微粒上，可以有效地去除浊度、藻类、色度、铁和锰等。
沉淀污泥回流助凝式机械搅拌高效澄清装置具有耗药量小、占地面积省、出水水质好、污泥回流浓度大和回流量小且易控制等特点。絮凝区和沉淀区采用斜板，减少占地面积，增强澄清分离效果，沉淀污泥的回流工艺特点减少了混凝剂投药量，节省药剂约50％。本发明采用桶状结构，便于批量化加工和生产。
在处理水量为40m3/h的油田采出水，进水浊度为50～150NTU、悬浮物为300～400mg/L，CODcr为30～60mg/L，回流比为10％，聚合氯化铝投药量为120mg/L时，采用聚丙烯酰胺作为助凝剂，投加量在0.1～1mg/L左右，出水浊度、悬浮物和CODcr分别为6～9.8NTU、20～35mg/L、20～39mg/L，水中悬浮物去除效果明显，沉淀出水水质均满足设计规范要求。

Claims (7)

1.一种沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，包括进出水单元、药剂投加和混合单元以及混凝沉淀单元，其中，所述混凝沉淀单元包括连接原水箱(1)出水的壳体，其特征在于，所述壳体由同轴的外筒(5)、中间筒(6)和内筒(7)共三层筒组成，在壳体内形成进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ、机械搅拌混凝区Ⅱ、絮凝区Ⅲ和斜板沉淀区Ⅳ，絮凝区Ⅲ底部设置有出泥管(14)，出泥管(14)末端为出泥口(10)，进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ连通回流污泥管(18)，出泥管(14)和回流污泥管(18)在壳体外与剩余污泥管(24)连通；所述壳体中，内筒(7)与外筒(5)完全隔离，内筒(7)通过上部的出水孔与中间筒(6)连通，中间筒(6)的顶部和底部均与外筒(5)连通，原水箱(1)出水进入内筒(7)的下部，在该处形成进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ，内筒(7)中设置有搅拌器(8)，在搅拌器(8)的搅拌区域内形成机械搅拌混凝区Ⅱ，内筒(7)为旋转筒，外壁焊接片状桨叶，在内筒(7)之外中间筒(6)之内形成絮凝区Ⅲ，在中间筒(6)之外外筒(5)之内为斜板沉淀区Ⅳ，在斜板沉淀区Ⅳ设置有集水槽(29)和位于集水槽(29)下方的填料(12)，絮凝区Ⅲ顶部的出水进入集水槽(29)，再向下通过填料(12)进入外筒(5)的底部，集水槽(29)连接有通向壳体外的出水管(26)。
2.根据权利要求1所述沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，其特征在于，所述出泥管(14)焊接于内筒(7)的外壁，出泥管(14)连接有污泥回流泵(15)，污泥回流泵(15)与回流污泥管(18)之间安装有回流污泥调节阀(16)，污泥回流泵(15)与剩余污泥管(24)之间安装有剩余污泥调节阀(17)，回流污泥管(18)上设置助凝剂投加口(30)，助凝剂投加口(30)连接助凝剂药罐(20)。
3.根据权利要求2所述沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，其特征在于，所述壳体底部设置底盖(22)，底盖(22)上焊接并支撑住进水口(13)，原水进水管伸至内筒(7)中心，由进水口(13)分配至进水和回流沉淀污泥混合区Ⅰ；壳体顶部有支架(23)，支架(23)上固定有带减速器(11)的搅拌机(27)，搅拌机(27)的搅拌轴(28)连接搅拌器(8)，搅拌器(8)为螺旋式下压结构。
4.根据权利要求2所述沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，其特征在于，所述集水槽(29)上方设置溢流槽(25)，溢流槽(25)内外圈分别连接到中间筒(6)和外筒(5)上。
5.根据权利要求2所述沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，其特征在于，在原水箱(1)的出水管(101)上依次设置有混凝剂投加口(2)、提升泵(3)和管道混合器(4)，混凝剂投加口(2)连接混凝剂药罐(19)，出水管(101)的出水口(13)伸至内筒(7)的筒中心线位置并位于内筒(7)的中心底部。
6.根据权利要求2所述沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，其特征在于，所述中间筒(6)的下部设置折流板(32)。
7.根据权利要求2所述沉淀污泥回流助凝与凝核澄清装置，其特征在于，所述搅拌器(8)与内筒(7)逆向旋转。
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