公布日：2022.07.15
申请日：2022.05.24
分类号：C02F3/12(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;B04B5/12(2006.01)I
摘要
一种基于涡流分离的污水处理系统及方法，包括生化池、离心分离装置、二沉池以及引流装置，离心分离装置用于将引流装置导入的物料离心分离成轻比重的活性污泥和大比重的污泥颗粒，污泥颗粒的粒径分布在50‑500um，离心分离装置包括旋转驱动部、旋转连接件、曲面离心叶片以及具有筒内腔的旋流筒体，旋转连接件的第一端伸入至旋流筒体内与曲面离心叶片的第一侧连接，旋转连接件的第二端与旋转驱动部连接连接。本发明的基于涡流分离的污水处理系统，在二沉池前端截留了污泥颗粒，提高了生化池的微生物量；避免了全部的污泥颗粒进入二沉池内，降低了二沉池的实际运行负荷，提高了二沉池的处理能力，对污泥颗粒进行回收利用，提高了功能载体的循环利用率。
权利要求书
1.一种基于涡流分离的污水处理系统，其特征在于，包括生化池、离心分离装置、二沉池以及引流装置，所述引流装置用于将所述生化池内的物料导入至所述离心分离装置内，所述离心分离装置用于将所述引流装置导入的物料离心分离成轻比重的活性污泥和大比重的污泥颗粒，所述污泥颗粒的粒径分布在50-500um，所述离心分离装置包括旋转驱动部、旋转连接件、曲面离心叶片以及具有筒内腔的旋流筒体，所述曲面离心叶片设于所述旋流筒体内，所述旋流筒体上设有与所述筒内腔连通的进料槽，所述进料槽通过所述引流装置与所述生化池的输出口连通，所述旋转连接件的第一端伸入至所述旋流筒体内与所述曲面离心叶片的第一侧连接，所述曲面离心叶片的第二侧向外延伸并与所述旋流筒体的内壁面之间留有径向间隙，所述旋转连接件的第二端与所述旋转驱动部连接，通过所述旋转驱动部驱动所述旋转连接件转动进而带动所述曲面离心叶片绕中轴线旋转，以使进入所述旋流筒体内的物料离心分离，所述旋流筒体上设有轻物料出口和重物料出口，所述轻物料出口通过排流装置与所述二沉池的输入口连通，所述重物料出口通过回流装置与所述生化池的第一回流口连通；所述离心分离装置还包括设于所述曲面离心叶片的底部的导流筒，所述导流筒的圆周导流面沿顶部朝向底部的方向逐渐向外倾斜设置，所述曲面离心叶片的径向截面线段为渐开线线段，所述曲面离心叶片包括沿轴向从底部朝向顶部的方向依次排布的截面渐扩段、等截面段和截面减缩段，所述截面减扩段的第一侧边缘沿底部朝向顶部的方向逐渐外扩设置，所述等截面段的第一侧边缘沿轴向延伸设置，所述截面减缩段的第一侧边缘沿底部朝向顶部的方向逐渐收缩设置，所述导流筒的圆周外壁面与所述截面渐扩段的第一侧边缘固定连接，所述导流筒的圆周外壁面上还设有用于使所述导流筒的内腔和所述导流筒的外部连通的排气孔；轻物料出口设于旋流筒体的顶面上，轻物料出口处于旋流筒体的中部区域，重物料出口设于旋流筒体的底部，物料通过进料槽进入筒内腔后在离心力、旋涡吸力等作用下，轻比重的活性污泥向旋流空间的上部移动，大比重的污泥颗粒朝向旋流空间的下部移动；所述渐开线线段满足关系式：Xt=r*(t*sin(t)+cos(t))；Yt=r*(sin(t)-t*cos(t))，其中，t为定点与圆心连线和X轴间的夹角，π≤t≥2π，r为0.75-0.95倍所述旋流筒体的内径；所述旋流筒体包括从顶部朝向底部的方向依次排布且相互连通的圆柱筒体和圆锥筒体，所述圆锥筒体的径向尺寸沿顶部朝向底部的方向逐渐收缩设置，所述轻物料出口设于所述圆柱筒体的顶部，所述重物料出口设于所述圆锥筒体的底部，所述进料槽沿轴向贯穿所述圆柱筒体的顶面设置，所述进料槽处于所述轻物料出口朝向所述圆柱筒体的外边缘的一侧，所述曲面离心叶片通过所述旋转连接件设于所述圆柱筒体内；通过回流装置将从重物料出口排出的大比重的污泥颗粒回流至所述生化池内，通过排流装置将从轻物料出口排出的轻比重的活性污泥排出至二沉池内，所述轻比重的活性污泥质量占比为送入离心分离装置总物料质量的25%-40%。
2.根据权利要求1所述的基于涡流分离的污水处理系统，其特征在于，所述旋转连接件包括旋转支承轴、第一旋转支承件和第二旋转支承件，所述第一旋转支承件和所述第二旋转支承件相对地设于所述圆柱筒体的两端，所述第一旋转支承件绕中轴线可转动地设于所述圆柱筒体上，所述第二旋转支承件绕中轴线可转动地设于所述圆柱筒体上，所述旋转支承轴沿轴向定位装配在所述第一旋转支承件和第二旋转支承件之间，所述曲面离心叶片设于所述旋转支承轴上且处于所述第一旋转支承件和所述第二旋转支承件之间，所述旋转驱动部用于驱动所述第一旋转支承件和/或所述第二旋转支承件绕中轴线转动。
3.根据权利要求2所述的基于涡流分离的污水处理系统，其特征在于，所述等截面段可拆卸地设于所述旋转支承轴上，所述等截面段的一侧设有插装凸台，所述旋转支承轴的圆周壁面上设有与所述插装凸台配合的插装凹槽，通过所述插装凸台与所述插装凹槽配合以使所述曲面离心叶片周向定位装配于所述旋转支承轴上。
4.根据权利要求1所述的基于涡流分离的污水处理系统，其特征在于，所述旋转连接件包括吊设在所述旋转驱动部的输出端上的旋转轴，所述旋转轴的第二端与所述旋转驱动部连接，所述旋转轴的第一端沿竖向向下延伸并伸入至所述筒内腔内，所述曲面离心叶片设于所述旋转轴的第一端上。
5.根据权利要求1所述的基于涡流分离的污水处理系统，其特征在于，所述排流装置包括排流驱动器和排流管道，所述排流管道的一端从所述圆柱筒体的顶部伸入至所述轻物料出口内，所述排流管道的另一端与所述二沉池的输入口连通。
6.根据权利要求1所述的基于涡流分离的污水处理系统，其特征在于，所述基于涡流分离的污水处理系统还包括设于所述二沉池下游的水力旋流器，所述水力旋流器的顶部设有排泥口，所述水力旋流器的侧壁面上设有沿其切向布设的进料口，所述水力旋流器的底部设有排泄口，所述二沉池组件的污泥出口包括第一输送支路和第二输送支路，所述第一输送支路通过外回流的方式将经所述二沉池浓缩后的部分污泥返回所述生化池的第二回流口，所述第二输送支路将经所述二沉池浓缩后的部分污泥输送至所述水力旋流器的进料口，所述水力旋流器的排泄口通过第三输送支路与所述生化池的第二回流口连通。
7.一种基于涡流分离的污水处理方法，其特征在于，用于如权利要求1至6任一项所述的基于涡流分离的污水处理系统，包括如下步骤：在生化池内投加功能载体，其中，所述功能载体的粒径分布在50-100um，所述功能载体在所述生化池内培养形成污泥颗粒，所述污泥颗粒的粒径分布在50-500um；将生化池内的物料通过引流装置从旋流筒体的顶部引入至筒内腔内，在离心分离装置的曲面离心叶片的作用下，将导入的物料离心分离成轻比重的活性污泥和大比重的污泥颗粒，其中，曲面离心叶片绕中轴线旋转的转速为10-40rpm/min；通过回流装置将从重物料出口排出的大比重的污泥颗粒回流至所述生化池内，通过排流装置将从轻物料出口排出的轻比重的活性污泥排出至二沉池内，所述轻比重的活性污泥质量占比为送入离心分离装置总物料质量的25%-40%；第一输送支路通过外回流的方式将经所述二沉池浓缩后的部分污泥回流至所述生化池；第二输送支路将经所述二沉池浓缩后的部分剩余污泥输送至水力旋流器的进料口；通过水力旋流器将剩余污泥分离，并通过第三输送支路将分离后得到的剩余污泥颗粒和功能载体的复合物回流至所述生化池内，同时将分离后得到的污泥排出至所述水力旋流器。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种基于涡流分离的污水处理系统及方法，旨在解决现有技术中生化池处理后的污泥颗粒和活性污泥难以分离，导致污泥颗粒容易流失且二沉池沉淀处理难度大的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于涡流分离的污水处理系统，包括生化池、离心分离装置、二沉池以及引流装置，引流装置用于将生化池内的物料导入至离心分离装置内，离心分离装置用于将引流装置导入的物料离心分离成轻比重的活性污泥和大比重的污泥颗粒，污泥颗粒的粒径分布在50-500um，离心分离装置包括旋转驱动部、旋转连接件、曲面离心叶片以及具有筒内腔的旋流筒体，曲面离心叶片设于旋流筒体内，旋流筒体上设有与筒内腔连通的进料槽，进料槽通过引流装置与生化池的输出口连通，旋转连接件的第一端伸入至旋流筒体内与曲面离心叶片的第一侧连接，曲面离心叶片的第二侧向外延伸并与旋流筒体的内壁面之间留有径向间隙，旋转连接件的第二端与旋转驱动部连接，通过旋转驱动部驱动旋转连接件转动进而带动曲面离心叶片绕中轴线旋转，以使进入旋流筒体内的物料离心分离，旋流筒体上设有轻物料出口和重物料出口，轻物料出口通过排流装置与二沉池的输入口连通，重物料出口通过回流装置与生化池的第一回流口连通。
进一步地，离心分离装置还包括设于曲面离心叶片的底部的导流筒，导流筒的圆周导流面沿顶部朝向底部的方向逐渐向外倾斜设置，曲面离心叶片的径向截面线段为渐开线线段，曲面离心叶片包括沿轴向从底部朝向顶部的方向依次排布的截面渐扩段、等截面段和截面减缩段，截面减扩段的第一侧边缘沿底部朝向顶部的方向逐渐外扩设置，等截面段的第一侧边缘沿轴向延伸设置，截面减缩段的第一侧边缘沿底部朝向顶部的方向逐渐收缩设置，导流筒的圆周外壁面与截面渐扩段的第一侧边缘固定连接，导流筒的圆周外壁面上还设有用于使导流筒的内腔和导流筒的外部连通的排气孔。
进一步地，渐开线线段满足关系式：Xt=r*(t*sin(t)+cos(t))；Yt=r*(sin(t)-t*cos(t))，其中，t为定点与圆心连线和X轴间的夹角，π≤t≥2π，r为0.75-0.95倍旋流筒体的内径。
进一步地，旋流筒体包括从顶部朝向底部的方向依次排布且相互连通的圆柱筒体和圆锥筒体，圆锥筒体的径向尺寸沿顶部朝向底部的方向逐渐收缩设置，轻物料出口设于圆柱筒体的顶部，重物料出口设于圆锥筒体的底部，进料槽沿轴向贯穿圆柱筒体的顶面设置，进料槽处于轻物料出口朝向圆柱筒体的外边缘的一侧，曲面离心叶片通过旋转连接件设于圆柱筒体内。
进一步地，旋转连接件包括旋转支承轴、第一旋转支承件和第二旋转支承件，第一旋转支承件和第二旋转支承件相对地设于圆柱筒体的两端，第一旋转支承件绕中轴线可转动地设于圆柱筒体上，第二旋转支承件绕中轴线可转动地设于圆柱筒体上，旋转支承轴沿轴向定位装配在第一旋转支承件和第二旋转支承件之间，曲面离心叶片设于旋转支承轴上且处于第一旋转支承件和第二旋转支承件之间，旋转驱动部用于驱动第一旋转支承件和/或第二支撑件绕中轴线转动。
进一步地，等截面段可拆卸地设于旋转支承轴上，等截面段的一侧设有插装凸台，旋转支承轴的圆周壁面上设有与插装凸台配合的插装凹槽，通过插装凸台与插装凹槽配合以使曲面离心叶片周向定位装配于旋转支承轴上。
进一步地，旋转连接件包括吊设在旋转驱动部的输出端上的旋转轴，旋转轴的第二端与旋转驱动部连接，旋转轴的第一端沿竖向向下延伸并伸入至筒内腔内，曲面离心叶片设于旋转轴的第一端上。
进一步地，排流装置包括排流驱动器和排流管道，排流管道的一端从圆柱筒体的顶部伸入至轻物料出口内，排流管道的另一端与二沉池的输入口连通。
进一步地，基于涡流分离的污水处理系统还包括设于二沉池下游的水力旋流器，水力旋流器的顶部设有排泥口，水力旋流器的侧壁面上设有沿其切向布设的进料口，水力旋流器的底部设有排泄口，二沉池组件的污泥出口包括第一输送支路和第二输送支路，第一输送支路通过外回流的方式将经二沉池浓缩后的部分污泥返回生化池的第二回流口，第二输送支路将经二沉池浓缩后的部分污泥输送至水力旋流器的进料口，水力旋流器的排泄口通过第三输送支路与生化池的第二回流口连通。
本发明还提供一种基于涡流分离的污水处理方法，采用上述的基于涡流分离的污水处理系统，包括如下步骤：
在生化池内投加功能载体，其中，功能载体的粒径分布在50-100um，功能载体在生化池内培养形成污泥颗粒，污泥颗粒的粒径分布在50-500um；
将生化池内的物料通过引流装置从旋流筒体的顶部引入至筒内腔内，在离心分离装置的曲面离心叶片的作用下，将导入的物料离心分离成轻比重的活性污泥和大比重的污泥颗粒，其中，曲面离心叶片绕中轴线旋转的转速为10-40rpm/min；
通过回流装置将从重物料出口排出的大比重的污泥颗粒回流至生化池内，通过排流装置将从轻物料出口排出的轻比重的活性污泥排出至二沉池内，轻比重的活性污泥质量占比为送入离心分离装置总物料质量的25%-40%；
第一输送支路通过外回流的方式将经二沉池浓缩后的部分污泥回流至生化池；第二输送支路将经二沉池浓缩后的部分剩余污泥输送至水力旋流器的进料口；
通过水力旋流器将剩余污泥分离，并通过第三输送支路将分离后得到的剩余污泥颗粒和功能载体的复合物回流至生化池内，同时将分离后得到的污泥排出至水力旋流器。
在本发明的基于涡流分离的污水处理系统，包括生化池、离心分离装置、二沉池以及引流装置，离心分离装置设于引流装置的下游和二沉池的上游之间，用于对引流装置导出的且进入二沉池之前的物料进行分离处理；通过离心分离装置包括旋转驱动部、旋转连接件、曲面离心叶片以及旋流筒体，旋流筒体内有旋流空间(筒内腔)，通过旋转驱动部驱动旋转连接件转动进而带动曲面离心叶片绕中轴线旋转，物料通过进料槽进入筒内腔后大比重的污泥颗粒在在离心力和重力等作用下向桨叶外缘富集，轻比重的活性污泥在强制涡流作用下向中轴线区域富集，实现了轻比重的活性污泥和大比重的污泥颗粒；最后通过排流装置将活性污泥通过轻物料出口排入二沉池内沉淀，通过回流装置将污泥颗粒回流至生化池内，创新性地提出了污泥颗粒的回收利用，提高了功能载体的循环利用率。本发明的基于涡流分离的污水处理系统，投加的粉末载体将生化池污泥浓度控制在较高水平，保证了生化池的处理能力的同时，同时对污泥颗粒进行回收利用，避免了的全部的污泥颗粒进入二沉池内，避免了二沉池内的污泥浓度过高，二沉池的沉降性能好；同时对污泥颗粒进行回收利用，提高了功能载体的循环利用率。
（发明人：万丽;张淞萱）