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驅動部、旋轉連接件、曲面離心葉片以及具有筒內腔的旋流筒體，旋轉連接件的第一端伸入至旋流筒體內與曲面離心葉片的第一側連接，旋轉連接件的第二端與旋轉驅動部連接連接。本發明的基于渦流分離的污水處理系統，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入二沉池內，降低了二沉池的實際運行負荷，提高了二沉池的處理能力，對污泥顆粒進行回收利用，提高了功能載體的循環利用率。
權利要求書
1.一種基于渦流分離的污水處理系統，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的物料導入至所述離心分離裝置內，所述離心分離裝置用于將所述引流裝置導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驅動部、旋轉連接件、曲面離心葉片以及具有筒內腔的旋流筒體，所述曲面離心葉片設于所述旋流筒體內，所述旋流筒體上設有與所述筒內腔連通的進料槽，所述進料槽通過所述引流裝置與所述生化池的輸出口連通，所述旋轉連接件的第一端伸入至所述旋流筒體內與所述曲面離心葉片的第一側連接，所述曲面離心葉片的第二側向外延伸并與所述旋流筒體的內壁面之間留有徑向間隙，所述旋轉連接件的第二端與所述旋轉驅動部連接，通過所述旋轉驅動部驅動所述旋轉連接件轉動進而帶動所述曲面離心葉片繞中軸線旋轉，以使進入所述旋流筒體內的物料離心分離，所述旋流筒體上設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于所述曲面離心葉片的底部的導流筒，所述導流筒的圓周導流面沿頂部朝向底部的方向逐漸向外傾斜設置，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段、等截面段和截面減縮段，所述截面減擴段的第一側邊緣沿底部朝向頂部的方向逐漸外擴設置，所述等截面段的第一側邊緣沿軸向延伸設置，所述截面減縮段的第一側邊緣沿底部朝向頂部的方向逐漸收縮設置，所述導流筒的圓周外壁面與所述截面漸擴段的第一側邊緣固定連接，所述導流筒的圓周外壁面上還設有用于使所述導流筒的內腔和所述導流筒的外部連通的排氣孔；輕物料出口設于旋流筒體的頂面上，輕物料出口處于旋流筒體的中部區域，重物料出口設于旋流筒體的底部，物料通過進料槽進入筒內腔后在離心力、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置，所述輕物料出口設于所述圓柱筒體的頂部，所述重物料出口設于所述圓錐筒體的底部，所述進料槽沿軸向貫穿所述圓柱筒體的頂面設置，所述進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，所述曲面離心葉片通過所述旋轉連接件設于所述圓柱筒體內；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�，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，所述輕比重的活性污泥質量占比為送入離心分離裝置總物料質量的25%-40%。
2.根據權利要求1所述的基于渦流分離的污水處理系統，其特征在于，所述旋轉連接件包括旋轉支承軸、第一旋轉支承件和第二旋轉支承件，所述第一旋轉支承件和所述第二旋轉支承件相對地設于所述圓柱筒體的兩端，所述第一旋轉支承件繞中軸線可轉動地設于所述圓柱筒體上，所述第二旋轉支承件繞中軸線可轉動地設于所述圓柱筒體上，所述旋轉支承軸沿軸向定位裝配在所述第一旋轉支承件和第二旋轉支承件之間，所述曲面離心葉片設于所述旋轉支承軸上且處于所述第一旋轉支承件和所述第二旋轉支承件之間，所述旋轉驅動部用于驅動所述第一旋轉支承件和/或所述第二旋轉支承件繞中軸線轉動。
3.根據權利要求2所述的基于渦流分離的污水處理系統，其特征在于，所述等截面段可拆卸地設于所述旋轉支承軸上，所述等截面段的一側設有插裝凸臺，所述旋轉支承軸的圓周壁面上設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支承軸上。
4.根據權利要求1所述的基于渦流分離的污水處理系統，其特征在于，所述旋轉連接件包括吊設在所述旋轉驅動部的輸出端上的旋轉軸，所述旋轉軸的第二端與所述旋轉驅動部連接，所述旋轉軸的第一端沿豎向向下延伸并伸入至所述筒內腔內，所述曲面離心葉片設于所述旋轉軸的第一端上。
5.根據權利要求1所述的基于渦流分離的污水處理系統，其特征在于，所述排流裝置包括排流驅動器和排流管道，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，所述排流管道的另一端與所述二沉池的輸入口連通。
6.根據權利要求1所述的基于渦流分離的污水處理系統，其特征在于，所述基于渦流分離的污水處理系統還包括設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有排泥口，所述水力旋流器的側壁面上設有沿其切向布設的進料口，所述水力旋流器的底部設有排泄口，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，包括如下步驟：在生化池內投加功能載體，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培養形成污泥顆粒，所述污泥顆粒的粒徑分布在50-500um；將生化池內的物料通過引流裝置從旋流筒體的頂部引入至筒內腔內，在離心分離裝置的曲面離心葉片的作用下，將導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的轉速為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�；亓髦了錾貎�，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，所述輕比重的活性污泥質量占比為送入離心分離裝置總物料質量的25%-40%；第一輸送支路通過外回流的方式將經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合物回流至所述生化池內，同時將分離后得到的污泥排出至所述水力旋流器。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種基于渦流分離的污水處理系統及方法，旨在解決現有技術中生化池處理后的污泥顆粒和活性污泥難以分離，導致污泥顆粒容易流失且二沉池沉淀處理難度大的技術問題。
為實現上述目的，本發明提供的一種基于渦流分離的污水處理系統，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的物料導入至離心分離裝置內，離心分離裝置用于將引流裝置導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驅動部、旋轉連接件、曲面離心葉片以及具有筒內腔的旋流筒體，曲面離心葉片設于旋流筒體內，旋流筒體上設有與筒內腔連通的進料槽，進料槽通過引流裝置與生化池的輸出口連通，旋轉連接件的第一端伸入至旋流筒體內與曲面離心葉片的第一側連接，曲面離心葉片的第二側向外延伸并與旋流筒體的內壁面之間留有徑向間隙，旋轉連接件的第二端與旋轉驅動部連接，通過旋轉驅動部驅動旋轉連接件轉動進而帶動曲面離心葉片繞中軸線旋轉，以使進入旋流筒體內的物料離心分離，旋流筒體上設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。
進一步地，離心分離裝置還包括設于曲面離心葉片的底部的導流筒，導流筒的圓周導流面沿頂部朝向底部的方向逐漸向外傾斜設置，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段、等截面段和截面減縮段，截面減擴段的第一側邊緣沿底部朝向頂部的方向逐漸外擴設置，等截面段的第一側邊緣沿軸向延伸設置，截面減縮段的第一側邊緣沿底部朝向頂部的方向逐漸收縮設置，導流筒的圓周外壁面與截面漸擴段的第一側邊緣固定連接，導流筒的圓周外壁面上還設有用于使導流筒的內腔和導流筒的外部連通的排氣孔。
進一步地，漸開線線段滿足關系式：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倍旋流筒體的內徑。
進一步地，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置，輕物料出口設于圓柱筒體的頂部，重物料出口設于圓錐筒體的底部，進料槽沿軸向貫穿圓柱筒體的頂面設置，進料槽處于輕物料出口朝向圓柱筒體的外邊緣的一側，曲面離心葉片通過旋轉連接件設于圓柱筒體內。
進一步地，旋轉連接件包括旋轉支承軸、第一旋轉支承件和第二旋轉支承件，第一旋轉支承件和第二旋轉支承件相對地設于圓柱筒體的兩端，第一旋轉支承件繞中軸線可轉動地設于圓柱筒體上，第二旋轉支承件繞中軸線可轉動地設于圓柱筒體上，旋轉支承軸沿軸向定位裝配在第一旋轉支承件和第二旋轉支承件之間，曲面離心葉片設于旋轉支承軸上且處于第一旋轉支承件和第二旋轉支承件之間，旋轉驅動部用于驅動第一旋轉支承件和/或第二支撐件繞中軸線轉動。
進一步地，等截面段可拆卸地設于旋轉支承軸上，等截面段的一側設有插裝凸臺，旋轉支承軸的圓周壁面上設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支承軸上。
進一步地，旋轉連接件包括吊設在旋轉驅動部的輸出端上的旋轉軸，旋轉軸的第二端與旋轉驅動部連接，旋轉軸的第一端沿豎向向下延伸并伸入至筒內腔內，曲面離心葉片設于旋轉軸的第一端上。
進一步地，排流裝置包括排流驅動器和排流管道，排流管道的一端從圓柱筒體的頂部伸入至輕物料出口內，排流管道的另一端與二沉池的輸入口連通。
進一步地，基于渦流分離的污水處理系統還包括設于二沉池下游的水力旋流器，水力旋流器的頂部設有排泥口，水力旋流器的側壁面上設有沿其切向布設的進料口，水力旋流器的底部設有排泄口，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，第二輸送支路將經二沉池濃縮后的部分污泥輸送至水力旋流器的進料口，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，包括如下步驟：
在生化池內投加功能載體，其中，功能載體的粒徑分布在50-100um，功能載體在生化池內培養形成污泥顆粒，污泥顆粒的粒徑分布在50-500um；
將生化池內的物料通過引流裝置從旋流筒體的頂部引入至筒內腔內，在離心分離裝置的曲面離心葉片的作用下，將導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的轉速為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�；亓髦辽貎�，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，輕比重的活性污泥質量占比為送入離心分離裝置總物料質量的25%-40%；
第一輸送支路通過外回流的方式將經二沉池濃縮后的部分污泥回流至生化池；第二輸送支路將經二沉池濃縮后的部分剩余污泥輸送至水力旋流器的進料口；
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合物回流至生化池內，同時將分離后得到的污泥排出至水力旋流器。
在本發明的基于渦流分離的污水處理系統，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，用于對引流裝置導出的且進入二沉池之前的物料進行分離處理；通過離心分離裝置包括旋轉驅動部、旋轉連接件、曲面離心葉片以及旋流筒體，旋流筒體內有旋流空間(筒內腔)，通過旋轉驅動部驅動旋轉連接件轉動進而帶動曲面離心葉片繞中軸線旋轉，物料通過進料槽進入筒內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域富集，實現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沉淀，通過回流裝置將污泥顆�；亓髦辽貎�，創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利用率。本發明的基于渦流分離的污水處理系統，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，同時對污泥顆粒進行回收利用，避免了的全部的污泥顆粒進入二沉池內，避免了二沉池內的污泥濃度過高，二沉池的沉降性能好；同時對污泥顆粒進行回收利用，提高了功能載體的循環利用率。
（發明人：萬麗;張淞萱）
