CN114604948B - 污水混凝处理装置及污水混凝处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理设备领域，具体涉及处理效果高效，成本降低的污水混凝处理装置及污水混凝处理方法，包括撞击流混合器、磁化装置和机械搅拌絮凝装置，撞击流混合器包括竖直设置的外筒体，外筒体内部设置有搅拌轴，搅拌轴上设置有搅拌叶片，所述搅拌轴上固定套装有导流筒，所述导流筒的顶部和底部为敞开面，导流筒的侧壁上设置有出液通道，所述外筒体的顶部设置有进水口和加药口，所述外筒体的侧壁的中部设置有出水口；所述撞击流混合器的出水口通过管路与磁化装置相连接，所述磁化装置内部设置有过水通道，过水通道的出水口与机械搅拌絮凝装置相连接，减少了沉淀装置的数量，节约了装置占地，还提高了污水处理效果。

Description

污水混凝处理装置及污水混凝处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理设备领域，具体涉及处理效果高效，成本降低的污水混凝处理装置及污水混凝处理方法。

背景技术

在污水处理过程中经常用到混凝沉淀(气浮)工艺，它是工业污水和生活污水处理中最基本也是极为重要的处理过程，具体原理：在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。其中混凝过程是在废水中投入混凝剂。混凝剂为电解质，在水中水解后形成带正电荷的胶团，与废水中带负电荷的胶体物质发生电中和，形成绒粒沉降。

废水在未加混凝剂之前，水中的胶体和细小悬浮颗粒的本身质量很轻，受水的分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动。颗粒都带有同性电荷，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒；其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻碍各胶体的聚合。一种胶体的胶粒带电越多，其电位就越大；扩散层中反离子越多，水化作用也越大，水化层也越厚，因此扩散层也越厚，稳定性越强。

废水中投入混凝剂后，胶体因电位降低或消除，破坏了颗粒的稳定状态(称脱稳)。脱稳的颗粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚。未经脱稳的胶体也可形成大得颗粒，这种现象称为絮凝。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝。按机理，混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种。在废水的混凝沉淀处理过程中，影响混凝效果的因素比较多。其中混凝剂能否与污染物形成充分、有效地接触、碰撞很重要，传统的机械搅拌絮凝池由于设计缺陷，会产生死区、共同旋流等现象，导致混凝剂、助凝剂等不能与废水中的污染物发生充分反应，从而降低处理效果，同时还带来药剂的浪费问题；另外，传统的机械搅拌絮凝体形成缓慢，结构松散，沉降缓慢，不仅处理效果差，而且需要较长的停留时间和较大的构筑物，造成巨大的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而发明的一种处理效果高效，成本降低的污水混凝处理装置及污水混凝处理方法。

本发明是这样实现的：一种污水混凝处理装置，其特征在于：包括撞击流混合器、磁化装置和机械搅拌絮凝装置。

所述撞击流混合器包括竖直设置的外筒体，外筒体内部设置有搅拌轴，搅拌轴上设置有搅拌叶片，所述搅拌轴上固定套装有导流筒，所述导流筒的顶部和底部为敞开面，导流筒的侧壁上设置有出液通道，所述外筒体的顶部设置有进水口和加药口，所述外筒体的侧壁的中部设置有出水口；所述撞击流混合器的出水口通过管路与磁化装置相连接，所述磁化装置内部设置有过水通道，过水通道的出水口与机械搅拌絮凝装置相连接；所述机械搅拌絮凝装置包括絮凝池和设置在絮凝池内的机械搅拌器。

所述搅拌叶片包括设置在搅拌轴中下部的下搅拌叶片，下搅拌叶片将外筒下部的液体向导流筒上部运送。所述搅拌叶片包括设置在搅拌轴中上部的上搅拌叶片，上搅拌叶片将外筒上部的液体向导流筒下部运送，搅拌轴上的两个搅拌叶片为反向相对安装。

进一步优化，所述进水口和加药口上分别设置有进水喷头和加药喷头，所述进水喷头和加药喷头朝着导流筒顶部的敞开面。

进一步优化，导流筒的侧壁上的出液通道与外筒体的侧壁上的出水口处于同一水平面上。

进一步优化，所述出液通道为多个、呈环状，在同一水平面上布置。

进一步优化，所述外筒体内壁上设置有导流凸棱，所述导流凸棱与出液通道位于同一平面上，导流凸棱将外筒体内部得液体分别导向外筒体得顶部和底部。

进一步优化，所述磁化装置内部过水通道的轴线与磁场磁感线的方向垂直。

一种污水混凝处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)、污水和混凝剂加入撞击流混合器的内部，搅拌轴以400～600r/min的转速高速旋转，搅拌轴上的两个搅拌叶片为反向相对安装，在导流筒筒体内形成上下两股相对的水流，这两股水流相撞后，在导流筒中间部位形成接触面，两股水流混合后沿着径向方向向四周流动，水流穿过导流筒中部出液通道后碰到外筒体内壁，水流分别向上、向下两个方向流动，然后又从导流筒上下部返回导流筒继续循环，部分混合后的液体从外筒体侧壁的出水口流出。

步骤2)、经过混匀后的液体以1.5～3.0m/s的流速流过磁化装置，混合后的液体被瞬间磁化。

步骤3)、经过磁化的液体形成了无数微小的絮凝体流入机械搅拌絮凝装置，从絮凝剂添加工位加入絮凝剂的同时，机械搅拌器以40～60r/min的转速进行搅拌，水中的微小絮体在絮凝剂的网捕作用下快速形成较大絮体。

进一步优化，还包括沉淀装置，步骤3中处理后的液体流入沉淀装置后快速沉淀。

本装置具有以下优点：

(1)、各个组件之间协同作用，助沉效果提高大大提高，因而反应速率更快，达到相同指标所需的水力停留时间更短，所需反应装置体积更小。

(2)、相较传统的机械搅拌絮凝沉淀法，本组合装置COD去除率提高30％。

(3)、相较传统的机械搅拌絮凝沉淀法，在相同的药剂用量条件下，沉淀效果和COD去除率均大为提高，间接地减少了设备投入及药剂使用量。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例2中撞击流混合器的结构示意图。

图3为实施例3中“磁化+机械搅拌”处理的废水和仅经过“机械搅拌”处理的等量废水沉降效果对比图。

图4为实施例3中本发明中的装置和方法处理后的废水和仅经过“磁化+机械搅拌”处理的等量废水沉降效果对比图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种污水混凝处理装置，包括撞击流混合器1、磁化装置2和机械搅拌絮凝装置3。

所述撞击流混合器1包括竖直设置的外筒体1-1，外筒体1内部设置有竖直状的搅拌轴1-2，所述搅拌轴1-2的一端伸出到外筒体1-1的下部，外筒体的底部设置有搅拌电机1-3，搅拌电机1-3与外筒体1-1之间固定连接，搅拌电机1-3带动搅拌轴1-2转动，本实施例所有的搅拌电机1-3为变频电机，在其它实施例中，搅拌电机也可设置在外筒体内部或者外筒体的顶部。

所述搅拌轴1-2上设置有搅拌叶片1-4，在本实施例中搅拌叶片1-4为两组，包括设置在搅拌轴中下部的下搅拌叶片和设置在搅拌轴中上部的上搅拌叶片，搅拌轴上的两个搅拌叶片为反向相对安装，在搅拌轴转动时，下搅拌叶片给其周围的液体一个向上的推力，上搅拌叶片给其周围的液体一个向下的推力，即下搅拌叶片将外筒体下部的液体向上运送，上搅拌叶片将外筒体上部的液体向下部运送。

所述搅拌轴1-2上固定套装有导流筒1-5，所述导流筒1-5的顶部和底部为敞开面，外筒体1-1内的液体分别从导流筒1-5的顶部和底部的敞开面进入到导流筒1-5内。导流筒1-5的侧壁上设置有出液通道1-6，在本实施例中，所述出液通道1-6为4个，这4个出液通道1-6呈环状在同一水平面上布置。在本实施例中，上搅拌叶片和下搅拌叶片的规格相同，只是上搅拌叶片和下搅拌叶片的螺旋方向不同，上搅拌叶片和下搅拌叶片对液体施加的力度是相似的，所以，导流筒1-5上的出液通道1-6开设在导流筒1-5的中部。

所述外筒体1-1的顶部设置有进水口1-7和加药口1-8，进水口1-7用来向外筒体1-1内部注入待处理的污水，加药口1-8是用来向外筒体1-1内部注入混凝剂。所述外筒体1-1的侧壁的中部设置有出水口1-9；所述撞击流混合器的出水口1-9通过管路与磁化装置2相连接，在本实施例中，所述磁化装置2采用稀土钕铁硼永磁体制作而成，磁化装置内部设置有过水通道，稀土钕铁硼永磁体在过水通道内构成强大的磁场，过水通道的轴线与磁场磁感线的方向垂直，从而保障过水通道内的液体尽可能的被磁化。污水流过过水通道经磁化处理后，水体理化性质有一定变化，PH值、粘度、扩散系数、表面张力、电导率、透光率等都有变化，对溶解、结晶、聚合、润湿、凝聚、凝固、沉淀等过程及生物系统的代谢过程也产生影响。磁化产生的洛伦兹力在瞬间将废水中杂乱无章排列的极性带电物质按照磁力线方向顺序化排列，不仅增加了药剂与污染物的接触、碰撞几率，还提高了药剂利用率和关键指标去除率。

过水通道的出水口与机械搅拌絮凝装置3相连接；所述机械搅拌絮凝装置3包括絮凝池和设置在絮凝池内的机械搅拌器。

一种污水混凝处理方法，包括以下步骤：

步骤1)、污水和混凝剂加入撞击流混合器的内部，搅拌轴以400～600r/min的转速高速旋转，搅拌轴上的两个搅拌叶片为反向相对安装，在导流筒筒体内形成上下两股相对的水流，这两股水流相撞后，在导流筒中间部位形成接触面，两股水流混合后沿着径向方向向四周流动，水流穿过导流筒中部出液通道后碰到外筒体内壁，水流再分别向上、向下两个方向流动，然后又从导流筒上下部返回导流筒继续循环，在撞击流混合器内部形成两股流向相反的环形液流，这两股液流相互碰撞，混合，部分混合后的液体从外筒体侧壁的出水口流出。

步骤2)、经过混匀后的液体以1.5～3.0m/s的流速流过磁化装置，混合后的液体被瞬间磁化。磁化产生的洛伦兹力在瞬间将废水中杂乱无章排列的极性带电物质按照磁力线方向顺序化排列，增加了药剂与污染物的接触、碰撞几率，会促进后续絮凝反应的进行。

步骤3)、经过磁化的液体形成了无数微小的絮凝体流入机械搅拌絮凝装置，从絮凝剂添加工位加入絮凝剂的同时，机械搅拌器以40～60r/min的转速进行搅拌，水中的微小絮体在絮凝剂的网捕作用下快速形成较大絮体。

本方法还包括沉淀装置，步骤3中处理后的液体流入沉淀装置后快速沉淀从而实现泥水分离，完成整个混凝沉淀过程。

实施例2

在本实施例的技术方案是在实施例1的技术方案基础上，在进水口和加药口上分别设置有进水喷头和加药喷头，所述进水喷头和加药喷头朝着导流筒顶部的敞开面。进水喷头和加药喷头增加污水和混凝剂液体的冲击力，在外筒体内部形成空气泡，空气泡爆破形成冲击，增加混合效果。

如图2所示，进一步优化，所述外筒体1-1内壁上设置有导流凸棱1-10，所述导流凸棱与出液通道位于同一平面上，在本实施例中，所述导流凸棱1-10横截面的形状为体型，导流凸棱1-10将外筒体内部得液体分别导向外筒体得顶部和底部，这样更有利于外筒体内部液体的循环、搅拌，加强了混匀效果。在其它实施例中，导流凸棱的形状也可是三角形或者两个相对的斜板组成。

实施例3

采用对比的方法来评估传统的机械搅拌絮凝沉淀装置和本发明的污水混凝处理装置在对某鱼类加工废水进行处理的效果，具体评估指标为相同时间内的沉淀效果和COD去除率。该实验废水COD为3800mg/l，两种方法的药剂用量相同，分别是PAC400mg/l、PAM20mg/l。

实验方法：

首先，污水和混凝剂同时加入撞击流混合器，搅拌轴以400～600r/min的转速高速旋转，由于设于搅拌轴上的两个搅拌浆叶为反向相对安装，导流筒内形成上下两股相对的水流，这两股水流相撞后，由于速度相同、方向相反，因此在导流筒正中间部位形成接触面，两股流体均匀混合后沿着径向方向向四周流动，穿过导流筒中部出液通道后碰到外筒体内壁，分别向上向下流动，然后又从导流筒上下部开方面分别返回导流筒继续循环，部分混合后的液体从出水口流出。然后，流出的液体以1.5～3.0m/s的流速流过磁化装置，污水被瞬间磁化，磁化产生的洛伦兹力在瞬间将废水中杂乱无章排列的极性带电物质按照磁力线方向顺序化排列，增加了药剂与污染物的接触、碰撞几率，会促进后续絮凝反应的进行；最后，经过磁化的废水形成了无数微小的絮凝体流入机械搅拌絮凝装置的凝絮池中，在其中加入絮凝剂的同时，搅拌器以40～60r/min的转速进行搅拌，水中的微小絮体在絮凝剂的网捕作用下快速形成较大絮体，从凝絮池的出水口流入沉淀装置后快速沉淀，从而实现泥水分离，完成整个混凝沉淀过程。

传统的机械搅拌絮凝装置，首先将废水和混凝剂同时加入混凝槽中，搅拌机以250r/min的转速搅拌；经过初步混凝的废水溢流进入下一级絮凝槽，加入絮凝剂并以40～60r/min的转速进行搅拌，形成絮体的废水进入沉淀装置后进行泥水分离。

实验结果如下：

一、对助沉效果的影响

1、图3中的量筒1和量筒2分别为“磁化+机械搅拌”处理的废水和仅经过“机械搅拌”处理的等量废水。

自然沉降10min对比，如图3所示，其中，量筒1的泥层界面沉降至量筒约30％刻度处，量筒2的泥层界面沉降至量筒约50％刻度处。

2、图4中的量筒1为“撞击流混合+磁化+机械搅拌”组合技术处理后的废水，即本发明中的装置和方法处理后的废水，量筒2为仅经过“磁化+机械搅拌”处理的等量废水。

自然沉降10min对比，如图4所示，量筒1的泥层界面沉降至量筒约25％刻度处，量筒2的泥层界面沉降至量筒约30％刻度处。

二、对COD去除率的影响

经本申请装置和方法处理后的COD去除率65.4％；传统絮凝处理的废水COD去除率为45.8％，去除率提高约30％。

实验结果表明：两组方法在混凝剂和絮凝剂用量相同的条件下，本发明提出的污水混凝处理装置，无论在助沉效果还是在COD去除率方面都优于传统的机械搅拌絮凝沉淀装置。在实际工程实践中，减少了沉淀装置的数量，节约了装置占地，还提高了污水处理效果。

Claims (6)

1.一种污水混凝处理装置，其特征在于：包括撞击流混合器、磁化装置和机械搅拌絮凝装置，

所述撞击流混合器包括竖直设置的外筒体，外筒体内部设置有搅拌轴，搅拌轴上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片包括设置在搅拌轴中下部的下搅拌叶片，下搅拌叶片将外筒下部的液体向导流筒上部运送，所述搅拌叶片还包括设置在搅拌轴中上部的上搅拌叶片，上搅拌叶片将外筒上部的液体向导流筒下部运送，搅拌轴上的两个搅拌叶片为反向相对安装；

所述搅拌轴上固定套装有导流筒，所述导流筒的顶部和底部为敞开面，导流筒的侧壁上设置有出液通道，所述外筒体的顶部设置有进水口和加药口，所述外筒体的侧壁的中部设置有出水口，导流筒的侧壁上的出液通道与外筒体的侧壁上的出水口处于同一水平面上，所述出液通道为多个、呈环状，在同一水平面上布置；

所述撞击流混合器的出水口通过管路与磁化装置相连接，所述磁化装置内部设置有过水通道，过水通道的出水口与机械搅拌絮凝装置相连接；

所述机械搅拌絮凝装置包括絮凝池和设置在絮凝池内的机械搅拌器。

2.根据权利要求1所述的污水混凝处理装置，其特征在于：所述进水口和加药口上分别设置有进水喷头和加药喷头，所述进水喷头和加药喷头朝着导流筒顶部的敞开面。

3.根据权利要求1所述的污水混凝处理装置，其特征在于：所述外筒体内壁上设置有导流凸棱，所述导流凸棱与出液通道位于同一平面上，导流凸棱将外筒体内部得液体分别导向外筒体得顶部和底部。

4.根据权利要求1所述的污水混凝处理装置，其特征在于：所述磁化装置内部过水通道的轴线与磁场磁感线的方向垂直。

5.一种使用权利要求1至4中任意一项污水混凝处理装置的污水混凝处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)、污水和混凝剂加入撞击流混合器的内部，搅拌轴以400～600r/min的转速高速旋转，搅拌轴上的两个搅拌叶片为反向相对安装，在导流筒筒体内形成上下两股相对的水流，这两股水流相撞后，在导流筒中间部位形成接触面，两股水流混合后沿着径向方向向四周流动，水流穿过导流筒中部出液通道后碰到外筒体内壁，水流分别向上、向下两个方向流动，然后又从导流筒上下部返回导流筒继续循环，部分混合后的液体从外筒体侧壁的出水口流出；

步骤2)、经过混匀后的液体以1.5～3.0m/s的流速流过磁化装置，混合后的液体被瞬间磁化；

步骤3)、经过磁化的液体形成了无数微小的絮凝体流入机械搅拌絮凝装置，从絮凝剂添加工位加入絮凝剂的同时，机械搅拌器以40～60r/min的转速进行搅拌，水中的微小絮体在絮凝剂的网捕作用下快速形成较大絮体。

6.根据权利要求5所述的污水混凝处理方法，其特征在于：还包括沉淀装置，步骤3中处理后的液体流入沉淀装置后快速沉淀。

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