CN109292906B - 一种水力旋流除砂装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种水力旋流除砂装置，包括分砂部和砂斗部；砂斗部设置于分砂部的下方；砂斗部与分砂部通过环形斜坡过渡连接；分砂部包括圆柱形腔体、中心轴筒、中心锥筒和悬浮套筒；悬浮套筒是设在装置内中上部的环形板；圆柱形腔体的中部外壁上设置有切向进水口；切向进水口附近圆柱形腔体的内壁上设置有导流板；导流板与切向进水方向呈130°～180°角；圆柱形腔体的上部周边分别设置有出水口和排渣口；圆柱形腔体内壁与悬浮套筒外壁之间形成环形浮渣收集区。其具有结构设计合理、操作使用方便、运行维护成本低、自动化智能化程度高等优点，能够有效提高污水处理除砂效率，同时还能够去除水中夹带的浮渣及油脂等污染物质。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种水力旋流除砂装置及其使用方法，其可广泛应用于污水预处理除砂、初期雨水净化、污泥预处理，适用于新建、改建和扩建工程。
背景技术
目前，常用的污水处理技术分为物化处理和生物处理，物化处理一般多用于污水预处理中，沉砂池是预处理的一部分，主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度2.65t/m3的砂粒，以保护后续管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。然而，传统的沉砂池中除砂设备存在以下缺陷：
(1)运行负荷相对低，产生的泥砂中有机物过多，臭味严重；
(2)进水渠道过短，进水水流处于紊流状态，影响除砂器附壁效应，导致装置的除砂效率降低；
(3)大部分都是采用普通泵提砂，故障率高，泵体磨损严重，寿命短；
(4)间歇排砂，集砂区砂粒易沉积、时间长了会结块，不易被排砂泵吸出，影响排砂效果。
本发明正是基于上述研究背景而提出，旨在提高污水处理中砂的去除效率。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术中传统的沉砂池中除砂设备存在的上述不足，提供一种水力旋流除砂装置及其使用方法，其具有结构设计合理、操作使用方便、运行维护成本低、自动化智能化程度高等优点，能够有效提高污水处理除砂效率，同时还能够去除水中夹带的浮渣及油脂等污染物质。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种水力旋流除砂装置，该装置包括分砂部和砂斗部；所述砂斗部设置于分砂部的下方；所述砂斗部与分砂部通过环形斜坡过渡连接；所述分砂部包括圆柱形腔体、与圆柱形腔体同心且布设于圆柱形腔体内的中心轴筒、中心轴筒底部接有中心锥筒；布设于圆柱形腔体中上部并与圆柱形腔体同心，且介于中心轴筒与圆柱形腔体外壁之间的悬浮套筒；所述悬浮套筒是设在装置内中上部的环形板，其上方与装置出水汇水区底板连接，向下伸入圆柱形腔体内水中至进水口高度附近；所述圆柱形腔体的中部外壁上设置有切向进水口；所述切向进水口附近圆柱形腔体的内壁上设置有导流板；所述导流板与切向进水方向呈130°～180°角；所述圆柱形腔体的上部周边分别设置有出水口和排渣口；所述圆柱形腔体内壁与悬浮套筒外壁之间形成环形浮渣收集区。
优选地，所述中心锥筒的上部与中心轴筒底部相连，二者为一体结构，并且两者均为空心体，所述中心锥筒的圆台锥度范围1:1～1:0.3。
优选地，该装置还包括设置在砂斗部排砂口处的流化器，所述流化器的流化介质选用压力水或压缩空气；所述中心轴筒与中心锥筒为一体结构且均为不锈钢材质；所述圆柱形腔体、悬浮套筒、底部的砂斗部为不锈钢材质或钢筋混凝土材质；圆柱形腔体的外壁上还设置有保温棉或者保温隔热垫，所述保温棉或者保温隔热垫的厚度为10-20cm。
优选地，该装置还包括砂斗部内壁上设置的压力传感器，用于监测沉积物的累积量，指导排砂周期和排砂频率。
优选地，该装置还包括设置在圆柱形腔体下部的辅助流入口，该辅助流入口用泵引入切向动力水流，用于增强底部旋流动力，形成亚循环子系统。这种强制涡流和自然涡流与重力相结合的组合涡流系统，可进一步提高除砂效果。该增强底部旋流动力也可以通过在装置内底部布置射流器产生水力射流或空气射流来实现。辅助动力水可以取自该水力旋流除砂装置的出水，也可以是其他水源；辅助空气动力可以来自空气压缩机或水厂生物处理鼓风机系统。
优选地，该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括控制器、布设于进水口处的用于检查水流速度的水流速度传感器、用于调节进水量的进水流量调节阀和用于检测装置进水量的水流进水量传感器、布设于排渣口处的用于称重排渣量的第一压力传感器、布设于砂斗部排砂口的用于称重排砂量的第二压力传感器，所述水流速度传感器、水流进水量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器分别与控制器相连接用于将实时检测的相应检测值发送至控制器，控制器将接收到的检测值经数据转换后存储于存储器中；所述控制器与水流流量调节阀控制连接用于调节装置的进水流量。
优选地，所述自动控制系统还包括与控制器相连接的显示器，所述显示器用于显示实时检测的水流速度值、水流进水量值、排渣口的排渣量数值、砂斗的排砂口排砂量数值。
优选地，所述自动控制系统还包括与控制器相连接的无线通信组件，所述控制器通过无线通信组件与云服务器相连接，并将经数据转换后的检测值上传至云服务器，远程监控中心或者用户移动终端通过无线网络与云服务器进行通信连接，实时获取上述检测数值。
本发明上述的一种水力旋流除砂装置的使用方法包括如下步骤：
(1)水流通过切向入口进入旋流除砂装置的圆柱形腔体内，在导流板的引导下沿圆柱形腔体外周形成螺旋下降的离心旋流路径，在此过程中，砂粒在重力作用下沉降并被旋流卷扫聚集到底部中心的砂斗部，同时水中夹带的油污、漂浮物及悬浮物被旋流分离后上浮到悬浮套筒外侧和装置腔体内壁之间的环形浮渣收集区；
(2)下降水流到达装置中心锥筒后，开始绕中心轴筒缓慢向上旋转流入悬浮套筒内部，并继续螺旋攀升到上部出水汇水区后经出水口排出；水流在外周的旋流下降速度相对较高，在悬浮套筒内的旋流上升速度相对较低，这两个速度差形成的剪切区有助于较细颗粒的沉降；
(3)底部砂斗部内的砂水混合液用泵或气提方式输送到配套砂水分离器进行清洗和脱水，上部悬浮套筒外侧收集的浮渣通过排渣口定期排放。
采用本发明的一种水力旋流除砂装置及其使用方法具有如下有益效果：
(1)结构设计相对合理，占地面积省，只有曝气沉砂池的1/3，装置内无机械运动部件，工作中不需要外界动力；
(2)除砂效率高，除砂精度为0.1mm，高于0.2mm的现行标准，更适合水厂实际需求。
(3)可适用于工厂的模块化设计，可以组合使用，满足各种处理规模，具有低能耗，低维护特点。
(4)自动化程度相对较高，采用了多种形式的传感器，能够实时检测相应指标，以便于进一步提高除砂效率。
附图说明
附图1为本发明水力旋流除砂装置的主视结构示意图。
附图2为本发明水力旋流除砂装置的左视结构示意图。
附图3为本发明水力旋流除砂装置的俯视结构示意图。
附图4为本发明水力旋流除砂装置的A-A截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-4对本发明水力旋流除砂装置及其使用方法作以详细说明。
一种水力旋流除砂装置，该装置包括分砂部1和砂斗部2；所述砂斗部设置于分砂部的下方；所述砂斗部与分砂部通过环形斜坡过渡连接；所述分砂部包括圆柱形腔体3、与圆柱形腔体同心且布设于圆柱形腔体内的中心轴筒4、中心轴筒底部接有中心锥筒5；布设于圆柱形腔体中上部并与圆柱形腔体同心，且介于中心轴筒与圆柱形腔体外壁之间的悬浮套筒6；所述悬浮套筒是设在装置内中上部的环形板，其上方与装置出水汇水区底板连接，向下伸入圆柱形腔体内水中至进水口高度附近；所述圆柱形腔体的中部外壁上设置有切向进水口7；所述切向进水口附近圆柱形腔体的内壁上设置有导流板8；所述导流板与切向进水方向呈130°～180°角；所述圆柱形腔体的上部周边分别设置有出水口9和排渣口10；所述圆柱形腔体内壁与悬浮套筒外壁之间形成环形浮渣收集区11。所述中心锥筒的上部与中心轴筒底部相连，二者为一体结构，并且两者均为空心体，所述中心锥筒的圆台锥度范围1:1～1:0.3。该装置还包括设置在砂斗部排砂口处的流化器，所述流化器的流化介质选用压力水或压缩空气；所述中心轴筒与中心锥筒为一体结构且均为不锈钢材质；所述圆柱形腔体、悬浮套筒、底部的砂斗部为不锈钢材质或钢筋混凝土材质；圆柱形腔体的外壁上还设置有保温棉或者保温隔热垫，所述保温棉或者保温隔热垫的厚度为10-20cm。该装置还包括砂斗部内壁上设置的压力传感器，用于监测沉积物的累积量，指导排砂周期和排砂频率。该装置还包括设置在圆柱形腔体下部的辅助流入口，该辅助流入口用泵引入切向动力水流，用于增强底部旋流动力，形成亚循环子系统。这种强制涡流和自然涡流与重力相结合的组合涡流系统，可进一步提高除砂效果。该强制辅助动力也可以通过在装置内底部布置射流器产生水力射流或空气射流来实现。辅助动力水可以取自该水力旋流除砂装置的出水，也可以是其他水源；辅助空气动力可以来自空气压缩机或水厂生物处理鼓风机系统。该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括控制器、布设于进水口处的用于检查水流速度的水流速度传感器、用于调节进水量的进水流量调节阀和用于检测装置进水量的水流进水量传感器、布设于排渣口处的用于称重排渣量的第一压力传感器、布设于砂斗部排砂口的用于称重排砂量的第二压力传感器，所述水流速度传感器、水流进水量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器分别与控制器相连接用于将实时检测的相应检测值发送至控制器，控制器将接收到的检测值经数据转换后存储于存储器中；所述控制器与水流流量调节阀控制连接用于调节装置的进水流量。所述自动控制系统还包括与控制器相连接的显示器，所述显示器用于显示实时检测的水流速度值、水流进水量值、排渣口的排渣量数值、砂斗的排砂口排砂量数值。所述自动控制系统还包括与控制器相连接的无线通信组件，所述控制器通过无线通信组件与云服务器相连接，并将经数据转换后的检测值上传至云服务器，远程监控中心或者用户移动终端通过无线网络与云服务器进行通信连接，实时获取上述检测数值。
本发明上述一种水力旋流除砂装置的使用方法包括如下步骤：
(1)水流通过切向入口进入旋流除砂装置的圆柱形腔体内，在导流板的引导下沿圆柱形腔体外周形成螺旋下降的离心旋流路径，在此过程中，砂粒在重力作用下沉降并被旋流卷扫聚集到底部中心的砂斗部，同时水中夹带的油污、漂浮物及悬浮物被旋流分离后上浮到悬浮套筒外侧和装置腔体内壁之间的环形浮渣收集区；
(2)下降水流到达装置中心锥筒后，开始绕中心轴筒缓慢向上旋转流入悬浮套筒内部，并继续螺旋攀升到上部出水汇水区后经出水口排出；水流在外周的旋流下降速度相对较高，在悬浮套筒内的旋流上升速度相对较低，这两个速度差形成的剪切区有助于较细颗粒的沉降；
(3)底部砂斗部内的砂水混合液用泵或气提方式输送到配套砂水分离器进行清洗和脱水，上部悬浮套筒外侧收集的浮渣通过排渣口定期排放。
经过现场多次试验表明：本发明的水力旋流除砂装置对污水中粒径大于106μm的砂粒及固体颗粒物的去除率达95％以上，能有效阻止砂粒流入下游处理工序，保护设备免受堵塞和磨损，降低设备清洁、维护、维修和置换费用。例如防止砂粒堵塞曝气微孔，导致鼓风机能耗增加。高效除砂能够减少砂粒在下游池体沉积，降低池容，缩减污水处理水力停留时间，影响污水处理能力和处理效果。在旋流除砂分离的过程中，同时能够去除水中夹带的油污、漂浮物及悬浮物，减少浮渣油脂对下游工序的污染、堵塞、缠绕等。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种水力旋流除砂装置，其特征在于：该装置包括分砂部(1)和砂斗部(2)；所述砂斗部设置于分砂部的下方；所述砂斗部与分砂部通过环形斜坡过渡连接；所述分砂部包括圆柱形腔体(3)、与圆柱形腔体同心且布设于圆柱形腔体内的中心轴筒(4)、中心轴筒底部接有中心锥筒(5)；布设于圆柱形腔体中上部并与圆柱形腔体同心，且介于中心轴筒与圆柱形腔体外壁之间的悬浮套筒(6)；所述悬浮套筒是设在装置内中上部的环形板，其上方与装置出水汇水区底板连接，向下伸入圆柱形腔体内水中至进水口高度附近；所述圆柱形腔体的中部外壁上设置有切向进水口(7)；所述切向进水口附近圆柱形腔体的内壁上设置有导流板(8)；所述导流板与切向进水方向呈130°～180°角；所述圆柱形腔体的上部周边分别设置有出水口(9)和排渣口(10)；所述圆柱形腔体内壁与悬浮套筒外壁之间形成环形浮渣收集区(11)；
所述中心锥筒的上部与中心轴筒底部相连，二者为一体结构，并且两者均为空心体，所述中心锥筒的圆台锥度范围1:1～1:0.3；
该装置还包括设置在砂斗部排砂口处的流化器，所述流化器的流化介质选用压力水或压缩空气；所述中心轴筒与中心锥筒为一体结构且均为不锈钢材质；所述圆柱形腔体、悬浮套筒、底部的砂斗部为不锈钢材质或钢筋混凝土材质；圆柱形腔体的外壁上还设置有保温棉或者保温隔热垫，所述保温棉或者保温隔热垫的厚度为10-20cm；
该装置还包括砂斗部内壁上设置的压力传感器，用于监测沉积物的累积量，指导排砂周期和排砂频率；
该装置还包括设置在圆柱形腔体下部的辅助流入口，该辅助流入口用泵引入切向动力水流，用于增强底部旋流动力，形成亚循环子系统；
该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括控制器、布设于切向进水口处的用于检查水流速度的水流速度传感器、用于调节进水量的进水流量调节阀和用于检测装置进水量的水流进水量传感器、布设于排渣口处的用于称重排渣量的第一压力传感器、布设于砂斗部排砂口的用于称重排砂量的第二压力传感器，所述水流速度传感器、水流进水量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器分别与控制器相连接用于将实时检测的相应检测值发送至控制器，控制器将接收到的检测值经数据转换后存储于存储器中；所述控制器与进水流量调节阀控制连接用于调节装置的进水流量；
所述自动控制系统还包括与控制器相连接的显示器，所述显示器用于显示实时检测的水流速度值、水流进水量值、排渣口的排渣量数值、砂斗部排砂口排砂量数值；
所述自动控制系统还包括与控制器相连接的无线通信组件，所述控制器通过无线通信组件与云服务器相连接，并将经数据转换后的检测值上传至云服务器，远程监控中心或者用户移动终端通过无线网络与云服务器进行通信连接，实时获取上述检测数值；
所述的一种水力旋流除砂装置的使用方法包括如下步骤：
(1)水流通过切向进水口进入旋流除砂装置的圆柱形腔体内，在导流板的引导下沿圆柱形腔体外周形成螺旋下降的离心旋流路径，在此过程中，砂粒在重力作用下沉降并被旋流卷扫聚集到底部中心的砂斗部，同时水中夹带的油污、漂浮物及悬浮物被旋流分离后上浮到悬浮套筒外侧和装置圆柱形腔体内壁之间的环形浮渣收集区；
(2)下降水流到达装置中心锥筒后，开始绕中心轴筒缓慢向上旋转流入悬浮套筒内部，并继续螺旋攀升到上部出水汇水区后经出水口排出；水流在外周的旋流下降速度相对较高，在悬浮套筒内的旋流上升速度相对较低，这两个速度差形成的剪切区有助于较细颗粒的沉降；
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