CN118047432A - 一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置及污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置及污水处理方法，涉及污水处理技术领域，该污水处理装置包括污水池、第一管道、再生池、微通道振荡分离器、第二管道和分离池。本装置可搭配不同的分离介质，可以对污水中的固体悬浮物、COD和氮磷具有良好的处理效果，同时碳排放大幅降低、流程简单高效、造价低，解决了现有工艺中碳排放高、流程复杂、占地面积大、造价成本高的缺陷。

Description

一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置及污水处理 方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置及污水处理方法。

背景技术

在“双碳”目标的大背景下，开发低碳环保的污水处理技术和装备是十分迫切的。现有较成熟的污水处理技术一般采用缺氧/好氧工艺处理，以生化法为核心的处理工艺对生活污水中的溶解性污染物有良好的处理效果，然而在处理过程中具有较高的碳排放，且占地面积大、流程复杂、成本较高。此外，现有技术对污水中的悬浮固体和胶体等难降解污染物的去除效率较低，导致出水水质不稳定，难以满足日益严格的排放标准和再生水利用的要求。

为了提高污水中悬浮固体和胶体等难降解污染物的去除效率，一些技术采用了过滤工艺对污水进行深度处理。分离工艺包括：深层过滤、表面分离和膜分离。深层过滤是利用粒状分离介质的空隙和表面吸附作用，截留污水中的悬浮物和胶体等颗粒物质。表面过滤是利用纤维或纸质分离介质的表面孔隙，阻挡污水中的悬浮物和胶体等颗粒物质。膜分离是利用膜的微孔或分子间隙，拦截污水中的悬浮物、胶体、溶解性有机物和无机盐等物质。其中，膜分离具有处理效果好、占地面积小、出水水质稳定等优点，已成为污水深度处理的主流技术。

然而，膜分离技术也存在一些问题，主要是膜污染和膜寿命。膜污染是指在分离过程中，污水中的有机物、无机物、微生物等物质在膜表面或内部沉积或吸附，导致膜的通量下降和截留率降低，影响膜的分离性能。膜寿命是指膜的使用时间，受到膜的材料、结构、工艺参数、运行条件、清洗方法等因素的影响，一般在3~10年之间。为了延长膜寿命，需要定期对膜进行清洗和更换，这会增加膜分离的运行成本和维护难度，也会造成膜材料的浪费和污染。

申请号为201922122008.6的专利公开了一种污水过滤器及过滤介质收集器，包括反冲洗组件和多个并列设置的第一分离组件；由于多个并列设置的第一分离组件均与反冲气总管和反洗水总管连通，对第一过滤组件进行反冲洗，并且在反冲气总管上设置排气阀，排出管道内多余气体，排气阀与反冲气总阀始终处于相反启闭状态，避免反洗时反冲气体从排气阀处泄露，缓解了现有技术中存在的污水过滤器在反冲洗结束后，管路残留有气体，压缩气体很容易穿过阀门进入到处于正常运行下的污水分离器中，影响分离精度的技术问题，实现了避免反冲洗后，管道内残留的压缩气体进入到处于正常运行状态下的污水过滤器中，消除精度降低隐患的技术效果。但该系统占地面积大，且处理流程繁琐，成本较高。此外，该系统采用的是表面分离技术，对污水中的溶解性污染物的去除效果有限，难以达到高标准的出水水质要求。

申请号为202011133149.9的专利公开了一种污水处理装置及其方法，涉及环保技术领域，该处理装置包括一级反应装置。所述一级反应装置包括强旋流区和位于所述强旋流区上方的上升区；所述强旋流区具有微气泡入口，所述微气泡入口用于与微气泡发生器相连；所述强旋流区的内腔中设置有用于使微气泡形成旋流的第一旋流筒。上升区具有气液相输入端和气液相输出端，该两端之间形成用于气液相上下流通，并被填充的催化填料催化氧化的上升通道。该污水处理装置实现污水处理的装置化和密闭化操作，无二次污染问题，该强旋流区采用旋流微气泡催化氧化的技术，增大了氧化性气体和污水的接触面积，在有效降低反应时间的基础上，达到较好的处理效果。虽然该专利内容涉及到旋流场及污水处理过程，但是该技术是旋流微气泡氧化技术，与本申请的技术原理及装置有着明显区别。

因此，针对现有技术存在的问题，本领域亟需开发出一种针对污水简单有效、低碳环保的处理方法和装置，解决现有方法碳排放高、流程复杂、占地面积较大、成本较高的问题，实现以绿色分离法为核心的污水处理碳中和变革性工艺流程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置及污水处理方法。

第一方面，本申请提供的一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置通过以下技术方案来实现：

一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置，包括污水池、第一管道、再生池、微通道振荡分离器、第二管道和分离池，上述再生池与上述污水池通过上述第一管道连通，上述第一管道上顺次设置有提升泵、第一阀门和第二阀门，上述提升泵靠近上述污水池设置，上述第二阀门靠近上述再生池设置；上述第二管道的一端与上述再生池连通，上述第二管道上顺次设置有水泵、第三阀门、排水管、第四阀门和排料管，上述排料管与上述第二管道的自由端连通；上述排水管的一端与上述第二管道连通，且此连接处位于上述第三阀门和上述第四阀门之间，另一端与上述分离池连通；上述微通道振荡分离器的上部设置有注料管，上述微通道振荡分离器的顶部与上述第一管道连通，且此连接处位于上述第一阀门和上述第二阀门之间；上述微通道振荡分离器的底部与上述第二管道连通，且此连接处位于上述第三阀门和上述第四阀门之间；上述排水管上还设置有阻料阀门。

进一步地，在本发明中，上述微通道振荡分离器包括循环管道和从上至下顺次连通的振荡分离管、圆管、锥管，上述振荡分离管、上述圆管和上述锥管三者的中轴线共线；上述注料管倾斜设置于上述圆管上；上述振荡分离管的顶端与上述第一管道连通，且此连接处位于上述第一阀门和上述第二阀门之间；上述锥管的底端与上述第二管道连通，且此连接处位于上述第三阀门和上述第四阀门之间；上述循环管道上口与上述圆管连通，且上述循环管道上口的中轴线与上述圆管的中轴线垂直；上述循环管道下口与上述第二管道连通，且此连接处位于上述排水管和上述第四阀门之间。

进一步地，在本发明中，还包括注气机构，上述注气机构包括空压机、若干注气管道和若干排气管道，若干上述注气管道均穿设于上述第二管道上，且呈环形分布，任意上述注气管道的外漏端与上述空压机的出气口连通，且任意上述注气管道与上述第二管道的连接处位于上述第三阀门和第四阀门之间；若干上述排气管道均穿设于上述圆管的顶部，且呈环形分布，上述圆管内的气体可经若干上述排气管道排至外界。

进一步地，在本发明中，上述振荡分离管的底端位于上述圆管内，且上述振荡分离管的底端低于上述循环管道上口的下端2-3cm。

第二方面，本申请提供的一种污水处理方法通过以下技术方案来实现：

S1、将分离介质从上述注料管注入到上述微通道振荡分离器的圆管中，然后将系统调整至分离模式：打开上述第一阀门和上述阻料阀门，关闭上述第二阀门、上述第三阀门和上述第四阀门；污水从上述污水池中被上述提升泵抽出，并依次经上述第一管道、上述第一阀门和上述振荡分离管注入到上述微通道振荡分离器的圆管内，然后开始分离；分离后的水依次经上述阻料阀门和上述排水管注入到上述分离池中；

S2、运行一段时间后，分离介质需要进行再生以重复使用，此时需要将系统切换至再生模式：打开上述第二阀门和上述第三阀门，关闭上述提升泵、第一阀门、第四阀门和上述阻料阀门，打开上述水泵，上述再生池中的水被抽入第二管道中，随后水将上述微通道振荡分离器中的分离介质带入上述循环管道中；打开上述空压机，上述空压机产生的气体通过上述注气管道注入上述第二管道内，气体冲散被水分离过程压实的床层；上述水泵泵入的水携带分离介质在上述圆管、上述锥管和上述循环管道形成的环形流道内发生循环流动；在此过程中，分离介质在上述圆管和上述锥管组成的腔室中发生自公转湍流运动，其内部的没再生出来的悬浮物由于离心力的作用被甩出分离，依次经振荡分离管、第一管道和第二阀门排放至上述再生池中；此外再生过程注入的气体经若干上述排气管道排出至外界，以避免系统压力过大；

S3、长周期分离再生的分离介质会磨损而导致无法发挥作用，因此需要更换分离介质，此时系统需切换至卸料模式：打开上述第三阀门和上述第四阀门，关闭上述提升泵、上述第一阀门、上述第二阀门和上述阻料阀门；打开上述水泵，上述再生池中的水被抽入第二管道中，随后上述微通道振荡分离器中的分离介质依次经上述第四阀门和上述排料管排出。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置及污水处理方法，搭配不同的分离介质，可以对污水中的固体悬浮物、COD和氮磷具有良好的处理效果，同时碳排放大幅降低、流程简单高效、造价低，解决了现有工艺中碳排放高、流程复杂、占地面积大、造价成本高的缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图。

图中：1-污水池；2-第一管道；3-再生池；4-微通道振荡分离器；401-循环管道；402-振荡分离管；403-圆管；404-锥管；5-第二管道；6-分离池；7-提升泵；8-第一阀门；9-第二阀门；10-水泵；11-第三阀门；12-排水管；13-第四阀门；14-排料管；15-注料管；16-阻料阀门；17-空压机；18-注气管道；19-排气管道。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。

实施例1

请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：

一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置，包括污水池1、第一管道2、再生池3、微通道振荡分离器4、第二管道5和分离池6，再生池3与污水池1通过第一管道2连通，第一管道2上顺次设置有提升泵7、第一阀门8和第二阀门9，提升泵7靠近污水池1设置，第二阀门9靠近再生池3设置；第二管道5的一端与再生池3连通，第二管道5上顺次设置有水泵10、第三阀门11、排水管12、第四阀门13和排料管14，排料管14与第二管道5的自由端连通；排水管12的一端与第二管道5连通，且此连接处位于第三阀门11和第四阀门13之间，另一端与分离池6连通；微通道振荡分离器4的上部设置有注料管15，微通道振荡分离器4的顶部与第一管道2连通，且此连接处位于第一阀门8和第二阀门9之间；微通道振荡分离器4的底部与第二管道5连通，且此连接处位于第三阀门11和第四阀门13之间；排水管12上还设置有阻料阀门16。

其中提升泵7和水泵10的压力范围可为0.3-0.5MPa，以满足分离的足够压力和分离介质再生的运动状态。本实施例中阻料阀门16由普通闸阀和顶部固定的水帽（图中未示出）构成，其作用为让分离完的清水通过，将分离介质截留下来。

在本发明的一些实施方式中，微通道振荡分离器4包括循环管道401和从上至下顺次连通的振荡分离管402、圆管403、锥管404，振荡分离管402、圆管403和锥管404三者的中轴线共线，圆管403与锥管404的柱锥比可为1:1-1:3。注料管15倾斜设置于圆管403上，方便分离介质进入圆管403内。振荡分离管402的顶端与第一管道2连通，且此连接处位于第一阀门8和第二阀门9之间；锥管404的底端与第二管道5连通，且此连接处位于第三阀门11和第四阀门13之间；循环管道401上口与圆管403连通，且循环管道401上口的中轴线与圆管403的中轴线垂直；循环管道401下口与第二管道5连通，且此连接处位于排水管12和第四阀门13之间。分离介质注入高度可为微通道振荡分离器4高度（圆管403与锥管404的高度之和）的1/3-1/2，以保证分离介质能够正常循环流化。

另外，此污水处理装置还配套有控制柜，控制柜内设有PLC控制器、变频器、仪表和电器元件， PLC控制器通过变频器控制提升泵7的启停和转速，通过电磁阀控制管道阀门的开关，通过液位计、压力计和流量计检测微通道振荡分离器4的运行状态，根据预设的程序和参数实现微通道振荡分离器4的正常分离模式和分离介质再生模式的切换。此种控制方式和控制设备均为现有技术，在此就不做过多赘述。

在本发明的一些实施方式中，还包括注气机构，注气机构包括空压机17、若干注气管道18和若干排气管道19，若干注气管道18均穿设于第二管道5上，且呈环形分布，任意注气管道18的外漏端与空压机17的出气口连通，且任意注气管道18与第二管道5的连接处位于第三阀门11和第四阀门13之间；若干排气管道19均穿设于圆管403的顶部，且呈环形分布，圆管403内的气体可经若干排气管道19排至外界。此处若干排气管道19成两个半径不同的同心圆排列，数量在12-24个之间。

空压机17产生的气体经若干个注气管道18注入第二管道5内，能产生点状高压气体（气压范围可为0.7-1.2 Mpa），深层分离过程被水压实的分离床层能够被多个点状气体冲散结构，使冲洗更易进行。当分离介质在圆管403和锥管404组成的腔室中发生自公转湍流运动时，有时会存在短路流，而这种短路流一般会出现在此微通道振荡分离器4的圆柱段（即圆管403）的顶部，并且会干扰下面正常的流体运行，在圆管403的顶部插入若干排气管道19，可以将短路气流及时排出系统。

当分离介质经循环管道401上口流入圆管403内后，分离介质在圆管403和锥管404组成的结构内再生。再生的过程中分离介质的流动会使得圆管403和锥管404组成的结构内发生内旋涡流和外旋涡流，其中再生出来的分离介质在外旋涡流的作用下会向锥管404的底部沉积，留在此结构内；分离介质没再生出来的悬浮物在内旋涡流的作用下从振荡分离管402向上排至第一管道2内。振荡分离管402的底端位于圆管403内，且振荡分离管402的底端低于循环管道401上口的下端2-3cm的设计可降低再生过程中再生出来的分离介质从振荡分离管402被排出的概率。

实施例2

参阅图1-2，本发明实施例公开一种污水处理方法，采用实施例1中的一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置，通过以下步骤来实现：

S1、将分离介质从注料管15注入到微通道振荡分离器4的圆管403中，然后将系统调整至分离模式：打开第一阀门8和阻料阀门16，关闭第二阀门9、第三阀门11和第四阀门13；污水从污水池1中被提升泵7抽出，并依次经第一管道2、第一阀门8和振荡分离管402注入到微通道振荡分离器4的圆管403内，然后开始分离；分离后的水依次经阻料阀门16和排水管12注入到分离池6中；

S2、运行一段时间后，分离介质需要进行再生以重复使用，此时需要将系统切换至再生模式：打开第二阀门9和第三阀门11，关闭提升泵7、第一阀门8、第四阀门13和阻料阀门16，打开水泵10，再生池3中的水被抽入第二管道5中，随后水将微通道振荡分离器4中的分离介质带入循环管道401中；打开空压机17，空压机17产生的具有一定压力的气体通过注气管道18注入第二管道5内，气体冲散被水分离过程压实的床层；水泵10泵入的水携带分离介质在圆管403、锥管404和循环管道401形成的环形流道内发生循环流动；在此过程中，分离介质在圆管403和锥管404组成的腔室中发生自公转湍流运动，其内部的没再生出来的悬浮物由于离心力的作用被甩出分离，依次经振荡分离管402、第一管道2和第二阀门9排放至再生池3中；此外再生过程注入的气体经若干排气管道19排出至外界，以避免系统压力过大；

S3、长周期分离再生的分离介质会磨损而导致无法发挥作用，因此需要更换分离介质，此时系统需切换至卸料模式：打开第三阀门11和第四阀门13，关闭提升泵7、第一阀门8、第二阀门9和阻料阀门16；打开水泵10，再生池3中的水被抽入第二管道5中，随后微通道振荡分离器4中的分离介质依次经第四阀门13和排料管14排出。

正常分离模式中，其运行时间可为1~2小时，正常分离模式的运行效率为0.5~1.0m³/m²•h，正常分离模式的运行成本为0.1~0.2 元/m³，正常分离模式的碳排放为0.01~0.02kg/m³。这种分离方法与现有技术相比，分别降低了30%~50%、40%~60%、50%~70%和60%~80%。

再生模式中，运行时间为5~10分钟，使得分离介质再生后的再生率达到90%以上，即分离介质再生后的截留率恢复到初始截留率的90%以上。再生模式中反冲洗水的流量为0.5~1.0 L/s，反冲洗水的压力分别为0.2~0.4 MPa，反冲洗水喷射时间为10-15分钟。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置，其特征在于：包括污水池（1）、第一管道（2）、再生池（3）、微通道振荡分离器（4）、第二管道（5）和分离池（6），所述再生池（3）与所述污水池（1）通过所述第一管道（2）连通，所述第一管道（2）上顺次设置有提升泵（7）、第一阀门（8）和第二阀门（9），所述提升泵（7）靠近所述污水池（1）设置，所述第二阀门（9）靠近所述再生池（3）设置；所述第二管道（5）的一端与所述再生池（3）连通，所述第二管道（5）上顺次设置有水泵（10）、第三阀门（11）、排水管（12）、第四阀门（13）和排料管（14），所述排料管（14）与所述第二管道（5）的自由端连通；所述排水管（12）的一端与所述第二管道（5）连通，且此连接处位于所述第三阀门（11）和所述第四阀门（13）之间，另一端与所述分离池（6）连通；所述微通道振荡分离器（4）的上部设置有注料管（15），所述微通道振荡分离器（4）的顶部与所述第一管道（2）连通，且此连接处位于所述第一阀门（8）和所述第二阀门（9）之间；所述微通道振荡分离器（4）的底部与所述第二管道（5）连通，且此连接处位于所述第三阀门（11）和所述第四阀门（13）之间；所述排水管（12）上还设置有阻料阀门（16）。

2.根据权利要求1所述的一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置，其特征在于：所述微通道振荡分离器（4）包括循环管道（401）和从上至下顺次连通的振荡分离管（402）、圆管（403）、锥管（404），所述振荡分离管（402）、所述圆管（403）和所述锥管（404）三者的中轴线共线；所述注料管（15）倾斜设置于所述圆管（403）上；所述振荡分离管（402）的顶端与所述第一管道（2）连通，且此连接处位于所述第一阀门（8）和所述第二阀门（9）之间；所述锥管（404）的底端与所述第二管道（5）连通，且此连接处位于所述第三阀门（11）和所述第四阀门（13）之间；所述循环管道（401）上口与所述圆管（403）连通，且所述循环管道（401）上口的中轴线与所述圆管（403）的中轴线垂直；所述循环管道（401）下口与所述第二管道（5）连通，且此连接处位于所述排水管（12）和所述第四阀门（13）之间。

3.根据权利要求2所述的一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置，其特征在于：还包括注气机构，所述注气机构包括空压机（17）、若干注气管道（18）和若干排气管道（19），若干所述注气管道（18）均穿设于所述第二管道（5）上，且呈环形分布，任意所述注气管道（18）的外漏端与所述空压机（17）的出气口连通，且任意所述注气管道（18）与所述第二管道（5）的连接处位于所述第三阀门（11）和第四阀门（13）之间；若干所述排气管道（19）均穿设于所述圆管（403）的顶部，且呈环形分布，所述圆管（403）内的气体可经若干所述排气管道（19）排至外界。

4.根据权利要求2所述的一种非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置，其特征在于：所述振荡分离管（402）的底端位于所述圆管（403）内，且所述振荡分离管（402）的底端低于所述循环管道（401）上口的下端2-3cm。

5.一种污水处理方法，采用如权利要求1-4任意一项所述的非药剂微通道振荡分离替代性污水处理装置，包括以下步骤：

S1、将分离介质从所述注料管（15）注入到所述微通道振荡分离器（4）的圆管（403）中，然后将系统调整至分离模式：打开所述第一阀门（8）和所述阻料阀门（16），关闭所述第二阀门（9）、所述第三阀门（11）和所述第四阀门（13）；污水从所述污水池（1）中被所述提升泵（7）抽出，并依次经所述第一管道（2）、所述第一阀门（8）和所述振荡分离管（402）注入到所述微通道振荡分离器（4）的圆管（403）内，然后开始分离；分离后的水依次经所述阻料阀门（16）和所述排水管（12）注入到所述分离池（6）中；

S2、运行一段时间后，分离介质需要进行再生以重复使用，此时需要将系统切换至再生模式：打开所述第二阀门（9）和所述第三阀门（11），关闭所述提升泵（7）、第一阀门（8）、第四阀门（13）和所述阻料阀门（16），打开所述水泵（10），所述再生池（3）中的水被抽入第二管道（5）中，随后水将所述微通道振荡分离器（4）中的分离介质带入所述循环管道（401）中；打开所述空压机（17），所述空压机（17）产生的气体通过所述注气管道（18）注入所述第二管道（5）内，气体冲散被水分离过程压实的床层；所述水泵（10）泵入的水携带分离介质在所述圆管（403）、所述锥管（404）和所述循环管道（401）形成的环形流道内发生循环流动；在此过程中，分离介质在所述圆管（403）和所述锥管（404）组成的腔室中发生自公转湍流运动，其内部的没再生出来的悬浮物由于离心力的作用被甩出分离，依次经振荡分离管（402）、第一管道（2）和第二阀门（9）排放至所述再生池（3）中；此外再生过程注入的气体经若干所述排气管道（19）排出至外界，以避免系统压力过大；

S3、长周期分离再生的分离介质会磨损而导致无法发挥作用，因此需要更换分离介质，此时系统需切换至卸料模式：打开所述第三阀门（11）和所述第四阀门（13），关闭所述提升泵（7）、所述第一阀门（8）、所述第二阀门（9）和所述阻料阀门（16）；打开所述水泵（10），所述再生池（3）中的水被抽入第二管道（5）中，随后所述微通道振荡分离器（4）中的分离介质依次经所述第四阀门（13）和所述排料管（14）排出。