公布日：2023.09.22
申请日：2023.08.14
分类号：C02F1/24(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F103/10(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，包括：外筒体、内筒体、絮凝反应区、旋流布水区、固液浮升分离区、微正压气液分离区、斜板沉降分离区和排污区；外筒体内垂直设有内筒体，内筒体与外筒体同轴，内筒体的高度低于外筒体，内筒体的侧壁为圆柱柱面状的支撑结构；内筒体为中空装置。本发明的有益效果是：设备占地面积小，投资及运行费用低；电耗低；采用水气正压混合方式，溶气量大；油水分离效率在95%以上，油水分离效率较高。本发明还设置有自动排泥和清洗装置，能够进行自动排泥和污泥池清洗；适用于城乡工业给排水处理、石油开采炼化和新能源高浓度有机废水处理、循环水处理、富氧生化、污泥浓缩、物料分离等领域。
权利要求书
1.一种AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，其特征在于，包括：外筒体（4）、内筒体（21）、絮凝反应区、旋流布水区、固液浮升分离区、微正压气液分离区、斜板沉降分离区和排污区；外筒体（4）内垂直设有内筒体（21），内筒体（21）与外筒体（4）同轴，内筒体（21）的高度低于外筒体（4），内筒体（21）的侧壁为圆柱柱面状的支撑结构（5）；内筒体（21）为中空装置；外筒体（4）与内筒体（21）间的环形柱体中自上而下形成微正压气液分离区、旋流布水区、固液浮升分离区、斜板沉降分离区和排污区；絮凝反应区位于外筒体（4）进水端，絮凝反应区设有进水管（1）和管道混合器（2）；进水管（1）连接管道混合器（2）的进水端，管道混合器（2）的出水端连通水管，进水管穿过外筒体（4）进入旋流布水区；伸入旋流布水区的水管出水方向为外筒体（4）的切线方向；外筒体（4）外侧的絮凝反应区下方设有供气装置（6）和供水管，供水管上侧方开口连接供气装置（6）；内筒体（21）中设有气液混合器（8），供水管伸入外筒体（4）内连接气液混合器（8）的进液口；气液混合器（8）侧壁上均匀设有排气释放装置；固液浮升分离区中，内筒体（21）顶部与外筒体（4）平齐的平面上设有排放反应气液的连通器（10）；内筒体（21）顶部设有收渣盘（9），收渣盘（9）顶部的高度低于连通器（10）所处高度；收渣盘（9）中心设有排渣口（14），排渣口（14）连接排渣管（15）；排渣管（15）的出口端延伸至外筒体（4）外；气液混合器（8）顶部伸出排气液管道，排气液管道上设有液位控制阀（12），外筒体（4）顶部壁上设有排气孔（11）；气液混合器（8）下部的内筒体（21）侧面设有斜板沉降分离区，斜板沉降分离区内沿竖直方向设有一至两块斜板（13）；处于斜板沉降分离区的内筒体（21）内部为中间池，中间池侧壁顶部至斜板顶部部分开设有多处出水孔；中间池底部设有排水管；斜板沉降分离区下方为排污区，排污区顶部设有拦截器（16），拦截器（16）底部设有污泥池（17）；设有与污泥池（17）对应的进水管支管（20）和排污管，进水管支管（20）和排污管上均设有排污阀（19）；进水管支管（20）为进水管（1）的分支管道。
2.根据权利要求1所述AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，其特征在于：伸入旋流布水区的水管带有弯头，进水管支管（20）的冲洗端部也设有弯头（3）。
3.根据权利要求1所述AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，其特征在于：排渣管（15）设于内筒体（21）中气液混合器（8）底部的空间内。
4.根据权利要求1所述AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，其特征在于：排气孔（11）由输气管道连接与管道混合器（2）相连的供水管，且连接处位于管道混合器（2）后。
5.根据权利要求4所述AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，其特征在于：供气装置（6）连接的供水管前端还连接有供水装置（7），供水装置（7）连接配备自动冲洗阀门的进水管支管（20）。
6.根据权利要求1所述AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，其特征在于：连通器（10）下部周边固定设有八字型的斜坡实体。
7.根据权利要求1所述AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，其特征在于：斜板（13）与内筒体（21）向下成45°～60°角。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述AEPCFU自动旋流气浮一体化模块的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：进水管（1）接通进水，根据进水水质情况，选择性向管道混合器（2）中加入絮凝剂，进水管（1）的出水从弯头排出，在内筒体（21）与外筒体（4）之间的环形柱体内形成旋流；供气装置（6）在供水沿供水管进入气液混合器（8）前，从供水管侧壁开口向供水管供气，在供水管道中对供水进行气搅拌，得到气液混合液；气液混合液分布至气液混合器（8），从气液混合器（8）侧壁的排气释放装置中以微气泡的形式排出，微气泡吸附小颗粒浮渣瞬间加速浮升，沿收渣盘（9）侧壁溢流入收渣盘（9）底部并逐步消泡，从排渣口（14）集中排渣；微气泡消泡产生的气体从外筒体（4）顶部的排气孔（11）排出；微气泡吸附小颗粒浮渣瞬间加速浮升，进水中的大颗粒污染物向下沉降至斜板（13），水流沿着斜板底面通过出水孔进入中间池，并从中间池侧面的排水管（18）排出；大颗粒污染物沿斜板（13）的坡度向下沉降至拦截器（16）顶部，拦截器（16）对大颗粒污染物进行进一步脱水后，将污泥沉降至拦截器（16）下方的污泥池（17）内；进水管（1）的进水从进水管支管（20）进入污泥池（17），定期冲洗掉污泥池（17）内的污泥，冲洗后的泥水混合液在排污阀（19）控制下由排泥管排出。
9.根据权利要求8所述AEPCFU自动旋流气浮一体化模块的工作方法，其特征在于：微气泡消泡产生的气体从外筒体（4）顶部壁上的排气孔（11）排出后，经输气管道回收至管道混合器相连的供水管中，整个装置顶部排出的气具备一定微正压，可以将从排气孔排出微正压的气体利用起来，向供水管中溶气，进行气搅拌促进气液混合，产生气液混合液，气液混合液进入浮升分离区后可使更多的浮渣快速上浮；外筒体（4）与内筒体（21）间的环形柱体中气浮产生的部分处理水，由回流泵循环泵入供水装置（7）和供气装置（6）前，供气装置（6）向气液混合器（8）供给压缩气体和带有压力的水溶液；在石油开采业中，供气装置（6）所供气体为氮气或天然气；其他水处理项目中，供气装置（6）所供气体为压缩空气。
发明内容
本发明的目的是克服国内外现有气浮技术中的不足，提供一种AEPCFU自动旋流气浮一体化模块及工作方法。
这种AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，其特征在于，包括：外筒体、内筒体、絮凝反应区、旋流布水区、固液浮升分离区、微正压气液分离区、斜板沉降分离区和排污区；外筒体内垂直设有内筒体，内筒体与外筒体同轴，内筒体的高度低于外筒体，内筒体的侧壁为圆柱柱面状的支撑结构；内筒体为中空装置；
外筒体与内筒体间的环形柱体中自上而下形成微正压气液分离区、旋流布水区、固液浮升分离区、斜板沉降分离区和排污区；
絮凝反应区位于外筒体进水端，絮凝反应区设有进水管和管道混合器；进水管连接管道混合器的进水端，管道混合器的出水端连通水管，进水管穿过外筒体进入旋流布水区，管道混合器用于选择性加入絮凝剂；伸入旋流布水区的水管出水方向为外筒体的切线方向，只有这样才能在筒体内将进水形成旋流，以旋流的方式布水；由于进水在旋流布水区所接触到的内筒体外壁为圆柱柱面，在进水产生旋流时，旋流能够无阻力地沿着内筒体外壁旋流，若内筒体外壁不是圆柱状，而是侧壁上存在角度，则进水会碰撞在其外壁上产生折流，不会产生流线形水流；旋流的目的是让水压分布均匀，促进絮凝，均衡水压，省去了搅拌时间；
外筒体外侧的絮凝反应区下方设有供气装置和供水管，供水管上侧方开口连接供气装置；内筒体中设有气液混合器，供水管伸入外筒体内连接气液混合器的进液口；气体必须要溶于水，减压时气泡才能产生加速度，使絮凝体瞬间吸附微气泡上浮，因此在管道中先进行气搅拌(管道内流速大的情况下，水的压强小，供气装置排出的气体仅需较低的气压就可以进入到气液混合器中)，然后将气液混合液分布至固液浮升分离区；气液混合器侧壁上均匀设有排气释放装置，用于将气液混合液进一步混合并产生微气泡，使微气泡瞬间从下至上吸附着絮凝体(SS)上浮；
固液浮升分离区中，内筒体顶部与外筒体平齐的平面上设有排放反应气液的连通器，气液混合器产生溶于水的微气泡，微气泡吸附着小颗粒浮渣瞬间加速浮升，进入固液浮升分离区；内筒体顶部设有收渣盘，收渣盘顶部的高度(其高度根据处理液体的种类会不同)低于连通器所处高度，二者间的高度差令带小颗粒浮渣的微气泡能够轻松沿收渣盘侧壁溢流入收渣盘底部收集；收渣盘中心设有排渣口，排渣口连接排渣管；排渣管的出口端延伸至外筒体外进行排渣；气液混合器8顶部伸出排气液管道，排气液管道上设有液位控制阀12，液位控制阀用于控制气液混合器的工作液位；连通器下部周边固定设有八字型的斜坡实体，令带小颗粒浮渣的微气泡更快地浮升至收渣盘顶部；收渣盘相当于下陷的一个圆形的槽；当微气泡逐步浮升，将浮渣从收渣盘顶部流入收渣盘后消泡，并汇入收渣管入口；
外筒体顶部设有排气孔，用于排出浮升分离区化学絮凝反应浮升时产生的气体；
气液混合器下部的内筒体侧面设有斜板沉降分离区，斜板沉降分离区内沿竖直方向设有一至两块斜板，便于大颗粒污染物沿斜坡向下沉降；处于斜板沉降分离区的内筒体内部为中间池，中间池侧壁顶部至斜板顶部均匀布置若干出水孔，水流沿着斜板底面流入出水孔；水流从出水孔进入中间池；中间池底部设有排水管；
斜板沉降分离区下方为排污区，排污区顶部设有拦截器，拦截器底部设有污泥池；经由斜板沉降至拦截器顶部的大颗粒污染物经拦截器进一步脱水后污泥沉降到底部；泥水静态沉降后水是在上层，泥在下层，拦截器应用微观重力原理，进行泥水分流、固液分离和污泥浓缩的目的；设有与污泥池对应的进水管支管和排污管，进水管支管和排污管上均设有排污阀，进水管支管用于定期冲洗掉污泥池的污泥，在污泥积攒不超过设定量的情况下就立刻被冲走，排污阀用于控制排水管排出冲洗后的泥水混合液；冲洗水为进水的分支，冲洗周期一般为6h一次，每次3min左右，为在线冲洗，气浮一体化模块不停运。
作为优选，伸入旋流布水区的水管带有弯头，进水管支管的冲洗端部也设有弯头，弯头利用进水的动力，不用另外设计增加冲洗水。
作为优选，排渣管设于内筒体中气液混合器底部的空间内。
作为优选，排气孔由输气管道连接与管道混合器相连的供水管，且连接处位于管道混合器后，整个装置顶部排出的气具备一定微正压，可以将从排气孔排出的气体的微正压给管道混合器用，管道混合器后管道中的压强低于排出气体的压强，将排出的气体吸入管道，一方面能够起到气搅拌管道中液体的作用，另一方面防止废气排出至空气中。
作为优选，供气装置连接的供水管前端还连接有供水装置，用于为供气装置提供产生气液混合液所需液体，供水装置连接配备自动冲洗阀门的进水管支管。
作为优选，连通器下部周边固定设有八字型的斜坡实体，令带小颗粒浮渣的微气泡更快地浮升至收渣盘顶部；收渣盘相当于下陷的一个圆形的槽；当微气泡逐步浮升，将浮渣从收渣盘顶部流入收渣盘后消泡并汇入中心收渣管入口。
作为优选，斜板与内筒体向下成45°～60°角。
这种AEPCFU自动旋流气浮一体化模块的工作方法，包括以下步骤：
进水管接通进水，根据进水水质情况，选择性向管道混合器中加入絮凝剂，进水管的出水从弯头排出，在内筒体与外筒体之间的环形柱体内形成旋流，弯头利用进水的动力，不用另外设计增加冲洗水，旋流能够无阻力地沿着内筒体外壁旋流；旋流的目的是让水压分布均匀，促进絮凝，均衡水压，省去了搅拌时间；
供气装置在供水沿供水管进入气液混合器前，从供水管侧壁开口向供水管供气，在供水管道中进行，气搅拌促进气液混合，产生气液混合液，气液混合液进入固液浮升分离区后可使部分浮渣立即浮上；气液混合液从气液混合器侧壁的排气释放装置中以微气泡的形式排出，微气泡的平均粒径为10μm；微气泡吸附小颗粒浮渣瞬间加速浮升，进入固液浮升分离区，带有小颗粒浮渣的微气泡沿收渣盘侧壁溢流入收渣盘底部并逐步消泡，从排渣口集中排渣；微气泡消泡产生的气体从外筒体顶部的排气孔排出；
在微气泡吸附着小颗粒浮渣瞬间加速浮升的同时，进水中的大颗粒污染物向下沉降至斜板，水流沿着斜板底面通过出水孔进入中间池，并从中间池侧面的排水管排出；
大颗粒污染物沿斜板的坡度向下沉降至拦截器顶部，拦截器对大颗粒污染物进行进一步脱水后，将污泥沉降至拦截器下方的污泥池内；泥水静态沉降后水是在上层，泥在下层，拦截器应用微观重力原理，进行泥水分流、固液分离和污泥浓缩的目的；冲洗水从进水管的三通管定时进入污泥池，定期旋流冲洗掉污泥池内的污泥，在污泥积攒不超过设定量的情况下就立刻冲走，冲洗后的泥水混合液定时在排污阀控制下由排泥管排出。
作为优选：
微气泡消泡产生的气体从外筒体顶部壁上的排气孔排出后，经输气管道回收至管道混合器相连的供水管中，整个装置顶部排出的气具备一定微正压，可以将从排气孔排出微正压的气体利用起来，向供水管中溶气，进行气搅拌促进气液混合，产生气液混合液，气液混合液进入浮升分离区后可使更多的浮渣快速上浮；；
外筒体与内筒体间的环形柱体中气浮产生的部分处理水，由回流泵循环泵入供水装置和供气装置前，供气装置向气液混合器供给压缩气体和带有压力的水溶液；
在石油开采业中，供气装置所供气体为氮气或天然气；在大部分环保水处理项目设计中，供气装置所供气体为压缩空气，压缩空气供氧量大，是生物净水和环境保护最主要的自然资源。
本发明的有益效果是：
本发明设计的AEPCFU自动旋流气浮一体化模块，适用于城乡工业给排水处理、石油开采炼化和新能源高浓度有机废水处理、循环水处理、富氧生化、污泥浓缩、物料分离等领域。
本发明的在筒体内将进水形成旋流，微气泡消泡产生的气体从外筒体(4)顶部壁上的排气孔(11)排出后，经输气管道回收至管道混合器相连的供水管中，整个装置顶部排出的气具备一定微正压，可以将从排气孔排出微正压的气体利用起来，向供水管中溶气，进行气搅拌促进气液混合，产生气液混合液，为进入固液浮升分离区创造更好的条件；气浮产生部分处理水由0.5Mpa的回流泵经过供气装置及管道向气液混合器供给气液；将混合液回用至供气装置前，经过供气装置及管道向气液混合器供给压缩气体和带有压力的水溶液
本发明设备占地面积小，投资及运行费用较低；采用0.3MPa左右压力的溶气泵，电耗低；且采用水气正压混合方式，溶气量大；固液分离、油水分离效率在95％以上，气体、液体和固体三相油水分离效率较高。本发明还设置有自动排泥和清洗装置，能够进行自动排泥和污泥池清洗。
（发明人：蒋惟光;蒋子阳）