CN114057270A - 旋流柱、含有旋流柱的絮凝器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理设备，特别是指一种旋流柱、含有旋流柱的额絮凝器及其应用。旋流柱包括纵向间隔设置且被水流推动旋转的叶片；还包括有同心设置的立柱、顶部开口的筒体，内管纵向间隔转动装配于立柱上，含有旋流叶片的旋流组内端在内管侧壁沿径向间隔装配，筒体及立柱下端与支座固定连接，筒体下部开设有与其内腔连通的物料入口。含有旋流柱的絮凝器包括支架及装配于支架上的隔板，旋流柱设置于隔板将每个絮凝池分隔成相对独立的腔体内，旋流柱的筒体与支架固定，筒体上的物料入口通过隔板与上一腔体连通。本发明解决了现有技术存在的加工难度高、安装材料浪费大等问题。具有对水流的扰动效果好、有效节约安装材料等优点。

Description

旋流柱、含有旋流柱的絮凝器及其应用

技术领域

本发明属于水处理设备，特别是指一种旋流柱、含有旋流柱的絮凝器及其应用。

背景技术

混凝是水处理中重要的环节，常用在给水或污水处理工程中，主要去除水中胶体及不易沉降的细小颗粒物。其原理是通过向水中投加混凝剂，通过电中和、吸附架桥、网捕等机理，使污水中的悬浮小颗粒和胶体物质破稳，形成小絮体，小絮体在一定水力条件下碰撞凝聚为更大絮体（工艺上称为矾花）后，在重力下沉淀从而达到使污染物和水分离的目的。

混凝工艺一般分为混合阶段和反应阶段（絮凝阶段）两部分。混合阶段为药剂与废水充分接触混合；反应阶段为药剂与水中小悬浮物及胶体进行接触反应，形成絮体的过程，也称为絮凝反应。影响混合及絮凝反应的重要因素之一为搅拌强度，搅拌强度低导致混合不充分，搅拌强度过高容易将已形成的小絮体打破，因此搅拌强度十分重要。采用搅拌机能获得较好的搅拌效果，但能耗较高，一般常用于混合池药剂混合阶段或工业加药的反应池，而絮凝阶段大多采用水力搅拌达到絮凝目的。

现有污水处理厂的水力絮凝工艺，大多参考给水厂絮凝工艺，如折流板、网格絮凝等，但传统的水力絮凝往往由于池形、水力搅拌强度等问题，出现层流、死区等导致药剂混合、反应不均匀，药剂絮体与污水中颗粒物不能形成有效的碰撞形成矾花（即细小絮体碰撞形成的较大的絮体）导致混凝反应效果差，需要继续投加更多药剂弥补不足。另外，絮凝对流速要求较高，现有构筑物的过水孔为既定尺寸，对水量变化适应能力不强，在水量波动条件下，过水流速变化大，也影响混凝效果。

针对上述情况，申请人对现有的絮凝工艺进行了技术改造，开发了螺旋絮凝器及其在工艺中的应用，公开号为CN102674518B、CN202576063U，从设备构造和池形中对原有絮凝工艺进行了改进，采用螺旋状叶片，形成沿轴向推流和垂直轴向的旋流，结合不同池形布置密度，形成絮凝梯度，成功的应用于污水处理厂项目中，使絮凝效果大大增强。

上述现有技术存在如下问题：

一是由于污水投加的药剂具有腐蚀性，螺旋片宜采用不锈钢或塑料材质。原有螺旋叶片规格特殊，而且针对不同工况要求参数不同，市场上无成品销售，需要重新开模具加工，费用较高，不适合水厂定制的形式，因此加工时采用不锈钢材质。不锈钢材质可根据不同材质进行成型压制，但因螺旋片的螺距和直径在压制过程中，对于材料延展性要求较高，厚度太薄不易冲压成多环螺旋状，必须增加厚度提高材料延展性，从而导致设备重量增加，造价成倍增加，考虑到设备稳定性，不锈钢造价也较高。例如1mm厚的不锈钢材料虽然满足水力冲刷强度要求，但不能满足冲压工艺成型要求，从制作工艺角度，需要增加材料厚度到3mm，直接导致螺旋片重量增加2倍，而螺旋片重量增加，必然导致支持钢架的强度要求提高，支持钢架总重也相应增加。

二是受加工工艺影响，螺旋叶片直径和长度比较小，截面积较大的絮凝池，需要多组布置，该种情况会造成不同螺旋片流态干扰，间距太大又影响絮凝效果，甚至造成布水不均或偏流。在较小絮凝池中（例如网格絮凝池）池体宽度在1m左右，混凝土池体预埋件预埋困难，空间狭小，施工难度大。

三是考虑到水力絮凝液位差以及液位超高，原有设计采用顶部悬挂式安装，由于保持水位等要求，液面以上池体高度大，需要支架高度大，造成支架材料浪费。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种便于加工制作且具有更好物料混合效果的旋流柱。

本发明的目的之二在于包含旋流柱且易于与絮凝池池体装配的絮凝器，能够实现混合液在絮凝池内形成多次折流混合和过水断面的收缩和扩张，在增加混合次数的同时有效提升了混合效果。

本发明的目的之三是提供旋流柱或絮凝器在絮凝沉降中的应用。

本发明的整体技术解决方案是：

旋流柱，包括纵向间隔设置且被水流推动旋转的叶片；还包括有同心间隔设置的筒体、立柱，筒体顶部开口，内管纵向间隔转动装配于立柱上，叶片选用旋流叶片，旋流叶片的内端在内管侧壁沿径向间隔装配，筒体及立柱下端与支座固定连接，筒体下部开设有与其内腔连通的物料入口。

含有旋流柱的絮凝器，包括横截面呈十字形或Y形的支架、装配于支架上的隔板，隔板将每个絮凝池分隔成相对独立的腔体，每个腔体中设有旋流柱，旋流柱的筒体与支架固定，筒体上的物料入口通过隔板与上一腔体连通。

含有旋流柱或含有的絮凝器在絮凝沉降中的应用。

本发明的具体结构还有：

为便于实现筒体与立柱的定位，优选的技术实现手段是，所述的筒体与立柱顶部通过固定板连接固定。

为便于实现内管与立柱的转动装配，优选的技术实现方式是，所述的内管与连接套通过防水轴承转动配合，内管的上下两端封装有端盖，端盖与连接套外壁邻接部设有密封毛毡，连接套通过安装孔及定位构件与立柱实现轴向定位。

定位构件的主要作用是实现连接套在立柱上的轴向定位，其优选采用如下结构形式，所述的定位构件采用定位柱或顶丝中的一种或其结合。

为便于实现旋流叶片的装配，优选的技术实现手段是，旋流叶片内端沿内管侧壁径向间隔固定，旋流叶片外端沿外管内壁径向间隔固定，旋流叶片、内管与外管组成旋流组。

支架的主要作用是一是便于实现与絮凝池池壁装配，二是满足反应需要的前提下配合隔板将絮凝池分隔成的相对独立的空腔，为满足尾端絮凝池絮凝反应的需要，可以采用如下结构形式，支架横截面呈Y形，包括下端固定于连接底板表面的立轴，沿轴向固定于立轴外表面的扁钢连接板，与立轴同轴向间隔设置且通过横杆与扁钢连接板相连的立杆。等面积絮凝池内Y形分隔区域腔体过水面积增大，降低了流速，防止后期形成的大絮体破碎。

为便于实现立杆与絮凝池池壁的装配，同时增加零部件的结构强度，优选的技术实现手段是，立杆采用折弯板。

布置在絮凝池中首端及中部的絮凝器支架优选采用如下结构形式，所述的支架横截面呈十字形，由相互固定的角钢及固定于角钢上的隔板组成。

更为优选的技术实现手段是，支架外侧的角钢或折弯板与絮凝池的内壁适配。

为便于实现筒体与支架的固定，优选的技术实现手段是，筒体通过外抱箍与支架上设置的抱箍固定。

絮凝池优选采用如下结构形式，各絮凝池通过单元连通管依次首尾相连，位于首端的絮凝池上开设有进水口，位于末端的絮凝池上开设有出水口，位于首端的絮凝池上设有与旋流柱内腔连通的第一加药口。

为便于实现满足絮凝效果的同时，节约占地面积，絮凝池优选采用如下布置方式，各絮凝池组成整体栅格状的结构。

为便于提高絮凝反应效果，优选的技术实现手段是，位于前部的絮凝池上设有与旋流柱内腔连通的第二加药口。

加药口可根据不同药剂反应条件，在不同腔体投加。

本发明的工作原理如下：

水流从进水口进入首个絮凝池后，通过物料入口进入絮凝池内的旋流柱，

水体从底部经过旋流叶片，药剂与污水穿过旋流叶片时，过水断面骤然降低，流速提高（流速计为v1），推动旋流叶片旋转，液体呈旋流态沿旋流柱上升（旋流柱内流速为v2），在旋流柱内的旋流作用和流速骤然变化紊流作用下，药剂和水进行充分的混合，如此经过数组旋流叶片，增强了混合效果。旋流柱内废水经上部折流进入旋流柱外部独立的腔体内，形成第一次折流，独立腔体横截面积为旋流柱面积的1.5～3倍，流速低于旋流柱，此时流速为v3，独立腔体内的水流流速最低，利于小絮体碰撞形成大絮体，便于后期沉淀，最后混合液经由隔板底部物料入口或相邻池体之间的单元连通管进入下一腔体中的旋流柱。一组絮凝器通过隔板分成3～4个区域，每个区域折流1次，一个絮凝池内可形成多次折流混合和过水断面的收缩和扩张，加强了混合次数。为了防止大絮体在絮凝池底部堆积，可在絮凝池底部设置收泥斗，及时排除沉降的大絮体沉淀。

为验证本发明的技术效果，申请人进行了如下试验：

申请人将本发明中的旋流柱及絮凝器应用于行唐某污水处理厂提标改造项目，该污水处理厂提标改造，排放标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB81918-2002）一级A提高到河北省《大清河流域水污染物排放标准重点控制区》重点区域排放标准，其中悬浮物（SS）浓度小于等于10mg/L，项目由申请人2020年完成建设完成，经过仅1年运行，经该污水厂化验室人员检测，螺旋絮凝器工艺段进水悬浮物（SS）浓度为73mg/L，出水为7mg/L，去除率达到90.4%，完全达到了排放要求。

本发明所取得的实质性特点和显著技术进步在于：

1、本发明采用旋流叶片的结构设计，其材质可由不锈钢更换为塑料材质。塑料旋流叶片生产工艺成熟，尺寸及参数根据需要均可定做。

2、本发明采用含有旋流片的旋流组结构设计，一是相邻的旋流叶片之间存在间隙可便于旋流组的旋转；二是旋流柱与螺旋片之间的空气间隙便于部分旋流通过，控制通过旋流片液体的量；三是为扰流中未上升的液体提供回流缝，更利于紊流混合，降低水流与旋流柱碰撞消能的情况；四是外管及旋流组在水力推动下共同旋转，进一步提升了扰动效果。

3、本发明的每个旋流柱外围增加了由支架、隔板组成的独立腔体，旋流柱内部与腔体之间，相邻的腔体之间通过旋流柱上部开口，旋流柱底部物料入口进行水力连通，在每个独立腔体中增加折流次数，通过不同流速变换，提高了絮体与小颗粒的扰动碰撞，较之现有技术的絮凝效果更好。

4、本发明的旋流柱底部采用支座固定，在满足稳定性的同时，整体较之前悬挂式安装降低了1～2米安装高度，有效节约了安装材料。

5、本发明采用相对独立的旋流柱，配合旋流组结构设计，有效防止了不同旋流柱之间的流态干扰，水流从旋流柱流出后，进入相对独立的腔体实现折流，将整体絮凝折流翻倍。针对不同的处理量变化，通过旋流柱、螺旋絮凝隔间过水孔多重折流变速，提高了水力混合效果。

附图说明

本发明的附图有：

图1是本发明中的旋流器在絮凝池中的安装示意图。

图2是图1的D-D向视图。

图3是支架横截面呈十字形的絮凝器外形图。

图4是横截面呈十字形的支架组成单元结构示意图。

图5是图3的俯视图。

图6是支架横截面呈Y字形的絮凝器外形图。

图7是图5中的支架结构示意图。

图8是图6的俯视图。

图9是旋流柱的立体结构示意图。

图10是旋流组的立体结构示意图。

图11是旋流组的纵剖结构示意图。

图12是旋流叶片的外形图。

附图中的附图标记如下：

1、絮凝池；2、进水口；3、第一加药口；4、出水口；5、单元连通管；6、第二加药口；7、絮凝器；7A、支架；7A1、卡箍；7A2、立轴；7A3、扁钢连接板；7A4、抱箍；7A5、连接底板；7A6、折弯板；7B、旋流柱；7B1、固定板；7B2、旋流组；7B2a、内管；7B2b、外管；7B2c、旋流叶片；7B2d、端盖；7B2e、连接套；7B2f、密封毛毡；7B2g、防水轴承；7B2h、安装孔；7B3、立柱；7B4、物料入口；7B5、支座；7C、外抱箍；7D、隔板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步描述，但不作为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

实施例

含有旋流柱或含有的絮凝器在絮凝沉降中的应用中絮凝池共有六个，各絮凝池1通过单元连通管5依次首尾相连，单元连通管5预埋于絮凝池1池体壁上，用以各絮凝池1之间的连通。位于首端的絮凝池1上开设有进水口2，位于末端的絮凝池1上开设有出水口4，位于首端的絮凝池1上设有与旋流柱7B内腔连通的第一加药口3，位于第二位的絮凝池1上设有与旋流柱7B内腔连通的第二加药口6，各絮凝池1组成整体栅格状的结构。污水处理方向按照图1中所示的箭头方向。

旋流柱，包括纵向间隔设置且被水流推动旋转的叶片；还包括有同心间隔设置的筒体7B6、立柱7B3，筒体7B6顶部开口，内管7B2b纵向间隔转动装配于立柱7B3上，叶片选用旋流叶片7B2c，旋流叶片7B2c的内端在内管7B2b侧壁沿径向间隔装配，筒体7B6及立柱7B3下端与支座7B5固定连接，筒体7B6下部开设有与其内腔连通的物料入口7B4。

含有旋流柱的絮凝器，包括横截面呈十字形或Y形的支架7A、装配于支架7A上的隔板7D，隔板7D将每个絮凝池1分隔成相对独立的腔体，每个腔体中设有旋流柱7B，旋流柱7B的筒体7B6与支架7A固定，筒体7B6上的物料入口7B4通过隔板7D与上一腔体连通。

筒体7B6与立柱7B3顶部通过固定板7B1连接固定。

内管7B2a与连接套7B2e通过防水轴承7B2g转动配合，内管7B2a的上下两端封装有端盖7B2d，端盖7B2d与连接套7B2e外壁邻接部设有密封毛毡7B2f，连接套7B2e通过安装孔7B2h及定位构件与立柱7B3实现轴向定位。

定位构件采用顶丝。

旋流叶片7B2c内端沿内管7B2a侧壁径向间隔固定，旋流叶片7B2c外端沿外管7B2b内壁径向间隔固定，旋流叶片7B2c、内管7B2a与外管7B2b组成旋流组7B2。

置于最后一个絮凝池1中的支架7A横截面呈Y形，包括下端固定于连接底板7A5表面的立轴7A2，沿轴向固定于立轴7A2外表面的扁钢连接板7A3，与立轴7A2同轴向间隔设置且通过横杆与扁钢连接板7A3相连的立杆，立杆采用折弯板7A6。折弯板7A6上开有螺栓孔，用于与絮凝池1池壁以膨胀螺栓的连接。折弯板7A6与絮凝池1以膨胀螺栓连接后，以密封胶将将缝隙封闭，隔板7D与絮凝池1池底形成的缝隙以密封胶封闭。

其余絮凝池1中的支架7A横截面呈十字形，由相互固定的角钢及固定于角钢上的隔板7D组成。支架7A竖向角钢上开有螺栓孔，用于支架7A零部件之间以螺栓连接和与絮凝池1池壁以膨胀螺栓的连接。支架7A竖向角钢与絮凝池1池壁以膨胀螺栓连接后，以密封胶将将缝隙封闭，隔板7D与絮凝池1池底形成的缝隙以密封胶封闭。

支架7A外侧的角钢或折弯板7A6与絮凝池1的内壁适配。

筒体7B6通过外抱箍7C与支架7A上设置的抱箍7A4固定。

Claims (15)

1.旋流柱，包括纵向间隔设置且被水流推动旋转的叶片；其特征在于还包括有同心间隔设置的筒体（7B6）、立柱（7B3），筒体（7B6）顶部开口，内管（7B2b）纵向间隔转动装配于立柱（7B3）上，叶片选用旋流叶片（7B2c），旋流叶片（7B2c）的内端在内管（7B2b）侧壁沿径向间隔装配，筒体（7B6）及立柱（7B3）下端与支座（7B5）固定连接，筒体（7B6）下部开设有与其内腔连通的物料入口（7B4）。

2.根据权利要求1所述的旋流柱，其特征在于所述的筒体（7B6）与立柱（7B3）顶部通过固定板（7B1）连接固定。

3.根据权利要求1所述的旋流柱，其特征在于所述的内管（7B2a）与连接套（7B2e）通过防水轴承（7B2g）转动配合，内管（7B2a）的上下两端封装有端盖（7B2d），端盖（7B2d）与连接套（7B2e）外壁邻接部设有密封毛毡（7B2f），连接套（7B2e）通过安装孔（7B2h）及定位构件与立柱（7B3）实现轴向定位。

4.根据权利要求3所述的旋流柱，其特征在于所述的定位构件采用定位柱或顶丝中的一种或其结合。

5.根据权利要求3所述的旋流柱，其特征在于旋流叶片（7B2c）内端沿内管（7B2a）侧壁径向间隔固定，旋流叶片（7B2c）外端沿外管（7B2b）内壁径向间隔固定，旋流叶片（7B2c）、内管（7B2a）与外管（7B2b）组成旋流组（7B2）。

6.含有权利要求1-5中任一项所述的旋流柱的絮凝器，其特征在于包括横截面呈十字形或Y形的支架（7A）、装配于支架（7A）上的隔板（7D），隔板（7D）将每个絮凝池（1）分隔成相对独立的腔体，每个腔体中设有旋流柱（7B），旋流柱（7B）的筒体（7B6）与支架（7A）固定，筒体（7B6）上的物料入口（7B4）通过隔板（7D）与上一腔体连通。

7.根据权利要求6所述的絮凝器，其特征在于所述的支架（7A）横截面呈Y形，包括下端固定于连接底板（7A5）表面的立轴（7A2），沿轴向固定于立轴（7A2）外表面的扁钢连接板（7A3），与立轴（7A2）同轴向间隔设置且通过横杆与扁钢连接板（7A3）相连的立杆。

8.根据权利要求6所述的絮凝器，其特征在于所述的支架（7A）横截面呈十字形，由相互固定的角钢及固定于角钢上的隔板组成。

9.根据权利要求7所述的絮凝器，其特征在于立杆采用折弯板（7A6）。

10.根据权利要求8或9所述的絮凝器，其特征在于支架（7A）外侧的角钢或折弯板（7A6）与絮凝池（1）的内壁适配。

11.根据权利要求6所述的絮凝器，其特征在于筒体（7B6）通过外抱箍（7C）与支架（7A）上设置的抱箍（7A4）固定。

12.如权利要求1-5中任一项所述的旋流柱或权利要求6-11中任一项所述的絮凝器在絮凝沉降中的应用。

13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于各絮凝池（1）通过单元连通管（5）依次首尾相连，位于首端的絮凝池（1）上开设有进水口（2），位于末端的絮凝池（1）上开设有出水口（4），位于首端的絮凝池（1）上设有与旋流柱（7B）内腔连通的第一加药口（3）。

14.根据权利要求12所述的应用，其特征在于各絮凝池（1）组成整体栅格状的结构。

15.根据权利要求13所述的应用，其特征在于位于前部的絮凝池（1）上设有与旋流柱（7B）内腔连通的第二加药口（6）。

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