CN112174420B - 一种污水处理絮凝设备及其絮凝方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理絮凝设备及其絮凝方法，属于污水处理设备。包括支架、污水管道、絮凝机构三部分。其中，絮凝机构包括主管道、通过轴承套装在主管道上的中空滚筒，固定安装在滚筒内的磁性件，以及与中空滚筒通过皮带连接的驱动组件。本发明通过混合组件中的转子自旋转，实现污水与磁性絮凝剂的快速混合，将絮凝剂均匀分布在污水中；然后通过驱动组件带动磁性件在主管道外部转动，形成以预定速度旋转的螺旋磁场；在螺旋磁场作用下，磁性絮凝颗粒在磁性作用下做螺旋运动，提高絮凝剂与悬浮物胶体或者分散之间的相互碰撞几率，并逐渐吸附污水中的固体颗粒，形成大体积的絮凝团，提高絮凝速度。

Description

一种污水处理絮凝设备及其絮凝方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，尤其是一种污水处理絮凝设备及其絮凝方法。

背景技术

污水的絮凝处理是颗粒物在水中作絮凝沉淀的过程。絮凝是指在水中投加混凝剂后，其中悬浮物的胶体及分散颗粒在分子力的相互作用下生成絮状体且在沉降过程中它们互相碰撞凝聚，其尺寸和质量不断变大，沉速不断增加，达到固-液分离的目的。

为了提高絮凝速率，因此在絮凝池中安装搅拌机构，通过搅拌机构对污水进行搅拌，提高絮凝剂与悬浮物胶体或者分散之间的相互碰撞几率。但是上述方法对搅拌速率的要求较高，若搅拌速率过低，则到不到提高絮凝速率的效果，若搅拌速率过大，则会将已经絮凝成团的絮凝物重新打碎，降低絮凝处理效果。

发明内容

发明目的：提供一种污水处理絮凝设备及其絮凝方法，以解决背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一种污水处理絮凝设备及其絮凝方法，包括：支架、污水管道、絮凝机构三部分。

其中，污水管道包括架设在所述支架上的主管道，与所述主管道一端通过法兰连接的污水进水管，设置在所述主管道上部的磁性絮凝剂加注管，与所述主管道的另一端相连接的出水管，以及安装在所述主管道与磁性絮凝剂加注管连接处的混合组件；

絮凝机构，包括通过轴承套装在所述主管道上的第一转盘和第二转盘，固定安装在所述第一转盘和第二转盘之间的中空滚筒，固定安装在所述滚筒内的磁性件，以及与所述第一转盘通过皮带连接的驱动组件。

在进一步的实施例中，所述混合组件包括：管径逐渐减小、截面形状为梯形的头部，管径逐渐变大、截面形状为梯形的尾部，连接所述头部与尾部的连接部，以及放置在所述连接部上的转子件。

在进一步的实施例中，所述转子件为活动安装在所述连接部、呈螺旋形的搅拌叶。

在进一步的实施例中，所述搅拌叶两端套装有滚动轴承，滚动轴承固定安装在所述连接部；在污水冲击下，搅拌叶沿着连接部中轴线旋转。

在进一步的实施例中，所述磁性件为内嵌有螺旋分布的磁铁的转环；且所述磁铁的极性朝向相同。

在进一步的实施例中，所述磁铁为钕铁硼磁铁、铁铬钴磁铁、铝镍钴磁铁或电磁铁中的一种。

在进一步的实施例中，所述驱动组件包括：驱动电机，通过齿轮组与所述驱动电机传动连接的减速器，固定安装在所述减速器输出轴上的主动轮，以及与所述主动轮通过皮带传动连接、且固定安装在所述第一转盘上的从动轮。

在进一步的实施例中，所述出水管的尾部连接有絮凝沉淀腔，在所述絮凝沉淀腔底部有絮凝物排出口，在所述絮凝沉淀腔顶部安装有清水排出口，且在所述清水排出口上安装有过滤筛网。

本发明还提供一种的污水处理絮凝设备的絮凝方法，包括如下步骤：

步骤1、将污水通过污水泵以预定流量导入污水进水管内，将磁性絮凝剂通过加料泵以预定流量添加至磁性絮凝剂加注管，形成混合污水；其中，磁性絮凝剂与污水的流量比为0.01～0.5%；

步骤2、当混合污水进入混合组件时，当混合污水从头部进入连接部时，由于管径变小，混合污水由于管壁的阻尼作用，形成湍流，加快磁性絮凝剂与污水的混合；然后当混合污水进入连接部时，当混合污水冲击下，搅拌叶沿着连接部中轴线自发的进行旋转，进而带动混合污水形成自旋，进一步加快磁性絮凝剂与污水的混合；最后当混合污水从连接部进入尾部时，由于管径变大，突然释压，混合污水由于空气泡溃灭以及水力破碎等作用，进一步加快磁性絮凝剂与污水的混合；以此实现污水与磁性絮凝剂的快速混合，将絮凝剂均匀分布在污水中；

步骤3、当混合污水进入主管道后，磁性絮凝剂吸附污水中的固体颗粒形成磁性絮凝颗粒，由于颗粒较小，在混合污水中保持悬浮状态，并以预定速率向前流动；此时驱动电机通过传动组件带动转盘以预定方向和预定速度沿着主管道进行转动，进而带动滚筒、磁性件在主管道外部转动，形成以预定速度旋转的螺旋磁场；

步骤4、由于磁性絮凝颗粒在螺旋磁场作用下，磁性絮凝颗粒在磁性作用下做螺旋运动，提高磁性絮凝颗粒与固体颗粒的碰撞几率，并逐渐吸附污水中的固体颗粒，形成大体积的絮凝团；并通过调控螺旋磁场的旋转速率，保证磁性絮凝颗粒与主管道管壁之间留有预定距离，避免磁性颗粒吸附在主管道管壁上；

步骤5、当混合污水进入絮凝沉淀腔内，由于絮凝团的体积较大，在重力作用下，能够在短时间内快速沉降，每隔预定时间，打开絮凝物排出口，排出大体积的絮凝团，实现固液分离。

在进一步的实施例中，所述磁性件的旋转速率满足如下公式：

其中，n为磁性件的转速；

为磁场与导磁材料作用面处的磁感应强度，单位为T；

为磁场与导磁材料作用面处的磁场强度，单位为A/m；

为磁场与导磁材料作用面的面积，单位为

；R为主管道半径，h为磁性絮凝颗粒与主管道中轴线的距离；θ为旋转角；m为磁性絮凝颗粒的最大质量，即在通过肉眼发生明显的沉降现象时，磁性絮凝颗粒的质量。

有益效果：本发明涉及一种污水处理絮凝设备及其絮凝方法，通过混合组件中的转子自旋转，实现污水与磁性絮凝剂的快速混合，将絮凝剂均匀分布在污水中；然后通过驱动组件带动磁性件在主管道外部转动，形成以预定速度旋转的螺旋磁场；在螺旋磁场作用下，磁性絮凝颗粒在磁性作用下做螺旋运动，提高絮凝剂与悬浮物胶体或者分散之间的相互碰撞几率，并逐渐吸附污水中的固体颗粒，形成大体积的絮凝团，提高絮凝速度；解决了现有技术中自然絮凝设备中絮凝速率过慢，搅拌絮凝设备中絮凝处理效果较差问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图一。

图2是本发明的结构示意图二。

图3是本发明中混合组件的结构示意图。

图4是本发明中转子件的结构示意图。

图5是本发明中磁性件的结构示意图。

附图标记为：支架1、主管道2、污水进水管3、磁性絮凝剂加注管4、出水管5、混合组件6、第一转盘7、第二转盘8、中空滚筒9、磁性件10、驱动组件11、絮凝沉淀腔12、絮凝物排出口13、清水排出口14、头部61、尾部62、连接部63、转子件64、搅拌叶64a、滚动轴承64b、转环91、磁铁92。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

参照附图1至5，一种污水处理絮凝设备及其絮凝方法，包括：支架1、主管道2、污水进水管3、磁性絮凝剂加注管4、出水管5、混合组件6、第一转盘7、第二转盘8、中空滚筒9、磁性件10、驱动组件11、絮凝沉淀腔12、絮凝物排出口13、清水排出口14、头部61、尾部62、连接部63、转子件64、搅拌叶64a、滚动轴承64b、从动轮71、转环91、磁铁92。

污水管道包括支架1、主管道2、污水进水管3、磁性絮凝剂加注管4、出水管5、混合组件6。其中，主管道2采用非磁性材料制成，架设在左右两侧的支架1上，在所述主管道2一端通过法兰连接由于污水进水管3，通过污水泵导入以预定速率导入污水；在所述主管道2上部设置有磁性絮凝剂加注管4，通过加料泵导入以预定速率导入磁性絮凝剂；在所述主管道2另一端连接有出水管5，混合组件6安装在所述主管道2与磁性絮凝剂加注管4连接处。其中，磁性絮凝剂与污水的流量比为0.01～0.5%；流量比根据具体絮凝剂的种类确定，在本公司的具体实施过程中，采用壳聚糖微球和磁性材料Fe₃O₄发生交联反应，形成具有稳定饱和磁化强度的磁性絮凝剂，其饱和磁化强度为15.47～19.56Gs；因此，磁性絮凝剂与污水的流量比为0.08～0.2%。

在进一步的实施例中，所述混合组件6包括：管径逐渐减小的、截面形状为梯形的头部61，管径逐渐变大、截面形状为梯形的尾部62，连接所述头部61与尾部62的连接部63，以及放置再所述连接部63上的转子件64。其中，所述转子件64为活动安装在所述连接部63，呈螺旋形的搅拌叶64a。在具体实施过程中，所述搅拌叶64a两端套装有滚动轴承64b，滚动轴承64b固定安装在所述连接部63；在污水冲击下，搅拌叶64a沿着连接部63中轴线旋转。当混合污水进入混合组件6时，当混合污水从头部61进入连接部63时，由于管径变小，混合污水由于管壁的阻尼作用，形成湍流，加快磁性絮凝剂与污水的混合；然后当混合污水进入连接部63时，当混合污水冲击下，搅拌叶64a沿着连接部63中轴线自发的进行旋转，进而带动混合污水形成自旋，进一步加快磁性絮凝剂与污水的混合；最后当混合污水从连接部63进入尾部62时，由于管径变大，突然释压，混合污水由于空气泡溃灭以及水力破碎等作用，进一步加快磁性絮凝剂与污水的混合。上述混合组件6适用于连续化操作，而且无需另外安装其他动力设备，通过改变混合组件6的形状和转子，以此实现污水与磁性絮凝剂的快速混合，将絮凝剂均匀分布在污水中。

絮凝机构包括第一转盘7、第二转盘8、中空滚筒9、磁性件10、驱动组件11。其中，在所述主管道2上通过轴承套装有第一转盘7和第二转盘8，在所述第一转盘7和第二转盘8之间通过中空滚筒9固定连接，在所述滚筒内的固定安装磁性件10，驱动组件11与所述第一转盘7通过皮带连接。其中，所述驱动组件11包括：驱动电机，通过齿轮组与所述驱动电机传动连接的减速器，固定安装在所述减速器输出轴上的主动轮，以及与所述主动轮通过皮带传动连接、且固定安装在所述第一转盘7上的从动轮71。当混合污水进入主管道2后，磁性絮凝剂吸附污水中的固体颗粒形成磁性絮凝颗粒，由于颗粒较小，在混合污水中保持悬浮状态，并以预定速率向前流动；此时驱动电机通过传动组件带动转盘以预定方向和预定速度沿着主管道2进行转动，进而带动滚筒、磁性件10在主管道2外部转动，形成以预定速度旋转的螺旋磁场；由于磁性絮凝颗粒在螺旋磁场作用下，磁性絮凝颗粒在磁性作用下做螺旋运动，提高磁性絮凝颗粒与固体颗粒的碰撞几率，并逐渐吸附污水中的固体颗粒，形成大体积的絮凝团。通过采用磁性搅拌代替传统的机械搅拌，不仅能够显著提高絮凝效率，而且可以避免出现由于搅拌速度过大，导致的絮凝团破碎的问题。

在进一步的实施例中，所述磁铁92为钕铁硼磁铁92、铁铬钴磁铁92、铝镍钴磁铁92或电磁铁92中的一种。对于本领域技术人员而言，通过工作机理很容易联想到其它磁性材料，在此不做一一列举。

在实际实施过程中，当磁性件10磁力过强，或者搅拌速率过慢，会导致大量磁性絮凝团粘附在管道内壁，需要定期通过清水清洗管道内壁。因此在进一步实施过程中，所述磁性件10为内嵌有螺旋分布的磁铁92的转环91；且所述磁铁92的极性朝向相同，在圆柱形转环91上的螺旋角为12～30°，其具体角度与磁铁92的场强、磁性件10旋转的速度和磁性絮凝剂的饱和磁化强度有关，通过数学建模、推导和实验研究，优选旋转角为12～30°。由于旋转角的存在，磁性絮凝颗粒仍受到一个纵向分力，减少或增加磁性颗粒通过主管道2的时间。并通过配合螺旋磁场的旋转速率，保证磁性絮凝颗粒与主管道2管壁之间留有预定距离，避免磁性颗粒吸附在主管道2管壁上，减小清洗频率。

在进一步实施过程中，所述出水管5的尾部62连接有絮凝沉淀腔12，在所述絮凝沉淀腔12底部有絮凝物排出口13，在所述絮凝沉淀腔12顶部安装有清水排出口14，且在所述清水排出口14上安装有过滤筛网。当混合污水进入絮凝沉淀腔12内，由于絮凝团的体积较大，在重力作用下，能够在短时间内快速沉降，每隔预定时间，打开絮凝物排出口13，排出大体积的絮凝团，实现固液分离。

为了方便理解污水处理絮凝设备的技术方案，对其工作原理做出简要说明：将污水通过污水泵以预定流量导入污水进水管3内，将磁性絮凝剂通过加料泵以预定流量添加至磁性絮凝剂加注管4，形成混合污水；其中，磁性絮凝剂与污水的流量比为0.01～0.5%；当混合污水进入混合组件6时，当混合污水从头部61进入连接部63时，由于管径变小，混合污水由于管壁的阻尼作用，形成湍流，加快磁性絮凝剂与污水的混合；然后当混合污水进入连接部63时，当混合污水冲击下，搅拌叶64a沿着连接部63中轴线自发的进行旋转，进而带动混合污水形成自旋，进一步加快磁性絮凝剂与污水的混合；最后当混合污水从连接部63进入尾部62时，由于管径变大，突然释压，混合污水由于空气泡溃灭以及水力破碎等作用，进一步加快磁性絮凝剂与污水的混合；以此实现污水与磁性絮凝剂的快速混合，将絮凝剂均匀分布在污水中；当混合污水进入主管道2后，磁性絮凝剂吸附污水中的固体颗粒形成磁性絮凝颗粒，由于颗粒较小，在混合污水中保持悬浮状态，并以预定速率向前流动；此时驱动电机通过传动组件带动转盘以预定方向和预定速度沿着主管道2进行转动，进而带动滚筒、磁性件10在主管道2外部转动，形成以预定速度旋转的螺旋磁场；由于磁性絮凝颗粒在螺旋磁场作用下，磁性絮凝颗粒在磁性作用下做螺旋运动，提高磁性絮凝颗粒与固体颗粒的碰撞几率，并逐渐吸附污水中的固体颗粒，形成大体积的絮凝团；并通过调控螺旋磁场的旋转速率，保证磁性絮凝颗粒与主管道2管壁之间留有预定距离，避免磁性颗粒吸附在主管道2管壁上；当混合污水进入絮凝沉淀腔12内，由于絮凝团的体积较大，在重力作用下，能够在短时间内快速沉降，每隔预定时间，打开絮凝物排出口13，排出大体积的絮凝团，实现固液分离。

在进一步是实施过程中，并通过调控螺旋磁场的旋转速率，保证磁性絮凝颗粒与主管道2管壁之间留有预定距离，避免磁性颗粒吸附在主管道2管壁上。所述数学建模、推导过程如下：

由于磁性絮凝颗粒处于悬浮状态，因此近似认为磁性絮凝颗粒的浮力与重力相平衡，因此磁性絮凝颗粒的所受到合力即为磁性颗粒所收到的磁场力，具体为:

其中，

为磁场与导磁材料作用面处的磁感应强度，单位为T；

为磁场与导磁材料作用面处的磁场强度，单位为A/m；

为磁场与导磁材料作用面的面积，单位为

；

为真空磁导率，

为磁介质相对磁导率，且

。

其在磁性絮凝颗在水平面上近似做类螺旋运动，因此有：

其中，m为磁性絮凝颗粒的最大质量，即在通过肉眼发生明显的沉降现象时，磁性絮凝颗粒的质量；可通过粒径仪测试出磁性絮凝颗粒的最大半径，通过密度公式以此求出m，由于磁性絮凝颗粒处于悬浮状态，其密度可近似为1000kg/

；n为磁性件的转速；R为主管道半径；θ为旋转角；h为磁性絮凝颗粒与主管道2中轴线的距离。

即磁性件的旋转的转速优选为：

其中，

为磁场与导磁材料作用面处的磁感应强度，单位为T；

为磁场与导磁材料作用面处的磁场强度，单位为A/m；

为磁场与导磁材料作用面的面积，单位为

；R为主管道半径，h为磁性絮凝颗粒与主管道2中轴线的距离；θ为旋转角；m为磁性絮凝颗粒的最大质量，即在通过肉眼发生明显的沉降现象时，磁性絮凝颗粒的质量。

当通过调控螺旋磁场的旋转速率满足上述条件时，磁性絮凝颗粒与主管道2管壁之间留有一定距离，可以减少磁性颗粒吸附在主管道2管壁上。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种污水处理絮凝设备，其特征在于，包括：

支架；

污水管道，包括架设在所述支架上的主管道，与所述主管道一端通过法兰连接的污水进水管，设置在所述主管道上部的磁性絮凝剂加注管，与所述主管道另一端相连接的出水管，以及安装在所述主管道与磁性絮凝剂加注管连接处的混合组件；所述混合组件包括：管径逐渐减小、截面形状为梯形的头部，管径逐渐变大、截面形状为梯形的尾部，连接所述头部与尾部的连接部，以及放置在所述连接部上的转子件；所述转子件为活动安装在所述连接部、呈螺旋形的搅拌叶；

絮凝机构，包括通过轴承套装在所述主管道上的第一转盘和第二转盘，固定安装在所述第一转盘和第二转盘之间的中空滚筒，固定安装在所述滚筒内的磁性件，以及与所述第一转盘通过皮带连接的驱动组件；所述磁性件为内嵌有螺旋分布的磁铁的转环；且所述磁铁的极性朝向相同；

所述磁性件的旋转速率满足如下公式：

其中，n为磁性件的转速；B为磁场与导磁材料作用面处的磁感应强度，单位为T；H为磁场与导磁材料作用面处的磁场强度，单位为A/m；S为磁场与导磁材料作用面的面积，单位为m²；R为主管道半径，h为磁性絮凝颗粒与主管道中轴线的距离；θ为旋转角；m为磁性絮凝颗粒的最大质量，即在通过肉眼发生明显的沉降现象时，磁性絮凝颗粒的质量。

2.根据权利要求1所述的污水处理絮凝设备，其特征在于，所述搅拌叶两端套装有滚动轴承，滚动轴承固定安装在所述连接部；在污水冲击下，搅拌叶沿着连接部中轴线旋转。

3.根据权利要求2所述的污水处理絮凝设备，其特征在于，所述磁铁为钕铁硼磁铁、铁铬钴磁铁、铝镍钴磁铁或电磁铁中的一种。

4.根据权利要求3所述的污水处理絮凝设备，其特征在于，所述驱动组件包括：驱动电机，通过齿轮组与所述驱动电机传动连接的减速器，固定安装在所述减速器输出轴上的主动轮，以及与所述主动轮通过皮带传动连接、且固定安装在所述第一转盘上的从动轮。

5.根据权利要求4所述的污水处理絮凝设备，其特征在于，所述出水管的尾部连接有絮凝沉淀腔，在所述絮凝沉淀腔底部有絮凝物排出口，在所述絮凝沉淀腔顶部安装有清水排出口，且在所述清水排出口上安装有过滤筛网。

6.一种基于权利要求5所述的污水处理絮凝设备的絮凝方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将污水通过污水泵以预定流量导入污水进水管内，将磁性絮凝剂通过加料泵以预定流量添加至磁性絮凝剂加注管，形成混合污水；其中，磁性絮凝剂与污水的流量比为0.01～0.5%；

步骤2、当混合污水进入混合组件时，当混合污水从头部进入连接部时，由于管径变小，混合污水由于管壁的阻尼作用，形成湍流，加快磁性絮凝剂与污水的混合；然后当混合污水进入连接部时，当混合污水冲击下，搅拌叶沿着连接部中轴线自发的进行旋转，进而带动混合污水形成自旋，进一步加快磁性絮凝剂与污水的混合；最后当混合污水从连接部进入尾部时，由于管径变大，突然释压，混合污水由于空气泡溃灭以及水力破碎作用，进一步加快磁性絮凝剂与污水的混合；以此实现污水与磁性絮凝剂的快速混合，将絮凝剂均匀分布在污水中；

步骤3、当混合污水进入主管道后，磁性絮凝剂吸附污水中的固体颗粒形成磁性絮凝颗粒，由于颗粒较小，在混合污水中保持悬浮状态，并以预定速率向前流动；此时驱动电机通过传动组件带动转盘以预定方向和预定速度沿着主管道进行转动，进而带动滚筒、磁性件在主管道外部转动，形成以预定速度旋转的螺旋磁场；

步骤4、由于磁性絮凝颗粒在螺旋磁场作用下，磁性絮凝颗粒在磁性作用下做螺旋运动，提高磁性絮凝颗粒与固体颗粒的碰撞几率，并逐渐吸附污水中的固体颗粒，形成大体积的絮凝团；并通过调控螺旋磁场的旋转速率，保证磁性絮凝颗粒与主管道管壁之间留有预定距离，避免磁性颗粒吸附在主管道管壁上；

步骤5、当混合污水进入絮凝沉淀腔内，由于絮凝团的体积较大，在重力作用下，能够在短时间内快速沉降，每隔预定时间，打开絮凝物排出口，排出大体积的絮凝团，实现固液分离。

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