公布日：2022.07.15
申請日：2022.05.24
分類號：C02F3/12(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;B04B5/12(2006.01)I
摘要
一種基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)及方法，包括生化池、離心分離裝置、二沉池以及引流裝置，離心分離裝置用于將引流裝置導(dǎo)入的物料離心分離成輕比重的活性污泥和大比重的污泥顆粒，污泥顆粒的粒徑分布在50‑500um，離心分離裝置包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部、旋轉(zhuǎn)連接件、曲面離心葉片以及具有筒內(nèi)腔的旋流筒體，旋轉(zhuǎn)連接件的第一端伸入至旋流筒體內(nèi)與曲面離心葉片的第一側(cè)連接，旋轉(zhuǎn)連接件的第二端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部連接連接。本發(fā)明的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，在二沉池前端截留了污泥顆粒，提高了生化池的微生物量；避免了全部的污泥顆粒進(jìn)入二沉池內(nèi)，降低了二沉池的實際運行負(fù)荷，提高了二沉池的處理能力，對污泥顆粒進(jìn)行回收利用，提高了功能載體的循環(huán)利用率。
權(quán)利要求書
1.一種基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括生化池、離心分離裝置、二沉池以及引流裝置，所述引流裝置用于將所述生化池內(nèi)的物料導(dǎo)入至所述離心分離裝置內(nèi)，所述離心分離裝置用于將所述引流裝置導(dǎo)入的物料離心分離成輕比重的活性污泥和大比重的污泥顆粒，所述污泥顆粒的粒徑分布在50-500um，所述離心分離裝置包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部、旋轉(zhuǎn)連接件、曲面離心葉片以及具有筒內(nèi)腔的旋流筒體，所述曲面離心葉片設(shè)于所述旋流筒體內(nèi)，所述旋流筒體上設(shè)有與所述筒內(nèi)腔連通的進(jìn)料槽，所述進(jìn)料槽通過所述引流裝置與所述生化池的輸出口連通，所述旋轉(zhuǎn)連接件的第一端伸入至所述旋流筒體內(nèi)與所述曲面離心葉片的第一側(cè)連接，所述曲面離心葉片的第二側(cè)向外延伸并與所述旋流筒體的內(nèi)壁面之間留有徑向間隙，所述旋轉(zhuǎn)連接件的第二端與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部連接，通過所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)連接件轉(zhuǎn)動進(jìn)而帶動所述曲面離心葉片繞中軸線旋轉(zhuǎn)，以使進(jìn)入所述旋流筒體內(nèi)的物料離心分離，所述旋流筒體上設(shè)有輕物料出口和重物料出口，所述輕物料出口通過排流裝置與所述二沉池的輸入口連通，所述重物料出口通過回流裝置與所述生化池的第一回流口連通；所述離心分離裝置還包括設(shè)于所述曲面離心葉片的底部的導(dǎo)流筒，所述導(dǎo)流筒的圓周導(dǎo)流面沿頂部朝向底部的方向逐漸向外傾斜設(shè)置，所述曲面離心葉片的徑向截面線段為漸開線線段，所述曲面離心葉片包括沿軸向從底部朝向頂部的方向依次排布的截面漸擴(kuò)段、等截面段和截面減縮段，所述截面減擴(kuò)段的第一側(cè)邊緣沿底部朝向頂部的方向逐漸外擴(kuò)設(shè)置，所述等截面段的第一側(cè)邊緣沿軸向延伸設(shè)置，所述截面減縮段的第一側(cè)邊緣沿底部朝向頂部的方向逐漸收縮設(shè)置，所述導(dǎo)流筒的圓周外壁面與所述截面漸擴(kuò)段的第一側(cè)邊緣固定連接，所述導(dǎo)流筒的圓周外壁面上還設(shè)有用于使所述導(dǎo)流筒的內(nèi)腔和所述導(dǎo)流筒的外部連通的排氣孔；輕物料出口設(shè)于旋流筒體的頂面上，輕物料出口處于旋流筒體的中部區(qū)域，重物料出口設(shè)于旋流筒體的底部，物料通過進(jìn)料槽進(jìn)入筒內(nèi)腔后在離心力、旋渦吸力等作用下，輕比重的活性污泥向旋流空間的上部移動，大比重的污泥顆粒朝向旋流空間的下部移動；所述漸開線線段滿足關(guān)系式：Xt=r*(t*sin(t)+cos(t))；Yt=r*(sin(t)-t*cos(t))，其中，t為定點與圓心連線和X軸間的夾角，π≤t≥2π，r為0.75-0.95倍所述旋流筒體的內(nèi)徑；所述旋流筒體包括從頂部朝向底部的方向依次排布且相互連通的圓柱筒體和圓錐筒體，所述圓錐筒體的徑向尺寸沿頂部朝向底部的方向逐漸收縮設(shè)置，所述輕物料出口設(shè)于所述圓柱筒體的頂部，所述重物料出口設(shè)于所述圓錐筒體的底部，所述進(jìn)料槽沿軸向貫穿所述圓柱筒體的頂面設(shè)置，所述進(jìn)料槽處于所述輕物料出口朝向所述圓柱筒體的外邊緣的一側(cè)，所述曲面離心葉片通過所述旋轉(zhuǎn)連接件設(shè)于所述圓柱筒體內(nèi)；通過回流裝置將從重物料出口排出的大比重的污泥顆�；亓髦了錾貎�(nèi)，通過排流裝置將從輕物料出口排出的輕比重的活性污泥排出至二沉池內(nèi)，所述輕比重的活性污泥質(zhì)量占比為送入離心分離裝置總物料質(zhì)量的25%-40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)連接件包括旋轉(zhuǎn)支承軸、第一旋轉(zhuǎn)支承件和第二旋轉(zhuǎn)支承件，所述第一旋轉(zhuǎn)支承件和所述第二旋轉(zhuǎn)支承件相對地設(shè)于所述圓柱筒體的兩端，所述第一旋轉(zhuǎn)支承件繞中軸線可轉(zhuǎn)動地設(shè)于所述圓柱筒體上，所述第二旋轉(zhuǎn)支承件繞中軸線可轉(zhuǎn)動地設(shè)于所述圓柱筒體上，所述旋轉(zhuǎn)支承軸沿軸向定位裝配在所述第一旋轉(zhuǎn)支承件和第二旋轉(zhuǎn)支承件之間，所述曲面離心葉片設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)支承軸上且處于所述第一旋轉(zhuǎn)支承件和所述第二旋轉(zhuǎn)支承件之間，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部用于驅(qū)動所述第一旋轉(zhuǎn)支承件和/或所述第二旋轉(zhuǎn)支承件繞中軸線轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述等截面段可拆卸地設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)支承軸上，所述等截面段的一側(cè)設(shè)有插裝凸臺，所述旋轉(zhuǎn)支承軸的圓周壁面上設(shè)有與所述插裝凸臺配合的插裝凹槽，通過所述插裝凸臺與所述插裝凹槽配合以使所述曲面離心葉片周向定位裝配于所述旋轉(zhuǎn)支承軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)連接件包括吊設(shè)在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部的輸出端上的旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸的第二端與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部連接，所述旋轉(zhuǎn)軸的第一端沿豎向向下延伸并伸入至所述筒內(nèi)腔內(nèi)，所述曲面離心葉片設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)軸的第一端上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述排流裝置包括排流驅(qū)動器和排流管道，所述排流管道的一端從所述圓柱筒體的頂部伸入至所述輕物料出口內(nèi)，所述排流管道的另一端與所述二沉池的輸入口連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)還包括設(shè)于所述二沉池下游的水力旋流器，所述水力旋流器的頂部設(shè)有排泥口，所述水力旋流器的側(cè)壁面上設(shè)有沿其切向布設(shè)的進(jìn)料口，所述水力旋流器的底部設(shè)有排泄口，所述二沉池組件的污泥出口包括第一輸送支路和第二輸送支路，所述第一輸送支路通過外回流的方式將經(jīng)所述二沉池濃縮后的部分污泥返回所述生化池的第二回流口，所述第二輸送支路將經(jīng)所述二沉池濃縮后的部分污泥輸送至所述水力旋流器的進(jìn)料口，所述水力旋流器的排泄口通過第三輸送支路與所述生化池的第二回流口連通。
7.一種基于渦流分離的污水處理方法，其特征在于，用于如權(quán)利要求1至6任一項所述的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，包括如下步驟：在生化池內(nèi)投加功能載體，其中，所述功能載體的粒徑分布在50-100um，所述功能載體在所述生化池內(nèi)培養(yǎng)形成污泥顆粒，所述污泥顆粒的粒徑分布在50-500um；將生化池內(nèi)的物料通過引流裝置從旋流筒體的頂部引入至筒內(nèi)腔內(nèi)，在離心分離裝置的曲面離心葉片的作用下，將導(dǎo)入的物料離心分離成輕比重的活性污泥和大比重的污泥顆粒，其中，曲面離心葉片繞中軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為10-40rpm/min；通過回流裝置將從重物料出口排出的大比重的污泥顆粒回流至所述生化池內(nèi)，通過排流裝置將從輕物料出口排出的輕比重的活性污泥排出至二沉池內(nèi)，所述輕比重的活性污泥質(zhì)量占比為送入離心分離裝置總物料質(zhì)量的25%-40%；第一輸送支路通過外回流的方式將經(jīng)所述二沉池濃縮后的部分污泥回流至所述生化池；第二輸送支路將經(jīng)所述二沉池濃縮后的部分剩余污泥輸送至水力旋流器的進(jìn)料口；通過水力旋流器將剩余污泥分離，并通過第三輸送支路將分離后得到的剩余污泥顆粒和功能載體的復(fù)合物回流至所述生化池內(nèi)，同時將分離后得到的污泥排出至所述水力旋流器。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中生化池處理后的污泥顆粒和活性污泥難以分離，導(dǎo)致污泥顆粒容易流失且二沉池沉淀處理難度大的技術(shù)問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，包括生化池、離心分離裝置、二沉池以及引流裝置，引流裝置用于將生化池內(nèi)的物料導(dǎo)入至離心分離裝置內(nèi)，離心分離裝置用于將引流裝置導(dǎo)入的物料離心分離成輕比重的活性污泥和大比重的污泥顆粒，污泥顆粒的粒徑分布在50-500um，離心分離裝置包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部、旋轉(zhuǎn)連接件、曲面離心葉片以及具有筒內(nèi)腔的旋流筒體，曲面離心葉片設(shè)于旋流筒體內(nèi)，旋流筒體上設(shè)有與筒內(nèi)腔連通的進(jìn)料槽，進(jìn)料槽通過引流裝置與生化池的輸出口連通，旋轉(zhuǎn)連接件的第一端伸入至旋流筒體內(nèi)與曲面離心葉片的第一側(cè)連接，曲面離心葉片的第二側(cè)向外延伸并與旋流筒體的內(nèi)壁面之間留有徑向間隙，旋轉(zhuǎn)連接件的第二端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部連接，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)連接件轉(zhuǎn)動進(jìn)而帶動曲面離心葉片繞中軸線旋轉(zhuǎn)，以使進(jìn)入旋流筒體內(nèi)的物料離心分離，旋流筒體上設(shè)有輕物料出口和重物料出口，輕物料出口通過排流裝置與二沉池的輸入口連通，重物料出口通過回流裝置與生化池的第一回流口連通。
進(jìn)一步地，離心分離裝置還包括設(shè)于曲面離心葉片的底部的導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒的圓周導(dǎo)流面沿頂部朝向底部的方向逐漸向外傾斜設(shè)置，曲面離心葉片的徑向截面線段為漸開線線段，曲面離心葉片包括沿軸向從底部朝向頂部的方向依次排布的截面漸擴(kuò)段、等截面段和截面減縮段，截面減擴(kuò)段的第一側(cè)邊緣沿底部朝向頂部的方向逐漸外擴(kuò)設(shè)置，等截面段的第一側(cè)邊緣沿軸向延伸設(shè)置，截面減縮段的第一側(cè)邊緣沿底部朝向頂部的方向逐漸收縮設(shè)置，導(dǎo)流筒的圓周外壁面與截面漸擴(kuò)段的第一側(cè)邊緣固定連接，導(dǎo)流筒的圓周外壁面上還設(shè)有用于使導(dǎo)流筒的內(nèi)腔和導(dǎo)流筒的外部連通的排氣孔。
進(jìn)一步地，漸開線線段滿足關(guān)系式：Xt=r*(t*sin(t)+cos(t))；Yt=r*(sin(t)-t*cos(t))，其中，t為定點與圓心連線和X軸間的夾角，π≤t≥2π，r為0.75-0.95倍旋流筒體的內(nèi)徑。
進(jìn)一步地，旋流筒體包括從頂部朝向底部的方向依次排布且相互連通的圓柱筒體和圓錐筒體，圓錐筒體的徑向尺寸沿頂部朝向底部的方向逐漸收縮設(shè)置，輕物料出口設(shè)于圓柱筒體的頂部，重物料出口設(shè)于圓錐筒體的底部，進(jìn)料槽沿軸向貫穿圓柱筒體的頂面設(shè)置，進(jìn)料槽處于輕物料出口朝向圓柱筒體的外邊緣的一側(cè)，曲面離心葉片通過旋轉(zhuǎn)連接件設(shè)于圓柱筒體內(nèi)。
進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)連接件包括旋轉(zhuǎn)支承軸、第一旋轉(zhuǎn)支承件和第二旋轉(zhuǎn)支承件，第一旋轉(zhuǎn)支承件和第二旋轉(zhuǎn)支承件相對地設(shè)于圓柱筒體的兩端，第一旋轉(zhuǎn)支承件繞中軸線可轉(zhuǎn)動地設(shè)于圓柱筒體上，第二旋轉(zhuǎn)支承件繞中軸線可轉(zhuǎn)動地設(shè)于圓柱筒體上，旋轉(zhuǎn)支承軸沿軸向定位裝配在第一旋轉(zhuǎn)支承件和第二旋轉(zhuǎn)支承件之間，曲面離心葉片設(shè)于旋轉(zhuǎn)支承軸上且處于第一旋轉(zhuǎn)支承件和第二旋轉(zhuǎn)支承件之間，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部用于驅(qū)動第一旋轉(zhuǎn)支承件和/或第二支撐件繞中軸線轉(zhuǎn)動。
進(jìn)一步地，等截面段可拆卸地設(shè)于旋轉(zhuǎn)支承軸上，等截面段的一側(cè)設(shè)有插裝凸臺，旋轉(zhuǎn)支承軸的圓周壁面上設(shè)有與插裝凸臺配合的插裝凹槽，通過插裝凸臺與插裝凹槽配合以使曲面離心葉片周向定位裝配于旋轉(zhuǎn)支承軸上。
進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)連接件包括吊設(shè)在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部的輸出端上的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸的第二端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部連接，旋轉(zhuǎn)軸的第一端沿豎向向下延伸并伸入至筒內(nèi)腔內(nèi)，曲面離心葉片設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸的第一端上。
進(jìn)一步地，排流裝置包括排流驅(qū)動器和排流管道，排流管道的一端從圓柱筒體的頂部伸入至輕物料出口內(nèi)，排流管道的另一端與二沉池的輸入口連通。
進(jìn)一步地，基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)還包括設(shè)于二沉池下游的水力旋流器，水力旋流器的頂部設(shè)有排泥口，水力旋流器的側(cè)壁面上設(shè)有沿其切向布設(shè)的進(jìn)料口，水力旋流器的底部設(shè)有排泄口，二沉池組件的污泥出口包括第一輸送支路和第二輸送支路，第一輸送支路通過外回流的方式將經(jīng)二沉池濃縮后的部分污泥返回生化池的第二回流口，第二輸送支路將經(jīng)二沉池濃縮后的部分污泥輸送至水力旋流器的進(jìn)料口，水力旋流器的排泄口通過第三輸送支路與生化池的第二回流口連通。
本發(fā)明還提供一種基于渦流分離的污水處理方法，采用上述的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，包括如下步驟：
在生化池內(nèi)投加功能載體，其中，功能載體的粒徑分布在50-100um，功能載體在生化池內(nèi)培養(yǎng)形成污泥顆粒，污泥顆粒的粒徑分布在50-500um；
將生化池內(nèi)的物料通過引流裝置從旋流筒體的頂部引入至筒內(nèi)腔內(nèi)，在離心分離裝置的曲面離心葉片的作用下，將導(dǎo)入的物料離心分離成輕比重的活性污泥和大比重的污泥顆粒，其中，曲面離心葉片繞中軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為10-40rpm/min；
通過回流裝置將從重物料出口排出的大比重的污泥顆粒回流至生化池內(nèi)，通過排流裝置將從輕物料出口排出的輕比重的活性污泥排出至二沉池內(nèi)，輕比重的活性污泥質(zhì)量占比為送入離心分離裝置總物料質(zhì)量的25%-40%；
第一輸送支路通過外回流的方式將經(jīng)二沉池濃縮后的部分污泥回流至生化池；第二輸送支路將經(jīng)二沉池濃縮后的部分剩余污泥輸送至水力旋流器的進(jìn)料口；
通過水力旋流器將剩余污泥分離，并通過第三輸送支路將分離后得到的剩余污泥顆粒和功能載體的復(fù)合物回流至生化池內(nèi)，同時將分離后得到的污泥排出至水力旋流器。
在本發(fā)明的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，包括生化池、離心分離裝置、二沉池以及引流裝置，離心分離裝置設(shè)于引流裝置的下游和二沉池的上游之間，用于對引流裝置導(dǎo)出的且進(jìn)入二沉池之前的物料進(jìn)行分離處理；通過離心分離裝置包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部、旋轉(zhuǎn)連接件、曲面離心葉片以及旋流筒體，旋流筒體內(nèi)有旋流空間(筒內(nèi)腔)，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)連接件轉(zhuǎn)動進(jìn)而帶動曲面離心葉片繞中軸線旋轉(zhuǎn)，物料通過進(jìn)料槽進(jìn)入筒內(nèi)腔后大比重的污泥顆粒在在離心力和重力等作用下向槳葉外緣富集，輕比重的活性污泥在強制渦流作用下向中軸線區(qū)域富集，實現(xiàn)了輕比重的活性污泥和大比重的污泥顆粒；最后通過排流裝置將活性污泥通過輕物料出口排入二沉池內(nèi)沉淀，通過回流裝置將污泥顆�；亓髦辽貎�(nèi)，創(chuàng)新性地提出了污泥顆粒的回收利用，提高了功能載體的循環(huán)利用率。本發(fā)明的基于渦流分離的污水處理系統(tǒng)，投加的粉末載體將生化池污泥濃度控制在較高水平，保證了生化池的處理能力的同時，同時對污泥顆粒進(jìn)行回收利用，避免了的全部的污泥顆粒進(jìn)入二沉池內(nèi)，避免了二沉池內(nèi)的污泥濃度過高，二沉池的沉降性能好；同時對污泥顆粒進(jìn)行回收利用，提高了功能載體的循環(huán)利用率。
（發(fā)明人：萬麗;張淞萱）
