CN109422328B - 污水处理装置和污水处理系统以及污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理装置和系统以及污水处理方法，所述装置包括中空筒体，中空筒体的内部空间包括浮油分离段、旋流段、气泡发生和过滤单元、以及出水段，浮油分离段的底部与旋流段的顶部通过集油罩邻接，旋流段的底部与出水段的顶部通过隔板邻接；气泡发生和过滤单元包括多孔膜管并设置在旋流段内和/或出水段内。该装置结构紧凑，占地面积小，安装维修运行成本低，能保证污水处理装置长期稳定运行。在该装置中污水水流方向为重力流，减少了提升所消耗的压力并一步提高了污水处理效果。该装置可以根据实际需求改变处理水量，操作弹性好，抗水力负荷能力强，操作灵活，可以通过改变通入的气体的类型实现不同方式的处理。

Description

污水处理装置和污水处理系统以及污水处理方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体地，本发明涉及一种污水处理装置和一种污水处理系统，本发明还涉及一种采用所述污水处理系统的污水处理方法。

背景技术

含油污水来源广泛，石油开采与加工、石油化工、船舶运输、机械制造、冶金以及食品加工等行业都是含油污水的重要来源。含油污水作为排放量最大的工业废水之一，具有化学需氧量(COD)、油含量以及固体悬浮颗粒(SS)含量高等特点，如果直接排放会对自然环境(地表水、地下水、土壤等)以及生态系统产生严重影响，因而各种含油污水处理技术应运而生。

常用的含油污水处理技术包括物理法(如重力分离、粗粒化聚结、离心、膜分离、膜过滤)、化学法(电化学、凝聚、高级氧化等)、物化法(气浮、混凝、吸附等)以及生物法(好氧生物、厌氧生物等)。其中，气浮法工艺成熟、适用范围广，且投资少、运行费用低，目前已广泛应用于石油化工废水、油田废水、染料废水的处理。

气浮工艺的原理是向水体中通入大量、高度分散的微细气泡，与水中的细小固体颗粒或油珠发生碰撞粘附，形成密度小于水的油-气聚结体，将污染物携带至水面，从而达到分离的目的。根据微细气泡产生方式的不同，气浮工艺可以分为溶气气浮、诱导气浮(又称布气气浮)、电解气浮、涡凹气浮、生物及化学气浮等方法。目前在工业废水处理中应用较多的为加压溶气气浮和诱导气浮工艺。

传统的气浮工艺占地面积大，建筑、维修和运行成本高，而且抗水力负荷(水力冲击、水之波动)能力差，一旦来水水质或水量出现大幅波动，气浮工艺出水水质会受到严重影响，进而影响下一个污水处理单元的负荷，最终影响全流程的处理效率。

除此之外，目前应用较多的溶气气浮和诱导气浮(或布气气浮)工艺也存在各自的不足，溶气气浮虽然微细气泡质量高，但是结构复杂、耗能高且运行维护困难，不适用于水量大的场合；诱导气浮(或布气气浮)虽然运行简单、成本低，但是微细气泡粒径不均匀，布气微孔易堵塞，不适用于水质不稳定的场合。

因此，有必要开发结构紧凑、易于维修，并且除油除污效果稳定的污水处理装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、易于维修且处理效果稳定的污水处理装置。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种污水处理装置，该装置包括具有上端盖和下端盖的中空筒体，所述上端盖和所述下端盖分别将所述中空筒体的顶端和底端密封，所述中空筒体的内部空间包括浮油分离段、旋流段、气泡发生和过滤单元、以及出水段，所述浮油分离段包括设置在上端盖上的排气口、设置在浮油分离段底部的集油罩、设置在集油罩上的溢油口、设置在集油罩和排气口之间的消泡元件、以及靠近集油罩底部设置的排油口；所述旋流段包括与中空筒体的内部侧壁相切设置的切向进水口、用于密封旋流段底部的隔板、可选的螺旋导流片、以及可选的絮凝剂切向入口，所述螺旋导流片与切向进水口相接并沿所述旋流段的筒体内壁呈螺旋延伸；所述出水段包括进气口以及出水口；所述气泡发生和过滤单元包括一个或两个以上多孔膜管；

所述浮油分离段的底部与所述旋流段的顶部通过所述集油罩邻接，所述旋流段的底部与所述出水段的顶部通过所述隔板邻接；所述气泡发生和过滤单元设置在所述旋流段内和/或所述出水段内；

位于所述旋流段内的气泡发生和过滤单元中，所述多孔膜管固定于所述隔板并向上延伸至旋流段中，且所述多孔膜管的顶部密封，所述多孔膜管的外壁与旋流段的内壁之间留有空间，所述隔板在与所述多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，将所述出水段的内部空间所述多孔膜管的中空空间连通；

位于所述出水段内的气泡发生和过滤单元中，所述多孔膜管的上下两端分别固定于所述隔板和所述下端盖，所述多孔膜管的外壁与所述出水段的内壁之间留有空间，所述隔板在与所述多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，将所述多孔膜管的中空空间与所述旋流段的内部空间连通。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种污水处理系统，该污水处理系统包括进水单元、出水单元、进气单元、排气管路、排油管路、可选的絮凝剂输入单元、以及本发明第一个方面所述的污水处理装置，

所述进气单元包括气泵、进气管路、以及设置在所述进气管路上的压力表和气体截止阀，所述进气管路与所述污水处理装置的进气口相接；

出水单元包括出水泵、出水管路、以及设置在所述出水管路上的截止阀，所述出水管路与所述污水处理装置的出水口相接；

所述进水单元包括进水泵、进水管路、以及设置在所述进水管路上的流量控制阀，所述进水管路与所述污水处理装置的进水口相接；

所述絮凝剂输入单元包括泵、絮凝剂输送管路、以及设置在所述絮凝剂输送管路上的流量控制阀，所述絮凝剂输送管路与所述污水处理装置的絮凝剂切向入口相接；

所述排气管路包括排气管以及设置在所述排气管上的截止阀，所述排气管与所述污水处理装置的排气口相接；

所述排油管路包括排油管以及设置在所述排油管上的截止阀，所述排油管与所述污水处理装置的排油口相接。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种含油污水处理方法，该方法在本发明第二个方面所述的污水处理系统中进行，包括将含油污水以及可选的絮凝剂分别通过切向进水口和絮凝剂切向入口送入旋流段中，同时开启气泵和进气管路上的气体截止阀，关闭出水泵以及出水管路上的截止阀，所述排气管上的截止阀以及排油管上的截止阀，向污水处理装置中通入气体并将分离出的气相物流和油相物流排出污水处理装置；处理完成后，关闭气泵和进气管路上的气体截止阀，开启真空蠕动泵以及出水管路上的截止阀，将经过处理的水排出污水处理装置。

根据本发明的污水处理装置具有如下优点：

1、根据本发明的污水处理装置结构紧凑，占地面积小，安装维修运行成本低。

2、根据本发明的污水处理装置，气泵和出水泵的交替运行，通过气水透膜行为实现多孔膜管的气反冲洗和水反冲洗，保证污水处理装置长期稳定运行。

3、根据本发明的污水处理装置，污水水流方向为重力流，减少了提升所消耗的压力；并且污水水流方向与微细气泡运动方向相反，增大了气泡与污染颗粒间的碰撞和粘附率，进一步提高了污水处理效果。

4、根据本发明的污水处理装置，可以根据实际需求改变处理水量，操作弹性好，抗水力负荷能力强。

5、根据本发明的污水处理装置，操作灵活，可以通过改变通入的气体的类型实现不同方式的处理。

附图说明

图1用于说明根据本发明的污水处理装置的第一种优选实施方式。

图2为图1所示的污水处理装置的俯视图。

图3用于说明根据本发明的污水处理装置的第二种优选实施方式。

图4为图3所示的污水处理装置的俯视图。

图5用于说明根据本发明的污水处理系统中污水处理装置串联连接的一种实施方式。

图6用于说明根据本发明的污水处理系统中污水处理装置并联连接的一种实施方式。

附图标记说明

A：浮油分离段 B：旋流段

C：出水段 D：中空筒体

E：多孔膜管 A1：集油罩

A2：溢油口 A3：排油口

A4：排气口 A5：消泡元件

A6：第二消泡元件 B1：隔板

B2：切向进水口 B3：螺旋导流片

B4：絮凝剂切向入口 C1：下端盖

C2：进气口 C3：出水口

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明中，使用的方位词“上”、“下”、“底”和“顶”均是指污水处理装置在使用状态下以水平面为基准而确定的方位；使用的方位词“内”和“外”均是相对于污水处理装置的中空筒体的内部空间而言，例如：“向内”是指朝向中空筒体的内部空间的方向，“向外”是指远离中空筒体的内部空间的方向。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种污水处理装置，该装置包括具有上端盖和下端盖的中空筒体，所述上端盖和所述下端盖分别将所述中空筒体的顶端和底端密封，所述中空筒体的内部空间包括浮油分离段、旋流段、气泡发生和过滤单元、以及出水段。

根据本发明的污水处理装置，所述浮油分离段包括设置在上端盖上的排气口、设置在浮油分离段底部的集油罩、设置在所述排气口和所述集油罩之间的消泡元件、以及靠近集油罩底部设置的排油口。所述浮油分离段的内部空间为由所述上端盖、所述集油罩以及所述中空筒体的相应内壁限定的空间。

在所述污水处理装置运行时，所述浮油分离段用于接纳从所述旋流段上升的油气泡沫，并将油气泡沫分离成油相物流和气相物流，将油相物流通过排油口送出污水处理装置，将气相物流通过排气口送出污水处理装置。

所述集油罩上设置有溢油口，从所述旋流段上升的油气泡沫通过溢油口进入浮油分离段，在消泡元件的作用下泡沫破裂，形成气相物流和液相物流。所述溢油口通常设置在集油罩的中心位置。所述集油罩的外周与所述中空筒体的内壁相接，使得旋流段上升的油气泡沫只能通过集油罩的溢油口进入浮油分离段中。

所述集油罩可以采用各种能耐污水腐蚀的材质制成，例如可以采用金属材料、非金属材料中的一种或两种以上的组合，所述非金属材料可以为无机材料、有机材料中的一种或两种以上的组合，其具体实例可以包括但不限于陶瓷材料、玻璃材料、聚合物材料(如有机玻璃)中的一种或两种以上的组合。

所述排油口靠近集油罩的底部设置在浮油分离段的中空筒体侧壁上，用于将集油罩收集的油相物流排出污水处理装置。优选地，所述排油口的下轮廓线与所述集油罩的底部相接，这样不仅能将集油罩收集的油相物流及时排出污水处理装置，而且能将集油罩收集的油相物流基本完全排出污水处理装置。

一般地，以中空筒体的底端外周为基准，所述集油罩的高度与所述中空筒体的高度的比值可以为0.8-0.95：1，优选为0.85-0.92：1。

根据本发明的污水处理装置，优选地，所述浮油分离段还包括位于所述集油罩与所述上端盖之间的气相空间，用于容纳分离出来的气相物流。可以通过控制所述气相空间的压力对污水处理装置的内部压力进行调节，从而对污水处理效果进行调控。所述气相空间的大小可以根据污水处理装置的处理量进行选择。一般地，所述气相空间的容积可以为浮油分离段的容积的20-60％，优选为20-50％，更优选为25-40％。

根据本发明的污水处理装置，在集油罩和排气口之间设置消泡元件，所述消泡元件沿所述中空筒体的径向设置，上升的油气通过消泡元件，使得油气中的气泡破裂，分成气相物流和油相物流，气相物流向上通过排气口排出，液相物流则回落至集油罩，并通过排油口排出。从进一步提高消泡效果的角度出发，所述消泡元件靠近排气口设置。

根据本发明的污水处理装置，优选在排油口附近也设置消泡元件(本文中，将在排油口附件设置的消泡元件称为第二消泡元件)。所述第二消泡元件平行于中空筒体的轴向设置，油相物流通过第二消泡元件进入排油口，以消除从排油口排出的油相物流夹带的气泡。

所述消泡元件以及所述第二消泡元件各自可以为常见的各种能够使得气泡破裂的元件，例如：丝网、格栅、多孔板中的一种或两种以上的组合。优选地，所述消泡元件为丝网。

所述上端盖的端面可以为平面，也可以为向外凸起的面(如向外凸起的弧形面)，还可以为向内凹陷的面(如倒扣的碗状面)。优选地，所述上端盖的端面为平面或者向外凸起的面(如向外凸起的弧形面)。

根据本发明的污水处理装置，所述旋流段包括与中空筒体的内部侧壁相切设置的切向进水口、用于密封旋流段底部的隔板、可选的螺旋导流片、以及可选的絮凝剂切向入口，所述螺旋导流片与切向进水口相接并沿所述旋流段的筒体内壁呈螺旋延伸。所述旋流段的内部空间为由中空筒体的相应侧壁、集油罩以及隔板限定的空间。

在所述污水处理装置运行时，将污水以及可选的絮凝剂分别通过所述切向进水口和絮凝剂切向入口沿中空筒体内壁的切向被送入所述旋流段中，并形成旋流，向下流动。

所述切向进水口的高度可以根据中空筒体的高度进行选择。一般地，以中空筒体的底端(为底端外周)为基准，所述切向进水口的高度与所述中空筒体的高度的比值可以为0.8-0.9：1，优选为0.82-0.86：1。根据本发明的污水处理装置，所述切向进水口与所述集油罩的底部之间在高度上留有距离，以容纳从旋流段上升的油气泡沫。所述切向进水口的数量可以为1个，也可以为2以上，如2-10个，优选为2-6个，更优选为2-4个。在切向进水口的数量为两个以上时，切向进水口的高度可以为相同，也可以为不同，优选为相同。

在切向进水口的数量为两个以上时，切向进水口可以为沿中空筒体的周向侧壁均匀分布(即，在中空筒体的俯视图中，任意两个相邻的切向进水口向中空筒体的中心连线而形成的夹角的角度相同)，也可以为沿中空筒体的周向侧壁非均匀分布(即，在中空筒体的俯视图中，至少两个相邻的切向进水口向中空筒体的中心连线而形成的夹角的角度不同于其它两个相邻的切向进水口向中空筒体的中心连线而形成的夹角的角度)。优选地，两个以上切向进水口为沿中空筒体的周向侧壁均匀分布。在所述切向进水口的数量为两个以上时，切线进水口沿相同的螺旋方向设置，以避免形成紊流。作为一个优选的实例，所述切向进水口为沿相同的螺旋方向对称设置且高度相同的两个切向进水口。

所述絮凝剂切向入口用于向污水中送入絮凝剂。所述絮凝剂切向入口的数量可以为1-2个，优选为1个。以中空筒体的底端(为底端外周)为基准，所述絮凝剂切向入口的高度与所述中空筒体的高度的比值可以为0.8-0.9：1，优选为0.82-0.86：1。所述絮凝剂切向入口的高度可以为与切向进水口的高度相同，也可以为与切向进水口的高度不同。作为一个优选实例，所述絮凝剂切向入口的数量为1个，该絮凝剂切向入口的高度与切向进水口的高度相同。所述絮凝剂切向入口的方向沿与切向进水口相同的螺旋方向设置，以避免形成紊流。

所述中空筒体的旋流段的内壁可以设置螺旋导流片，以增强旋流效果，也可以不设置螺旋导流片，而是直接依靠切向进水口以及可选的絮凝剂切向进水口，使水流在旋流段中形成旋流。从进一步提高污水处理效果的角度出发，所述中空筒体的旋流段的内壁优选设置螺旋导流片，所述螺旋导流片与所述切向进水口相接，在中空筒体的旋流段内形成螺旋导流道，用于引导水流向下旋流。

所述螺旋导流片可以为常见的能够引导水流产生旋流或者强化旋流的元件。例如，所述螺旋导流片可以为一个螺旋导流片形成的一条连续螺旋导流道，也可以是多个螺旋导流片沿螺旋线轨迹间隔设置而形成的非连续螺旋导流道。由所述螺旋导流片确定的螺旋线的升角可以为10°-30°，优选为15°-25°。

所述螺旋导流片可以采用各种能耐污水腐蚀的材质制成，例如可以采用金属材料、非金属材料中的一种或两种以上的组合，所述非金属材料可以为无机材料、有机材料中的一种或两种以上的组合，其具体实例可以包括但不限于陶瓷材料、玻璃材料、聚合物材料(如有机玻璃)中的一种或两种以上的组合。

所述螺旋导流片可以采用常见的方式固定在中空筒体的内壁上，例如：焊接、卡槽连接、胶接中的一种或两种以上的组合。作为一个实例，所述螺旋导流片和所述旋流段的中空筒体均采用可焊接的材料制成，可以通过焊接将螺旋导流片固定在中空筒体的侧壁上。作为另一个实例，所述螺旋导流片和所述旋流段的中空筒体均采用聚合物材料(如有机玻璃)制成，可以采用粘合剂将螺旋导流片固定在中空筒体的侧壁上；也可以在中空筒体的侧壁的相应位置设置卡槽，将螺旋导流片插入卡槽中，此时可以配合使用胶粘剂，从而进一步提高接合强度。

所述旋流段的底部通过隔板密封。所述隔板可以为平面板，也可以为向下凸出的异形面板，如碗状。所述隔板的具体形状以及固定方式可以根据气泡发生和过滤单元的设置位置进行选择，将在下文进行详细说明，此处不再详述。

根据本发明的污水处理装置，所述出水段包括出水口、以及设置在中空筒体的侧壁上的进气口，所述旋流段的底部与所述出水段的顶部通过所述隔板邻接。所述出水段的空间为由旋流段的隔板、下端盖以及中空筒体的相应侧壁限定的空间。在污水处理装置运行时，通过进气口向装置中通入气体，在处理完成后用于容纳经处理的净水，并将其通过出水口排出装置。

所述进气口通常设置在出水段的上部。一般地，以中空筒体的底端(为底端外周)为基准，所述进气口的高度与所述中空筒体的高度的比值可以为0.1-0.3：1，优选为0.15-0.25：1。所述出水口可以设置在所述出水段的下部和/或中空筒体的底部，优选设置在所述出水段的下部靠近下端盖的位置处，以将经过处理的净水及时并尽可能完全地排出装置。

所述下端盖的端面可以为平面，也可以为向外凸出的面(如向外凸出的弧形面)。优选地，所述下端盖的端面为向内凹陷的面(如倒扣的碗状面)，这样不仅可以直接将中空筒体直接置于支撑面(如地面)上，无需采用支撑架，而且能将水集中到下端面的周边位置，从而更为有效地将装置中的水排出，减少装置中的存水量。

所述气泡发生和过滤单元包括一个或两个以上多孔膜管。所述多孔膜管可以为常见的具有多孔性管壁的中空管道。所述多孔膜管的管壁上的孔隙率可以为25-50％，优选为30-40％。所述孔隙率是指孔隙体积占管壁的总体积的百分数，采用氮气吸附法方法测定。所述多孔膜管的管壁上的微孔的平均孔径可以为0.01-500μm，优选为0.05-300μm，更优选为0.1-100μm。所述平均孔径采用扫描电镜法测定。所述多孔膜管的材质以能耐污水腐蚀为准。一般地，所述多孔膜管可以为陶瓷多孔膜管、金属多孔膜管、聚合物多孔膜管中的一种或两种以上的组合。

所述气泡发生和过滤单元设置在所述旋流段内和/或所述出水段内，以下分别进行说明。

位于所述旋流段内的气泡发生和过滤单元中(以下简称为实施方式一)，所述多孔膜管固定于所述隔板并向上延伸至旋流段中，所述多孔膜管的顶部密封，所述多孔膜管的外壁与旋流段的内壁之间留有空间，所述隔板在与所述多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，将所述出水段的内部空间所述多孔膜管的中空空间连通。

在实施方式一中，可以根据多孔膜管以及隔板的材质，采用常规方法将多孔膜管固定在隔板上，例如焊接、螺纹连接、胶接(即，粘结)、卡槽连接、螺栓连接中的一种或两种以上的组合。

作为螺纹连接的一个实例，所述多孔膜管的一端外壁具有外螺纹，所述隔板的相应位置设置与多孔膜管一端外壁上的外螺纹配合的内螺纹连接件，多孔膜管一端外壁上的外螺纹与所述内螺纹连接件相互配合，将多孔膜管固定在隔板上。在采用螺纹连接时，从进一步提高密封效果，防止从连接处漏液的角度出发，可以配合使用各种密封垫。

作为卡槽连接的一个实例，可以在多孔膜管的一端以及隔板的相应位置设置相互配合的槽和凸块，通过槽与凸块之间的配合，将多孔膜管固定在隔板上。采用卡槽连接时，从进一步提高密封效果，防止从连接处漏液的角度出发，可以配合使用各种密封垫。

作为螺栓连接的一个实例，可以在多孔膜管的一端设置具有通孔的结合部(例如可以为法兰盘)，在隔板的相应位置设置通孔，用螺栓将多孔膜管固定在隔板上。可以在多孔膜管的一端通过机械加工形成结合部，也可以将多孔膜管插入法兰盘中与法兰盘形成过盈配合，从而在多孔膜管的一端形成结合部。采用螺栓连接时，从进一步提高密封效果，防止从连接处漏液的角度出发，可以配合使用各种密封垫。

在实施方式一中，多孔膜管在旋流段中的填充率以既能使得污水在旋流段中形成旋流，又能满足污水处理装置的处理量为准，例如可以为1-4个。优选地，多孔膜管的填充密度为5-40％，优选为10-35％，更优选为15-30％，进一步优选为20-25％。本发明中，填充密度是指隔板的表面上被多孔膜管占据的表面的总面积与隔板的单面总表面积的百分率，所述单面总表面积为由隔板的外轮廓线确定的表面的面积，不扣除隔板上的开口所占据位置的面积。

在实施方式一中，多孔膜管的任意外壁与中空筒体的内壁之间留有空间，从而在多孔膜管的外壁与中空筒体的内壁之间形成旋流空间。在实施方式一中，多孔膜管的数量为两个以上时，多孔膜管优选围绕隔板的中心设置，从而在旋流段的中心处形成油气泡沫上升空间。多个多孔膜管可以均匀分布，也可以非均匀分布。优选地，多个多孔膜管以隔板的中心为对称中心，对称分布。

在实施方式一中，所述多孔膜管的顶端可以为自由端，即不进行固定。所述多孔膜管的顶端也可以进行固定，从而提高多孔膜管的稳定性。可以采用常规方法将多孔膜管的顶端固定。作为一个实例，可以在旋流段的相应位置设置格栅，将多孔膜管的顶端固定在格栅的网格中。

在实施方式一中，所述多孔膜管的顶端为封闭端，从而避免污水通过多孔膜管进入出水段中。

在实施方式一中，隔板在与多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，从而将旋流段与出水段连通。在实施方式一中，所述隔板优选为平面板。所述隔板的外周与中空筒体的内壁相接，从而将旋流段和出水段隔开。

位于所述出水段内的气泡发生和过滤单元中(以下简称为实施方式二)，所述多孔膜管的上下两端(即，顶端和底端)分别固定于所述隔板和所述下端盖，所述多孔膜管与所述出水段的内壁之间留有空间，所述隔板在与所述多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，将所述多孔膜管的中空空间与所述旋流段的内部空间连通。

在实施方式二中，可以根据多孔膜管以及隔板和下端盖的材质，采用常规方法将多孔膜管的上下两端分别固定在隔板和下端盖上，例如焊接、螺纹连接、胶接(即，粘结)、卡槽连接、螺栓连接、过盈配合连接中的一种或两种以上的组合。多孔膜管的上下两端可以采用相同的方法进行固定，也可以采用不同的方法进行固定，没有特别限定。本领域技术人员可以理解的是实施方式一中描述的具体的固定实例也适用于实施方式二，此处仅对实施方式一中没有提及的实例进行详细说明。

作为过盈配合连接的一个实例，可以将多孔膜管夹持在隔板和下端盖之间，并且在多孔膜管与隔板和下端盖之间的接触位置设置密封垫和/或密封圈，使得多孔膜管与隔板和下端盖之间形成类似过盈配合的效果，从而将多孔膜管固定在隔板和下端盖之间。

在实施方式二中，多孔膜管的数量以能满足污水处理装置的处理量为准，例如可以为1-12个，优选为1-8个。多孔膜管的填充密度优选为1-40％，更优选为1.5-35％，进一步优选为2-25％。

在实施方式二中，多孔膜管通常设置在出水段径向截面的中部，多孔膜管的外壁与出水段的中空筒体侧壁之间留有空间。出水段中，由多孔膜管的外壁、隔板、下端盖以及中空筒体的相应侧壁限定的空间作为容纳经处理的净水，并进一步将其排除污水处理装置的空间(即，出水段的储水空间)。

在实施方式二中，所述隔板起到以下三个方面的作用：(1)将旋流段与出水段的储水空间隔开，避免旋流段的水进入出水段的储水空间中；(2)固定多孔膜管的上端；(3)将多孔膜管的中空空间与旋流段连通。所述隔板可以为能够实现上述三项功能的各种分隔元件。

作为一个实例，所述隔板为平面板，并在与多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，从而将多孔膜管的中空空间与旋流段连通。

作为另一个实例，所述隔板的轮廓线为碗状，碗状隔板的底部与多孔膜管的上端相接，并在与多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，碗状隔板的顶部与中空筒体的内壁相接，从而将旋流段与出水段的储水空间隔开。

根据本发明的污水处理装置，所述上端盖和所述下端盖的外周各自与所述中空筒体顶端和底端密封连接，从而将所述中空筒体顶端和底端密封。可以根据中空筒体以及上端盖和下端盖的材质选择密封连接的方式，例如焊接、螺纹连接、过盈配合连接、胶接(即，粘结)、卡扣连接、卡槽连接中的一种或两种以上的组合。

作为螺纹连接的一个实例，所述中空筒体的两端外壁具有外螺纹，所述上端盖和所述下端盖的盖体各自具有与中空筒体的两端外壁的螺纹配合的内螺纹连接部，上端盖和下端盖通过内螺纹连接部分别与中空筒体的顶部和底部的外螺纹配合，将顶部和底部密封。作为螺纹连接的另一个实例，所述中空筒体的两端内壁具有内螺纹，所述上端盖和所述下端盖的盖体各自具有与中空筒体的两端内壁的内螺纹配合的外螺纹连接部，上端盖和下端盖通过外螺纹连接部分别与中空筒体的顶部和底部的内螺纹配合，将顶部和底部密封。在采用螺纹连接时，从进一步提高密封效果的角度出发，可以配合使用各种密封垫。

在一种实施方式中，所述中空筒体、所述上端盖和所述下端盖采用可焊接的金属材料制成，可以通过焊接的方式采用上端盖和下端盖将所述中空筒体的顶端和底端密封。

在另一种实施方式中，所述中空筒体、所述上端盖和所述下端盖采用卡扣连接在一起，从而将中空筒体的顶部和底部密封。在采用卡扣将上端盖和下端盖固定在中空筒体的顶部和底部时，优选使用密封圈和/或密封垫，以进一步提高密封效果。

所述上端盖和所述下端盖可以采用相同的连接方式分别与中空筒体的顶端和底端密封连接，也可以采用不同的连接方式分别与中空筒体的顶端和底端密封连接，没有特别限定。作为一种优选的实施方式，所述上端盖采用卡扣连接和/或卡槽连接，所述下端盖采用焊接连接，这样可以方便地拆卸上端盖，从而对装置进行维护和检修，同时还能进一步降低下端盖发生渗漏的风险。

根据本发明的污水处理装置，所述中空筒体、所述上端盖和所述下端盖的材质可以根据处理的污水的类型进行选择，以能够抵御污水腐蚀为准，例如可以采用金属材料、非金属材料中的一种或两种以上的组合，所述非金属材料可以为无机材料、有机材料中的一种或两种以上的组合，其具体实例可以包括但不限于陶瓷材料、玻璃材料、聚合物材料(如有机玻璃材料)中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的污水处理装置，所述中空筒体可以是一体结构，也可以是将多个子筒体组合而形成的组合筒体。在采用组合筒体时，子筒体之间的结合方式可以为常见的结合方法，如焊接、胶接、螺栓连接、过盈配合连接、卡槽连接、卡扣连接中的一种或两种以上的组合。在采用组合筒体时，从提高子筒体之间的密封效果的角度出发，可以在结合部设置密封垫和/或密封圈。

作为组合筒体的一个实例，可以将浮油分离段和旋流段一体形成在一个子筒体中，将出水段形成在另一个子筒体中，将两个子筒体通过螺栓连接在一起，例如在两个子筒体的结合部形成法兰，并采用螺栓紧固连接，优选在结合部处设置密封垫和/或密封圈，从而提高密封效果。

根据本发明的污水处理装置，各连接部位使用的密封圈和密封垫的材质各自可以为金属(如铁、不锈钢、铜或者铝)或者非金属(如橡胶、石棉、纸)，以能耐污水腐蚀为准。

图1和图2示出了根据本发明的污水处理装置的一种优选的实施方式，以下结合图1和图2对该根据该优选的实施方式的污水处理装置进行详细说明。如图1所示，根据该优选的实施方式的污水处理装置包括中空筒体D，中空筒体D的内部空间由上至下一次包括浮油分离段A、旋流段B、气泡发生和过滤单元、以及出水段C。在图1示出的实施方式中，气泡发生和过滤单元的多孔膜管E位于出水段C中。

浮油分离段A的内部空间由集油罩A1、上端盖以及中空筒体D的相应侧壁围成。集油罩A1的中心部设置溢油口A2，排油口A3设置在靠近集油罩A1的底部的中空筒体D的侧壁上，排气口A4设置在上端盖上。集油罩A1和排气口A4之间且靠近排气口A4的位置处，设置与中空筒体D的径向截面平行的消泡元件A5。靠近排油口A3的位置处，优选设置沿平行于中空筒体D的轴向截面第二消泡元件A6。

旋流段B的内部空间由集油罩A1、隔板B1以及中空筒体D的相应侧壁围成。旋流段B包括切向进水口B2、螺旋导流片B3以及可选的絮凝剂切向入口B4。切向进水口B2设置在旋流段的上部。优选地，切向进水口B2与集油罩A1在高度上存在距离，即在切向进水口B2和集油罩A1的底部之间存在空间。切向进水口B2的数量可以为1个，也可以为2个以上。优选地，如图1和图2所示，切向进水口B2的数量为2个，在中空筒体D的侧壁上为沿相同的螺旋方向对称设置且高度相同。切向进水口B2以及可选的絮凝剂切向入口B4的螺旋方向一致。

如图1所述，隔板B1呈碗状，隔板B1的上端外周与中空筒体的内壁相接，下端外周与多孔膜管E相接，从而将旋流段B和出水段C隔开，并固定多孔膜管E。如图1所示，多孔膜管E的下端固定在下端盖C1上。多孔膜管E的数量可以为1个，也可以为2个以上，图1示例性地示出了一个多孔膜管，但是本领域技术人员可以理解的是，在出水段C中可以设置两个以上多孔膜管。

出水段C的储水空间由中空筒体D的相应侧壁、多孔膜管E的外壁、隔板B1以及下端盖C1围成。在出水段C的中空筒体侧壁上设置进气口C2，进气口C2的数量可以为1个，也可以为2个以上。优选地，如图2所示，进气口C2为对称设置且高度相同的两个。进气口C2可以沿中空筒体D的侧壁切向设置，也可以为非切向设置，没有特别限定。在出水段C的下部和/或底部设置出水口。优选地，如图1所示，在出水段C的下部且靠近下端盖C1的位置处设置出水口C3。

图3和图4示出了根据本发明的污水处理装置的另一种优选的实施方式，该实施方式与图1和图2示出的实施方式的区别在于：图3和图4示出的实施方式中，气泡发生和过滤单元设置在旋流段中。以下仅对图3和图4区别于图1和图2之处进行详细说明。

如图3和图4所示，多孔膜管E的底端固定在隔板B1上，并向上延伸至旋流段B中。多孔膜管E的顶端为自由端且为密封端。隔板B1为平面板，并在与多孔膜管E的中空空间的相应位置处具有开口，从而将多孔膜管E的中空空间与出水段C连通。多孔膜管E的外壁与中空筒体D的内壁之间留有空间，从而在多孔膜管E的外壁与中空筒体D的内壁之间形成旋流空间。多孔膜管E优选围绕隔板B1的中心设置，从而在旋流段的中心处形成油气泡沫上升空间。

根据本发明的污水处理装置与相应的管线、泵和阀门连接后，可以对污水、特别是含油污水进行处理，脱除污水中的油性物质。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种污水处理系统，该污水处理系统包括进水单元、出水单元、进气单元、排气管路、排油管路、可选的絮凝剂输入单元、以及本发明第一个方面所述的污水处理装置。所述污水处理装置在前文已经进行了详细的说明，此处不再详述。

根据本发明的污水处理系统，所述进气单元包括气泵、进气管路、以及设置在所述进气管路上的压力表和气体截止阀。所述进气管路与所述污水处理装置的进气口相接，用于向污水处理装置的出水段中送入气体。所述进气管路的另一端可以与气源连接。所述压力表用于控制送入的气体的量，可以为常见的气体压力表。所述气体截止阀用于控制进气管路的开启和闭合，可以为常见的气体截止阀。

根据本发明的污水处理系统，所述出水单元包括出水泵、出水管路、以及设置在所述出水管路上的截止阀，所述出水管路与所述污水处理装置的出水口相接，用于接纳从污水处理装置排出的经处理的净水，并将其输送至储水装置中，或者输送至排放装置中。所述出水泵用于将污水处理装置中的净水抽出，所述出水泵优选为真空泵，更优选为真空蠕动泵。所述截止阀用于控制出水管路的闭合与开启。

根据本发明的污水处理系统，所述进水单元包括进水泵、进水管路、以及设置在所述进水管路上的流量控制阀，所述进水管路与所述污水处理装置的切向进水口相接，用于将污水送入污水处理装置中。所述流量控制阀用于控制进水量和进水速度。

根据本发明的污水处理系统，所述絮凝剂输入单元包括泵、絮凝剂输送管路、以及设置在所述絮凝剂输送管路上的流量控制阀，所述絮凝剂输送管路与所述污水处理装置的絮凝剂切向入口相接，用于将絮凝剂送入污水处理装置中。所述流量控制阀用于控制絮凝剂的送入量和送入速度。

根据本发明的污水处理系统，所述排气管路包括排气管、设置在所述排气管上的流量控制阀以及设置在所述排气管上的截止阀，所述排气管与所述污水处理装置的排气口相接，用于将污水处理装置排出的气相物流导出。所述流量控制阀用于控制排气量。所述截止阀用于控制排气管的闭合和开启。所述排气管排出的气相物流可以循环使用，优选进一步进行脱液处理，以降低液体含量之后循环使用，此时可以相应设置循环管路以及相应的脱液装置。

根据本发明的污水处理系统，处于运行状态时，所述气泵和所述出水泵交替运行，当所述气泵运行时，所述出水泵关闭，所述进气管路上的气体截止阀开启，所述出水管路上的截止阀关闭；当所述出水泵运行时，所述气泵停止时，所述进气管路上的气体截止阀关闭，所述出水管路上的截止阀开启，从而使得多孔膜管交替发挥气泡发生、以及过滤的功能。

根据本发明的污水处理系统，所述排油管路包括排油管以及设置在所述排油管上的截止阀，所述排油管与所述污水处理装置的排油口相接，用于接纳从污水处理装置排出的油相物流，并将其送入油相物流贮存单元中。所述截止阀用于控制排油管的闭合和开启。

根据本发明的污水处理系统，所述污水处理装置可以为一个，也可以为两个以上的组合。在所述污水处理装置的数量为两个以上时，污水处理装置之间可以为串联连接(如图5所示)，也可以为并联连接(如图6所示)，还可以为串联连接和并联连接的组合。串联连接是指前一个污水处理装置的出水作为下一个污水处理装置的进水，从而形成多级处理，进一步提高污水处理效果；并联连接是指污水处理装置之间不存在物流交换，但是具有相同的污水来源，从而形成多机并行处理，进一步提高系统的处理量。在将串联连接和并联连接组合使用时，可以将污水处理装置分为多组，多组之间为并联连接，各组内的污水处理装置为串联连接；也可以是多组之间为串联连接，各组内的污水处理装置为并联连接。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种污水处理方法，该方法在本发明第二个方面所述的污水处理系统中进行，包括将含油污水以及可选的絮凝剂分别通过切向进水口和絮凝剂切向入口送入旋流段中，同时开启气泵和进气管路上的气体截止阀，关闭出水泵以及出水管路上的截止阀，开启所述排气管上的截止阀以及排油管上的截止阀，向污水处理装置中通入气体并将分离出的气相物流和油相物流排出污水处理装置；处理完成后，关闭气泵和进气管路上的气体截止阀，开启出水泵以及出水管路上的截止阀，将经过处理的水排出污水处理装置。

根据本发明的方法，在处理过程中，根据污水的水质，可以添加絮凝剂，也可以不添加絮凝剂。在一种优选的实施方式中，在处理过程中，向污水处理装置中添加絮凝剂。所述絮凝剂可以为聚合氯化铝、硫酸铝、聚合硫酸铝铁和聚合氯化铁中的一种或两种以上。优选地，所述絮凝剂为聚合氯化铝。所述絮凝剂的用量可以为常规选择，例如以污水的总量为基准，所述絮凝剂的用量可以为100-500mg/L。根据本发明的方法具有明显提高的处理效率，即使在较低的絮凝剂用量下也能获得良好的处理效果。根据本发明的方法，以污水的总量为基准，所述絮凝剂的用量优选为100-300mg/L，更优选为120-260mg/L，进一步优选为150-200mg/L。所述絮凝剂优选以溶液(如水溶液)的形式使用，例如以质量浓度为0.1-5％、优选0.2-3％的水溶液的形式使用。

根据本发明的方法，通过进气口向污水处理装置中送入的气体主要用于在污水中产生微气泡。所述气体的类型没有特别限定，可以为能够产生微气泡，且不会在污水中额外引入污染物的气体。另外，也可以采用能产生额外的处理效果的气体。具体地，所述气体可以为氧气、氮气、臭氧、零族气体中的一种或两种以上的组合。所述零族气体可以为氦气和/或氩气。优选地，所述气体为空气。

根据本发明的方法，所述气体的通入速度可以为常规选择。优选地，所述气体的通入速度为0.1-0.4L/min，这样能获得更好的污水处理效果，同时还能进一步延长多孔膜管的使用寿命。更优选地，所述气体的通入速度为0.2-0.3L/min。

根据本发明的方法，污水的进水速度可以为100-600mL/min，如150-500mL/min。优选地，污水的进水速度为200-400mL/min这样不仅能获得良好的处理效果，而且能有效地提高根据本发明的方法的处理效率。

根据本发明的方法，可以对各种来源的污水进行处理，特别适用于对含油污水进行处理，以脱除油含量以及其它杂质含量，如固体颗粒物含量。所述含油污水的油含量可以为100-500mg/L，优选为120-300mg/L。所述污水可以为石油开采、炼化过程中产生的含油污水，也可以是机械制造、冶金和食品加工行业产生的含油污水，还可以是市政污水厂产生的污水。

以下结合图1对本发明的方法具体操作方式进行说明。如图1所示，关闭出水管路上的截止阀，使得出水口C3处于闭合状态。污水(优选为含油污水)通过进水管路进入切向进水口B2，并接着进入中空筒体D的旋流段B中，可选地，通过絮凝剂切向入口B4向中空筒体D的旋流段B中送入絮凝剂。

絮凝剂与污水混合，在螺旋导流片B3的导流作用下，形成旋流，并沿重力场向下流动。在水流向下流动的过程中，污水中密度较小的油滴由于旋流产生的离心力作用而向内圈(即，远离中空筒体内壁的方向)聚集，密度较大的水向靠近中空筒体内壁的方向流动，在此过程中，污水中的分散相杂质颗粒(如油颗粒)被初次分离。旋流达到旋流段底部时，开启进气管路上的截止阀，使得进气口C2处于开启状态，向出水段的储水空间中通入气体，当储水空间中的气体压力大于多孔膜管E的中空空间中的水压力时，气体通过多孔膜管E的管壁上的微孔进入中空空间中，形成微细气泡，并逆重力场方向向上运动，在气泡向上运动的过程中与污水中的分散相杂质发生碰撞粘附后，形成密度小于水的共聚体，并一起上升至表面，并进入旋流段中，完成污水中杂质颗粒的第二次分离。

处理过程中产生的密度小于水的杂质颗粒(即，油气泡沫)持续上升，直至上升至旋流段B的顶部，并通过集油罩A1的溢油口A2进入浮油分离段A中，油气泡沫在浮油分离段A中继续上升，达到消泡元件A5，在消泡元件A5的作用下，泡沫发生破裂，分离成为气相物流和液相物流，气相物流通过排气口A4排出，经脱液处理或者不经脱液处理后可以循环使用。液相物流回落至集油罩A1，并在累积到一定量之后，通过排油口A3排出，在通过排油口A3排出之前，通过第二消泡元件A6的作用，可以进一步消除其中的气泡。

污水处理完成后，经处理的净水处于多孔膜管的下部，此时关闭进气管路上的截止阀，从而使得进气口C2处于闭合状态，开启出水管路上的截止阀并开启出水泵，出水段C的储水空间的压力之间逐渐变为负压，经处理的净水通过多孔膜管E管壁上的微孔进入储水空间中，并通过排水口C3排出污水处理装置，在实现净水排放的同时，对多孔膜管E进行反冲洗。

以下结合实施例详细说明本发明，但并不因此限制本发明的范围。

以下实施例和对比例中，采用红外分光光度方法测定水中的油含量。

实施例1-7用于说明本发明。

实施例1

本实施例采用图1和图2示出的污水处理装置对含有污水进行处理。

(1)采用的多孔膜管(购自北京陶普森膜应用工程技术有限公司)为陶瓷微孔膜管，管壁上的孔隙率为30％，平均孔径为100μm，多孔膜管的内径为40mm，外径为60mm，多孔膜管的数量为1个，设置在隔板的中心位置处。

多孔膜管的固定方式为：将多孔膜管夹在隔板和下端盖之间，并且在多孔膜管与隔板和下端盖之间的接触位置设置密封垫和/或密封圈，使得多孔膜管与隔板和下端盖之间形成类似过盈配合的效果，从而将多孔膜管固定在隔板和下端盖之间。

(2)中空筒体分为两个子筒体，其中，旋流段和浮油分离段采用有机玻璃制成的两端密封的有机玻璃子筒体，在有机玻璃子筒体的顶端开设排气口，在有机玻璃子筒体的底部与多孔膜管的中空空间相应的位置开设开口；出水段为采用不锈钢制备的底端密封，顶部开放的不锈钢子筒体。有机玻璃子筒体下端和不锈钢子筒体的上端各自设置能相互配合的法兰盘，通过螺栓将有机玻璃子筒体和不锈钢子筒体连接在一起，在结合部处设置橡胶密封垫。

(3)中空筒体的内部空间等直径，为120mm。中空筒体的内部空间的高度为900mm，其中，以中空筒体的底端外周为基准，出水段：旋流段：浮油分离段：中空筒体的高度的比值为0.33：0.55：0.12：1，切向进水口(两个切向进水口等高、对称且沿相同的螺旋方向设置)的高度：中空筒体的高度的比值为0.82：1，絮凝剂切向入口与切向进水口为等高，且沿相同的螺旋方向设置；以中空筒体的底端外周为基准，进气口的高度与中空筒体的高度的比值为0.22：1。

(4)螺旋导流片为一条连续的螺旋条，升角为20°。

(5)采用的消泡元件和第二消泡元件为消泡丝网。

(6)气相空间的容积为浮油分离段的容积的30％。

本实施例的具体操作流程如下。

关闭出水管路上的截止阀，使得出水口C3处于闭合状态。将含油污水通过进水管路送入切向进水口B2，并接着进入中空筒体D的旋流段B中(含油污水的进水速度为200mL/min)，同时通过絮凝剂切向入口B4向中空筒体D的旋流段B中送入絮凝剂(聚合氯化铝，用量为150mg/L，以质量浓度为2％的水溶液的形式使用)。

絮凝剂与污水在旋流段中混合，在螺旋导流片B3的导流作用下，形成旋流，并沿重力场向下流动。旋流达到旋流段B底部时，开启进气管路上的截止阀，使得进气口C2处于开启状态，向出水段的储水空间中通入气体(为空气，空气的通入速度为0.2L/min)，当储水空间中的气体压力大于多孔膜管E的中空空间中的水压力时，气体通过多孔膜管E的管壁上的微孔进入中空空间中，形成微细气泡，并逆重力场方向向上运动。

处理过程中产生的密度小于水的杂质颗粒(即，油气泡沫)持续上升，直至上升至旋流段的顶部，并通过集油罩A1的溢油口A2进入浮油分离段A中，油气泡沫在浮油分离段A中继续上升，达到消泡元件A5，在消泡元件A5的作用下，泡沫发生破裂，分离成为气相物流和液相物流，气相物流通过排气口A4排出，经脱液处理或者不经脱液处理后循环使用。液相物流回落至集油罩，并在累积到一定量之后，通过排油口A3排出，在通过排油口A3排出之前，通过第二消泡元件A6的作用，可以进一步消除其中的气泡。

污水处理完成后，经处理的净水处于多孔膜管的下部，此时关闭进气管路上的截止阀，从而使得进气口处于闭合状态，开启出水管路上的截止阀并开启真空蠕动泵，出水段C的储水空间的压力之间逐渐变为负压，经处理的净水通过多孔膜管E管壁上的微孔进入储水空间中，并通过排水口C3排出污水处理装置，在实现净水排放的同时，对多孔膜管E进行反冲洗。

含油污水、以及经处理的净水的含油量以及从排油口排出的油相物流中的水含量为表1中列出。

实施例2

采用与实施例1相同的方法对含油污水进行处理，不同的是，不采用絮凝剂(即，不向污水处理装置中通入絮凝剂)。实验结果在表1中列出。

实施例3

采用与实施例1相同的方法对含油污水进行处理，不同的是，絮凝剂用等重量的聚合氯化铁代替。实验结果在表1中列出。

实施例4

采用与实施例1相同的方法对含油污水进行处理，不同的是，含油污水的进水速度为150mL/min。实验结果在表1中列出。

实施例5

采用与实施例1相同的方法对含油污水进行处理，不同的是，空气的通入速度为0.1L/min。实验结果在表1中列出。

表1

其中，采用涡凹气浮对与实施例1相同的含油污水进行处理时，除油效率为68.3％，采用先在旋流分离器中进行旋流(不使用絮凝剂)，而后进行溶气气浮的工艺对与实施例1相同的含油污水进行处理时，除油效率为76.1％，采用在旋流分离器中进行旋流(添加与实施例1相同的絮凝剂)，而后进行溶气气浮的工艺对与实施例1相同的含油污水进行处理时，除油效率为77.3％。

实施例6

本实施例采用图1和图2示出的污水处理装置对含有污水进行处理。

(1)采用的多孔膜管(购自江苏久吾高科技股份有限公司)为陶瓷微孔膜管，管壁上的孔隙率为39％，平均孔径为0.1μm，多孔膜管的内径为8mm，外径为12mm，多孔膜管的数量为8个。

在出水段中的排列方式为：以隔板的中心位置为中心，多孔膜管以中心对称的方式排布，多孔膜管的中心至隔板的中西的距离与多孔膜管的中心至隔板的外周的距离为相同。

多孔膜管的固定方式为：将多孔膜管夹在隔板和下端盖之间，并且在多孔膜管与隔板和下端盖之间的接触位置设置密封垫和/或密封圈，使得多孔膜管与隔板和下端盖之间形成类似过盈配合的效果，从而将多孔膜管固定在隔板和下端盖之间。

(2)中空筒体分为两个子筒体，其中，旋流段和浮油分离段采用有机玻璃制成的两端密封的有机玻璃子筒体，在有机玻璃子筒体的顶端开设排气口，在有机玻璃子筒体的底部与多孔膜管的中空空间相应的位置开设开口；出水段为采用不锈钢制备的底端密封，顶部开放的不锈钢子筒体。有机玻璃子筒体下端和不锈钢子筒体的上端各自设置能相互配合的法兰盘，通过螺栓将有机玻璃子筒体和不锈钢子筒体连接在一起，在结合部处设置橡胶密封垫。

(3)中空筒体的内部空间等直径，为150mm。中空筒体的内部空间的高度为100mm，其中，以中空筒体的底端外周为基准，出水段：旋流段：浮油分离段：中空筒体的高度的比值为0.3：0.6：0.1：1，切向进水口(两个切向进水口等高、对称且沿相同的螺旋方向设置)的高度：中空筒体的高度的比值为0.85：1，絮凝剂切向入口与切向进水口为等高，且沿相同的螺旋方向设置；以中空筒体的底端外周为基准，进气口的高度与中空筒体的高度的比值为0.2：1。

(4)螺旋导流片为一条连续的螺旋条，升角为15°。

(5)采用的消泡元件和第二消泡元件为消泡丝网。

(6)气相空间的容积为浮油分离段的容积的45％。

本实施例的具体操作流程如下。

关闭出水管路上的截止阀，使得出水口C3处于闭合状态。将含油污水通过进水管路送入切向进水口B2，并接着进入中空筒体D的旋流段B中(含油污水的进水速度为300mL/min)，同时通过絮凝剂切向入口B4向中空筒体D的旋流段B中送入絮凝剂(聚合氯化铝，用量为200mg/L，以质量浓度为2％的水溶液的形式使用)。

絮凝剂与污水旋流段中混合，在螺旋导流片B3的导流作用下，形成旋流，并沿重力场向下流动。旋流达到旋流段B底部时，开启进气管路上的截止阀，使得进气口C2处于开启状态，向出水段的储水空间中通入气体(为空气，空气的通入速度为0.3L/min)，当储水空间中的气体压力大于多孔膜管E的中空空间中的水压力时，气体通过多孔膜管E的管壁上的微孔进入中空空间中，形成微细气泡，并逆重力场方向向上运动。

处理过程中产生的密度小于水的杂质颗粒(即，油气泡沫)持续上升，直至上升至旋流段的顶部，并通过集油罩A1的溢油口A2进入浮油分离段A中，油气泡沫在浮油分离段A中继续上升，达到消泡元件A5，在消泡元件A5的作用下，泡沫发生破裂，分离成为气相物流和液相物流，气相物流通过排气口A4排出，经脱液处理或者不经脱液处理后循环使用。液相物流回落至集油罩，并在累积到一定量之后，通过排油口A3排出，在通过排油口A排出之前，通过第二消泡元件A6的作用，可以进一步消除其中的气泡。

污水处理完成后，经处理的净水处于多孔膜管的下部，此时关闭进气管路上的截止阀，从而使得进气口处于闭合状态，开启出水管路上的截止阀并开启真空蠕动泵，出水段C的储水空间的压力之间逐渐变为负压，经处理的净水通过多孔膜管E管壁上的微孔进入储水空间中，并通过排水口C3排出污水处理装置，在实现净水排放的同时，对多孔膜管E进行反冲洗。

含油污水、以及经处理的净水的含油量以及从排油口排出的油相物流中的水含量为表2中列出。

实施例7

本实施例采用图1和图2示出的污水处理装置对含有污水进行处理。

(1)采用的多孔膜管(购自江苏久吾高科技股份有限公司)为陶瓷微孔膜管，管壁上的孔隙率为39％，平均孔径为0.1μm，多孔膜管的内径为8mm，外径为12mm，多孔膜管的数量为4个。

在出水段中的排列方式为：以隔板的中心为中心，多孔膜管以中心对称的方式排布，多孔膜管的中心至隔板的中西的距离与多孔膜管的中心至隔板的外周的距离为相同。

多孔膜管的固定方式为：将多孔膜管夹在隔板和下端盖之间，并且在多孔膜管与隔板和下端盖之间的接触位置设置密封垫和/或密封圈，使得多孔膜管与隔板和下端盖之间形成类似过盈配合的效果，从而将多孔膜管固定在隔板和下端盖之间。

(2)中空筒体分为两个子筒体，其中，旋流段和浮油分离段采用有机玻璃制成的两端密封的有机玻璃子筒体，在有机玻璃子筒体的顶端开设排气口，在有机玻璃子筒体的底部与多孔膜管的中空空间相应的位置开设开口；出水段为采用不锈钢制备的底端密封，顶部开放的不锈钢子筒体。有机玻璃子筒体下端和不锈钢子筒体的上端各自设置能相互配合的法兰盘，通过螺栓将有机玻璃子筒体和不锈钢子筒体连接在一起，在结合部处设置橡胶密封垫。

(3)中空筒体的内部空间等直径，为150mm。中空筒体的高度为100mm，其中，以中空筒体的底端外周为基准，出水段：旋流段：浮油分离段：中空筒体的高度的比值为0.15：0.75：0.1：1，切向进水口(两个切向进水口等高、对称且沿相同的螺旋方向设置)的高度：中空筒体的高度的比值为0.85：1，絮凝剂切向入口与切向进水口为等高，且沿相同的螺旋方向设置；以中空筒体的底端外周为基准，进气口的高度与中空筒体的高度的比值为0.15：1。

(4)螺旋导流片为一条连续的螺旋条，升角为25°。

(5)采用的消泡元件和第二消泡元件为消泡丝网。

(6)气相空间的容积为浮油分离段的容积的30％。

本实施例的具体操作流程如下。

关闭出水管路上的截止阀，使得出水口C3处于闭合状态。将含油污水通过进水管路送入切向进水口B2，并接着进入中空筒体D的旋流段B中(含油污水的进水速度为400mL/min)，同时通过絮凝剂切向入口B4向中空筒体D的旋流段B中送入絮凝剂(聚合氯化铝，用量为200mg/L，以质量浓度为0.2％的水溶液的形式使用)。

絮凝剂与污水旋流段中混合，在螺旋导流片B3的导流作用下，形成旋流，并沿重力场向下流动。旋流达到旋流段B底部时，开启进气管路上的截止阀，使得进气口C2处于开启状态，向出水段的储水空间中通入气体(为空气，空气的通入速度为0.2L/min)，当储水空间中的气体压力大于多孔膜管E的中空空间中的水压力时，气体通过多孔膜管E的管壁上的微孔进入中空空间中，形成微细气泡，并逆重力场方向向上运动。

处理过程中产生的密度小于水的杂质颗粒(即，油气泡沫)持续上升，直至上升至旋流段的顶部，并通过集油罩A1的溢油口A2进入浮油分离段A中，油气泡沫在浮油分离段A中继续上升，达到消泡元件A5，在消泡元件A5的作用下，泡沫发生破裂，分离成为气相物流和液相物流，气相物流通过排气口A4排出，经脱液处理或者不经脱液处理后循环使用。液相物流回落至集油罩，并在累积到一定量之后，通过排油口A3排出，在通过排油口A排出之前，通过第二消泡元件A6的作用，可以进一步消除其中的气泡。

污水处理完成后，经处理的净水处于多孔膜管的下部，此时关闭进气管路上的截止阀，从而使得进气口处于闭合状态，开启出水管路上的截止阀并开启真空蠕动泵，出水段C的储水空间的压力之间逐渐变为负压，经处理的净水通过多孔膜管E管壁上的微孔进入储水空间中，并通过排水口C3排出污水处理装置，在实现净水排放的同时，对多孔膜管E进行反冲洗。

含油污水、以及经处理的净水的含油量以及从排油口排出的油相物流中的水含量为表2中列出。

表2

编号	含油污水的油含量(mg/L)	经处理的净水的油含量(mg/L)	除油效率(％)
				实施例6	150.0	10.2	93.2
实施例7	150.0	15.7	89.5

实施例1-7的结果证实，采用本发明的污水处理装置对污水、特别是含油污水进行处理，能获得明显提高的除油效率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (36)

1.一种污水处理装置，该装置包括具有上端盖和下端盖的中空筒体，所述上端盖和所述下端盖分别将所述中空筒体的顶端和底端密封，所述中空筒体的内部空间包括浮油分离段、旋流段、气泡发生和过滤单元、以及出水段，所述浮油分离段包括设置在上端盖上的排气口、设置在浮油分离段底部的集油罩、设置在集油罩上的溢油口、设置在集油罩和排气口之间的消泡元件、以及靠近集油罩底部设置的排油口；所述旋流段包括与中空筒体的内部侧壁相切设置的切向进水口、以及用于密封旋流段底部的隔板；所述出水段包括进气口以及出水口；所述气泡发生和过滤单元包括一个或两个以上多孔膜管；

所述浮油分离段的底部与所述旋流段的顶部通过所述集油罩邻接，所述旋流段的底部与所述出水段的顶部通过所述隔板邻接；所述气泡发生和过滤单元设置在所述旋流段内和/或所述出水段内；

位于所述旋流段内的气泡发生和过滤单元中，所述多孔膜管固定于所述隔板并向上延伸至旋流段中，所述多孔膜管的顶部密封，所述多孔膜管的外壁与旋流段的内壁之间留有空间，所述隔板在与所述多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，将所述出水段的内部空间所述多孔膜管的中空空间连通；

位于所述出水段内的气泡发生和过滤单元中，所述多孔膜管的上下两端分别固定于所述隔板和所述下端盖，所述多孔膜管的外壁与所述出水段的内壁之间留有空间，所述隔板在与所述多孔膜管的中空空间相应的位置处具有开口，将所述多孔膜管的中空空间与所述旋流段的内部空间连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述浮油分离段还包括位于集油罩与所述上端盖之间的气相空间。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，以中空筒体的底端为基准，所述集油罩的高度与所述中空筒体的高度的比值为0.8-0.95：1。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述浮油分离段还包括设置在所述排油口附近的第二消泡元件。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，以中空筒体的底端为基准，所述切向进水口的高度与所述中空筒体的高度的比值为0.8-0.9：1。

6.根据权利要求1或5所述的装置，其中，所述切向进水口与所述集油罩的底部之间在高度上留有距离。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述旋流段包括螺旋导流片，所述螺旋导流片与切向进水口相接并沿所述旋流段的筒体内壁呈螺旋延伸。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，由所述螺旋导流片确定的螺旋线的升角为10°-30°。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，位于所述旋流段内的气泡发生和过滤单元中，多孔膜管的数量为两个以上时，多孔膜管围绕隔板的中心对称设置。

10.根据权利要求1或9所述的装置，其中，所述多孔膜管在所述旋流段内的填充密度为5-40％。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述旋流段包括絮凝剂切向入口。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，位于所述出水段内的气泡发生和过滤单元中，所述多孔膜管在所述出水段内的填充密度为1-40％。

13.根据权利要求1、9、11和12中任意一项所述的装置，其中，所述多孔膜管的管壁的孔隙率为25-50％。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述进气口设置在所述出水段的筒体上部。

15.根据权利要求1或14所述的装置，其中，所述进气口的数量为两个以上。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，两个以上进气口的高度为相同。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，两个以上进气口沿所述中空筒体的周向对称设置。

18.根据权利要求1或14所述的装置，其中，以中空筒体的底端为基准，所述进气口的高度与所述中空筒体的高度的比值为0.1-0.3：1。

19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述出水口设置在所述出水段的底部。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述出水口的数量为两个以上。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，两个以上出水口的高度为相同。

22.根据权利要求20或21所述的装置，其中，两个以上出水口沿所述中空筒体的周向对称设置。

23.一种污水处理系统，该污水处理系统包括进水单元、出水单元、进气单元、排气管路、排油管路、以及权利要求1-22中任意一项所述的污水处理装置，

所述进气单元包括气泵、进气管路、以及设置在所述进气管路上的压力表和气体截止阀，所述进气管路与所述污水处理装置的进气口相接；

出水单元包括出水泵、出水管路、以及设置在所述出水管路上的截止阀，所述出水管路与所述污水处理装置的出水口相接；

所述进水单元包括进水泵、进水管路、以及设置在所述进水管路上的流量控制阀，所述进水管路与所述污水处理装置的进水口相接；

所述排气管路包括排气管以及设置在所述排气管上的截止阀，所述排气管与所述污水处理装置的排气口相接；

所述排油管路包括排油管以及设置在所述排油管上的截止阀，所述排油管与所述污水处理装置的排油口相接。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述气泵和所述出水泵交替运行，当所述气泵运行时，所述出水泵关闭，所述进气管路上的气体截止阀开启，所述出水管路上的截止阀关闭；当所述出水泵运行时，所述气泵停止时，所述进气管路上的气体截止阀关闭，所述出水管路上的截止阀开启。

25.根据权利要求23或24所述的系统，其中，所述污水处理装置为两个以上，两个以上污水处理装置之间为并联连接、串联连接、或者并联连接和串联连接的组合。

26.根据权利要求23所述的系统，其中，该污水处理系统包括絮凝剂输入单元，所述絮凝剂输入单元包括泵、絮凝剂输送管路、以及设置在所述絮凝剂输送管路上的流量控制阀，所述絮凝剂输送管路与所述污水处理装置的絮凝剂切向入口相接。

27.一种污水处理方法，该方法在权利要求23-26中任意一项所述的污水处理系统中进行，包括将污水通过切向进水口送入旋流段中，同时开启气泵和进气管路上的气体截止阀，关闭出水泵以及出水管路上的截止阀，所述排气管上的截止阀以及排油管上的截止阀，向污水处理装置中通入气体并将分离出的气相物流和油相物流排出污水处理装置；处理完成后，关闭气泵和进气管路上的气体截止阀，开启出水泵以及出水管路上的截止阀，将经过处理的水排出污水处理装置。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，该方法包括将污水以及絮凝剂分别通过切向进水口和絮凝剂切向入口送入旋流段中。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述絮凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、聚合硫酸铝铁和聚合氯化铁中的一种或两种以上。

30.根据权利要求28或29所述的方法，其中，以污水的总量为基准，所述絮凝剂的用量为100-500mg/L。

31.根据权利要求27或28所述的方法，其中，所述污水的进水速度为100-600mL/min。

32.根据权利要求27所述的方法，其中，所述气体的通入速度为0.1-0.4L/min。

33.根据权利要求27或32所述的方法，其中，所述气体为氧气、氮气、臭氧、零族气体中的一种或两种以上的组合。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述气体为空气。

35.根据权利要求27-29和32中任意一项所述的方法，其中，所述污水为含油污水。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述含油污水的含油量为100-500mg/L。

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