CN215352172U - 一种高效率旋流沉砂池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效率旋流沉砂池，包括池体，池体下半部为具有倒圆锥台形内腔的砂斗，池体上半部分为直径大于砂斗部分的圆柱形内腔的沉砂区，池体上方具有流入口和流出口；还包括竖向设置于池体中部的提砂管和压力空气管，其特征在于，提砂管和压力空气管下部位于砂斗内并设置有双效提砂装置，所述双效提砂装置能够实现脉冲式气提以及连续式气提的切换控制。本实用新型具有能够丰富提砂方式，能够更好地适应各种沉砂量大小，并可以提高沉砂效率等优点。

Description

一种高效率旋流沉砂池

技术领域

本实用新型涉及一种沉砂系统，具体涉及一种旋流沉砂池。

背景技术

沉砂系统是污水处理厂中用于从污水中分离提取出砂粒的装备，又称为沉砂池。现永川污水处理厂沉砂设施中有一种圆形钢筋砼结构的旋流沉砂池。该旋流沉砂池的结构为，包括池体，池体下半部为具有圆锥形内腔的砂斗部分，池体上半部分为直径大于砂斗部分的圆柱形内腔的沉砂区，池体上方具有流入口和流出口；还包括竖向设置于池体中部的提砂管道，提砂管道下端延伸至砂斗部分的临近底部位置，提砂管道上端与砂水分离器连接，提砂管道外套设有压力空气管道形成双层结构，压力空气管道下端与提砂管道下端密封连接，所述提砂管道内壁位于所述密封连接处的上方分布有一圈空气孔使得提砂管道与压力空气管道联通，形成布气结构，压力空气管道上端与提砂气源连接，所述提砂气源采用罗茨鼓风机；所述池体内还设置有立式搅拌装置。

这种现有的旋流沉砂池，其工作时，先采用立式搅拌装置进行搅拌形成旋流，改变水的流态，污水中的无机砂粒受离心力作用甩向池壁，并同步完成与有机物分离后迅速沉淀。池壁周围堆积越来越厚的砂粒受向心力及重力作用汇入中心砂斗，再利用罗茨风机提供的压缩空气将砂斗中的砂与少量污水一起从提砂管道提至砂水分离器中进行分离，达到去除污水中比重大于2.65t/m3，粒径大于0.2mm的无机砂粒目的。

上述的旋流式沉砂系统，存在搅拌装置成本较高，依靠搅拌提供动力实现旋流沉砂效果较差，提砂效率较差等缺陷。

为了解决上述缺陷，申请人曾设计了一种新的旋流沉砂池结构并申请了专利，CN102430271B公开的一种斜板式旋流沉砂系统。该系统包括池体，池体下半部为砂斗部分，上半部分为沉砂区，池体上方具有流入口和流出口；还包括竖向设置于池体中部的提砂管道和提砂布气结构，提砂管道上端与砂水分离器连接，其特征在于所述沉砂区部分的底面上设置有斜板沉淀结构；所述池体还设置有内壁射流结构；所述提砂管道下端设置有提砂管入口结构；所述提砂布气结构包括一根与提砂管道并列竖向设置的压力空气管道，压力空气管道下端口横向连通到喇叭体中部，压力空气管道下端口位置高于提砂管道下端入口位置。该系统实施和维护成本较为低廉，系统运行连续性好，维护检修方便。

但上述专利结构的沉砂池，申请人在一段时间运行使用后，再次发现其存在以下缺陷：1在池体上半部的沉砂区设置了8块斜板，通过进水旋流状态下砂粒和斜板的碰撞强化沉降效果，从斜板沉降理论上是可行的。但实际运行中，部分离进水方向较远的斜板起不到作用，同时斜板垂直放置，一方面增大了阻尼系数，影响水的旋流效果，另一方面斜板之间过渡区域的湍流效应也会增强，也会破坏进水的旋流效应，导致降低了砂粒沉降效果。2改进后的气提装置仍然是属于连续气提装置的原理，利用气-液-固三相流与液-固两项流产生的密度差，从而使提升管内低密度液面被管外高密度液面压入提升。但在实际运行中，气-液-固三相流密度一般仅为液-固两相流密度的50%作用，因此提出池体的流体中含砂量较低，导致连续气提装置在实际运行中提升流量效率并不高。

为了更好地改进上述缺陷，申请人再次申请了专利申请号为2020230205976的一种旋流沉砂池。该沉砂池中，采用在砂斗部分设置了脉冲式气提装置的方式，能够实现脉冲式气提的方式排砂，提高了排砂效率。但脉冲式气提的方式，气管的气压需要将气室内的空气压入到提砂管，所需气压较大。当供气气压较小时无法有效运行，同时这种方式就不便于在排砂量较小的情况下使用。另外，该沉砂池中，底部砂斗部分还存在泥沙沉降效率较低，气提时容易扰动底部泥沙上扬的缺陷。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够丰富提砂方式，能够更好地适应各种沉砂量大小，并可以提高沉砂效率的高效率旋流沉砂池。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种高效率旋流沉砂池，包括池体，池体下半部为具有倒圆锥台形内腔的砂斗，池体上半部分为直径大于砂斗部分的圆柱形内腔的沉砂区，池体上方具有流入口和流出口；还包括竖向设置于池体中部的提砂管和压力空气管，其特征在于，提砂管和压力空气管下部位于砂斗内并设置有双效提砂装置，所述双效提砂装置能够实现脉冲式气提以及连续式气提的切换控制。

这样，依靠双效提砂装置能够实现脉冲式气提以及连续式气提的切换控制，当沉砂池内沉砂量较大时，可以控制开启脉冲式气提方式，提高提砂效率，当沉砂池内沉砂量较小时，可以控制开启连续式气提方式，降低能源损耗。故可以丰富提砂方式，能够更好地适应各种沉砂量大小。

进一步地，所述双效提砂装置包括位于砂斗底面中部设置的一个倒置的第一容置体，第一容置体上端密封设置且下端和砂斗底面之间在周向上留有供进砂的间隙，提砂管下端穿过第一容置体延伸至靠近砂斗底面位置，提砂管位于第一容置体内的部分上开设有进气孔，所述压力空气管下端穿过第一容置体并位于进气孔上方位置；双效提砂装置还包括位于第一容置体上方相邻处位置的压力空气管上安装的三通控制阀，三通控制阀具有一个向上和压力空气管上部相接的进气端，具有一个向下和压力空气管下端部相接的第一出气端，还具有一个和一根斜向上设置的斜管相接的第二出气端，所述斜管的上端部连通固定在提砂管上。

这样，使用时，当砂斗底部沉淀泥沙量大时，通过压力空气管上的三通控制阀控制往第一容置体内腔中通入压力空气形成气室，靠压力空气不断压缩第一容置体内的液面向下，直到到达进气孔位置时压力空气从进气孔位置进入到提砂管中形成气泡并向上运动，带动提砂管下端吸砂。当部分空气通过进气孔进入到提砂管后，导致气室内气压降低，液面上升封闭进气孔，直至气室内持续气体提升到液面再次降低到进气孔位置下方，压力空气再次进入到提砂管。以此循环，实现持续不断的气泡进入到提砂管中，实现间断式连续提砂。由于提砂管中是被高度压缩后的气体进入进气孔后向上运动带动提砂管下端吸入砂粒实现提砂，故能够增大吸入砂粒的量。这种脉冲式气提方式可以极大地提高提砂排砂效果。当砂斗底部沉淀泥沙量较小时，可以通过三通控制阀控制压力空气管的空气直接通过斜管向上连接到提砂管中，并沿提砂管向上流动，带动提砂管下端吸入泥沙外排，实现连续气提方式。故可以根据需要方便快捷地控制两种提砂方式的切换，具有结构简单，控制方便可靠快捷的优点。

作为优化，所述第一容置体为上方是大直径端下方是小直径端的锥台形。这样可以利用负速度梯度差，加快气提时排水速度，并且降低液面上升速度，减少上升流的扰动作用。

作为优化，所述压力空气管为对称设置的两根。

这样，能够使得为气室提供气压更加均衡，减少气压波动造成的扰动，有利于砂粒的沉降提取。

作为优化，第一容置体内的提砂管上还固定设置有一个开口向上的第二容置体，压力空气管位于第二容置体上方，所述进气孔位于第二容置体内。

这样，压力空气进入第一容置体内腔后，需要再把第二容置体内位于提砂管的进气孔上方的液体压入到提砂管中后，才能进入气泡，先压入进气孔的液体在提砂管内向上流动，产生一定提砂效果，为气泡进入后带动提砂管中流体快速向上流动产生一个缓冲，避免提砂过程过于突然对水流扰动过大，提高提砂的平稳性。同时压力空气通过进气孔进入到提砂管后，第一容置体内气压降低，需要第二容置体外侧的液面升高到第二容置体上端口高度后，液体才能越过第二容置体上端口进入第二容置体并淹没进气孔；这样等同于延长了压缩空气通过进气孔进入提砂管的时间，避免了进入进气孔的气泡过小而导致提砂效果较差。

作为优化，所述第二容置体为上方是大直径端下方是小直径端的锥台形。这样可以降低液面上升速度，延伸气体进入进气孔的时间，并减少上升流的扰动作用。

作为优化，所述第一容置体、第二容置体和提砂管同轴心线设置。

这样，整体提砂受力更加均衡稳定，水流扰动小。

作为优化，所述砂斗底部还设置有倾斜的斜向沉淀板，斜向沉淀板倾斜方向和砂斗侧壁倾斜方向一致，斜向沉淀板下端和砂斗底面之间留有间隙。

这样，斜向沉淀板的设置，可以利用斜板沉淀原理提高砂斗底部的泥沙沉降效果，同时另一方面也降低气提时压缩气体引起湍流的雷诺数，创造良好的水力条件，避免气提装置工作过程中引起的扰流带动泥沙杨起。

进一步地，斜向沉淀板沿高度方向间隔排布成组设置，每组斜向沉淀板上端位于同一水平面并固定在横向的固定杆上，固定杆相对于池体固定。

这样，可以更好地提高斜向沉淀板的沉淀效率。

进一步地，斜向沉淀板左右对称设置为两组。

这样，可以更好地有利于斜向沉淀板的沉淀。

作为优化，所述沉砂区部分的底面上沿周向设置有多块曲面板，曲面板呈内侧向内下方弯曲，同时整体顺进水旋流方向弯曲。

这样曲面板降低了和进水旋流的阻尼系数，降低了对旋流的扰动作用，曲面板上方能够产生斜板效应和跌水效应，利用重力和压力梯度的降低引导实现砂粒的自然沉降。

进一步地，曲面板整体呈尖端向上的类三角形，其顺水流方向一侧为较长边，另一侧为较短边，且较长边和较短边各自均呈弧形结构。

这样，可以最大程度降低曲面板上端对水流的扰动作用，更好地引导进水旋流，实现砂粒沉降。实施时，曲面板可以采用螺旋涡轮扇叶面的曲面外形裁剪部分（通常可以为八分之一）得到，可以更好地引导进水实现旋流。

进一步地，曲面板为沿周向均布设置的4块。过多则对水流扰动较大，过少则砂粒沉降效果不够。

进一步地，池体上方的流入口和流出口沿切向设置在沉砂区侧壁。这样可以更好地引导水流进入池体内实现旋流。

进一步地，池体还设置有内壁射流结构，所述内壁射流结构包括内壁射流管道，所述内壁射流管道的出水口方向为顺沉砂区内壁圆周切向方向设置，所述内壁射流管道的进水端通过中水管道与中水系统相连。

这样，所述内壁射流结构将中水从沉砂区内壁圆周切向方向射入到池体内，进而更好地形成旋流。

进一步地，所述砂斗底部设置有放空系统，所述放空系统包括放空管道，放空管道一端与砂斗底部相接，放空管道内设置有开关阀，放空管道上的开关阀与砂斗底部之间的位置连接设置有反冲洗管道，反冲洗管道上设置有开关阀且与中水管道相连。

这样，当提砂管道或者压力空气管道需要检修的时候，可以打开放空系统将池体内的水流和泥沙放空，然后进行检修，使检修操作更方便。另外，当放空管道堵塞时，可以采用反冲管道进行反向冲洗，保证放空系统的正常工作。

综上所述，本实用新型具有能够丰富提砂方式，能够更好地适应各种沉砂量大小，并可以提高沉砂效率等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1中单独沉砂区部分的立体结构示意图。

图3为图1中单独提砂管下端部分结构放大的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

具体实施时：参见图1-3所示，一种高效率旋流沉砂池，包括池体，池体下半部为具有倒圆锥台形内腔的砂斗1，池体上半部分为直径大于砂斗部分的圆柱形内腔的沉砂区2，池体上方具有流入口3和流出口4；还包括竖向设置于池体中部的提砂管5和压力空气管6，其中，提砂管5和压力空气管6下部位于砂斗1内并设置有双效提砂装置，所述双效提砂装置能够实现脉冲式气提以及连续式气提的切换控制。

这样，依靠双效提砂装置能够实现脉冲式气提以及连续式气提的切换控制，当沉砂池内沉砂量较大时，可以控制开启脉冲式气提方式，提高提砂效率，当沉砂池内沉砂量较小时，可以控制开启连续式气提方式，降低能源损耗。故可以丰富提砂方式，能够更好地适应各种沉砂量大小。

进一步地，所述双效提砂装置包括位于砂斗底面中部设置的一个倒置的第一容置体7，第一容置体7上端密封设置且下端和砂斗底面之间在周向上留有供进砂的间隙，提砂管5下端穿过第一容置体7延伸至靠近砂斗底面位置，提砂管5位于第一容置体7内的部分上开设有进气孔8，所述压力空气管6下端穿过第一容置体并位于进气孔8上方位置；双效提砂装置还包括位于第一容置体7上方相邻处位置的压力空气管6上安装的三通控制阀15，三通控制阀15具有一个向上和压力空气管上部相接的进气端，具有一个向下和压力空气管下端部相接的第一出气端，还具有一个和一根斜向上设置的斜管16相接的第二出气端，所述斜管16的上端部连通固定在提砂管5上。

这样，使用时，当砂斗底部沉淀泥沙量大时，通过压力空气管上的三通控制阀控制往第一容置体内腔中通入压力空气形成气室，靠压力空气不断压缩第一容置体内的液面向下，直到到达进气孔位置时压力空气从进气孔位置进入到提砂管中形成气泡并向上运动，带动提砂管下端吸砂。当部分空气通过进气孔进入到提砂管后，导致气室内气压降低，液面上升封闭进气孔，直至气室内持续气体提升到液面再次降低到进气孔位置下方，压力空气再次进入到提砂管。以此循环，实现持续不断的气泡进入到提砂管中，实现间断式连续提砂。由于提砂管中是被高度压缩后的气体进入进气孔后向上运动带动提砂管下端吸入砂粒实现提砂，故能够增大吸入砂粒的量。这种脉冲式气提方式可以极大地提高提砂排砂效果。当砂斗底部沉淀泥沙量较小时，可以通过三通控制阀控制压力空气管的空气直接通过斜管向上连接到提砂管中，并沿提砂管向上流动，带动提砂管下端吸入泥沙外排，实现连续气提方式。故可以根据需要方便快捷地控制两种提砂方式的切换，具有结构简单，控制方便可靠快捷的优点。

其中，所述第一容置体7为上方是大直径端下方是小直径端的锥台形。这样可以利用负速度梯度差，加快气提时排水速度，并且降低液面上升速度，减少上升流的扰动作用。

其中，所述压力空气管6为对称设置的两根。

这样，能够使得为气室提供气压更加均衡，减少气压波动造成的扰动，有利于砂粒的沉降提取。

其中，第一容置体7内的提砂管上还固定设置有一个开口向上的第二容置体9，压力空气管6位于第二容置体9上方，所述进气孔位于第二容置体内。

这样，压力空气进入第一容置体内腔后，需要再把第二容置体内位于提砂管的进气孔上方的液体压入到提砂管中后，才能进入气泡，先压入进气孔的液体在提砂管内向上流动，产生一定提砂效果，为气泡进入后带动提砂管中流体快速向上流动产生一个缓冲，避免提砂过程过于突然对水流扰动过大，提高提砂的平稳性。同时压力空气通过进气孔进入到提砂管后，第一容置体内气压降低，需要第二容置体外侧的液面升高到第二容置体上端口高度后，液体才能越过第二容置体上端口进入第二容置体并淹没进气孔；这样等同于延长了压缩空气通过进气孔进入提砂管的时间，避免了进入进气孔的气泡过小而导致提砂效果较差。

其中，所述第二容置体9为上方是大直径端下方是小直径端的锥台形。这样可以降低液面上升速度，延伸气体进入进气孔的时间，并减少上升流的扰动作用。

其中，所述第一容置体7、第二容置体9和提砂管5同轴心线设置。

这样，整体提砂受力更加均衡稳定，水流扰动小。

其中，所述砂斗1底部还设置有倾斜的斜向沉淀板17，斜向沉淀板17倾斜方向和砂斗侧壁倾斜方向一致，斜向沉淀板17下端和砂斗底面之间留有间隙。

这样，斜向沉淀板的设置，可以利用斜板沉淀原理提高砂斗底部的泥沙沉降效果，同时另一方面也降低气提时压缩气体引起湍流的雷诺数，创造良好的水力条件，避免气提装置工作过程中引起的扰流带动泥沙杨起。

其中，斜向沉淀板17沿高度方向间隔排布成组设置，每组斜向沉淀板上端位于同一水平面并固定在横向的固定杆18上，固定杆18相对于池体固定。

这样，可以更好地提高斜向沉淀板的沉淀效率。

其中，斜向沉淀板17左右对称设置为两组。

这样，可以更好地有利于斜向沉淀板的沉淀。

其中，所述沉砂区部分的底面上沿周向设置有多块曲面板10，曲面板呈内侧向内下方弯曲，同时整体顺进水旋流方向弯曲。

这样曲面板降低了和进水旋流的阻尼系数，降低了对旋流的扰动作用，曲面板上方能够产生斜板效应和跌水效应，利用重力和压力梯度的降低引导实现砂粒的自然沉降。

其中，曲面板10整体呈尖端向上的类三角形，其顺水流方向一侧为较长边，另一侧为较短边，且较长边和较短边各自均呈弧形结构。

这样，可以最大程度降低曲面板上端对水流的扰动作用，更好地引导进水旋流，实现砂粒沉降。实施时，曲面板可以采用螺旋涡轮扇叶面的曲面外形裁剪部分（通常可以为八分之一）得到，可以更好地引导进水实现旋流。

其中，曲面板10为沿周向均布设置的4块。过多则对水流扰动较大，过少则砂粒沉降效果不够。

其中，池体上方的流入口和流出口沿切向设置在沉砂区侧壁。这样可以更好地引导水流进入池体内实现旋流。

其中，池体还设置有内壁射流结构，所述内壁射流结构包括内壁射流管道11，所述内壁射流管道11的出水口方向为顺沉砂区内壁圆周切向方向设置，所述内壁射流管道11的进水端通过中水管道12与中水系统相连。

这样，所述内壁射流结构将中水从沉砂区内壁圆周切向方向射入到池体内，进而更好地形成旋流。

其中，所述砂斗底部设置有放空系统，所述放空系统包括放空管道13，放空管道13一端与砂斗底部相接，放空管道内设置有开关阀，放空管道上的开关阀与砂斗底部之间的位置连接设置有反冲洗管道14，反冲洗管道14上设置有开关阀且与中水管道12相连。

这样，当提砂管道或者压力空气管道需要检修的时候，可以打开放空系统将池体内的水流和泥沙放空，然后进行检修，使检修操作更方便。另外，当放空管道堵塞时，可以采用反冲管道进行反向冲洗，保证放空系统的正常工作。

Claims (10)

1.一种高效率旋流沉砂池，包括池体，池体下半部为具有倒圆锥台形内腔的砂斗，池体上半部分为直径大于砂斗部分的圆柱形内腔的沉砂区，池体上方具有流入口和流出口；还包括竖向设置于池体中部的提砂管和压力空气管，其特征在于，提砂管和压力空气管下部位于砂斗内并设置有双效提砂装置，所述双效提砂装置能够实现脉冲式气提以及连续式气提的切换控制。

2.如权利要求1所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于，所述双效提砂装置包括位于砂斗底面中部设置的一个倒置的第一容置体，第一容置体上端密封设置且下端和砂斗底面之间在周向上留有供进砂的间隙，提砂管下端穿过第一容置体延伸至靠近砂斗底面位置，提砂管位于第一容置体内的部分上开设有进气孔，所述压力空气管下端穿过第一容置体并位于进气孔上方位置；双效提砂装置还包括位于第一容置体上方相邻处位置的压力空气管上安装的三通控制阀，三通控制阀具有一个向上和压力空气管上部相接的进气端，具有一个向下和压力空气管下端部相接的第一出气端，还具有一个和一根斜向上设置的斜管相接的第二出气端，所述斜管的上端部连通固定在提砂管上。

3.如权利要求2所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于，所述第一容置体为上方是大直径端下方是小直径端的锥台形；

所述压力空气管为对称设置的两根。

4.如权利要求2所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于，第一容置体内的提砂管上还固定设置有一个开口向上的第二容置体，压力空气管位于第二容置体上方，所述进气孔位于第二容置体内；

所述第二容置体为上方是大直径端下方是小直径端的锥台形；

所述第一容置体、第二容置体和提砂管同轴心线设置。

5.如权利要求1或2所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于，所述砂斗底部还设置有倾斜的斜向沉淀板，斜向沉淀板倾斜方向和砂斗侧壁倾斜方向一致，斜向沉淀板下端和砂斗底面之间留有间隙。

6.如权利要求5所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于， 斜向沉淀板沿高度方向间隔排布成组设置，每组斜向沉淀板上端位于同一水平面并固定在横向的固定杆上，固定杆相对于池体固定；

斜向沉淀板左右对称设置为两组。

7.如权利要求5所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于，所述沉砂区部分的底面上沿周向设置有多块曲面板，曲面板呈内侧向内下方弯曲，同时整体顺进水旋流方向弯曲。

8.如权利要求7所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于，曲面板整体呈尖端向上的类三角形，其顺水流方向一侧为较长边，另一侧为较短边，且较长边和较短边各自均呈弧形结构。

9.如权利要求8所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于，曲面板为沿周向均布设置的4块。

10.如权利要求9所述的高效率旋流沉砂池，其特征在于，池体上方的流入口和流出口沿切向设置在沉砂区侧壁；

池体还设置有内壁射流结构，所述内壁射流结构包括内壁射流管道，所述内壁射流管道的出水口方向为顺沉砂区内壁圆周切向方向设置，所述内壁射流管道的进水端通过中水管道与中水系统相连；

所述砂斗底部设置有放空系统，所述放空系统包括放空管道，放空管道一端与砂斗底部相接，放空管道内设置有开关阀，放空管道上的开关阀与砂斗底部之间的位置连接设置有反冲洗管道，反冲洗管道上设置有开关阀且与中水管道相连。

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