CN114308421B - 一种活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置 - Google Patents

Abstract

一种用于活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，工作流程是：活性污泥混合液从生化池通过自流进入筒体侧壁的进泥管，经变径渐缩管提速后进入筒体，含有小粒径无机颗粒的污泥混合液在重力和离心力的作用下实现分离，污泥混合液利用螺旋桨叶产生的上升流经出水管排至后续沉淀池，含有大量小粒径的无机颗粒的活性污泥混合液则从底部出沙管排出。本发明所利用高速旋流产生的离心力，在不破坏活性污泥原有生物学活性以及无机颗粒原有物理学特性的基础上实现其高效分离和沙粒的回收利用，解决了活性污泥混合液中小粒径无机颗粒分离效率低的问题，通过出沙管的污泥混合液的回流，达到提高生化池的污泥浓度、进而提高污水生化处理系统的容积负荷的效果。

Description

一种活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置

技术领域

本发明涉及重质污泥的凝核回收领域，特别涉及一种用于活性污泥中沙粒分离的装置，也可用于重质污泥中凝核的机械旋流分离，去除活性污泥混合液中粒径较小的无机颗粒。

背景技术

目前活性污泥法是我国城镇污水处理的主流工艺之一，由于我国城镇排水管网建设的滞后性以及污水前处理工艺的局限性，导致进入生化池的污水仍含有小粒径的无机沙粒。部分采用活性污泥法的污水处理工艺需向污水中投加吹填沙等凝核以提高活性污泥的沉降性能，消除反硝化产生的微气泡造成污泥上浮的影响，提升生化反应池内的混合效果。但现有技术或者装置对活性污泥法中小粒径的无机颗粒去除效果差，分离成本高。因此，需要一种能对重质污泥中的凝核进行高效回收或者高效去除活性污泥混合液中沙粒的装置，以便实现活性污泥与小粒径的无机颗粒分离的目的。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，该装置通过垂直桨叶高速旋转产生的离心力高效分离活性污泥混合液中的活性污泥以及其中的小粒径无机颗粒。

本发明的技术方案如下：

一种用于活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，包括进水系统1、沙水分离器2、旋流系统3、出水系统4、传动系统5；

所述进水系统1包括进泥管11、变径渐缩管12、入泥口13；变径渐缩管12的头部与进泥管11焊接，尾部与入泥口13焊接；入泥口13的截面呈矩形，其截面积小于进泥管11截面积；变径渐缩管12的截面呈渐缩型，从进泥管11渐渐缩小至入泥口13；

所述沙水分离器2包括顶板21、筒体22、锥管23、出沙管24；筒体22的上部与顶板21焊接，下部与锥管23焊接；锥管23呈渐缩型，下方与出沙管24焊接；出沙管24的截面呈圆形，下端与贯流泵连接，对含沙混合液进行提升回流；

所述进水系统1焊接在筒体22上部的外壁面，与顶板21之间有20～40cm的安全距离；所述进泥管11与筒体22上部的外壁面切向焊接，进泥管11的中心线与筒体22的切线平行，尾部与变径渐缩管12相焊接；所述变径渐缩管12外侧壁板以与筒体22同等曲率半径r位移B₁的方式与沙水分离器2的筒壁焊接，入口断面宽度B₂的进水切向进入筒体22；

所述旋流系统3包括螺旋桨叶31、导流筒32、垂直桨叶33；螺旋桨叶31与导流筒32内壁完全焊接；垂直桨叶33竖直并均匀地焊接在导流筒32的外壁面，垂直桨叶33的上部与上升管41的外壁有1～2cm的安全距离；垂直桨叶33的高度为筒体22高度的1/2～1/3，其旋转方向与入泥口13混合液的入流方向相同；

所述出水系统4包括上升管41、弯管42、出水管43；上升管41的中心轴线与筒体22的中心轴线重合，上部穿过顶板21与弯管42焊接，管壁外穿处与顶板21焊接，下壁面与导流筒32具有1～2cm的安全距离；出水管43与顶板21平面平行；出水管43的截面为圆形；

所述传动系统5包括减速装置51、机架52、填料密封53、传动轴54；传动轴54的中轴线与筒体22的中轴线重合，其上部与减速装置51焊接，下部与螺旋桨叶31焊接；减速装置51通过机架52由弯管42支承连接，弯管42的管中心与传动轴54的轴心以及筒体22的轴心重合；传动轴54与弯管42穿接处采用填料密封53。

优选的，所述筒体22的直径及高度、变径渐缩管12的截面积，根据流量以及混合液在筒体内的停留时间和表面负荷进行确定；筒体22的径深比为0.2～0.6，表面负荷为300～500m³/(m²·h)，水力停留时间为2～4min。

优选的，所述入泥口13的截面积为进泥管11截面积的40％～60％，变径渐缩管内的流速为1.5～2.0m/s。

优选的，所述出水管43中活性污泥混合液的流速为0.8～1.0m/s；出沙管24中含沙混合液的流速为0.4～0.6m/s；进泥管11的截面积为出水管43的1～2倍，为出沙管24的1～1.5倍。

优选的，所述锥管23的锥角为60°，高度为筒体的1/3～1/8，角锥比为0.6～0.8。

优选的，所述垂直桨叶33的数量为6～24片，转速为40r/min～80r/min；所述螺旋桨叶31的转速与导流筒32及垂直桨叶33的转速相同，为40r/min～80r/min。

本发明的工作原理是：

含有凝核(沙粒)的活性污泥在生化池完成反应后自流进入进泥管，通过变径渐缩管提速后形成高速切向流，切向进入机械旋流分离器的筒体内，借助垂直桨叶旋转产生的离心力以及混合液中悬浮颗粒自身的重力对活性污泥和凝核(沙粒)进行分离。分离后含有较高浓度的凝核(沙粒)活性污泥混合液自流进入装置下方的出沙管，通过贯流泵提升回流至生化系统，保证了生化系统内较高的活性污泥浓度和容积负荷；出水系统中含沙量少的活性污泥混合液则通过螺旋桨叶产生的上升流提升后排至后续的沉淀池再次进行泥水分离。

本发明的有益效果是：

(1)本装置进水为自流，无需提供额外的动力，同时通过变径渐缩管，进水可以形成高速切向流，配合垂直桨叶形成的离心力有效分离活性污泥混合液中的微小沙粒；

(2)本装置在出水管的下端安装了导流筒和螺旋桨叶，通过其旋转产生的上升流排出污泥混合液，可有效保证了出水流量和压力水头，并能提高分离效果；

(3)利用高速旋流产生的离心力，在不破坏活性污泥原有生物学活性以及无机颗粒原有物理学特性的基础上实现其高效分离，解决了活性污泥混合液中小粒径无机颗粒回收分离效率低下的问题，经分离后出水系统的活性污泥混合液中的活性成分比例显著提高，沙粒比例显著降低。

附图说明

附图1是本发明所述的机械旋流分离装置的剖视图；

附图2是本发明所述的机械旋流分离装置的俯视图；

附图标记：

1、进水系统；2、沙水分离器；3、旋流系统；4、出水系统；5、传动系统；11、进泥管；12、变径渐缩管；13、入泥口；21、顶板；22、筒体；23、锥管；24、出沙管；31、螺旋桨叶；32、导流筒；33、垂直桨叶；41、上升管；42、弯管；43、出水管；51、减速装置；52、机架；53、填料密封；54、传动轴。

具体实施方式

如附图1和附图2所示，本实施例包括进水系统1、沙水分离器2、旋流系统3、出水系统4、传动系统5五个部分；

进水系统1包括进泥管11、变径渐缩管12和入泥口13；变径渐缩管12的头部与进泥管11焊接，尾部与入泥口13焊接；入泥口13的截面呈矩形，其截面积为进泥管11截面积的40％～60％；变径渐缩管12的截面呈渐缩型，从进泥管11渐渐缩小至入泥口13；

沙水分离器2包括顶板21、筒体22、锥管23、出沙管24；筒体22的径深比为0.2～0.6；筒体22的上部与顶板21焊接，下部与锥管23焊接；锥管23的锥角为60°，锥管23高度为筒体22的1/3～1/8，角锥比为0.6～0.8；锥管23下方与出沙管24焊接；出沙管24的截面呈圆形，其截面积为进泥管11的0.6～1倍；出沙管24下端与贯流泵连接，对含沙混合液进行提升回流；

进水系统1焊接在筒体22上部的外壁面，与顶板21之间有20～40cm的安全距离；进泥管11与筒体22上部的外壁面切向焊接，进泥管11的中心线与筒体22的切线平行，尾部与变径渐缩管12相焊接；变径渐缩管12外侧壁板以与筒体22同等曲率半径r位移B₁的方式与沙水分离器2的筒壁焊接，入口断面宽度B₂的进水切向进入筒体22；

旋流系统3包括螺旋桨叶31、导流筒32、垂直桨叶33；螺旋桨叶31与导流筒32内壁完全焊接；垂直桨叶33竖直均匀地焊接在导流筒32的外壁面，垂直桨叶33的上部与上升管41的外壁有1～2cm的安全距离；垂直桨叶33的数量为6～24片，转速为40r/min～80r/min；垂直桨叶33的高度为筒体22高度的1/2～1/3，垂直桨叶33的旋转方向与入泥口13混合液的入流方向相同；

出水系统4包括上升管41、弯管42、出水管43；上升管41的中心轴线与筒体22的中心轴线重合，上部穿过顶板21与弯管42焊接，管壁外穿处与顶板21焊接，下壁面与导流筒32具有1～2cm的安全距离；出水管43与顶板21平面平行，出水管43的截面为圆形，截面面积为进泥管11的0.5～1倍；

传动系统5包括减速装置51、机架52、填料密封53、传动轴54；传动轴54的中轴线与筒体22的中轴线重合，其上部与减速装置51焊接，下部与螺旋桨叶31焊接；传动轴54可以采用厚壁空心钢管，也可以采用实心钢管；减速装置51通过机架52由弯管42支承连接，弯管42的管中心与传动轴54的轴心以及筒体22的轴心重合；传动轴54与弯管42穿接处采用填料密封53；减速装置51可以选用摆线针轮减速机、涡轮蜗线减速机、齿轮减速箱等，启动时采用变频启动，电机转速逐渐递增至额定转速，避免过载。

本发明中的设备型号、各部件尺寸、水力停留时间及其他参数可根据混合液的进水流量、污泥浓度、含沙污泥混合液回流比、沙粒粒径和回收效率进行调整。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.一种用于活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，其特征在于：

包括进水系统(1)、沙水分离器(2)、旋流系统(3)、出水系统(4)、传动系统(5)；

所述进水系统(1)包括进泥管(11)、变径渐缩管(12)、入泥口(13)；变径渐缩管(12)的头部与进泥管(11)焊接，尾部与入泥口(13)焊接；入泥口(13)的截面呈矩形，其截面积小于进泥管(11)截面积；变径渐缩管(12)的截面呈渐缩型，从进泥管(11)渐渐缩小至入泥口(13)；

所述沙水分离器(2)包括顶板(21)、筒体(22)、锥管(23)、出沙管(24)；筒体(22)的上部与顶板(21)焊接，下部与锥管(23)焊接；锥管(23)呈渐缩型，下方与出沙管(24)焊接；出沙管(24)的截面呈圆形；

所述进水系统(1)焊接在筒体(22)上部的外壁面，与顶板(21)之间有20～40cm的安全距离；所述进泥管(11)与筒体(22)上部的外壁面切向焊接，进泥管(11)的中心线与筒体(22)的切线平行，尾部与变径渐缩管(12)相焊接；所述变径渐缩管(12)外侧壁板以与筒体(22)同等曲率半径r位移B₁的方式与沙水分离器(2)的筒壁焊接，入口断面宽度B₂的进水切向进入筒体(22)；

所述旋流系统(3)包括螺旋桨叶(31)、导流筒(32)、垂直桨叶(33)；螺旋桨叶(31)与导流筒(32)内壁完全焊接；垂直桨叶(33)竖直并均匀地焊接在导流筒(32)的外壁面，垂直桨叶(33)的上部与上升管(41)的外壁有1～2cm的安全距离；垂直桨叶(33)的高度为筒体(22)高度的1/2～1/3，其旋转方向与入泥口(13)混合液的入流方向相同；

所述出水系统(4)包括上升管(41)、弯管(42)、出水管(43)；上升管(41)的中心轴线与筒体(22)的中心轴线重合，上部穿过顶板(21)与弯管(42)焊接，管壁外穿处与顶板(21)焊接，下壁面与导流筒(32)具有1～2cm的安全距离；出水管(43)与顶板(21)平面平行；出水管(43)的截面为圆形；

所述传动系统(5)包括减速装置(51)、机架(52)、填料密封(53)、传动轴(54)；传动轴(54)的中轴线与筒体(22)的中轴线重合，其上部与减速装置(51)焊接，下部与螺旋桨叶(31)焊接；减速装置(51)通过机架(52)由弯管(42)支承连接，弯管(42)的管中心与传动轴(54)的轴心以及筒体(22)的轴心重合；传动轴(54)与弯管(42)穿接处采用填料密封(53)。

2.根据权利要求1所述活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，其特征在于：所述筒体(22)的直径及高度、变径渐缩管(12)的截面积，根据流量以及混合液在筒体内的停留时间和表面负荷进行确定；筒体(22)的径深比为0.2～0.6，表面负荷为300～500m³/(m²·h)，水力停留时间为2～4min。

3.根据权利要求1所述活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，其特征在于：所述入泥口(13)的截面积为进泥管(11)截面积的40％～60％，变径渐缩管内的流速为1.5～2.0m/s。

4.根据权利要求1所述活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，其特征在于：所述出水管(43)中活性污泥混合液的流速为0.8～1.0m/s；出沙管(24)中含沙混合液的流速为0.4～0.6m/s；进泥管(11)的截面积为出水管(43)的1～2倍，为出沙管(24)的1～1.5倍。

5.根据权利要求1所述活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，其特征在于：所述锥管(23)的锥角为60°，高度为筒体的1/3～1/8，角锥比为0.6～0.8。

6.根据权利要求1所述活性污泥中沙粒回收的机械旋流分离装置，其特征在于：所述垂直桨叶(33)的数量为6～24片，转速为40r/min～80r/min；所述螺旋桨叶(31)的转速与导流筒(32)及垂直桨叶(33)的转速相同，为40r/min～80r/min。

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