CN112811548A - 一种旋流絮凝装置及具有其的沉淀池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋流絮凝装置，包括快速混合区、旋流分层区、旋流分离区、回流导流区和搅拌导流装置，在快速混合区末端设置旋流推进装置，提供环向流为主轴向流为辅的流态动力，使得在旋流分层区能够形成较强的旋流流态；同时在旋流分层区起始段安装由旋流整流装置，使得旋流流态更加稳定；旋流分离区的锥角设计，可使得未絮凝的细小颗粒形成内旋流进入回流导流区进而在装置中继续循环反应，而已经生成较大絮凝的粗大颗粒继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终排出本装置；快速搅拌浆叶，提供了快速混合区高剪切强度搅拌的动力。本发明还公开了具有旋流絮凝装置的沉淀池。

Description

一种旋流絮凝装置及具有其的沉淀池
技术领域
本发明涉及污水处理设备技术领域，更具体的说是涉及一种旋流絮凝装置及具有其的沉淀池。
背景技术
絮凝是指使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的，这一现象或操作称作絮凝。通常絮凝的实施靠添加适当的絮凝剂，其作用是吸附微粒，在微粒间“架桥”，从而促进集聚。
目前，随着社会的发展，人们更加注重废水对于环境造成的污染问题，由此建立了不少水处理系统。在水处理系统中，混凝沉淀操作单元是整个系统的起始操作单元，也是核心操作单元，承担着系统大部分颗粒悬浮物的去除任务。絮凝又是提供沉淀效率的关键因素，絮凝生成的悬浮态颗粒粒径越大，将越有利于提高沉淀效率，保证出水水质稳定。如果生成的悬浮态颗粒粒径较小，将直接导致颗粒无法沉淀随出水排出，水质无法满足要求。
但是，现有的混凝沉淀装置存在诸多问题：一是设计简单，一味采用较小表面负荷，导致占地面积较大；二是沉淀效果不佳，现有混凝装置生成悬浮颗粒较小，不利于沉淀，导致澄清池出水浑浊无法满足要求。
因此，如何提供一种旋流絮凝装置及具有其的沉淀池是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种旋流絮凝装置及具有其的沉淀池，至少解决上述技术问题之一。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种旋流絮凝装置，包括：第一壳体、第二壳体、第三壳体和搅拌导流装置，所述第一壳体为底部开口内部中空的筒体，其内腔为快速混合区，侧壁设有切向旋流进料口，顶部设有加药口；所述第二壳体包括内筒和外筒，所述外筒固定连接于所述第一壳体的底部，且所述内筒和所述外筒之间的腔室形成旋流分层区，所述内筒内腔形成回流导流区；所述外筒和所述内筒之间的环状顶部固定安装有旋流整流器；所述第三壳体呈倒锥形体，且大头端固定连接于所述外筒的底部，小头端为出料口；所述搅拌导流装置包括搅拌电机、搅拌轴、快速搅拌桨叶和旋流推进装置，所述搅拌电机固定于所述第一壳体的顶部；所述搅拌轴与所述搅拌电机的输出轴固定连接，且贯穿所述第一壳体的顶板穿过所述快速混合区并延伸至所述回流导流区的底部；所述快速搅拌桨叶和所述旋流推进装置均固定安装于所述搅拌轴的外周，且上下位于所述快速混合区。
本发明公开的旋流絮凝装置，在快速混合区末端设置旋流推进装置，提供环向流为主轴向流为辅的流态动力，使得在旋流分层区能够形成较强的旋流流态；同时在旋流分层区起始段安装由旋流整流装置，使得旋流流态更加稳定；旋流分离区的锥角设计，可使得未絮凝的细小颗粒形成内旋流进入回流导流区进而在装置中继续循环反应，而已经生成较大絮凝的粗大颗粒继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终排出本装置；快速搅拌浆叶，提供了快速混合区高剪切强度搅拌的动力。
浆料沿切向旋流进料口进入快速混合区，与药剂混合发生絮凝反应，絮凝反应程度不一的浆液以旋流态进入旋流分层区，同时进一步发生絮凝反应，颗粒粒径进一步增大，浆液继续旋转向下流动至旋流分离区，随着浆液流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层浆料收缩压迫至下，含有大量未充分絮凝的细小颗粒的内层浆液不得不改变方向，转而向上运动，形成内旋流，自回流导流区返回快速混合区，而充分絮凝的粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终排出装置外。由回流导流区返回至快速混合区的细小颗粒浆液也会携带未充分反应的药剂，可进一步与刚进入絮凝装置浆液混合反应。
经上述循环，细小颗粒经旋流作用不断在装置内循环，而达到一定粒径的悬浮颗粒同样在旋流作用下排出装置，这样可以确保排出浆液中所含固体颗粒粒径较大，进而可以提高沉淀效率。
优选的，所述旋流分层区的中部水平设置有多个有微絮凝搅拌棒，所述微絮凝搅拌棒的两端分别与所述内筒和与所述外筒固定连接。
采取上述技术方案的有益效果是，微絮凝搅拌棒的设置，对于旋流态浆液起到轻微扰动的作用，在保证整体流态仍为旋流状态下，局部的扰动可使浆液进一步发生絮凝作用，可产生局部微絮凝，使得颗粒进一步增大。
优选的，所述微絮凝搅拌棒设置为上下两层。
采取上述技术方案的有益效果是，能够进一步使浆液发生絮凝作用。
优选的，所述搅拌轴的底端固定安装有为回流浆液提供动力的导流桨叶。
采取上述技术方案的有益效果是，回流导流区设置搅拌导流装置的导流桨叶，提供轴向流为主环向流为辅的流态动力，浆液进一步到达快速混合区时，与其区域内主流向相反，可进一步增加混凝效果。
优选的，所述快速搅拌桨叶远离所述搅拌轴的端部固定连接有扰流板。
采取上述技术方案的有益效果是，对浆液提供方向环形流流态动力，可提供高强度剪切速率环境，易于浆液与药剂的充分混合和絮凝反应的进行。
优选的，所述搅拌轴采用空心轴，所述搅拌电机偏置设置，所述搅拌轴的顶端可拆卸连接有旋转接头，所述旋转接头的另一端通过管道与有压冲洗水连通，所述管道上设置有阀门。
采取上述技术方案的有益效果是，利用旋转接头接入有压冲洗水，定期对装置进行清洗；阀门用于控制管道的开通和关闭。
优选的，所述快速混合区设置有高液位开关。
采取上述技术方案的有益效果是，当液位高于高液位开关时，说明底部堵塞，开启阀门进行冲洗。
本发明还公开了一种沉淀池，包括上述的旋流絮凝装置。
优选的，所述沉淀池为竖流沉淀池，包括所述旋流絮凝装置、上筒体、下筒体、支撑腿和反射板，所述旋流絮凝装置嵌设安装于上筒体的顶部，且其进料口淹没于水面之下；所述下筒体为倒圆锥体，且顶部与所述上筒体固定连接，底部开口为排泥口；所述支撑腿固定安装于所述下筒体的大头端的底部；所述反射板位于所述旋流絮凝装置出料口正下方，且通过支撑架放置于所述上筒体内腔的底端。
采取上述技术方案的有益效果是，排出浆液通过反射板作用，形成竖流流态，浆液上升过程中由于旋流絮凝装置排出浆液中絮体粒径较大，其流速大于表面负荷的颗粒污泥沉淀于底部，由排泥口排出进入污泥处理单元。而析出清水继续向上流动，到达集水堰形成溢流进入下一处理单元。
排出浆液通过反射板作用，形成竖流流态，浆液上升过程中由于旋流絮凝装置排出浆液中絮体粒径较大，其流速大于表面负荷的颗粒污泥沉淀于底部，由排泥口排出进入污泥处理单元。
优选的，所述沉淀池为辐流沉淀池。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种旋流絮凝装置及具有其的沉淀池，通过强制旋流作用，细小颗粒不断在装置内循环，而达到一定粒径的悬浮颗粒可及时排出装置，可以确保排出浆液中所含固体颗粒粒径较大，进而可以提高沉淀效率，增大沉淀能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的旋流絮凝装置的结构示意图。
图2附图为本发明提供的旋流絮凝装置实施应用示意图。
其中，各附图标记为：
100-第一壳体，1-快速混合区，101-切向旋流进料口，102-加药口；
2-旋流分层区，200-第二壳体，201-旋流整流器，202-微絮凝搅拌棒，203-内筒，204-外筒；
3-回流导流区，4-旋流分离区，300-第三壳体，301-出料口，
500-搅拌导流装置，501-快速搅拌浆叶，502-旋流推进装置，503-导流浆叶，504-搅拌轴，505-扰流板，
600-竖流沉淀池，601-上筒体，602-下筒体，603-支撑腿，604-发射板，605-支撑架，606-排泥口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明实施例公开了一种旋流絮凝装置，包括第一壳体100、第二壳体200、第三壳体300和搅拌导流装置500，第一壳体100可由碳钢制成，内外均需进行防腐；第一壳体100为底部开口内部中空的筒体，其内腔为快速混合区1，侧壁设有切向旋流进料口101，顶部设有加药口102；第二壳体200包括内筒203和外筒204，外筒204固定连接于第一壳体100的底部，且内筒203和外筒201之间的腔室形成旋流分层区2，内筒203内腔形成回流导流区3；外筒204和内筒203之间的环状顶部固定安装有旋流整流器201；第三壳体300呈倒锥形体，且大头端固定连接于外筒204的底部，小头端为出料口301；搅拌导流装置500包括搅拌电机、搅拌轴504、快速搅拌桨叶501和旋流推进装置502，搅拌电机固定于第一壳体100的顶部；搅拌轴501与搅拌电机的输出轴固定连接，且贯穿第一壳体100的顶板穿过快速混合区1并延伸至回流导流区3的底部；快速搅拌桨叶501和旋流推进装置502均固定安装于搅拌轴504的外周，且上下位于快速混合区1。
本发明公开的旋流絮凝装置，在快速混合区1末端设置旋流推进装置502，提供环向流为主轴向流为辅的流态动力，使得在旋流分层区2能够形成较强的旋流流态；同时在旋流分层区2起始段安装由旋流整流装置201，使得旋流流态更加稳定；旋流分离区4的锥角设计，可使得未絮凝的细小颗粒形成内旋流进入回流导流区3进而在装置中继续循环反应，而已经生成较大絮凝的粗大颗粒继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终排出本装置；快速搅拌浆叶501，提供了快速混合区1高剪切强度搅拌的动力。
其中，第二壳体200和第三壳体300可由PP等塑料材质制作。
具体地，旋流分层区2的中部水平设置有多个微絮凝搅拌棒202，微絮凝搅拌棒202的两端分别与内筒203和与外筒204固定连接。微絮凝搅拌棒202的设置，对于旋流态浆液起到轻微扰动的作用，在保证整体流态仍为旋流状态下，局部的扰动可使浆液进一步发生絮凝作用，可产生局部微絮凝，使得颗粒进一步增大。
微絮凝搅拌棒202设置为上下两层。
搅拌轴504的底端固定安装有为回流浆液提供动力的导流桨叶503。导流浆叶503提供轴向流为主环向流为辅的流态动力，浆液进一步到达快速混合区时，与其区域内主流向相反，可进一步增加混凝效果。
快速搅拌桨叶501远离搅拌轴504的端部固定连接有扰流板505。扰流板505对浆液提供方向环形流流态动力，可提供高强度剪切速率环境，易于浆液与药剂的充分混合和絮凝反应的进行。
搅拌轴504采用空心轴，搅拌电机偏置设置，搅拌轴504的顶端可拆卸连接有旋转接头，旋转接头的另一端通过管道与有压冲洗水连通，管道上设置有阀门。可利用旋转接头接入有压冲洗水，并在管道上设置有阀门，定期对装置进行冲洗。
快速混合区1设置有高液位开关，当液位高于高液位开关时，说明底部堵塞，开启阀门进行冲洗。
本发明公开的旋流絮凝装置的工作过程为：浆料沿切向旋流进料口101进入快速混合区1，与药剂混合发生絮凝反应，絮凝反应程度不一的浆液以旋流态进入旋流分层区2，同时进一步发生絮凝反应，颗粒粒径进一步增大，浆液继续旋转向下流动至旋流分离区4，随着浆液流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层浆料收缩压迫至下，含有大量未充分絮凝的细小颗粒的内层浆液不得不改变方向，转而向上运动，形成内旋流，自回流导流区3返回快速混合区1，而充分絮凝的粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终排出装置外。由回流导流区3返回至快速混合区的细小颗粒浆液也会携带未充分反应的药剂，可进一步与刚进入絮凝装置浆液混合反应。
经上述循环，细小颗粒经旋流作用不断在装置内循环，而达到一定粒径的悬浮颗粒同样在旋流作用下排出装置，这样可以确保排出浆液中所含固体颗粒粒径较大，进而可以提高沉淀效率。
下表为本发明中的旋流絮凝装置与普通中心筒、传统旋流絮凝装置是对比实验数据：
Figure BDA0002912373630000071
在上表中的部分名词说明：
普通中心筒工艺为：药剂反应器(HRT30min)--普通中心筒--沉淀装置；(药剂投加于药剂反应器中)
传统型旋流进料装置工艺为：药剂反应器(HRT30min)--传统型旋流进料装置--沉淀装置；(药剂投加于药剂反应器中)
旋流絮凝装置工艺：旋流絮凝装置--沉淀装置。(药剂投加于旋流絮凝装置中)
低浓度：0～10000mg/L，中浓度：10000～30000mg/L，高浓度：大于30000mg/L。
去除率：(原水悬浮物-出水悬浮物)/原水悬浮物，其值越大表明装置效果越好。
药剂效率值：去除率(％之前数值)/药剂投加量，表示单位药剂投加量所能达到的去除率，其值越大表明达到相同去除率的情况下药剂投加量更为节约。
同样水质情况下，依据吸附架桥原理，随着加药量的提高去除率呈现出先增加后减小的趋势，本表所列的加药量为去除率最高时的药剂投加量
本发明还公开了一种竖流沉淀池600，包括旋流絮凝装置、上筒体601、下筒体602、支撑腿603和反射板604，旋流絮凝装置嵌设安装于上筒体601的顶部，且其切向旋流进料口101淹没于水面之下；下筒体602为倒圆锥体，且顶部与上筒体601固定连接，底部开口；支撑腿603固定安装于下筒体602的大头端的底部；反射板604位于出料口301正下方，且通过支撑架605放置于上筒体601内腔的底端。
沉淀池的工作过程为：
首先，浆液沿切向旋流进料口进口101进入快速混合区1，药剂以干粉形式通过加药口102投加进入快速混合区1，在搅拌导流装置500中快速搅拌桨叶501的作用下，并且由于1扰流板505的设置，形成高剪切强度环境，以增加絮凝反应强度；但仍会有未充分反应的细小颗粒；
其次，絮凝反应程度不一的浆液，通过设置于快速混合区1末端的旋流推进装置502，以旋流态进入旋流分层区2；
再次，通过设置于旋流分层区2首端的旋流整流器201，提供稳定的浆液旋流流态；
然后，浆液在旋流分层区2中做旋流向下流态，流动过程中会遇到微絮凝棒202，进而产生轻微搅动，形成微絮凝作用，进一步增大颗粒粒径；
然后，浆液继续旋转向下流动进入旋流分离区4，随着浆液流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层料浆收缩压迫之下，含有大量未充分絮凝的细小颗粒的内层浆液不得不改表方向，转而向上运动，形成内旋流，自回流导流区返回快速混合区；
同时，充分絮凝的粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终排出旋流絮凝装置外。
另外，在回流导流区3设置导流桨叶503，可为回流浆液提供动力。返回至快速混合区的细小颗粒浆液也会携带未充分反应的药剂，可进一步与刚进入絮凝装置浆液混合反应。
经上述循环，细小颗粒经旋流作用不断在装置内循环，而达到一定粒径的悬浮颗粒同样在旋流作用下排出装置，这样可以确保排出浆液中所含固体颗粒粒径较大，进而可以提高沉淀效率。
排出浆液通过反射板604作用，形成竖流流态，浆液上升过程中由于旋流絮凝装置排出浆液中絮体粒径较大，其流速大于表面负荷的颗粒污泥沉淀于底部，由排泥口606排出进入污泥处理单元。而析出清水继续向上流动，到达集水堰形成溢流进入下一处理单元。
另外，沉淀池还可以是辐流沉淀池。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种旋流絮凝装置，其特征在于，包括：第一壳体(100)、第二壳体(200)、第三壳体(300)和搅拌导流装置(500)，所述第一壳体(100)为底部开口内部中空的筒体，其内腔为快速混合区(1)，侧壁设有切向旋流进料口(101)，顶部设有加药口(102)；所述第二壳体(200)包括内筒(203)和外筒(204)，所述外筒(204)固定连接于所述第一壳体(100)的底部，且所述内筒(203)和所述外筒(201)之间的腔室形成旋流分层区(2)，所述内筒(203)内腔形成回流导流区(3)；所述外筒(204)和所述内筒(203)之间的环状顶部固定安装有旋流整流器(201)；所述第三壳体(300)呈倒锥形体，且大头端固定连接于所述外筒(204)的底部，小头端为出料口(301)；
所述搅拌导流装置(500)包括搅拌电机、搅拌轴(504)、快速搅拌桨叶(501)和旋流推进装置(502)，所述搅拌电机固定于所述第一壳体(100)的顶部；所述搅拌轴(504)与所述搅拌电机的输出轴固定连接，且贯穿所述第一壳体(100)的顶板穿过所述快速混合区(1)并延伸至所述回流导流区(3)的底部；所述快速搅拌桨叶(501)和所述旋流推进装置(502)均固定安装于所述搅拌轴(504)的外周，且上下位于所述快速混合区(1)。
2.根据权利要求1所述的一种旋流絮凝装置，其特征在于，所述旋流分层区(2)的中部水平设置有多个微絮凝搅拌棒(202)，所述微絮凝搅拌棒(202)的两端分别与所述内筒(203)和与所述外筒(204)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种旋流絮凝装置，其特征在于，所述微絮凝搅拌棒(202)设置为上下两层。
4.根据权利要求1所述的一种旋流絮凝装置，其特征在于，所述搅拌轴(504)的底端固定安装有为回流浆液提供动力的导流桨叶(503)。
5.根据权利要求1所述的一种旋流絮凝装置，其特征在于，所述快速搅拌桨叶(501)远离所述搅拌轴(504)的端部固定连接有扰流板(505)。
6.根据权利要求1所述的一种旋流絮凝装置，其特征在于，所述搅拌轴(504)采用空心轴，所述搅拌电机偏置设置，所述搅拌轴(504)的顶端可拆卸连接有旋转接头，所述旋转接头的另一端通过管道与有压冲洗水连通，所述管道上设置有阀门。
7.根据权利要求6所述的一种旋流絮凝装置，其特征在于，所述快速混合区(1)设置有高液位开关。
8.一种沉淀池，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的旋流絮凝装置。
9.根据权利要求8所述的一种沉淀池，其特征在于，所述沉淀池为竖流沉淀池(600)，包括所述旋流絮凝装置、上筒体(601)、下筒体(602)、支撑腿(603)和反射板(604)，所述旋流絮凝装置嵌设安装于上筒体(601)的顶部，且其切向旋流进料口(101)淹没于水面之下；所述下筒体(602)为倒圆锥体，且顶部与所述上筒体(601)固定连接，底部开设有排泥口(606)；所述支撑腿(603)固定安装于所述下筒体(602)的大头端的底部；所述反射板(604)位于所述出料口(301)正下方，且通过支撑架(605)放置于所述上筒体(601)内腔的底端。
10.根据权利要求8所述的一种沉淀池，其特征在于，所述沉淀池为辐流沉淀池。
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