申请日2020.12.30
公开（公告）日2021.04.30
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明公开了升流式小阻力防堵塞厌氧布水器及其工艺方法，涉及污水处理领域，布水器由较大口径不锈钢系列变径管件构成，其工作流程为：污水垂直向下进入布水器顶部的大口径三通，经水平四通和小口径三通，再经同心异径管缩小后进入中等口径水平三通和中小口径三通，最后经全体喷嘴朝下喷向固定于水池底板的扩散锥帽，水流冲击扩散后最终在池内形成整体均匀上升流。与现有其他厌氧布水器相比，本发明具有制造安装简单、不堵塞、免维护、布水均匀、无死区死角，运行能耗低、泥水接触效果好、厌氧生化反应效率高等优点。
权利要求书
1.升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，其特征在于：包括位于中部的大口径三通，所述大口径三通的中心三通口朝上与污水进水管对接，大口径三通的两水平出口分别连接一个水平四通，所述水平四通的另外三个分支出口分别连接一对朝下的小口径三通和一个异径管，异径管再连接中等口径水平三通，所述中等口径三通两侧水平连接两个朝下的中小口径三通，每个小口径三通和中小口径三通的出水口均通过短管连接喷嘴，喷嘴均朝向池底喷射，池底与喷嘴对应的位置均设有扩散锥帽。
2.如权利要求1所述的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，其特征在于：所述大口径三通的中心三通口朝上，该朝上口与厌氧池污水进水管道直接连接。
3.如权利要求1所述的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，其特征在于：所述进水流向和布水喷水流向，均为垂直向下。
4.如权利要求1所述的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，其特征在于：各管件在平面横向和平面纵向两个方向对称，管径顺流向逐渐减小。
5.如权利要求1所述的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，其特征在于：所述喷嘴均为相同规格的平滑同心异径管。
6.如权利要求1所述的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，其特征在于：所述扩散锥帽与垂直向下的喷嘴一一对应，且锥帽尖顶正对喷嘴出口中心，两者净间距80～200mm。
7.如权利要求1所述的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，其特征在于：所述布水器不仅适用于矩形水池，在平面进行微调后，同样适用于圆形水池。
8.如权利要求1-7任一项所述的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、向下进水：经细格栅和/或沉砂池等工序预处理后的污水，经管道垂直向下接入本发明布水器顶部的大口径三通；
步骤2、内部水平均匀分流：垂直向下的连续水流在大口径三通内，一分为二，改变流向分流到两侧的水平四通；之后，一部分水流进入两侧的小口径三通；另外大部分继续水平直线向前，经同心异径管缩小后进入中等口径水平三通，再次向两侧水平分流进入中小口径三通；
步骤3、统一朝下喷射：最后，污水从全体喷嘴以若干个较高流速的淹没流水柱朝下喷向固定于水池底板的扩散锥帽，水流冲击池底的厌氧颗粒污泥并向四周扩散，源源不断的污水最终在池内形成整体均匀上升流，实现升流式小阻力防堵塞厌氧布水之目的。
说明书
升流式小阻力防堵塞厌氧布水器及其工艺方法
技术领域
本发明属于污水厌氧生化处理所需的小阻力布水装置领域，具体涉及一种用于升流式小阻力防堵塞厌氧布水器及其工艺方法。
背景技术
升流式厌氧污泥床水解酸化反应池或厌氧折流板(ABR)反应池的处理效果好坏，在很大程度上取决于池底布水是否均匀，是否尽可能避免堵塞或淤积。由于反应池要求布水不能有死区、死角，不能出现沟流涌流，而反应池的容积往往又较大，所需布水面积较大，因而做到布水均匀存在较多困难，致使水池容积利用率不理想，污水厌氧生化处理效果不尽如意。
目前，厌氧布水器主要有如下三种形式：一管多孔式布水、枝状多孔式布水和一管一孔式布水，前两者虽然构造简单、造价低，但却存在布水不均和容易堵塞的缺点，容易在厌氧池内出现布水死区死角现象，污泥床微生物与污水中污染物不能充分接触，进而影响厌氧活性污泥的生化反应效率，污水处理效果得不到充分发挥；最后者虽然布水均匀、且容易发现并及时清理堵塞，但缺点同样明显——主要是位于池面或池畔的分水装置体积庞大，安装不美观，多根布水立管的安装固定难度大，池内立管林立杂乱，密集的布水管对池内上升水流有影响，不能同时适用矩形或圆形水池等。
专利申请《厌氧布水器》(公告号CN 201338968Y，公告日2009.11.4)，其设备由36个分配布水槽连接36根立式分配管和36个布水头等组成，属“一管一孔式”布水，该设备的36个布水设计虽可保障进水均匀性，但顶部辐流式的大水面配水区极易出现泥沙沉积，池底亦没有形成向下的冲击流而存在较大的淤积可能，密集的36根立式分配管与外部进水总管 (标高低于池内水面)亦将发生冲突，且布水器上部的制作安装和固定密集，布水所消耗的水头损失较大；而当水池为矩形时，该布水器的平面布置将较为困难。
专利申请《一种厌氧布水器》(公告号CN 202063768 U，公告日2011.12.7)，其设备由1 个布水包、多根放射状布水管、底部多个分水器等组成，属“一管一孔式”布水。该设备的布水包相对分水器而言横截面和容积较大，故放射状布水管与布水包的接口孔口较小，部分孔口极易被污水中的杂质堵塞而难以察觉；同时，布水包和众多的放射状布水管需要支撑和固定，这些支撑固定对池内上升水流有阻碍，加上维护检修困难，且底部的分水器对池底的冲击作用十分有限，因而该厌氧布水器技术优势不明显，难以大面积推广应用。
专利申请《高效泥水混合厌氧布水装置》(公告号CN 202089829 U，公告日2011.12.28)，其设备由向下的中心进水管、开密集小孔的锥形布水器、布水器下方的反射板等组成，属“一管多小孔式”布水。该设备的泥水混合效果好是基于污水加压泵和污泥回流泵提供的强制动力，因而动力消耗较高，再考虑到相对复杂的底部锥形斗构造，以及整个厌氧布水装置系统的复杂程度，因而在当今城镇污水高品质处理的前置厌氧处理方面不具有普遍适用性。
专利申请《改良型厌氧布水器》(公告号CN 207375820 U，公告日2018.5.18)，其设备由脉冲器、密集的多根布水管、多个反射锥等组成，属“脉冲型一管一孔式”布水。该设备虽为大阻力配水的布水管堵塞疏通提供了解决方案，但池顶的脉冲器体积大，消耗的水头大，污水必须在经过细格栅除渣和沉砂池除砂处理后，再由水泵做二次加压提升才能强制压入比较高大的脉冲器中，因而从污水处理流程上来讲，工序繁杂，运行能耗比小阻力厌氧布水器明显增多，难以适应当今城镇污水高品质处理对前置厌氧处理工段的工艺要求。
专利申请《一种污水处理用厌氧布水器》(公告号CN 209113579 U，公告日2019.7.16)，其设备由2个分水器、14根布水主管和14根支管、28个出水口等组成，属“一管1孔又分为对称2孔式”布水。该厌氧布水器布水较均匀，工作时依靠内部压力冲开挡片，为大阻力配水，故消耗的水头损失较大，能耗相对较多。仅适合于薄壁圆柱形水池，而当水池为联排矩形较深钢筋混凝土池型时，该布水器就受到局限。
基于上述背景和各项公知技术的诸多不足，加上当今城镇污水高品质处理对前置厌氧新技术的需求越来越明显，使得升流式厌氧污泥床水解酸化反应池技术或厌氧折流板(ABR) 反应池技术，在当今全球主流AAO(厌氧Anaerobic—缺氧Anoxic—好氧Oxic的缩写简称，或A2O)污水处理工艺中被采纳的趋势越来越明晰，上述厌氧反应池技术可望成为AAO工艺的高级组成部分，而与之配套的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，则是形势所需，大势所趋，是为创新型技术进步应运而生，因此，本发明拟设计一种升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，该布水器应具备构造简单、布水均匀、不易堵塞、水头损失小、易于安装等特点，同时还要能够防止池内污泥出现沉淀淤积，防止上升水流出现短流、沟流、涌流，确保厌氧活性污泥床微生物与污水污染物充分接触，保证厌氧污水处理效果符合最终达标要求。
目前，本发明的升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，已在我国南方2个城市污水处理项目中成功应用，实际运行效果良好，其他多个城镇污水项目正在应用实施中。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
升流式小阻力防堵塞厌氧布水器，其特征在于：包括位于中部的大口径三通1，大口径三通1的中心三通口朝上，直接与污水管对接，底部两水平出口分别连接一个水平四通2，水平四通2的另外三个分支出口分别连接一对朝下的小口径三通3和一个中等口径水平三通 5，中等口径三通5两侧水平连接两个中小口径三通6，每个小口径三通3和中小口径三通6 的出水口均连接喷嘴7，喷嘴7均朝向池底喷射，池底与喷嘴7对应的位置均设有扩散锥帽8。
所述大口径三通1的中心三通口朝上，该朝上口与厌氧池污水进水管道直接连接；
所述进水流向和布水喷水流向，均为垂直向下；
各管件在平面横向和平面纵向两个方向对称，管径顺流向逐渐减小；
所述喷嘴7均为相同规格的平滑同心异径管；
所述扩散锥帽8与垂直向下的喷嘴7一一对应，且锥帽尖顶正对喷嘴出口中心，两者净间距80～200mm；
所述布水器不仅适用于矩形水池，在平面进行微调后，同样适用于圆形水池。
所述升流式小阻力防堵塞厌氧布水器的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、向下进水：经细格栅和/或沉砂池等工序预处理后的污水，经管道垂直向下接入本发明布水器顶部的大口径三通1；
步骤2、内部水平均匀分流：垂直向下的连续水流在大口径三通1内，一分为二，改变流向分流到两侧的水平四通2；之后，一部分水流进入两侧的小口径三通3；另外大部分继续水平直线向前，经同心异径管4缩小后进入中等口径水平三通5，再次向两侧水平分流进入中小口径三通6；
步骤3、统一朝下喷射：最后，污水从全体喷嘴7以若干个较高流速的淹没流水柱朝下喷向固定于水池底板的扩散锥帽8，水流冲击池底的厌氧颗粒污泥并向四周扩散，源源不断的污水最终在池内形成整体均匀上升流，实现升流式小阻力防堵塞厌氧布水之目的。
本发明是利用创新技术手段和前所未有的简捷过程实现上述目的的。
首先，是开创性地利用不同口径的三通、四通、同心异径管、90°弯头、法兰、短管等标准管件组合，实现小阻力均匀布水的目的。创新技术手段的过程是这样的：本发明依据水力学原理和流速要求，根据设计流量(通常指规格大小，例如某规格布水器日布水200m3或日布水4000m3)和拟定某一试算流速而详细计算出所需管件口径的大小，并以喷嘴7喷口处的流速为最大，要求水流转折尽量平滑，内部路径沿线的流速取较低值，尽可能消除或减小离中心最近喷嘴和最远喷嘴之间的水头损失差(△H)，直到符合工程要求的允许值，这样做的结果是——本发明布水器与其他布水器相比，从进口到出口的合计总水头损失减少一半以上，设备安装工作量亦减少一半以上，而且，厌氧处理效率得到显著提高。
第二，是利用一点对多点的向下喷射以及锥帽扩散反射技术，实现均匀布水、均匀上升流并防止淤积的目的，该技术是本发明首创。本发明首次创新性地在升流式厌氧污泥床水解酸化反应池或厌氧折流板(ABR)反应池中，采用垂直向下单一进水和垂直向下多点喷射出水并向四周扩散反射的技术，在保障布水均匀的同时，还起到冲击池底泥沙的作用，使细颗粒泥沙处于悬浮状态，细颗粒在附着生物膜并老化死亡后随水流带出池外，尽可能减少泥沙淤积的风险，也减少了底层淤泥定期排泥的次数，甚至能做到底层无需排泥。
第三，巧妙利用平滑同心异径管作为喷嘴而不是在管道上直接开孔，且喷嘴口径比常规穿孔管孔口直径要大，使得喷出的水柱结实有力并且喷口的水头损失很小，同时，因相对较高的流速冲刷而使得污水中的杂质不会堵塞喷口，在池内最终实现整体均匀上升流，避免出现短流、沟流、涌流现象，而且设备能够做到免维护。
本发明通过以上三个方面的技术创造性、先进性与实用性手段，较圆满地实现了本发明的目的，而工作过程与原理却并不复杂，甚至十分简洁明了。
本发明布水器，其技术独创性、技术可靠性和显著技术优势体现在以下三个方面：
一是技术独创性体现在：其布水形式与现有各种布水器完全不同。现有布水器均有相对大得多的分水箱(器)，再从分水箱引出众多的小口径布水管，或者直接从单一水平进水管上开孔，或将开孔接上喷嘴，或将单一水平进水管替换成枝状进水管等等，不一而足；而本发明布水器是从水池正中心开始，从中心水平展开，由较大口径不锈钢系列变径管件构成，从沿途到末端的管道口径逐渐减小，且各朝下喷嘴均匀布满池底。该布水形式为本发明独创，适应性广，不仅适合矩形水池(见实施例1)，也适合圆形水池(见实施例2)。
二是技术可靠性体现在：本发明布水器具有免维护性和耐久性，材质采用抗老化、耐腐蚀的不锈钢，由池底的砖支墩或混凝土支墩承托水平管道处，使得布水器受力均匀，支撑固定后，各垂直向下的喷嘴完全处于腾空状态而不与池底接触，加上喷嘴口径比一般穿孔管孔口大且平滑，故不会引发污水中杂质堵塞故障。与进水管的连接采用牢靠的法兰连接，扩散锥帽用不锈钢膨胀螺丝牢牢固定于水池底板上，池内无活动运转部件，无传动电机，进水控制阀门位于池外，故，本发明布水器只需管控好生产制造质量和现场安装质量，在工作时就是非常稳定可靠的，可以长久使用。
三是显著技术优势体现在：制造安装简单、池型适应范围广、完全依靠水力作用、节能运行、布水均匀、不堵塞、无维护工作量，底层水力搅动混合效果好、池中无布水死区、死角，活性污泥微生物与污水污染物接触充分，容积利用率高，上升流均匀稳定，厌氧生化反应效率高；而现有各型布水器均只能做到上述优势的某一部分，而且适应范围较窄，构造和系统较为复杂，水头损失大，难以适应新的技术形势要求。
本发明布水器，具有以下四点最明显的有益效果：
1、高效率：本发明布水器布水均匀，泥水混合充分，有效容积利用率高，使得厌氧生化反应效率高。原因是采用了多点均衡布水，强劲反射布水，底层四周扩散，水力卷吸混合，不仅顺利形成了整体均匀上升流，而且使得污水污染物与污泥床微生物充分而全面地接触，再加上布水器集中于水池底层平面，工作时处于稳定的淹没状态，表观上整齐简洁，生化反应区内除中心进水管外，再无布水管路和错综复杂的支撑固定装置，因而生化反应效率得以显著提高。
2、高可靠性：布水器构造简练，制造安装和使用方便，真正能做到无故障，不堵塞，不淤积，免维护。本发明布水器材质采用耐腐蚀不锈钢，安装采用池底支墩承托水平管道的安装方式，装置受力均匀，支撑固定后各垂直向下的喷嘴不与池底接触处于腾空状态，喷嘴为流线型平滑设计且口径略大，水流持续向下喷射冲击底层，带走污水中杂质而不会出现内部堵塞和池底泥沙淤积。另外，池内无活动运转部件，无传动电机，进水控制阀门位于池外，故，只要工厂生产制造和现场安装质量符合国家通用的质量标准要求，运行时就能稳定可靠，长久使用。
3、节能和低成本运行：本发明布水器水头损失小，能耗低，运行成本和建造成本低，适应范围广，能很好匹配多种厌氧反应技术和水池池型。该布水器的进出水总水头损失仅0.18m 左右，而现有技术均在0.70m以上甚至高达7m(水泵扬程压力)，故，本发明布水器能够和前端预处理工段的沉砂池出水口顺利衔接，无需水泵二次加压提升，也无需建造很高水位的预处理设施，可很好地适应正常的污水处理工艺流程和水力高程。
4、广泛的适用性：本发明布水器不仅适用于升流式厌氧污泥床水解酸化反应池，也适用厌氧折流板(ABR)反应池和传统的UASB反应池、EGSB反应池等；既适合圆形池构造，也适合矩形池构造，还适合并排联排水池构造。
（发明人：刘贤斌;李路;周安妮）