CN107188339A - 一种复合式臭氧气浮一体化装置 - Google Patents

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Abstract

一种复合式臭氧气浮一体化装置，包括同轴的筒体、中间筒和中心筒，筒体与中心筒共底，筒体与中间筒共顶，中间筒设置在筒体与中心筒之间的支撑槽钢上，中心筒顶部位于中间筒中，且中心筒顶部敞口，筒体的上部设置有排水管，顶部设置有内筒排气管和排渣管，中间筒的上部设置有外筒排气管，中心筒的下部与进水管、溶气进水管以及连接内筒放空排泥管连接，在筒体与中间筒之间的下部位置设置有带曝气内丝头的环形曝气管，环形曝气管与进气管连接，筒体的下部与连接外筒放空排泥管连接，本发明利三层结构，实现分区臭氧化、气浮分离和自动排渣等功能，具有安装快捷、操作简单和处理效率高等优点。

Description

一种复合式臭氧气浮一体化装置
技术领域
本发明属于污/废水技术领域，涉及污/废水深度处理，特别涉及一种复合式臭氧气浮一体化装置。
背景技术
臭氧是一种活泼小分子，具有很强氧化性，其氧化还原电位为2.07V，仅次于氟。臭氧广泛应用于微污染水源水的给水处理和污水处理。气浮具有高效分离水中悬浮物的特点，操作简单，运行费用低。两者结合，协同利用臭氧氧化特性和气浮分离特性，创造出了臭氧气浮技术。在实际应用过程中，由于设备具有进水、进药剂、进臭氧空气、排水、排气和排渣等多种管道，有臭氧化、混凝和气浮等多种功能，传统设备的外形限制了操作的便利性。另外，在罐体内混凝和气浮反应后，生成絮凝污泥大部分会被溶气携带到顶部排渣口排出。在运行的间歇期和水流扰动时，总有部分浮渣会沉积到罐体底部。沉积在罐底的积泥会随水流携带到出水口，降低出水有机物和悬浮物去除效率，影响了臭氧气浮装置的正常运行。受限于现有溶气技术，臭氧发生器产生的臭氧存在较大程度的浪费。同时，竖流式臭氧气浮装置为了保证其气浮效果使得其高度过高，对加工、安装及调试造成了很多不便。
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复合式臭氧气浮一体化装置，利用中心筒、中间筒和容器壁三层的特殊结构，实现分区臭氧化、气浮分离和自动排渣等功能，具有安装快捷、操作简单和处理效率高等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种复合式臭氧气浮一体化装置，包括同轴的筒体6、中间筒7和中心筒8，筒体6与中心筒8共底，筒体6与中间筒7共顶，中间筒7设置在筒体6与中心筒8之间的支撑槽钢4上，中心筒8顶部位于中间筒7中，且中心筒8顶部敞口，筒体6的上部设置有排水管14，顶部设置有内筒排气管12和排渣管9，中间筒7的上部设置有外筒排气管13，中心筒8的下部与进水管15、溶气进水管1以及连接内筒放空排泥管16连接，在筒体6与中间筒7之间的下部位置设置有带曝气内丝头18的环形曝气管5，环形曝气管5与进气管25连接，筒体6的下部与连接外筒放空排泥管2连接，在中心筒8中形成接触区A，在中间筒7的上部形成气浮分离区B，在中间筒7的顶部形成排渣区C，在筒体6与中心筒8之间的下部区域形成污泥沉淀区D，在筒体6与中间筒7之间的下部区域形成臭氧氧化区E。
所述筒体6的底部有底板26，顶部有顶盖11，其中，底板26设置在设备基座27上，顶盖11为锥形顶，内筒排气管12连接在顶盖11上，所述筒体6的底部为锥形排泥斗3，锥形排泥斗3锥形出口中心线上倾角为30°～45°。
所述中间筒7的上部通过浮渣导流椎体10与顶部连接，浮渣导流椎体10为锥形外扩口结构，锥形出口中心线上倾角为80°～85°，外筒排气管13连接在浮渣导流椎体10上。
所述中心筒8的顶部设置有中心筒导流斜板22，所述导流斜板22为锥形外扩口，锥形出口中心线上倾角为40°～50°。
所述筒体6上部环绕中间筒7设置有锯齿形的溢流堰19，排水管14设置在溢流堰19的底部。
所述进水管15和进水泵、混凝剂加药泵出水管相连，进水管15以切向形式向中心筒8输送原水，所述溶气进水管1的端部设置溶臭氧空气释放器21。
所述内筒排气管12和外筒排气管13通过排气三通23连接带排气电动阀24的排气总管，所述排水管14上设置有出水电动阀20，所述内筒放空排泥管16上设置有中心筒排空电动阀17，所述外筒放空排泥管2上设置有集泥斗排空电动阀28。
所述排气电动阀24、出水电动阀20、中心筒排空电动阀17和集泥斗排空电动阀28连接时间继电器，根据设定间隔时间自动启闭。
所述进水管15和进水泵、混凝剂加药泵出水管相连。
所述筒体(6)、中间筒(7)和中心筒(8)的高度比为10：6.5～8：4～5，筒体(6)的直径、中间筒(7)的底部直径、中心筒(8)的直径为5：(3～3.5)：(1～1.5)。
所述接触区A、沉淀区D、集渣区C、臭氧氧化区E和气浮分离区B体积比为1:5:5:15:20。内筒排气管12和外筒排气管13顶部比排渣管9顶部高约0.9～1.2m。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、进水管切向喷口结构
本发明进水管15切向进水，提高了水力旋流强度，能增加气、固和液三相接触与混合，提高反应效率的同时增大设备容积负荷率。
2、中心筒、中间筒和筒壁复合结构
装置特征三层筒复合结构，将反应器空间区分为内、中和外三层，每一层根据水处理流程具有对应功能，互不干扰。装置整体从上到下由浮渣清除区、气浮分离区和污泥沉淀区等组成，各分区功能明确。
3、浮渣排放程序控制
臭氧气浮设备操作按顺序可分为进水、排渣、降液位、再进水等，装置进水泵、排气电动阀24、出水电动阀20由时间继电器或PLC控制。其中排气电动阀24、出水电动阀20联动控制，同时处于开或关状态。通过阀门开闭实现工作与排渣的交替运行。
4、底部沉积污泥自清渣系统
内筒和罐体底部沉积污泥，由泥水界面仪控制，在泥面接近底部高度的50％时，通过控制中心筒排空电动阀17和集泥斗排空电动阀28自动排泥。
综上，本发明改变了原有高效臭氧气浮装置依靠U形管进行多级臭氧气浮的模式，通过内、中和外三层结构的完成反应、分离、氧化和沉淀等四个过程。本发明提供的切向进水方式，进水呈旋流向上运行，使得系统能耗最低且气、水和药剂混合均匀。本发明在投加臭氧与混凝剂后，通过混合过程均匀分布到中心筒中，完成氧化反应过程，在有机物被氧化去除的同时，悬浮物质也能被微气泡携带到顶部通过排渣管排出。
附图说明
图1是本发明复合式臭氧气浮一体化装置结构示意图。
图2是本发明中底层平面管道结构图。
图3是本发明中中层平面管道结构图。
图4是本发明中顶层平面管道结构图。
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。
如图1、图2、图3和图4所示，所述系统包括壳体、进出水单元、臭氧气浮单元、臭氧氧化单元、排渣系统、排泥系统等。
壳体包括筒体6、顶盖11、底板26及设备基座27等。
进出水单元单元包括进水管15、溶气进水管1和排水管1等。
臭氧气浮单元包括中心筒8、溶臭氧空气释放器21、中间筒7等。
臭氧氧化单元包括进气管25、环形曝气管5等。
排渣系统包括内筒排气管12、外筒排气管13、排渣管9等。
排泥系统包括外筒放空排泥管2、内筒放空排泥管16等。
具体地，筒体6、中间筒7和中心筒8同轴设置，筒体6与中心筒8共底，与中间筒7共顶，中间筒7的上部通过浮渣导流椎体10与顶盖11连接，浮渣导流椎体10为锥形外扩口结构，锥形出口中心线上倾角为80°～85°。中间筒7设置在筒体6与中心筒8之间的支撑槽钢4上，支撑槽钢4起支撑作用，不影响水流通过。中心筒8顶部位于中间筒7中，且中心筒8顶部设置有中心筒导流斜板22，导流斜板22为锥形外扩口，锥形出口中心线上倾角为40°～50°。
排水管14连接在筒体6的上部，顶盖11为锥形顶，内筒排气管12连接在顶盖11的侧面，排渣管9连接在顶盖11的顶点位置，外筒排气管13连接在浮渣导流椎体10上，筒体6的底部为锥形出口中心线上倾角为30°～45°的锥形排泥斗3，进水管15、溶气进水管1以及内筒放空排泥管16穿过锥形排泥斗3连接至中心筒8，外筒放空排泥管2连接在锥形排泥斗3底部。进气管25穿过筒体6连接环形曝气管5，环形曝气管5为耐臭氧氧化的钛合金材质，其上均匀布置有曝气内丝头18，曝气内丝头18选用钛合金曝气头，环形曝气管5环绕设置在筒体6与中间筒7之间的下部位置。
其中，筒体6上还设置有人孔，供观察反应过程使用，筒体6上部环绕中间筒7设置有锯齿形的溢流堰19，排水管14可设置在溢流堰19的底部。进水管15和进水泵、混凝剂加药泵出水管相连，以切向形式向中心筒8输送原水，溶气进水管1的端部设置溶臭氧空气释放器21，内筒放空排泥管16位于进水管15的下方位置。
内筒排气管12和外筒排气管13通过排气三通23连接带排气电动阀24的排气总管，排水管14上设置有出水电动阀20，内筒放空排泥管16上设置有中心筒排空电动阀17，外筒放空排泥管2上设置有集泥斗排空电动阀28。排气电动阀24、出水电动阀20、中心筒排空电动阀17和集泥斗排空电动阀28连接时间继电器，根据设定间隔时间自动启闭。
最终，在中心筒8中形成接触区A，在中间筒7的上部形成气浮分离区B，在中间筒7的顶部形成排渣区C，在筒体6与中心筒8之间的下部区域形成污泥沉淀区D，在筒体6与中间筒7之间的下部区域形成臭氧氧化区E。接触区A、沉淀区D、集渣区C、臭氧氧化区E和气浮分离区B体积比为1:5:5:15:20，内筒排气管12和外筒排气管13顶部比排渣管9顶部高约0.9～1.2m。
本发明臭氧气浮原理：
进水管15切向进水，进水在中心筒8狭小区域通过筒壁导流形成涡旋流。从溶气进水管1进入的混合有臭氧、空气和混凝剂的回流水与原水充分混合，混凝剂混凝捕捉悬浮颗粒，反应后通过导流斜板22进入装置上部气浮分离区。在溶臭氧空气释放器21作用下，臭氧和空气形成大量微气泡。臭氧微气泡具有巨大表面积，氧化原水中有机物。在混凝剂的催化作用下，臭氧分解产生大量羟基自由基，能将原水中难降解有机物进一步去除。氧化产物中的一部分是疏水性物质，通过混凝气浮作用而被混凝剂絮体小颗粒捕捉得以分离。
本发明臭氧氧化原理：
臭氧通过进气管25进入环形曝气管5，曝气内丝头18进行曝气。一方面臭氧氧化区位于设备外环，虽然半径占比较小但体积占比大，较长的水力停留时间为臭氧充分反应提供了较好条件。另一方面，经过前段臭氧气浮处理，出水浊度很低，氧化单元中的臭氧主要因为去除有机物而被消耗，这就提高了臭氧利用率。
本发明排渣原理：
通过时间继电器控制出水电动阀20和排气电动阀24的启闭状态，实现液位上升与下降，保证排渣与运行的状态正常进行。
本发明排泥原理：
外筒放空排泥管2和内筒放空排泥管16连接时间继电器，根据设定间隔时间分别开闭中心筒排空电动阀17和集泥斗排空电动阀28，将锥形排泥斗3和中心筒8内积泥排出。设备内排泥液位高压差大便于积泥外排。
利用上述装置进行污水深度处理的流程如下：
1、正常运行时，出水电动阀20和排气电动阀24同时打开，中心筒排空电动阀17和集泥斗排空电动阀28同时关闭，进水管15中的原水和溶气回流管1中的溶臭氧水在中心筒8内的反应区A充分混合，溶臭氧空气释放器释放大量微小臭氧气泡。混合水向上进入气浮分离区B，浮渣在微气泡作用下上浮到集渣区C，水流固液分离后的原水向下从中心筒8和中间筒7之间转向进入氧化区E，从氧化区E顶部经锯齿形的溢流堰19流出经排水管14排出。
2、在中心筒8内，微小气泡中的臭氧氧化水中有机物，微小颗粒被混凝剂捕捉形成絮体，絮体被微气泡携带到集渣区C进行固液分离。
3、在排渣模式下，出水电动阀20和排气电动阀24同时关闭，中心筒排空电动阀17和集泥斗排空电动阀28同时关闭，装置内液位持续上升，直到将浮渣经排渣管9排出完全。此后，关闭进水泵，打开出水电动阀20和排气电动阀24，液位持续下降到溢流堰19的槽口中心线后，打开进水泵，开始正常工作。此后，通过电动阀的启闭，实现处理与排渣的周期性运行。
4、当底部沉淀区D空间积累泥量，泥水界面上升到锥形排泥斗3深度的60％时，开启集泥斗排空电动阀28，排空锥形排泥斗3内积泥。当中心筒8底部积泥过多时，打开中心筒排空电动阀17，排出中心筒8内积泥。
综上所述，本发明通过中心筒8、中间筒7和筒体6将设备分为反应区A、气浮分离区B和臭氧氧化区E，横向布置和电动阀的组合使用，使得设备具有了高效臭氧利用、渣水高效分离和自排渣自清泥等优势。

Claims (10)

1.一种复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，包括同轴的筒体(6)、中间筒(7)和中心筒(8)，筒体(6)与中心筒(8)共底，筒体(6)与中间筒(7)共顶，中间筒(7)设置在筒体(6)与中心筒(8)之间的支撑槽钢(4)上，中心筒(8)顶部位于中间筒(7)中，且中心筒(8)顶部敞口，筒体(6)的上部设置有排水管(14)，顶部设置有内筒排气管(12)和排渣管(9)，中间筒(7)的上部设置有外筒排气管(13)，中心筒(8)的下部与进水管(15)、溶气进水管(1)以及连接内筒放空排泥管(16)连接，在筒体(6)与中间筒(7)之间的下部位置设置有带曝气内丝头(18)的环形曝气管(5)，环形曝气管(5)与进气管(25)连接，筒体(6)的下部与连接外筒放空排泥管(2)连接，在中心筒(8)中形成接触区A，在中间筒(7)的上部形成气浮分离区B，在中间筒(7)的顶部形成排渣区C，在筒体(6)与中心筒(8)之间的下部区域形成污泥沉淀区D，在筒体(6)与中间筒(7)之间的下部区域形成臭氧氧化区E。
2.根据权利要求1所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述筒体(6)的底部有底板(26)，顶部有顶盖(11)，其中，底板(26)设置在设备基座(27)上，顶盖(11)为锥形顶，内筒排气管(12)连接在顶盖(11)上，所述筒体(6)的底部为锥形排泥斗(3)，锥形排泥斗(3)锥形出口中心线上倾角为30°～45°。
3.根据权利要求1或2所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述中间筒(7)的上部通过浮渣导流椎体(10)与顶部连接，浮渣导流椎体(10)为锥形外扩口结构，锥形出口中心线上倾角为80°～85°，外筒排气管(13)连接在浮渣导流椎体(10)上。
4.根据权利要求1所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述中心筒(8)的顶部设置有中心筒导流斜板(22)，所述导流斜板(22)为锥形外扩口，锥形出口中心线上倾角为40°～50°。
5.根据权利要求1所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述筒体(6)上部环绕中间筒(7)设置有锯齿形的溢流堰(19)，排水管(14)设置在溢流堰(19)的底部。
6.根据权利要求1所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述进水管(15)和进水泵、混凝剂加药泵出水管相连，进水管(15)以切向形式向中心筒(8)输送原水，所述溶气进水管(1)的端部设置溶臭氧空气释放器(21)。
7.根据权利要求1所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述内筒排气管(12)和外筒排气管(13)通过排气三通(23)连接带排气电动阀(24)的排气总管，所述排水管(14)上设置有出水电动阀(20)，所述内筒放空排泥管(16)上设置有中心筒排空电动阀(17)，所述外筒放空排泥管(2)上设置有集泥斗排空电动阀(28)。
8.根据权利要求7所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述排气电动阀(24)、出水电动阀(20)、中心筒排空电动阀(17)和集泥斗排空电动阀(28)连接时间继电器，根据设定间隔时间自动启闭。
9.根据权利要求1所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述接触区A、沉淀区D、集渣区C、臭氧氧化区E和气浮分离区B体积比为1:5:5:15:20，内筒排气管12和外筒排气管13顶部比排渣管9顶部高约0.9～1.2m。
10.根据权利要求1所述复合式臭氧气浮一体化装置，其特征在于，所述筒体(6)、中间筒(7)和中心筒(8)的高度比为10：6.5～8：4～5，筒体(6)的直径、中间筒(7)的底部直径、中心筒(8)的直径为5：(3～3.5)：(1～1.5)。
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