專利名稱：雙向旋流一體化污水凈化器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雙向旋流一體化污水凈化器，它屬于水污染治理和廢水資源化利用技術領域的產品，涉及物化反應、重力沉降、離心分離、過濾及污泥濃縮技術。
背景技術：
水污染治理和廢水資源化利用國內長期以來采用的物化處理主要是混凝反應、斜管沉淀、石英砂過濾或采用混凝反應、氣浮、石英砂過濾技術，這些技術工藝流程長，占地面積大，凈化時間長，處理效率相對不高，設備維護保養(yǎng)困難，投資和運行費用高，自動化程度低，回用產水率低，針對傳統(tǒng)工藝的弊端，因此設計了采用集成和組合技術的雙向旋流一體化污水凈化器。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是采用集成和組合技術設計一種雙向旋流一體化污水凈化器，以解決目前存在的問題。
本實用新型的技術方案是一種雙向旋流一體化污水凈化器，包括罐體1，其特征是在罐體1的內腔中部安裝有圓柱體形下旋流反應室14，污水進水管l3穿過罐體1上的污水進水管口9沿圓柱體形下旋流反應室14的切線方向伸入下旋流反應室14中，在罐體1中、下旋流反應室14的下部出口處的正下方安裝有旋流反射板15，旋流反射板15的下部為錐形污泥濃縮區(qū)21，錐形污泥濃縮區(qū)21的下部設有排泥管口12；在罐體1和下旋流反應室14之間形成的上旋流反應室17中還安裝有多圈同心截頭圓錐板16，在罐體1中、上旋流反應室17的上部設有懸浮過濾區(qū)18，在罐體1中、懸浮過濾區(qū)18的上部設有清水區(qū)及反沖洗區(qū)19，在罐體1的頂部設有與清水區(qū)及反沖洗區(qū)19相通的凈化水出口7、排氣管口5及反沖洗水進口6。
本實用新型還采取了以下技術措施懸浮過濾區(qū)18包括與罐體1的內壁相連的不銹鋼濾網承托層，在不銹鋼濾網承托層中裝填有發(fā)泡塑料濾珠。
在清水區(qū)及反沖洗區(qū)19中與反沖洗水進口6相對位置處安裝有截頭圓錐形反沖洗反射板20。
在罐體1上、污水進水管口9的上部設有與上旋流反應室17相通的溢流排水口8。
本實用新型的有益效果1、采用高新集成技術，實現(xiàn)污水的多級凈化。
2、克服傳統(tǒng)工藝繁雜工藝鏈，使污水凈化在較短時間內高效化、自動化。
3、凈化器占地面積小，能耗低、設備本體無動力損耗。
4、污泥濃縮效果好，排放污泥濃度高，污泥排放量比傳統(tǒng)工藝減少4～5倍。
5、對于污水處理再生回用，凈化產生回用率比傳統(tǒng)工藝高出20～25個百分點。
6、凈化器反沖洗周期長，傳統(tǒng)工藝每天反沖洗1～3次，反沖排污量大，而凈化器1～2月反沖洗一次，反沖排污量小。
7、凈化器運行穩(wěn)定可靠，管理操作簡便，可實現(xiàn)無人值守，維護量小，濾料基本無損耗，不需添加或更換。
8、適用性廣泛，不僅適用于工業(yè)廢水、生活污水、醫(yī)院污水的處理，而且耐沖擊負荷強，適用于高濁度、高懸浮物的污水處理，懸浮物進水濃度30000mg/l的污水處理，還可用于低濁度的河水、水庫水、地下水的凈化。


圖1是本實用新型外形結構示意圖。
圖2是本實用新型的內部結構示意圖。
圖1中1為凈化器罐體，2為支撐腿，3為便于維護用的罐體頂護欄，4為檢修人孔，5為排氣管口，6為反沖洗進水口，7為凈化后出水口，8為溢流排水口，當懸浮濾料層水通量減少至一定程度時，污水從溢流口自行流出，此時進水泵自動停止工作，反沖洗泵啟動，排污閥自動打開，進行自動反沖洗，9為污水進水管口，10為取樣管，可隨時從罐體各凈化反應區(qū)取樣，觀察凈化效果，11為取樣流水集水斗，12為排泥管口，通過電動閥實現(xiàn)定時自動排泥。
圖2中13為污水進水管，14為下旋流反應室，15為旋流反射板，16為多圈同心截頭圓錐板，17為上旋流反應室，18為懸浮過濾區(qū)，19為清水區(qū)及反沖洗區(qū)，20為反沖洗反射板(截頭圓錐板)，21為污泥濃縮區(qū)。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
如圖1、2所示。
一種雙向旋流一體化污水凈化器，包括罐體1，罐體1由支撐腿2支撐，在其頂部安裝有便于維護用的罐體頂護欄3，其上開有檢修人孔4，并安裝有取樣管10，可隨時從罐體1各凈化反應區(qū)取樣，觀察凈化效果，取樣管10與取樣流水集水斗11相連。在罐體1的內腔中部安裝有圓柱體形下旋流反應室14，污水進水管13穿過罐體1上的污水進水管口9沿圓柱體形下旋流反應室14的切線方向伸入下旋流反應室14中，在罐體1中、下旋流反應室14的下部出口處的正下方安裝有旋流反射板15，旋流反射板15的下部為錐形污泥濃縮區(qū)21，錐形污泥濃縮區(qū)21的下部設有排泥管口12，通過電動閥實現(xiàn)定時自動排泥。在罐體1和下旋流反應室14之間形成的上旋流反應室17中還安裝有多圈同心截頭圓錐板16，在罐體1中、上旋流反應室17的上部設有懸浮過濾區(qū)18，在罐體1中、懸浮過濾區(qū)18的上部設有清水區(qū)及反沖洗區(qū)19，在罐體1的頂部設有與清水區(qū)及反沖洗區(qū)19相通的凈化水出口7、排氣管口5及反沖洗水進口6，在與反沖洗水進口相對位置處安裝有截頭圓錐形反沖洗反射板20。
懸浮過濾區(qū)18包括與罐體1的內壁相連的不銹鋼濾網承托層，在不銹鋼濾網承托層中裝填有發(fā)泡塑料濾珠。
在罐體1上、污水進水管口9的上部設有與上旋流反應室17相通的溢流排水口8，當懸浮濾料層水通量減少至一定程度時，污水從溢流口自行流出，此時進水泵自動停止工作，反沖洗泵啟動，排污閥自動打開，進行自動反沖洗。
下面通過對本實用新型的工作原理及外形結構等參數(shù)的描述對本實用新型作進一步的說明。
本實用新型的雙向旋流一體化污水凈化器是在同一罐體內設計了污水的混凝、絮凝、雙向旋流、懸浮過濾及污泥濃縮凈化技術，采用集成和組合的方式在短時間內(20～28分鐘)實現(xiàn)污水的多級凈化。
一、雙向旋流一體化污水凈化器的技術原理1、運用直流混凝和微絮凝機理污水在凈化過程中，根據水質性質和要求需投加混凝劑和助凝劑，通過混凝劑的水解作用產生Al3+，F(xiàn)e3+，H+，OH-的電性中和，壓縮雙電層，降低§電位，使膠體脫穩(wěn)，減少膠體顆粒間的斥力，使顆粒之間發(fā)生碰撞而凝聚。投加助凝劑是起吸附架橋的作用，通過高分子物質的水解和縮聚反應形成高聚物具有線型結構，膠體顆粒對這類高分子物質具有強烈的吸附作用，使膠體顆粒間進行吸附架橋，使顆粒逐漸變大，形成肉眼可見的絮凝體?；炷磻臅r間一般在10～30秒內完成。絮凝時間一般在4～6秒內完成。根據這一原理，雙向旋流一體化污水凈化器不設混凝反應池，混凝劑投加利用泵前負壓原理在泵吸水管中計量投加，利用泵葉輪混合及泵后出水管道直流混凝。在直流管道的臨界凝聚點再計量投加助凝劑，借助管道及水流作用快速完成微絮凝，一般控制在4～6秒的范圍內，時間過長，絮凝體變大，當污水高速進入下旋流反應區(qū)時，勢必被水流的減切力所裂碎，造成膠體絮凝重新成分散穩(wěn)定狀態(tài)。
2、下旋流機理污水在一定的壓力作用下(一般設計為0.2～0.25MPa)從內圓柱體上部以切線方向高速進入凈化器下旋流反應室，作向下螺旋運動，產生離心力，污水中形成的微絮凝體迅速變大，在離心力和自身重力的作用下，迅速被甩向器壁，并隨下漩流作用沿桶壁下滑至錐形泥斗區(qū)，污水完成一級凈化。一級凈化時間設計為100～120秒。
3、上旋流機理污水完成一級凈化在向下作螺旋運動到一定程度后，在壓力的作用下又沿著內外桶壁間形成上螺旋運動，污水在離心力的作用下，繼續(xù)完成固液分離，絮凝體又被甩向外筒壁，下滑至污泥區(qū)，為增加旋流和分離效果，在上旋流反應區(qū)增設了多圈同心截頭圓錐板(間距80～100mm，向內罐體傾斜60°)，使旋轉速度加快，離心力增強，使廢水完成二級凈化。
離心力與顆粒物質量，污水質量，旋轉速度以及旋轉半徑及重力間的關系式為C＝(M-M0)V2/R-----------------①V＝2πr(n/60) -----------------②P＝(M-M0)g-----------------③α＝C/P≈Rn2/900 -------------④式①中 M-顆粒質量(kg)M0-污水質量(kg)C-離心力V-旋轉圓周線速度(m/s)R-旋轉半徑(m)式②中 n-轉速(r/min)式③中 P-在重力場中，顆粒所受重力(kgf)g-重力加速度(9.81m/s2)式④中 α-分離因數(shù)從式①中可知，離心力與旋轉半徑成反比，與旋轉線速度的平方成正比，與顆粒質量成正比，顆粒質量越大，旋轉線速度越快；旋轉半徑越小，則離心力大，分離效果好，但對于膠體顆粒形成的絮凝體顆粒比較松散，旋轉速度過快，絮體則易破碎，質量減小，分離效果變差，污水凈化效果也差；而旋轉半徑過小，處理能力小，不利于工業(yè)化使用，因此離心分離過程中，必須兼顧選擇適當?shù)男D線速度，旋轉半徑，確保離心力大于重力，盡量增大分離因數(shù)，提高分離能力和凈化效果。
在絮體離心分離中，分離顆粒粒度經驗公式為D=1.05D1D2D3P0.5(M-Mo)]]>式中D-分離粒度(μm)D1-凈化器外直徑(cm)D2-出水管直徑(cm)D3-進水管直徑(cm)P-進水壓力(0.2～0.25MPa)M-顆粒密度(kg/m3)M0-廢水密度(kg/m3)在離心分離中，污水進口速度控制在3.5～6.0m/s，下旋流反應區(qū)筒體半徑根據處理水量大小控制在0.2～0.7m范圍內，凈化器筒體半徑控制在0.8～2.0m范圍內。
4、懸浮過濾原理污水經二級凈化后，污水中尚有少量絮體未能分離，因此設計過濾區(qū)，過濾區(qū)承托層采用不銹鋼濾網(30目)，濾料選用多級配的EPS發(fā)泡塑料濾珠，粒徑0.8～1.2mm，堆積密度為80-100g/cm3，空隙率0.4～0.5，比表面積為650～850m2/m3，濾料懸浮于水中，濾速為8-15m/S，懸浮濾料借助于上漩流運動在離心力作用下實行動態(tài)過濾，污水中小絮體加快了布朗運動與濾料顆粒間的碰撞，使具有一定質量的小絮體沿水流切線方向拋至濾料下層表面，同時在化學鍵、范德華力、絮凝的作用下產生聚結，并被甩向器壁下滑至上旋流反應區(qū)，作為接觸介質加速沉降和分離。借助于離心力的作用，懸浮濾料顆粒間增加了碰撞和摩擦力，使粘附于表面的雜質易剝離，因此濾料不易堵塞，反沖洗周期長。濾料上層設計一定數(shù)量的半球形排水濾頭(ABS材質)，安裝在承托鋼板上。為使反沖洗效果好，在承托鋼板上設計一定數(shù)量的反沖洗排污網孔，網孔采用30目不銹鋼絲網，目的是使清水區(qū)長期沉積的少量懸浮物沖洗干凈，避免影響出水效果。
5、污泥濃縮機理在凈化器下端設計錐形污泥斗，錐斗角度為55～60°，污泥斗中上部有一渾液面，污泥濃度約為1-3％，在聚合力作用下，顆粒群體結合成一整體，各自保持相對不變的位置呈層狀沉降，在污泥斗中下部，污泥濃度相對較高，顆粒間距離小，顆粒相互接觸，相互支撐，在凈化器內水壓力及上層顆粒重力，離心力和結構變形的作用下，顆粒間的孔隙水不斷被擠出界面，顆粒濃度不斷提高并被濃縮壓密完成壓縮沉淀，最終污泥從排污口排出，其濃度可達到6～12％。
污泥濃縮及排放計算公式為a.錐形污泥斗容積計算公式V1=πh(R12+R22+R1R2)3]]>式中V1-錐形泥斗容積(m3)H-錐形斗高度(m)R1-錐形斗頂部半徑(m)(即凈化器半徑)R2-錐形斗底部排泥口半徑(m)b.單位時間污泥產生量計算公式V2=Q(S1-S2)γG×106]]>式中V2-單位時間污泥產生量(m3/h)Q-單位時間處理污水量(m3/h)S1-進水懸浮物濃度(mg/L)S2-凈化后出水懸浮物濃度(mg/L)γ-污泥容重(T/m3)(一般取值1.05～1.15)G-污泥濃度(％)(一般取值0.06～0.10)c.排泥間隔時間計算公式
T=KV1V2]]>式中T-排泥間隔時間(小時)K-污泥斗臨界排泥參數(shù)(取值0.80～0.85)二、本實用新型的雙向旋流一體化污水凈化器外形及結構雙向旋流一體化污水凈化器為鋼制結構，凈化器頂蓋為圓錐體，中部為圓柱體，下部為倒圓錐體，整體由四條支腿支撐。從下而上分別設計為污泥濃縮區(qū)、下旋流反應室、上旋流反應室、懸浮過濾區(qū)、清水及反沖洗區(qū)。凈化器底部設計有排泥口，可根據進水懸浮物濃度設計自動連續(xù)或間斷排泥。凈化器中部圓柱體設計有進水口和溢流口，溢流口設計在懸浮過濾區(qū)下方，當過濾水通量減少到一定程度后，壓力上升，在達到設計值時，溢流口安全閥打開，通過信號輸出，進行濾層的反沖洗。中部圓柱體設計為雙柱形，即分為內圓柱體和外圓柱體。內圓柱體上部設計為沿切線方向的進水口，污水在一定的壓力作用下高速沿內桶壁切線方向進入，作下旋流運動，使固液快速離心分離，內外圓柱體之間設計上旋流凈化反應區(qū)，在反應區(qū)內設計多圈同心截頭圓錐板，增加上旋流速度，增強離心分離的效果。在外圓柱體上部設計懸浮過濾區(qū)，采用多級配EPS發(fā)泡塑料濾珠，使污水通過過濾進一步凈化。過濾區(qū)上層為清水區(qū)兼作反沖洗區(qū)。反沖洗通過截頭圓錐反射板使沖洗水均勻分布。凈化器頂部設計有清水排放口、反沖洗進水口、排氣口和檢修人孔。雙向漩流一體化污水凈化器外形及結構詳見圖。
三、本實用新型的雙向旋流一體化污水凈化器的主要設計參數(shù)1、處理水量Q＝K·H·π·r2式中Q-流量(m3/h)K-流量系數(shù)(取2.5～3.0)H-外圓筒高度(m)
r-外圓筒半徑(m)2、外圓筒高度H＝1.5～2.0D(m)H-外圓筒高度(m)D-外圓筒直徑(m)3、頂蓋錐角17°～20°4、污泥斗錐角55°～60°5、進水管流速1.0～1.5m/s6、進水噴水流速3.5～6.0m/s7、下旋流反應室凈化時間100～120秒8、下旋流下降速度20～25mm/s9、上旋流反應室凈化時間18～20分鐘10、上旋流上升速度2.0～2.8mm/s11、濾料層高度500～800mm12、濾料堆積厚度300～500mm，濾料粒徑0.8～1.2mm，濾料比重80～100kg/m3，濾料比表面積650～850m2/m3，濾料孔隙率0.4～0.5，濾料膨脹率50～60％13、出水管流速0.8～1.0m/s14、排泥管直徑≥100mm15、污水總凈化時間20～28分鐘16、進水壓力0.20～0.25MPa17、反沖洗壓力0.25～0.30MPa四、本實用新型的雙向旋流一體化污水凈化器技術性能指標1、單臺凈化器設計處理污水能力5～200m3/h2、污水凈化時間20～28分鐘3、單臺凈化器直徑1600～3800mm
4.進水壓力0.20～0.25Mpa5.工作壓力0.05～0.20Mpa6.反沖洗周期次/1～2月7.反沖洗壓力0.25～0.3MPa8.反沖洗強度0.4～0.5m3/m2·min9.反沖洗時間5～6分鐘10.污水凈化效果SS去除率95～99.5％COD去除率50～80％濁度(NTU)5～10磷去除率75～80％色度去除率75～90％11、回用產水率＞95％五、本實用新型的雙向旋流一體化污水凈化器應用范圍(1)、雙向旋流一體化污水凈化器可廣泛應用于工業(yè)污水的凈化處理，有效去除污水中的SS、COD、BOD、色度、磷、重金屬離子等；(2)、凈化器可用于生活污水處理，處理后濁度可達到5～10NTU，SS小于10mg/l，COD去除率達到60％；(3)、凈化器可用于高濁度、高懸浮物的污水凈化，懸浮物的進水濃度可適用于30000mg/l一下的污水凈化；(4)、凈化器可同污水的生化處理兼用，對于濃度高、B/C比低的污水，先通過凈化器的物化處理后，不僅大大降低有機物的濃度，同時可提高污水的B/C比，有利于后面工序的生化處理；(5)、凈化器不僅可用于污水凈化，還可用于給水系統(tǒng)的河水、井水的凈化；(6)、凈化器廣泛用于污水再生回用系統(tǒng)，實現(xiàn)廢水的資源化利用，回用產水率大于95％。
權利要求1.一種雙向旋流一體化污水凈化器，包括罐體(1)，其特征是在罐體(1)的內腔中部安裝有圓柱體形下旋流反應室(14)，污水進水管(13)穿過罐體(1)上的污水進水管口(9)沿圓柱體形下旋流反應室(14)的切線方向伸入下旋流反應室(14)中，在罐體(1)中、下旋流反應室(14)的下部出口處的正下方安裝有旋流反射板(15)，旋流反射板(15)的下部為錐形污泥濃縮區(qū)(21)，錐形污泥濃縮區(qū)(21)的下部設有排泥管口(12)；在罐體(1)和下旋流反應室(14)之間形成的上旋流反應室(17)中還安裝有多圈同心截頭圓錐板(16)，在罐體(1)中、上旋流反應室(17)的上部設有懸浮過濾區(qū)(18)，在罐體(1)中、懸浮過濾區(qū)(18)的上部設有清水區(qū)及反沖洗區(qū)(19)，在罐體(1)的頂部設有與清水區(qū)及反沖洗區(qū)(19)相通的凈化水出口(7)、排氣管口(5)及反沖洗水進口(6)。
2.根據權利要求1所述的雙向旋流一體化污水凈化器，其特征是所述的懸浮過濾區(qū)(18)包括與罐體(1)的內壁相連的不銹鋼濾網承托層，在不銹鋼濾網承托層中裝填有發(fā)泡塑料濾珠。
3.根據權利要求1所述的雙向旋流一體化污水凈化器，其特征是在清水區(qū)及反沖洗區(qū)(19)中與反沖洗水進口(6)相對位置處安裝有截頭圓錐形反沖洗反射板(20)。
4.根據權利要求1所述的雙向旋流一體化污水凈化器，其特征是在罐體(1)上、污水進水管口(9)的上部設有與上旋流反應室(17)相通的溢流排水口(8)。
專利摘要本實用新型公開了一種雙向旋流一體化污水凈化器，包括罐體(1)，其特征是在罐體(1)中安裝有下旋流反應室(14)，污水進水管(13)下旋流反應室(14)的切線方向伸入下旋流反應室(14)中，在下旋流反應室(14)的下部出口處安裝有旋流反射板(15)，旋流反射板(15)的下部為錐形污泥濃縮區(qū)(21)，其下部設有排泥管口(12)；在上旋流反應室(17)中還安裝有多圈同心截頭圓錐板(16)，在上旋流反應室(17)的上部設有懸浮過濾區(qū)(18)，在懸浮過濾區(qū)(18)的上部設有清水區(qū)及反沖洗區(qū)(19)，在罐體(1)的頂部設有與清水區(qū)及反沖洗區(qū)(19)相通的凈化水出口(7)、排氣管口(5)及反沖洗水進口(6)。具有占地面積小、凈化率高的優(yōu)點。
文檔編號C02F1/38GK2751024SQ20042002713
公開日2006年1月11日 申請日期2004年5月18日 優(yōu)先權日2004年5月18日
發(fā)明者侯金山, 侯炳浩 申請人:侯金山, 侯炳浩