CN110563299B - 船载式藻水分离及尾水处理装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

船载式藻水分离及尾水处理装置，包括均设置在作业船的甲板上的吸污泵、旋流分离器、泥沙收集箱、液压振动筛、挤压式螺旋提升机、藻泥收集箱、沉淀箱和清水箱。本发明采用物理方法进行藻水分离及尾水处理，并采用分级分离的方法，基于旋流分离器和可调频、调幅的液压驱动偏心振动装置和沉淀箱，分别使大颗粒泥沙、藻类和细粒度泥沙分别得到分离，且可调频、调幅的液压振动筛对不同浓度及含量的藻泥混合物具有良好的工况适应性。本发明涉及的藻水分离及尾水处理过程环保，符合生态藻水分离的要求，具有作业效率高、环保节能、安全可靠的优点，且避免了化学絮凝剂对水质的二次污染，对保证渠道水体质量和输水安全具有重大意义。

Description

船载式藻水分离及尾水处理装置及其工作方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种船载式藻水分离及尾水处理装置及其工作方法，适用于渠道、河流、内陆湖泊以及景观水体等水域。

背景技术

随着社会工业化进程的加快，人类在生产以及日常生活中，向水体中排入大量含氮、磷的污染物，加速了湖泊、水库等缓流水体的富营养化进程，从而造成藻类滋生，引发“水华”现象频频暴发，严重破坏了水体的生态平衡，危害人类和其他生物的安全。藻类滋生一方面使水体透明度下降，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态，对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。另一方面，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类；另外，藻类大量繁殖形成的次生物质导致水中产生臭味，增加水的腐蚀性，在夏季高水温情况下，容易导致管网产生“黄水”。

另外，对于采用渠道方式进行的重大调水工程，渠道边坡上除滋生藻类外，还会附着大量的泥污，形成藻泥混合物。渠道边坡处藻类的滋生和泥污沉积严重影响了水体质量，水体中的藻类不但能导致水体腥臭和发绿发黑，大多数湖泊和水塘的臭味由藻类死亡以及水体缺氧产生的硫化氢、硫、氨等物质引起，死亡的藻体沉积在边坡上严重影响了水体质量，更严重的是可以产生藻毒素等有害物质，对沿线水厂的处理工艺造成冲击，增加供水成本。因此清理边坡上的藻泥混合物，提高水体输送质量，减轻水厂处理难度，成为急需解决的技术问题，具有重要的生态和环境意义。

目前，国内外边坡藻泥清除技术中，为避免对水质产生二次污染问题，常采用物理清除方法，主要包括手工清理、机械摩擦式清理和水下空化射流清洗等方法。藻泥混合物被清除后，为避免对水体的二次污染，需对藻水混合物进行分离，并及时将分离的藻泥进行转运，另外，对分离的尾水进行净化处理，以满足水质达标排放标准。

目前，常用的藻水分离方法有气浮法和絮凝沉淀法等，这些方法均需在水体中加入化学絮凝剂，因此，对尾水存在二次污染问题，从而增加了尾水的处理难度和处理成本。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种在线实时进行藻水物理分离、对水体不会有二次污染的船载式藻水分离及尾水处理装置，该装置为基于可调频、调幅的液压振动技术开发高效的船载式藻水分离及尾水处理装置及其工作方法，可以实现藻水分离及边坡绿化喷洒灌溉等多种功能，整个藻水分离及尾水处理环保且作业效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：船载式藻水分离及尾水处理装置，包括均设置在作业船的甲板上的吸污泵、旋流分离器、泥沙收集箱、液压振动筛、挤压式螺旋提升机、藻泥收集箱、沉淀箱和清水箱；

吸污泵的进水口连接吸污管道，吸污泵的出水口通过排污管与旋流分离器侧部切向方向的进水口连接；旋流分离器底部的出水口与泥沙收集箱顶部连接，旋流分离器顶部通过溢流管与液压振动筛的进水口连接；

液压振动筛分离出来的清水在中间底部与沉淀箱侧部的进水口连接，沉淀箱的出水口与清水箱的进水口连接；液压振动筛分离出来的藻泥在后侧底部设置有出藻口，出藻口与挤压式螺旋提升机的进料口连接，挤压式螺旋提升机的出料口与藻泥收集箱顶部的进料口连接。

液压振动筛包括支架、筛框、激振弹簧、筛网、筛盖和液压偏心振动装置，筛框的外侧部设置有四个呈矩形顶点布置的支座，支座位于支架上方，支座与支架之间均设置有一根所述的激振弹簧，筛网平铺在筛框内中部，筛盖通过手动卡扣件可拆卸连接在筛框顶部，液压振动筛的进水口设置在筛盖的前侧部，液压偏心振动装置设置有两个，两个液压偏心振动装置设置在筛框底部的左右两侧；筛框底部后侧设置有与沉淀箱的尾水进口连接的排水口。

作业船的甲板上设置有液压系统，吸污泵的动力输入端传动连接有柱塞马达，螺旋提升机的动力输入端传动连接有提升马达，柱塞马达、提升马达和液压偏心振动装置均与液压系统传动连接，液压偏心振动装置采用液压马达通过软轴带动偏心轮驱动筛框底部产生前后方向的振动。

筛网呈前高后低倾斜布置，筛网与水平面的夹角为3-8°。

沉淀箱包括箱体，箱体内沿垂直方向平行设置有三块下隔板和两块上隔板，三块下隔板的上侧边与箱体的顶壁具有上过水通道，三块下隔板将箱体内部自前向后依次分隔为第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，两块上隔板分别设置在第二腔室和第三腔室内，上隔板的下侧边与箱体的底壁之间具有下过水通道，三个上过水通道和两个下过水通道形成折流迷宫式通道；

箱体底部设置有分别与第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室连通的排污口，所述的尾水进口设置在箱体侧部并与第一腔室连通，箱体顶部设有位于第一腔室上方的呼吸器，箱体侧部设有与第四腔体连通的通清水箱出水口和通渠道出水口，通渠道出水口的位置高于通清水箱出水口。

箱体底部在第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室内均设置有倾斜底板，每个腔室连通的排污口均位于倾斜底板的最低处。

船载式藻水分离及尾水处理装置的工作方法，包括以下步骤，

第一步，作业准备：根据藻泥混合物的藻类长度及含水量，调节液压偏心振动装置的液压马达的转速以及偏心轮的偏心距，从而调整对筛框的激振频率和振幅，以适应其工况质点，保证藻水能顺利分离；

第二步，先启动液压偏心振动装置的液压马达，液压马达通过软轴带动偏心轮驱动筛框产生振动，再启动吸污泵和提升马达，吸污管道直接抽吸从渠道或河流边坡上清除掉的含水量较高的藻泥混合物，然后通过吸污泵出水口将含水量较高的藻泥混合物注入到旋流分离器，压力流沿旋流分离器的切向方向进入，受离心沉降作用，大部分泥沙颗粒经旋流分离器的底流口排出，汇集到泥沙收集箱，而藻类及细颗粒泥沙由顶部的溢流管排至液压振动筛进水口，从而实现分级分离的目的；液压振动筛分离出的藻泥混合物通过出藻口进入挤压式螺旋提升机中，挤压式螺旋提升机具有压榨功能，能够对藻泥混合物进行二次脱水，脱出的水再回流到清水箱内，将较干燥的藻泥混合物经挤压式螺旋提升机输送至藻泥收集箱中，以便于后续对藻泥的转场处理；液压振动筛分离出的尾水进入到沉淀箱内，尾水在沉淀箱内的第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室的进一步沉淀处理后，沉淀物由排污口排出，清水由通清水箱出水口进入到清水箱内，清水箱内的清水由给高压水泵抽出，以用于空化射流清洗装置清除边坡上的藻泥混合物，沉淀箱内溢出部分由通渠道出水口直接排放至渠道或河流中。

第三步，在作业过程中，作业船在渠道内低速行进，空化射流清洗装置对边坡上附着的藻泥清除、吸污泵吸污、藻水分离、边坡绿化喷洒、分离出的藻泥提升并收集一系列作业过程的连续运行；

第四步，卸料：藻泥收集箱装满藻泥后，作业船开到规定藻泥收集地点，将藻泥卸除，并清除泥沙收集箱和沉淀箱的泥沙，然后回到作业地点，重复第二步和第三步的循环作业过程。

采用上述技术方案，整体来讲：吸污泵用于将含水量较高的藻泥混合物从渠道或河流中抽到船作业平台上，并以一定压力流经旋流分离器，受离心沉降作用，大部分泥沙颗粒经旋流分离器的底流口排出，汇集到泥沙收集箱，而藻类及细颗粒泥沙由溢流管排至液压振动筛的进水口。液压振动筛在液压偏心振动装置的作用下，产生高频振动，经高目数筛网实现藻泥混合物和水的分离，藻泥混合物进入挤压式螺旋提升机中，经挤压式螺旋提升机压榨二次脱水后，将较干燥的藻泥混合物提升输送至藻泥收集箱中。液压振动筛分离后的尾水中含有极细的泥沙颗粒，排至沉淀箱，经沉淀处理后，出水水质达标排放标准，从而实现分级分离的目的。处理后的尾水一部分进入清水箱，给高压水泵供水，以用于空化射流清洗装置清除边坡上的藻泥混合物，溢出部分直接排放至渠道或河流中。

本发明安装在作业船上，构成船载式藻水分离及尾水处理装置。通过作业船的柴油机PTO动力口驱动液压系统，给整套藻水分离及尾水处理装置提供液压油源，驱动吸污泵、螺旋提升机和液压振动筛等各工作装置。

吸污泵进水口连接吸污管道，直接抽吸从渠道或河流边坡上清除掉的含水量较高的藻泥混合物，然后通过吸污泵出水口将含水量较高的藻泥混合物抽到船作业平台上，并以一定压力流经旋流分离器，受离心沉降作用，大部分泥沙颗粒经旋流分离器的底流口排出，排入泥沙收集箱，而藻类及细颗粒泥沙由溢流管排至液压振动筛的进水口。吸污泵采用柱塞马达驱动，通过改变供给液压油流量，可以调整柱塞马达转速，从而调节吸污泵的抽水量。

旋流分离器采用离心沉降原理。当含水量较高的藻泥混合物以一定压力从旋流分离器周边切向进入旋流分离器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒与细颗粒之间存在粒度差，受离心沉降作用，大部分粗颗粒经旋流分离器底流口排出，而藻类和大部分细颗粒泥沙由溢流管排出至液压振动筛，从而实现分级分离的目的。

液压振动筛在液压动力驱动下，两个液压偏心振动装置进行激振，使筛框产生高频振动，使藻泥在筛网上被抛起，同时向后作直线运动，含水量较高的藻泥混合物从液压振动筛进料口均匀地进入藻水分离装置，通过高精度滤网实现藻泥混合物和水的分离。通过改变供给液压油流量，可以调节激振频率；通过调整偏心轮的偏心距，可以改变振动幅值。可调频、调幅的液压振动筛对不同浓度及含量的藻泥混合物具有良好的工况适应性。另外，筛网呈前高后低倾斜布置，筛网与水平面的夹角为3-8°，这样的设置结构也更容易使藻泥在筛网上由前向后输送。

经液压振动筛分离的藻泥混合物进入挤压式螺旋提升机中，挤压式螺旋提升机具有压榨功能，实现对藻泥混合物进行二次脱水，后将较干燥的藻泥混合物经螺旋提升机构输送至藻泥收集箱中，以便于后续对藻泥的转场处理。

经液压振动筛筛分后，分离的尾水中含有少量极细粒度的泥沙颗粒，经液压振动筛出水口排至沉淀箱，沉淀箱用迷宫式隔板分成若干个空间，以便于尾水中细颗粒泥沙充分沉淀。沉淀箱底部有排污口，沉淀箱底部有倾斜底板，使排污口处于最低位置，以便于排污。在沉淀箱最后侧布置通清水箱出水口和通渠道出水口，较低位置的通清水箱出水口通往清水箱，当清水箱内的水满后，较高位置的通渠道出水口溢出后直接通往渠道或河流。经沉淀处理后，出水水质达标排放标准，从而实现分级分离的目的。处理后的尾水一部分进入清水箱，给高压水泵供水，以用于空化射流清洗装置清除边坡上的藻泥混合物，溢出部分直接排放至渠道或河流中。呼吸器用于使沉淀箱内外保持气压平衡。

综上所述，本发明采用物理方法进行藻水分离及尾水处理，并采用分级分离的方法，基于旋流分离器和可调频、调幅的液压驱动偏心振动装置和沉淀箱，分别使大颗粒泥沙、藻类和细粒度泥沙分别得到分离，且可调频、调幅的液压振动筛对不同浓度及含量的藻泥混合物具有良好的工况适应性。本发明涉及的藻水分离及尾水处理过程环保，符合生态藻水分离的要求，具有作业效率高、环保节能、安全可靠的优点，且避免了化学絮凝剂对水质的二次污染，对保证渠道水体质量和输水安全具有重大意义。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1当中液压振动筛的立体结构示意图；

图3为图1当中沉淀箱的内部结构示意图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明的船载式藻水分离及尾水处理装置，包括均设置在作业船的甲板1上的吸污泵2、旋流分离器3、泥沙收集箱4、液压振动筛5、挤压式螺旋提升机6、藻泥收集箱7、沉淀箱8和清水箱9；

吸污泵2的进水口连接吸污管道，吸污泵2的出水口通过排污管与旋流分离器3侧部切向方向的进水口连接；旋流分离器3底部的出水口与泥沙收集箱4顶部连接，旋流分离器3顶部通过溢流管10与液压振动筛5的进水口连接；

液压振动筛5分离出来的清水在中间底部与沉淀箱8侧部的进水口连接，沉淀箱8的出水口与清水箱9的进水口连接；液压振动筛5分离出来的藻泥在后侧底部设置有出藻口11，出藻口11与挤压式螺旋提升机6的进料口连接，挤压式螺旋提升机6的出料口与藻泥收集箱7顶部的进料口连接。

液压振动筛5包括支架12、筛框13、激振弹簧14、筛网15、筛盖16和液压偏心振动装置19，筛框13的外侧部设置有四个呈矩形顶点布置的支座17，支座17位于支架12上方，支座17与支架12之间均设置有一根所述的激振弹簧14，筛网15平铺在筛框13内中部，筛盖16通过手动卡扣件18可拆卸连接在筛框13顶部，液压振动筛5的进水口设置在筛盖16的前侧部，液压偏心振动装置19设置有两个，两个液压偏心振动装置19设置在筛框13底部的左右两侧；筛框13底部后侧设置有与沉淀箱8的尾水进口21连接的排水口20。

作业船的甲板1上设置有液压系统，吸污泵2的动力输入端传动连接有柱塞马达，螺旋提升机的动力输入端传动连接有提升马达，柱塞马达、提升马达和液压偏心振动装置19均与液压系统传动连接，液压偏心振动装置19采用液压马达通过软轴带动偏心轮驱动筛框13底部产生前后方向的振动。

筛网15呈前高后低倾斜布置，筛网15与水平面的夹角为3-8°。

沉淀箱8包括箱体22，箱体22内沿垂直方向平行设置有三块下隔板23和两块上隔板24，三块下隔板23的上侧边与箱体22的顶壁具有上过水通道，三块下隔板23将箱体22内部自前向后依次分隔为第一腔室25、第二腔室26、第三腔室27和第四腔室28，两块上隔板24分别设置在第二腔室26和第三腔室27内，上隔板24的下侧边与箱体22的底壁之间具有下过水通道，三个上过水通道和两个下过水通道形成折流迷宫式通道；

箱体22底部设置有分别与第一腔室25、第二腔室26、第三腔室27和第四腔室28连通的排污口29，所述的尾水进口21设置在箱体22侧部并与第一腔室25连通，箱体22顶部设有位于第一腔室25上方的呼吸器30，箱体22侧部设有与第四腔体连通的通清水箱出水口31和通渠道出水口32，通渠道出水口32的位置高于通清水箱出水口31。

箱体22底部在第一腔室25、第二腔室26、第三腔室27和第四腔室28内均设置有倾斜底板33，每个腔室连通的排污口29均位于倾斜底板33的最低处。

船载式藻水分离及尾水处理装置的工作方法，包括以下步骤：

第一步，作业准备：根据藻泥混合物的藻类长度及含水量，调节液压偏心振动装置19的液压马达的转速以及偏心轮的偏心距，从而调整对筛框13的激振频率和振幅，以适应其工况质点，保证藻水能顺利分离；

第二步，先启动液压偏心振动装置19的液压马达，液压马达通过软轴带动偏心轮驱动筛框13产生振动，再启动吸污泵2和提升马达，吸污管道直接抽吸从渠道或河流边坡上清除掉的含水量较高的藻泥混合物，然后通过吸污泵2出水口将含水量较高的藻泥混合物注入到旋流分离器3，压力流沿旋流分离器3的切向方向进入，受离心沉降作用，大部分泥沙颗粒经旋流分离器3的底流口排出，汇集到泥沙收集箱4，而藻类及细颗粒泥沙由顶部的溢流管10排至液压振动筛5进水口，从而实现分级分离的目的；液压振动筛5分离出的藻泥混合物通过出藻口11进入挤压式螺旋提升机6中，挤压式螺旋提升机6具有压榨功能，能够对藻泥混合物进行二次脱水，脱出的水再回流到清水箱9内，将较干燥的藻泥混合物经挤压式螺旋提升机6输送至藻泥收集箱7中，以便于后续对藻泥的转场处理；液压振动筛5分离出的尾水进入到沉淀箱8内，尾水在沉淀箱8内的第一腔室25、第二腔室26、第三腔室27和第四腔室28的进一步沉淀处理后，沉淀物由排污口29排出，清水由通清水箱出水口31进入到清水箱9内，清水箱9内的清水由给高压水泵34抽出，以用于空化射流清洗装置清除边坡上的藻泥混合物，沉淀箱8内溢出部分由通渠道出水口32直接排放至渠道或河流中。

第三步，在作业过程中，作业船在渠道内低速行进，空化射流清洗装置对边坡上附着的藻泥清除、吸污泵2吸污、藻水分离、边坡绿化喷洒、分离出的藻泥提升并收集一系列作业过程的连续运行；

第四步，卸料：藻泥收集箱7装满藻泥后，作业船开到规定藻泥收集地点，将藻泥卸除，并清除泥沙收集箱4和沉淀箱8的泥沙，然后回到作业地点，重复第二步和第三步的循环作业过程。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.船载式藻水分离及尾水处理装置，其特征在于：包括均设置在作业船的甲板上的吸污泵、旋流分离器、泥沙收集箱、液压振动筛、挤压式螺旋提升机、藻泥收集箱、沉淀箱和清水箱；

吸污泵的进水口连接吸污管道，吸污泵的出水口通过排污管与旋流分离器侧部切向方向的进水口连接；旋流分离器底部的出水口与泥沙收集箱顶部连接，旋流分离器顶部通过溢流管与液压振动筛的进水口连接；

液压振动筛分离出来的清水在中间底部与沉淀箱侧部的进水口连接，沉淀箱的出水口与清水箱的进水口连接；液压振动筛分离出来的藻泥在后侧底部设置有出藻口，出藻口与挤压式螺旋提升机的进料口连接，挤压式螺旋提升机的出料口与藻泥收集箱顶部的进料口连接；

液压振动筛包括支架、筛框、激振弹簧、筛网、筛盖和液压偏心振动装置，筛框的外侧部设置有四个呈矩形顶点布置的支座，支座位于支架上方，支座与支架之间均设置有一根所述的激振弹簧，筛网平铺在筛框内中部，筛盖通过手动卡扣件可拆卸连接在筛框顶部，液压振动筛的进水口设置在筛盖的前侧部，液压偏心振动装置设置有两个，两个液压偏心振动装置设置在筛框底部的左右两侧；筛框底部后侧设置有与沉淀箱的尾水进口连接的排水口；

作业船的甲板上设置有液压系统，吸污泵的动力输入端传动连接有柱塞马达，螺旋提升机的动力输入端传动连接有提升马达，柱塞马达、提升马达和液压偏心振动装置均与液压系统传动连接，液压偏心振动装置采用液压马达通过软轴带动偏心轮驱动筛框底部产生前后方向的振动；

筛网呈前高后低倾斜布置，筛网与水平面的夹角为3-8°；

沉淀箱包括箱体，箱体内沿垂直方向平行设置有三块下隔板和两块上隔板，三块下隔板的上侧边与箱体的顶壁具有上过水通道，三块下隔板将箱体内部自前向后依次分隔为第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，两块上隔板分别设置在第二腔室和第三腔室内，上隔板的下侧边与箱体的底壁之间具有下过水通道，三个上过水通道和两个下过水通道形成折流迷宫式通道；

箱体底部设置有分别与第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室连通的排污口，所述的尾水进口设置在箱体侧部并与第一腔室连通，箱体顶部设有位于第一腔室上方的呼吸器，箱体侧部设有与第四腔体连通的通清水箱出水口和通渠道出水口，通渠道出水口的位置高于通清水箱出水口。

2.根据权利要求1所述的船载式藻水分离及尾水处理装置，其特征在于：箱体底部在第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室内均设置有倾斜底板，每个腔室连通的排污口均位于倾斜底板的最低处。

3.采用如权利要求1所述的船载式藻水分离及尾水处理装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，作业准备：根据藻泥混合物的藻类长度及含水量，调节液压偏心振动装置的液压马达的转速以及偏心轮的偏心距，从而调整对筛框的激振频率和振幅，以适应其工况质点，保证藻水能顺利分离；

第二步，先启动液压偏心振动装置的液压马达，液压马达通过软轴带动偏心轮驱动筛框产生振动，再启动吸污泵和提升马达，吸污管道直接抽吸从渠道或河流边坡上清除掉的含水量较高的藻泥混合物，然后通过吸污泵出水口将含水量较高的藻泥混合物注入到旋流分离器，压力流沿旋流分离器的切向方向进入，受离心沉降作用，大部分泥沙颗粒经旋流分离器的底流口排出，汇集到泥沙收集箱，而藻类及细颗粒泥沙由顶部的溢流管排至液压振动筛进水口，从而实现分级分离的目的；液压振动筛分离出的藻泥混合物通过出藻口进入挤压式螺旋提升机中，挤压式螺旋提升机具有压榨功能，能够对藻泥混合物进行二次脱水，脱出的水再回流到清水箱内，将较干燥的藻泥混合物经挤压式螺旋提升机输送至藻泥收集箱中，以便于后续对藻泥的转场处理；液压振动筛分离出的尾水进入到沉淀箱内，尾水在沉淀箱内的第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室的进一步沉淀处理后，沉淀物由排污口排出，清水由通清水箱出水口进入到清水箱内，清水箱内的清水由给高压水泵抽出，以用于空化射流清洗装置清除边坡上的藻泥混合物，沉淀箱内溢出部分由通渠道出水口直接排放至渠道或河流中；

第三步，在作业过程中，作业船在渠道内低速行进，空化射流清洗装置对边坡上附着的藻泥清除、吸污泵吸污、藻水分离、边坡绿化喷洒、分离出的藻泥提升并收集一系列作业过程的连续运行；

第四步，卸料：藻泥收集箱装满藻泥后，作业船开到规定藻泥收集地点，将藻泥卸除，并清除泥沙收集箱和沉淀箱的泥沙，然后回到作业地点，重复第二步和第三步的循环作业过程。