CN109293079B - 一种低能耗曝气循环澄清池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低能耗曝气循环澄清池，属于废水处理技术领域。上述低能耗曝气循环澄清池由气提区、混合区、絮凝区、澄清区和浓缩区组成，采用空气提升装置进行泥渣循环，微孔曝气进行混合液的搅拌混合。本发明的低能耗曝气循环澄清池采用环状泥渣循环和垂直泥渣循环组合形式的内部泥渣回流方式，具有更高单位产水量、更节省药剂、单一动力设备、便于操作和控制等优点。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是指一种低能耗曝气循环澄清池。
背景技术
在水处理行业中，澄清池是一种将絮凝反应过程与澄清固液分离过程综合于一体的构筑物。在水处理工艺流程中有着广泛的应用，其原理是在池内形成高浓度大颗粒的活性泥渣区域，使加药后的原水与该区域内高浓度大颗粒的絮体进行接触絮凝，以增加原水中微小絮体与这些粗颗粒的碰撞、吸附、结合机会，从而达到去除微小絮体的效果。利用澄清池去除水中悬浮物已有近70多年的历史，型式多样，根据其进水方式和搅拌方式划分有50余种。目前，市面上常见的澄清池，絮凝颗粒的运动、碰撞、聚结过程虽然都是多方面的，但是絮凝颗粒之间的碰撞、聚结等机理都基本相同，然而颗粒相互碰撞、聚结的方式却只集中在机械搅拌和水力搅拌两种方式。
目前，行业按照形成的泥渣(大絮体)颗粒的运动状态划分，常用的澄清池分为两大类型：①泥渣循环型，包括机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、高密度澄清池；②泥渣悬浮型，包括悬浮澄清池、脉冲澄清池。各种形式的澄清池各有所长，但均存在一定的缺点，比如：机械加速澄清池能耗大，易出现机械故障且维修周期长、固液分离效果不佳；水力循环澄清池依靠水力喷射形成泥渣回流，加药量大、水头损失大，其作用范围不大，故直径较小，只适合小型水厂；脉冲澄清池依靠真空泵产生脉冲，结构较复杂，需较高动能且水头损失很大，对进水量要求比较高，脉冲周期较难控制；悬浮澄清池受原水水量、水质、水温等因素变化影响比较明显，需要较大池深，设计中应用较少；即传统澄清池存在效率低、占地面积大、泥渣回流量难以控制、动力消耗大、水头损失大等问题；高密度澄清池工艺较为成熟，但是在实际运行过程中也存在非常多的问题：能耗大、结构复杂、对管理者要求较高等缺点。
本发明汲取了机械加速澄清池和高密度澄清池的优点，在克服了机械加速澄清池和高密度澄清池缺点的基础上，研制出了一种具有更高单位产水量、更节省药剂、单一动力设备、操作简便，并采用曝气方式促使颗粒相互碰撞、聚结的曝气组合循环澄清池。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种低能耗曝气循环澄清池，具有更高单位产水量、更节省药剂、单一动力设备、操作简便等优点。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
本发明提供一种低能耗曝气循环澄清池，由气提区、混合区、絮凝区、澄清区和浓缩区组成，其特征在于，采用空气提升装置进行泥渣循环，微孔曝气进行搅拌混合，原水加入混凝剂后泵入气提区，在空气提升装置曝气搅拌和推流的作用下与浓缩区内呈悬浮状态的循环泥渣迅速接触碰撞，完成药剂、废水和循环泥渣的快速混合反应，之后被推流进入混合区，并加入助凝剂PAM形成大的絮体，并在絮凝区进行二次碰撞絮凝，之后部分混合液被循环回混合区，另一部分则进入澄清区，进行接触絮凝，并形成悬浮泥渣层，上升混合液通过悬浮泥渣层过滤获得澄清出水，从澄清区顶部出水集水系统流出。
进一步的，所述气提区底部与浓缩区连通，原水和混凝剂在气提区上方加入，助凝剂在气提区与混合区接口处加入，或在絮凝区顶部分点加入。
优选的，所述气提区入口流速为0.05m/s～1m/s；出口流速为0.1m/s～3m/s。
优选的，为实现气提区内混合过程中产生混凝的接触碰撞条件，所采用微孔曝气管曝气通量为0.3m3/m·h～5m3/m·h。
优选的，所述气提区的宽度与混合区宽度相同。
进一步的，所述混合区底部配置有微孔曝气器。
优选的，为控制絮凝控制指标，混合区所选微孔曝气管通气量为0.05m3/m·h～3m3/m·h。
进一步的，所述混合区、絮凝区和澄清区底部连通，并且澄清区底部设置有朝向絮凝区的斜板。
进一步的，所述浓缩区底部设置有泥斗，所述泥斗下部连接有排泥管道。
进一步的，所述絮凝区宽度为50mm～300mm，出水口流速为0.05mm/s～1mm/s。
进一步的，所述澄清区配置有填料，所述填料为竖直填料或斜管填料。
本发明曝气组合循环澄清池运行过程中：原水加混凝剂并泵入气提区，在空气提升装置曝气搅拌、提升和推流的共同作用下与浓缩区内呈悬浮状态的循环泥渣迅速接触碰撞，完成药剂、废水和循环泥渣的快速混合反应过程，之后经由气提区的顶部出口，被推流至混合区，形成整体的环状泥渣循环状态。在气提区出口或在絮凝区顶部分点加入助凝剂PAM，与进入混合区的混合液在曝气器系统(流态行程上)所形成的均匀垂直泥渣循环作用下和澄清区底部回流的大颗粒泥渣发生接触絮凝，形成大的絮体。在混合区顶部混合液翻转进入絮凝区，空气被释放出来，絮体进行二次碰撞絮凝。混合液从絮凝区底部出水，其中大部分被混合区内异重流循环作用再次抽吸回流至混合区，另一部分则进入澄清区，混合液在澄清区内会逐次流经填料。澄清区内，絮体在自身重力和水体上升流态的共同作用下，再次进行接触絮凝，并在填料内形成悬浮泥渣层，填料上部为清水层，清水通过淹没孔口进入出水集水系统进行出水。澄清区内的泥渣层属于动态平衡的状态，大絮体会在重力的作用下从悬浮泥渣层脱落并滑落至混合区，被异重流抽吸、提升滑落至絮凝区与混合区的底部连接口，然后被异重流抽吸、提升至混合区，再次参与接触絮凝反应，小絮体在上升过程中被悬浮泥渣层过滤吸附重新填补泥渣层。混合区从顶部出水进入浓缩区，非常大的絮体会沿着泥斗下滑然后跌落到池底，污泥在池底被浓缩。小的絮体或中等大小的絮体大部分在泥斗上部被气提区空气提升装置的气提循环作用抽吸回气提区，作为“絮核”并参与进水的混合反应。澄清水在澄清区顶部通过淹没孔口出流收集。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)回流泥渣浓度高、回流量大，能耗低传统机械加速澄清池采用机械搅拌叶轮进行内部泥渣循环，而高密度澄清池则采用污泥泵进行外部泥渣循环，这类机械装置若循环较大流量的泥渣，势必能耗较大，而本发明采用空气提升装置进行泥渣回流，不仅可以保证絮体的完整性，在提供1m3/h的空气的情况下还能够循环约50-100m3/h的混合液，大大节约了运行能耗；而且，可以通过自动变频调节空气提升装置的供给气量，控制循环泥渣量，操作极为方便；
(2)改进絮凝流程，提高了絮凝效果由于采用环状泥渣循环和垂直泥渣循环组合形式的内部泥渣回流方式，水流在整个混合区和絮凝区以及竖向矩形斜管填料内逐次絮凝变大，不仅延长了絮凝流程，还增加了絮凝时间，各段絮凝区能量分配依次减弱，分配合理，较传统机械加速澄清池和高密度澄清池更有利于絮体的成长，减少了药剂投加量，创造了客观的经济效益；
(3)空间利用率高，固体负荷稳定本发明从进水到出水，水流完全按照所设计的路线往复循环运行，依次经过气提区、混合区、絮凝区、澄清区、浓缩区，不但较传统机械加速澄清池和高密度澄清池空间利用率更高，还保证了池内的絮体一直处于最佳浓度，在不考虑原水浓度和流量的情况下，确保絮体的完整性及在澄清池内相对稳定的固体负荷；
(4)固液分离彻底，微小絮体去除效率高；出水有机成分(VSS)更低，泥渣脱水性能好；机械设备少，维护简单，操作简便；抗冲击负荷能力较强，对进水的流量和水质波动不敏感。
附图说明
图1为本发明的曝气组合循环澄清池的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖面结构示意图；
图3为图1中B-B的剖面结构示意图；
图4为本发明的曝气组合循环澄清池中混合液流态示意图一；其中，箭头方向表示混合液流动方向；
图5为本发明的曝气组合循环澄清池中混合液流态示意图二；其中，箭头方向表示混合液流动方向。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例1
一种低能耗曝气循环澄清池，如图1-5，包括气提区1、浓缩区6、混合区3、絮凝区4、澄清区5其中：
气提区1底部与浓缩区6连通，气提区1顶部设置有入水口，气提区1出口连接混合区3，气提区1内设置有空气提升装置2；
混合区3的两侧均设置有絮凝区4，底部设置有微孔曝气器系统8；
混合区3的底部与絮凝区4连通，混合区3内的混合液从顶部流出至絮凝区4，混合区3末端顶部与浓缩区6连接；
絮凝区4外侧设置有澄清区5，澄清区5内均设置有填料7，顶部设置有出水集水系统，絮凝区4和澄清区5底部连通。
本发明的低能耗曝气循环澄清池中水流完全按照所设计的路线往复循环运行，依次经过气提区、混合区、絮凝区、澄清区、浓缩区，空间利用率高，采用空气提升装置进行泥渣回流，不仅可以保证絮体的完整性，在提供1m3/h的空气的情况下还能够循环约300m3/h的混合液，大大节约了运行能耗；而且，可以通过自动变频调节空气提升装置的供给气量，控制循环泥渣量，操作极为方便；采用环状泥渣循环和垂直泥渣循环组合形式的内部泥渣回流方式，水流在整个混合区和絮凝区以及填料内逐次絮凝变大，不仅延长了絮凝流程，还增加了絮凝时间，各段絮凝区能量分配依次减弱，分配合理，较传统机械加速澄清池和高密度澄清池更有利于絮体的成长，实现了体系中微小絮体的高效率去除。
进一步的，澄清区5的池底设置有朝向絮凝区4倾斜的斜板9，从而保证液体的循环流动方向。
进一步的，浓缩区6底部设置有泥斗6-1，泥斗下部连接有排泥管道，非常大的絮体会沿着泥斗下滑然后跌落到排泥管道中，污泥被浓缩；气提区1和浓缩区6之间的底部连通口位于泥斗6-1的中上部外侧。
为避免浓缩区内出现紊流，优选的，气提区1入口流速为0.05m/s～1m/s；为提高澄清池环型循环效率，优选的，气提区1出口流速为0.1m/s～3m/s；
为达到最好絮凝效果，混合区的宽度为200mm～2000mm。
为了降低药耗，提高絮凝效果，优选的，絮凝区4宽度为50mm～300mm，出水口流速为0.05mm/s～1mm/s。
进一步的，气提区1和浓缩区6并列设置在澄清池体纵向方向的一端，混合区3为U形结构，使得澄清池结构紧凑，体积较小。
为了提高悬浮泥渣层的稳定性和细小絮体粘附、沉淀去除率，优选的，在澄清区采用中国专利申请201610486954.7所提出的污泥分离/富集的方法，水体流势一改传统机械加速澄清池和高密度澄清池斜管沉淀池的倾斜60°角流向，整体呈由下而上运动，悬浮泥渣层与水分离更为彻底，弯曲导流波纹规整填料特殊的结构形式拥有相较斜管填料更大的沉淀面积，能够更加高效地沉淀去除微小絮体，达到更高整体去除效率。
本发明澄清区内的悬浮泥渣层是水中的悬浮絮体通过重力和浮力作用达到平衡形成的“滤床”，当滤床在竖向矩形斜管填料内达到一定的深度和介质的粒度，絮体进入滤床，就形成了“体积过滤”而不是传统斜管填料的“表面过滤”，得以拦截、过滤将余留在澄清水中的悬浮物减少到可忽略不计。因此，本发明较传统的澄清区的纳污能力更大，能够避免因下雨导致水量波动，而引起絮体上浮现象。
进一步的，为实现气提区内混合过程中产生混凝的接触碰撞条件，空气提升装置2内所采用微孔曝气管曝气通量为0.3m3/m·h～5m3/m·h。
进一步的，为便于混合区控制絮凝控制指标，混合区底部所采用的微孔曝气管的通气量为0.05m3/m·h～3m3/m·h。
传统高密度澄清池混合、絮凝和泥渣回流均采用机械方式，而且大部分为水下安装，维护检修困难，强度大、周期长，而本发明唯一能耗设备为鼓风设备，为空气提升装置和曝气器系统提供空气源，没有任何水下动力部件，安装方便，省去了机械搅拌设备，减少了大量的机械维修工作，节省了人力和物力。本发明水流动力均为空气，采用鼓风曝气进行搅拌不仅节省能耗，而且还能利用吹脱去除一定的挥发性有机物质，同时降低泥渣的比阻，表现为更好的泥渣脱水性能，较少泥渣脱水的药剂投加量。
优选的，气提区的宽度与混合区宽度相同，气提区的长度与浓缩区长度相同，这样空间利用率高。
本发明内部泥渣(大絮体)颗粒的运动状态沿袭了机械加速澄清池的优点-泥渣循环，并研发出了环状泥渣循环和垂直泥渣循环两种方式组合形式的全新构造。其组织配合关系及原理是：原水加入混凝剂并泵入气提区，在空气提升装置曝气搅拌、提升和推流的共同作用下与浓缩区内呈悬浮状态的循环泥渣迅速接触碰撞，完成药剂、废水和循环泥渣的快速混合反应过程，之后经由气提区的顶部出口，被推流至混合区，形成整体的环状泥渣循环状态。气提区出口加入助凝剂PAM，与进入混合区的混合液在曝气器系统(流态行程上)所形成的均匀垂直泥渣循环作用下和澄清区底部回流的大颗粒泥渣发生接触絮凝，形成大的絮体。在混合区顶部混合液翻转进入絮凝区，在重力沉降、水体下降流态和气泡浮升的复杂作用下，空气被释放出来，絮体进行二次碰撞絮凝。混合液从絮凝区底部出水，其中大部分被混合区内异重流循环作用再次抽吸回流至混合区，另一部分则进入澄清区，混合液在澄清区内会逐次流经填料，絮体在自身重力和水体上升流态的共同作用下，再次进行接触絮凝，并在填料内形成悬浮泥渣层，填料上部为清水层，清水通过淹没孔口进入出水集水系统进行出水。澄清区内的泥渣层属于动态平衡的状态，大絮体会在重力的作用下从悬浮泥渣层脱落并滑落至混合区，被异重流抽吸、提升至混合区，再次参与接触絮凝反应，小絮体在上升过程中被悬浮泥渣层过滤吸附重新填补泥渣层。混合区尾部从顶部出水进入浓缩区，非常大的絮体会沿着泥斗下滑然后跌落到池底，污泥在池底被浓缩。小的絮体或中等大小的絮体大部分在泥斗上部被气提区空气提升装置的气提循环作用抽吸回气提区，作为“絮核”并参与进水的混合反应。
上述实施例仅为本发明的一种实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。在不违反本发明装置运行原理的基础上，本领域技术人员可根据现有实际情况确定混合区、絮凝区和澄清区的多少，以上改变均应视为本发明的保护范围。
实施例2
某个陶瓷厂生产废水，进水水质COD：20mg/L，SS：400～600mg/L。先进调节池初步沉降、分离，然后进入本发明的曝气组合循环澄清池中进行循环处理，然后出水。
曝气组合循环澄清池安装2台罗茨鼓风机，安装功率4.4KW，一用一备。PAC药剂投加量：30～80g/m3，PAM药剂投加量：2～10g/m3，进水水量为400m3/h，剩余污泥量排放量为6～8m3/h，经本发明曝气组合循环澄清池处理后，出水水质COD≤15mg/L，SS≤20mg/L，出水清澈，清晰可见填料层。
综上，本发明开发的集优化泥渣内回流、澄清方式和单一动力设备于一体的澄清池，具有更高单位产水量、更节省药剂、单一动力设备、絮体去除率高、操作简便等优点。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种低能耗曝气循环澄清池，由气提区、混合区、絮凝区、澄清区和浓缩区组成；其特征在于，采用空气提升装置进行泥渣循环，微孔曝气进行搅拌混合；原水加入混凝剂后泵入气提区；之后，混合液在空气提升装置曝气搅拌和推流的作用下与浓缩区内呈悬浮状态的循环泥渣迅速接触碰撞，完成药剂、废水和循环泥渣的快速混合反应，之后被推流进入混合区，并加入助凝剂 PAM形成大的絮体，并在絮凝区进行二次碰撞絮凝，之后部分混合液被循环回混合区，另一部分则进入澄清区，进行接触絮凝，并形成悬浮泥渣层，上升混合液通过悬浮泥渣层过滤获得澄清出水，从澄清区顶部出水集水系统流出；所述低能耗曝气循环澄清池中水流完全按照所设计的路线往复循环运行，依次经过气提区、混合区、絮凝区、澄清区、浓缩区；
气提区底部与浓缩区连通，原水和混凝剂在气提区上方加入，助凝剂在气提区与混合区接口处加入，和/或在絮凝区顶部分点加入；所述气提区和浓缩区水平并列设置在澄清池体纵向方向的一端；
所述混合区底部与所述絮凝区底部连通，所述絮凝区底部与澄清区底部连通，并且所述澄清区底部设置有朝向絮凝区的斜板；所述混合区为U形结构，所述混合区底部配置有微孔曝气器，混合区尾端顶部与浓缩区相连，混合区尾部从顶部出水进入浓缩区；
所述澄清区配置有填料，所述填料为竖直填料或斜管填料。
2.根据权利要求1所述的低能耗曝气循环澄清池，其特征在于，所述气提区入口流速为0.05m/s~1m/s；出口流速为0.1m/s~3m/s。
3.根据权利要求1所述的低能耗曝气循环澄清池，其特征在于，所述浓缩区底部设置有泥斗，所述泥斗下部连接有排泥管道；所述气提区和浓缩区之间的底部连通口位于所述泥斗的中上部外侧。
4.根据权利要求1所述的低能耗曝气循环澄清池，其特征在于，所述絮凝区宽度为50mm~300mm，出水口流速为0.05mm/s~1mm/s。
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