CN108467096B - 一种低温低浊、高浊或高藻水处理的循环造粒流化床设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低温低浊、高浊或高藻水处理的循环造粒流化床设备，其中流化床主体装置的循环造粒区内安装有中筒和内筒，罐体、中筒和内筒从外向内依次同轴设置，内筒内为造粒流化区，内筒和中筒之间为回流区，中筒和罐体之间为污泥沉降区；所述的内筒的底端开放，中筒的底端靠近内筒的底端的位置向内收缩，使得内筒的底端和中筒的收缩内壁之间形成回流出水狭缝，用于形成局部负压，提供回流动力。本发明的设备中造粒流化区泥水通过回流区循环回流，回流区底部的回流出水狭缝能够局部形成负压，提供回流动力，回流工艺使得设备适应水质负荷的大幅度变化能力强。

Description

一种低温低浊、高浊或高藻水处理的循环造粒流化床设备

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及造粒流化床，具体涉及一种低温低浊、高浊或高藻水处理的循环造粒流化床设备。

背景技术

近年来，国家对环境以及资源高效利用方面的问题日益重视，在传统的给水处理行业，水质净化和废水回收利用越来越受到重视。在西部地区，地表水由于气候及环境变化的原因往往会具有浊度变化大，藻类在一定时期大量繁殖等水质特点。其中，低温低浊水由于水的温度低导致粘滞系数大，而水中杂质颗粒数量较少，致使脱稳胶体之间碰撞效率低、难以形成性能良好、易于下沉的絮体颗粒；高浊水往往是正常条件下的数百倍，水质突变范围大，直接影响了水处理工艺的稳定性与效果；由于藻类非常轻，采取传统的常规工艺难以奏效，并且未能沉淀的藻类进入滤池后会造成滤池堵塞、运行周期缩短等诸多问题。对单一的高浊水、低温低浊水以及高藻水，国内外也研发了多种处理技术，并应用于实际工程。如增效澄清技术、结团絮凝技术应用于低温低浊水；改良型涡流式沉淀技术、二级混凝沉淀技术应用于高浊水，气浮法技术、ACTIFLO工艺具有较强的除藻能力。西部地区上述几种水质条件在地表水源水中随季节会交替出现，目前，解决上述问题的主要方式是增设预处理、强化处理单元，但这样会造成净化工艺复杂、占地面积较大、操作运行管理不便等一系列的问题。决上述问题的主要方式是增设预处理、强化处理单元，但这样会造成净化工艺复杂、占地面积较大、操作运行管理不便等一系列的问题。

现有技术中公开了一种高低浊度水水质净化装置，同样具备反应区、垂向涡流分离区和污泥浓缩区，具有高浊水和低温低浊水的处理能力，但该装置不具有循环造粒的功能，在处理低温低浊水时，微砂利用效率较低；且该技术对高藻水的处理效果不明显。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供本发明提供一种低温低浊、高浊或高藻水处理的循环造粒流化床设备，该装置具有低温低浊水、高浊水以及高藻水的处理能力，解决现有的造粒流化床适应水质负荷的大幅度变化能力差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种低温低浊、高浊或高藻水处理的循环造粒流化床设备，包括流化床主体装置、药剂投加系统、泥水分离系统和自动控制系统；所述的流化床主体装置包括基架，基架上固定安装有罐体，所述的罐体从底部到顶部依次为污泥浓缩区、循环造粒区、垂向涡流分离区和集水区；

所述的循环造粒区内安装有中筒和内筒，罐体、中筒和内筒从外向内依次同轴设置，内筒内为造粒流化区，内筒和中筒之间为回流区，中筒和罐体之间为污泥沉降区；

所述的中筒和内筒的顶端开放且中筒的顶端高于内筒的顶端，形成回流入水口；

所述的内筒的底端开放，中筒的底端靠近内筒的底端的位置向内收缩，使得内筒的底端和中筒的收缩内壁之间形成回流出水狭缝，用于形成局部负压，提供回流动力；

所述的中筒的收缩内壁的底端设置有顶端开放、底端封闭的混合区，回流出水狭缝与混合区的顶端连通，混合区的底端与进水管相连通，进水管穿过罐体侧壁伸出至罐体外部。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的混合区的内径小于内筒的内径，所述的罐体的底部和所述的混合区的底部均设置为锥形斗底。

所述的内筒中安装有搅拌装置，搅拌装置的搅拌轴伸出内筒的顶端，穿过垂向涡流分离区和集水区，伸出罐体顶端，搅拌轴通过安装在罐体顶端的搅拌驱动电机带动旋转。

所述的药剂投加系统包括沿进水方向在进水管上依次设置的叶绿素a在线监测器、浊度在线监测器、混凝剂投加器、粉末碳投加器、微砂投加器、静态混合器和助凝剂投加器；

所述的混凝剂投加器包括依次连接的混凝剂溶液池、混凝剂控制阀、混凝剂投加泵和混凝剂加药管；

所述的粉末碳投加器包括依次连接的粉碳箱、粉碳控制阀、粉碳投加泵和粉碳管路；

所述的微砂投加器包括依次连接的砂浆箱、砂浆控制阀、砂浆投加泵，砂浆管路；

所述的助凝剂投加器包括依次连接的助凝剂溶液池、助凝剂控制阀、助凝剂投加泵和助凝剂加药管；

所述的泥水分离系统包括设置在罐体外壁上连通罐体内污泥浓缩区的排泥管，排泥管接出罐体后依次设置有排泥阀、排泥泵、泥水分离器；泥水分离器上部设置有上清液回流管；泥水分离器底部设置有微砂回流管，微砂回流管与药剂投加系统中的砂浆箱相连回收微砂。

所述的自动控制系统包括控制器，控制器分别与流化床主体装置中的搅拌驱动电机、药剂投加系统中的叶绿素a在线监测器、浊度在线监测器、混凝剂控制阀、粉碳控制阀、砂浆控制阀和助凝剂控制阀连接。

所述的污泥浓缩区内安装有刮泥装置，所述的刮泥装置包括设置在罐体底部内侧的刮泥板，刮泥板通过设置在罐体外的刮泥驱动电机带动旋转。

所述的垂向涡流分离区内安装有垂向涡流强化分离装置，所述的垂向涡流强化分离装置能够使得垂向涡流分离区中的水产生垂向的涡流；所述的垂向涡流强化分离装置包括设置在中心的搅拌轴套筒，搅拌轴套筒周围设置有多根竖向固定在一起的波纹管，波纹管的两端夹在一对十字交叉架之间，十字交叉架的中心安装在搅拌轴套筒的两端，十字交叉架的端部固定在垂向涡流分离区的罐体内壁上。

所述的集水区顶部的罐体顶盖上设置有出水管。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

（Ⅰ）低温低浊水在处理过程中由于造粒流化区内颗粒生长缓慢，水流长时间冲击使造粒流化区的结团絮凝体失稳破坏，处理效果变差。本发明的流化床设备由于中间设计了结团体絮凝体循环流化结构，利用在流化床内筒造粒流化区形成的结团体絮凝体在内筒和中筒之间进行循环利用，使内筒中不断有悬浮物补充，保证了内筒中结团絮凝体的生长和更新，解决了低浊水悬浮物供应不足，造粒流化区的结团絮凝体失稳破坏的问题。

（Ⅱ）本发明不仅能高效处理低温低浊水，而且对较难处理的高藻水和高悬浮态有机物水质也有很好的去除效果，在不同季节水质交替时可随时切换，简单方便。在处理高藻水及悬浮态有机物含量较高的水质时，只需辅助加砂循环造粒即可实现水质的高效净化。通过投加微砂为造粒流化区内的结团体提供高密度的凝聚核，从而提高造粒流化区结团体的密度，在高分子强烈的吸附架桥和高密度结团体致密作用下，水中脱稳胶体在微砂晶核上附着的同时，藻类及悬浮态有机物也在致密结团体表面不断附着，进而达到截留水中藻类及悬浮态有机物的效果。

（Ⅲ）在处理溶解性有机物含量较高的水质时，本系统运行以粉碳循环造粒为主，通过投加密度相对较高的粉末碳一方面提高悬浮层中结团造粒的密度，提高颗粒有效接触碰撞效率，进而在造粒流化区形成致密的结团絮凝体，增强了对污染物的截留效果；另一方面发挥活性炭的吸附作用有效去除有机污染物。

（IV）本发明的设备中药剂投加系统根据水中悬浮物含量，投加微砂和/或粉碳，颗粒循环狭缝和泥水分离器能够通过搅拌作用使得微砂和/或粉碳与污泥核体分离，微砂和/或粉碳得以循环利用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是流化床主体装置的结构示意图。

图3是图2中的A-A截面结构示意图。

图4是药剂投加系统的结构示意图。

图5是泥水分离系统的结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-流化床主体装置，2-药剂投加系统，3-泥水分离系统，4-自动控制系统；

101-基架，102-罐体，103-污泥浓缩区，104-循环造粒区，105-垂向涡流分离区，106-集水区，107-中筒，108-内筒，109-造粒流化区，110-回流区，111-污泥沉降区，112-回流入水口，113-收缩内壁，114-回流出水狭缝，115-混合区，116-进水管，117-出水管，118-搅拌装置，119-搅拌轴，120-搅拌驱动电机，121-刮泥装置，122-垂向涡流强化分离装置；

（121-1）-刮泥板，（121-2）-刮泥驱动电机；

201-叶绿素a在线监测器，202-浊度在线监测器，203-混凝剂投加器，204-粉末碳投加器，205-微砂投加器，206-静态混合器，207-助凝剂投加器；

（203-1）-混凝剂溶液池，（203-2）-混凝剂控制阀，（203-3）-混凝剂投加泵，（203-4）-混凝剂加药管；

（204-1）-粉碳箱，（204-2）-粉碳控制阀，（204-3）-粉碳投加泵，（204-4）-粉碳管路；

（205-1）-砂浆箱，（205-2）-砂浆控制阀，（205-3）-砂浆投加泵，（205-4）-砂浆管路；

（207-1）-助凝剂溶液池，（207-2）-助凝剂控制阀，（207-3）-助凝剂投加泵，（207-4）-助凝剂加药管；

301-排泥管，302-排泥阀，303排泥泵，304-泥水分离器，，305-上清液回流管，306-微砂回流管；

401-控制器。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1至图5所示，本实施例给出一种低温低浊、高浊或高藻水处理的循环造粒流化床设备，包括流化床主体装置1、药剂投加系统2、泥水分离系统3和自动控制系统4；所述的流化床主体装置1包括基架101，基架101上固定安装有罐体102，所述的罐体102从底部到顶部依次为污泥浓缩区103、循环造粒区104、垂向涡流分离区105和集水区106；

所述的循环造粒区104内安装有中筒107和内筒108，罐体102、中筒107和内筒108从外向内依次同轴设置，内筒108内为造粒流化区109，内筒108和中筒107之间为回流区110，中筒107和罐体102之间为污泥沉降区111；

所述的中筒107和内筒108的顶端开放且中筒107的顶端高于内筒108的顶端，形成回流入水口112；

所述的内筒108的底端开放，中筒107的底端靠近内筒108的底端的位置向内收缩，使得内筒108的底端和中筒107的收缩内壁113之间形成回流出水狭缝114，用于形成局部负压，提供回流动力；

在浊度较低时，根据水中悬浮物密度，投加微砂（粉碳），造粒流化区的泥水循环回流至回流出水狭缝局部形成负压，通过边壁强化搅拌作用，微砂（粉碳）与污泥核体分离，微砂（粉碳）得以循环利用。

所述的中筒107的收缩内壁113的底端设置有顶端开放、底端封闭的混合区115，回流出水狭缝114与混合区115的顶端连通，混合区115的底端与进水管116相连通，进水管116穿过罐体102侧壁伸出至罐体102外部。

本实施例中，中筒107和内筒108可以通过连接环活肋板固定在罐体102的内壁上。中筒107的顶端距离内筒108的顶端具有一定的可调节高度，中筒107距离分离区105底端具有一定可调节高度。

本实施例中，内筒108、中筒107内的污泥颗粒在达到动态平衡后，部分污泥颗粒翻落至污泥沉降区111，污泥沉降区111中的污泥累积到一定高度时，由排泥管301排至泥水分离器304。

内筒108中造粒流化区109内的污泥颗粒在进水水流动力和自身重力的作用下达到动态平衡，形成的部分污泥颗粒随水流上升至内筒108筒顶，并在到达中筒107筒顶之前循环回流至循环造粒区104。

作为本实施例的一种优选方案，混合区115的内径小于内筒108的内径，所述的罐体102的底部和所述的混合区115的底部均设置为锥形斗底。

作为本实施例的一种优选方案，内筒108中安装有搅拌装置118，搅拌装置118的搅拌轴119伸出内筒108的顶端，穿过垂向涡流分离区105和集水区106，伸出罐体102顶端，搅拌轴119通过安装在罐体102顶端的搅拌驱动电机120带动旋转。搅拌叶片相互隔一定间距安装，最上面叶片不超出内筒108顶端，最下面叶片刚好布置在颗粒循环狭缝114位置，起到增强边壁作用，泥水分离的效果。

作为本实施例的一种具体方案，药剂投加系统2包括沿进水方向在进水管116上依次设置的叶绿素a在线监测器201、浊度在线监测器202、混凝剂投加器203、粉末碳投加器204、微砂投加器205、静态混合器206和助凝剂投加器207；

混凝剂投加器包括依次连接混凝剂溶液池203-1、混凝剂控制阀203-2、混凝剂投加泵203-3和混凝剂加药管203-4；

粉末碳投加器包括依次连接的粉碳箱204-1、粉碳控制阀204-2、粉碳投加泵204-3和粉碳管路204-4；

微砂投加器包括依次连接的砂浆箱205-1、砂浆控制阀205-2、砂浆投加泵205-3和砂浆管路205-4。

助凝剂投加器包括依次连接助凝剂溶液池207-1、助凝剂控制阀207-2、助凝剂投加泵207-3和助凝剂加药管207-4；

作为本实施例的一种具体方案，泥水分离系统3包括设置在罐体102外壁上连通罐体102内污泥浓缩区103的排泥管301，排泥管301接出罐体102后依次设置有排泥阀302、排泥泵303、泥水分离器304；泥水分离器304上部设置有上清液回流管305；泥水分离器304底部设置有微砂回流管306，微砂回流管306与药剂投加系统2中的砂浆箱205-1相连回收微砂。

作为本实施例的一种具体方案，自动控制系统4包括控制器401，控制器401分别与流化床主体装置1中的搅拌驱动电机120、药剂投加系统2中的叶绿素a在线监测器201、浊度在线监测器202、混凝剂控制阀203-2、粉碳控制阀204-2、砂浆控制阀205-2和助凝剂控制阀207-2连接。

作为本实施例的一种优选方案，污泥浓缩区103内安装有刮泥装置121，所述的刮泥装置121包括设置在罐体102底部内侧的刮泥板121-1，刮泥板121-1通过设置在罐体102外的刮泥驱动电机121-2带动旋转。

作为本实施例的一种优选方案，垂向涡流分离区105内安装有垂向涡流强化分离装置122，所述的垂向涡流强化分离装置122能够使得垂向涡流分离区105中的水产生垂向的涡流，细小颗粒在垂向涡流的作用下形成大块泥饼，并滑落至污泥沉降区区110。其中，垂向涡流强化分离装置122采用申请号为201610220594 .6的中国发明专利中已经公开的垂向涡流强化分离装置。

本实施例中，集水区106顶部的罐体102顶盖上设置有出水管117。

本实施例的装置在使用时，原水在经过叶绿素a在线监测器201及浊度在线监测器202时，原水藻类含量及浊度值反馈给控制器401，控制器401根据该值输出信号给混凝剂控制阀203-2、助凝剂控制阀207-2、粉碳控制阀204-2和砂浆控制阀205-2，后四者根据原水浊度及藻类含量投加相适浓度的药剂以及粉碳和/或微砂，原水加药后通过静态混合器206充分混合进至罐体102，并在循环造粒区104的造粒流化区109中，在搅拌装置118的搅拌下不断上升，颗粒逐渐变大，到达内筒108顶端时颗粒翻下去，进入内筒108和中筒107之间的夹层回流区110中。

泥水循环回流至回流出水狭缝114时，局部形成负压，通过边壁强化搅拌作用，微砂和/或粉碳与污泥核体分离，微砂和/或粉碳得以循环利用。微砂及污泥颗粒则再次回流至内筒108内的造粒流化区109中，如此循环直至悬浮层高度达到中筒107顶端时大颗粒翻落下去，从污泥沉降区111中进入污泥浓缩区103直至沉降至罐体102底端。

少量小颗粒继续随着水流上升至垂向涡流分离区105，随水流上升的小颗粒进入垂向涡流分离区105的垂向涡流强化分离装置122中，在垂向涡流强化分离装置122的作用下，水流在波纹管122-2的波纹处形成涡流，对小颗粒的二次生长起到促进作用，小颗粒逐渐长大，长到一定程度后由于重力作用自动掉落至污泥浓缩区103。

污泥浓缩区103中的污泥累积到一定高度时，由排泥管301排至泥水分离器304，泥水分离器304顶部上清液经上清液回流管305回流至原水，底部微砂经过微砂回流管306回流至砂浆箱205-1再次循环利用。

罐体102顶部清水则在集水区106经过出水管117排出。

Claims (6)

1.一种低温低浊、高浊或高藻水处理的循环造粒流化床设备，包括流化床主体装置（1）、药剂投加系统（2）、泥水分离系统（3）和自动控制系统（4）；所述的流化床主体装置（1）包括基架（101），基架（101）上固定安装有罐体（102），所述的罐体（102）从底部到顶部依次为污泥浓缩区（103）、循环造粒区（104）、垂向涡流分离区（105）和集水区（106）；其特征在于：

所述的循环造粒区（104）内安装有中筒（107）和内筒（108），罐体（102）、中筒（107）和内筒（108）从外向内依次同轴设置，内筒（108）内为造粒流化区（109），内筒（108）和中筒（107）之间为回流区（110），中筒（107）和罐体（102）之间为污泥沉降区（111）；

所述的中筒（107）和内筒（108）的顶端开放且中筒（107）的顶端高于内筒（108）的顶端，形成回流入水口（112）；

所述的内筒（108）的底端开放，中筒（107）的底端靠近内筒（108）的底端的位置向内收缩，使得内筒（108）的底端和中筒（107）的收缩内壁（113）之间形成回流出水狭缝（114），用于形成局部负压，提供回流动力；

所述的中筒（107）的收缩内壁（113）的底端设置有顶端开放、底端封闭的混合区（115），回流出水狭缝（114）与混合区（115）的顶端连通，混合区（115）的底端与进水管（116）相连通，进水管（116）穿过罐体（102）侧壁伸出至罐体（102）外部；

所述的内筒（108）中安装有搅拌装置（118），搅拌装置（118）的搅拌轴（119）伸出内筒（108）的顶端，穿过垂向涡流分离区（105）和集水区（106），伸出罐体（102）顶端，搅拌轴（119）通过安装在罐体（102）顶端的搅拌驱动电机（120）带动旋转；

所述的药剂投加系统（2）包括沿进水方向在进水管（116）上依次设置的叶绿素a在线监测器（201）、浊度在线监测器（202）、混凝剂投加器（203）、粉末碳投加器（204）、微砂投加器（205）、静态混合器（206）和助凝剂投加器（207）；

所述的混凝剂投加器（203）包括依次连接的混凝剂溶液池（203-1）、混凝剂控制阀（203-2）、混凝剂投加泵（203-3）和混凝剂加药管（203-4）；

所述的粉末碳投加器（204）包括依次连接的粉末碳箱（204-1）、粉末碳控制阀（204-2）、粉末碳投加泵（204-3）和粉末碳管路（204-4）；

所述的微砂投加器（205）包括依次连接的砂浆箱（205-1）、砂浆控制阀（205-2）、砂浆投加泵（205-3）和砂浆管路（205-4）；

所述的助凝剂投加器（207）包括依次连接的助凝剂溶液池（207-1）、助凝剂控制阀（207-2）、助凝剂投加泵（207-3）和助凝剂加药管（207-4）；

所述的泥水分离系统（3）包括设置在罐体（102）外壁上连通罐体（102）内污泥浓缩区（103）的排泥管（301），排泥管（301）接出罐体102后依次设置有排泥阀（302）、排泥泵（303）、泥水分离器（304）；泥水分离器（304）上部设置有上清液回流管（305）；泥水分离器（304）底部设置有微砂回流管（306），微砂回流管（306）与药剂投加系统（2）中的砂浆箱（205-1）相连回收微砂。

2.如权利要求1所述的循环造粒流化床设备，其特征在于，所述的混合区（115）的内径小于内筒（108）的内径，所述的罐体（102）的底部和所述的混合区（115）的底部均设置为锥形斗底。

3.如权利要求1所述的循环造粒流化床设备，其特征在于，所述的自动控制系统（4）包括控制器（401），控制器（401）分别与流化床主体装置（1）中的搅拌驱动电机（120）、药剂投加系统（2）中的叶绿素a在线监测器（201）、浊度在线监测器（202）、混凝剂控制阀（203-2）、粉碳控制阀（204-2）、砂浆控制阀（205-2）和助凝剂控制阀（207-2）连接。

4.如权利要求1所述的循环造粒流化床设备，其特征在于，所述的污泥浓缩区（103）内安装有刮泥装置（121），所述的刮泥装置（121）包括设置在罐体（102）底部内侧的刮泥板（121-1），刮泥板（121-1）通过设置在罐体（102）外的刮泥驱动电机（121-2）带动旋转。

5.如权利要求1所述的循环造粒流化床设备，其特征在于，所述的垂向涡流分离区（105）内安装有垂向涡流强化分离装置（122），所述的垂向涡流强化分离装置（122）能够使得垂向涡流分离区（105）中的水产生垂向的涡流。

6.如权利要求1所述的循环造粒流化床设备，其特征在于，所述的集水区（106）顶部的罐体（102）顶盖上设置有出水管（117）。