本發(fā)明涉及一種自來水廠排泥水的處理領(lǐng)域，具體為排泥水濃縮和混凝劑同步溶出的裝置以及該裝置的應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

自來水廠凈水工藝產(chǎn)生的排泥水水量約占水廠總凈水量的1.5％～4％，含水率在99.7％左右；其主要成分包括無機(jī)礦物(如粘土)、混凝劑水解產(chǎn)物(如al(oh)3、fe(oh)3)，以及少量有機(jī)物和微生物等雜質(zhì)。排泥水不經(jīng)處理直接排放至水體，不僅浪費了寶貴的水資源，同時也會污染水體。對于采用鋁鹽作為絮凝劑的自來水廠，其排泥水中含有大量鋁鹽，還會對收納水體中的水生生物造成一定的毒害作用。對自來水廠排泥水開展回用處理，一方面能節(jié)約大量水資源，大幅降低對收納水體的污染；一方面還可以回收排泥水中的部分混凝劑，從而有效降低自來水廠的混凝劑消耗量。

當(dāng)前，國內(nèi)外關(guān)于自來水排泥水的回用處理技術(shù)方案，可以分為2大類。一類是基于排泥水高濃度懸浮物特性，進(jìn)行的以固液分離為主要目的的回用處理；一類是針對排泥水中殘留的混凝劑水解產(chǎn)物，開展的以混凝劑回收為主要目的的回用處理。其中，前者的核心在于排泥水濃縮效率的提高，可供采用的技術(shù)方法與設(shè)備包括傳統(tǒng)的重力濃縮池、造粒流化床濃縮技術(shù)、污泥濃縮脫水一體化設(shè)備等；后者的關(guān)鍵則在于排泥水固相中al、fe的溶出或提取，常用的方法包括酸化、堿化、離子交換等。

排泥水固液分離的主要技術(shù)問題在于排泥水濃縮效率較低，導(dǎo)致工藝復(fù)雜、占地面積大，建設(shè)運行成本高。盡管通過混凝預(yù)處理可以提高濃縮效率，但增加了混凝劑的消耗量。中國發(fā)明專利(cn201210343711.x)公開了一種排泥水的高效濃縮裝置，該裝置通過向排泥水中投加pam和設(shè)置分離塔的技術(shù)方案實現(xiàn)了排泥水濃縮效率的提高，但無法實現(xiàn)排泥水中混凝劑的回收。

排泥水中混凝劑回收處理的主要技術(shù)問題在于仍然需要增設(shè)后續(xù)排泥水的處理處置過程。經(jīng)混凝劑回收處理后，富含al、fe的清液可以與自來水廠原水混合進(jìn)行回用，剩余的大部分泥水混合物，仍然需要進(jìn)一步進(jìn)行固液分離，才能實現(xiàn)排泥水的妥善處理處置。此外，采用酸堿法回收混凝劑時，因為大量投加了酸或堿，在進(jìn)行回用前還需要調(diào)整ph。

總之，迄今為止，尚未見有關(guān)于自來水廠排泥水同步固液分離和混凝劑回收方法與裝置的公開報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明第一目的在于，提供一種用于排泥水的水力旋流分離器；旨在實現(xiàn)排泥水中泥沙等固體與水的分離，以及混凝劑的同步溶出。

本發(fā)明第二目的在于，提供一種包含所述的水力旋流分離器的排泥水濃縮以及混凝劑同步溶出的系統(tǒng)。

本發(fā)明第三目的在于，提供了一種所述系統(tǒng)的應(yīng)用方法，旨在提供一種體積小、占地面積小、濃縮效率高，同時實現(xiàn)混凝劑溶出回收的自來水廠排泥水同步濃縮與混凝劑回收的方法。

一種排泥水同步濃縮與混凝劑回收的水力旋流分離器，為一容器，容器內(nèi)部包括位于上部的圓柱形腔體和位于下部的圓錐型腔體，圓柱形腔體和圓錐型腔體相互連通；所述的圓柱形腔體頂部設(shè)置有溢流管，所述的圓柱形腔體側(cè)壁設(shè)置有進(jìn)料管；所述的圓錐型腔體底部設(shè)置有底流管；圓柱形腔體的上部側(cè)壁設(shè)置有超聲波發(fā)生器。

作為優(yōu)選，所述的容器殼體包括由上向下依次密封連接的頂蓋板、上直筒段、下直筒段、圓錐段和帶底流管的底板；頂蓋板、上直筒段、下直筒段圍成所述的圓柱形腔體；所述的圓錐段和帶底流管的底板圍成所述的圓錐型腔體；所述的頂蓋板帶有溢流管；所述的進(jìn)料管沿上直筒段外壁切線方向設(shè)置；所述的超聲波發(fā)生器設(shè)置在上直筒段的外壁。

本發(fā)明中，上直筒段設(shè)置有超聲波發(fā)生器，有助于實現(xiàn)料液在旋流分離階段同步輔助進(jìn)行超聲處理。

作為優(yōu)選，所述的超聲波發(fā)生器為相對設(shè)置的2套；所述的超聲波發(fā)生器呈軸瓦狀，通過栓接方式相連、并固定于上直筒段的外壁。

作為優(yōu)選，溢流管沿水力旋流分離器的中軸線設(shè)置。

所述的溢流管穿過頂蓋板插入水力旋流分離器的腔室內(nèi)。也即是，所述的溢流管的輸入端設(shè)置在圓柱形腔體腔室內(nèi)，輸出端設(shè)置在圓柱形腔體腔室外。

溢流管的輸入端設(shè)置在下直筒段圍成的腔室內(nèi)。

所述的溢流管插入水力旋流分離器的腔室的長度與上直筒段、下直筒段的高度相等。也即是，溢流管輸入端設(shè)置在接近下直筒段的腔體底部。

作為優(yōu)選，所述的頂蓋板、上直筒段、下直筒段、圓錐段和底板通過法蘭(密封)連接。

所述的水力旋流分離器(5)自上向下依次為帶溢流管(9)的頂蓋板(10)、上直筒段(11)、下直筒段(12)、圓錐段(13)和帶底流管(15)的底板(14)組成，各部分采用法蘭連接；上直筒段(11)圍成的區(qū)域為直筒段混凝劑溶出反應(yīng)區(qū)(a)，下直筒段(12)圍成的區(qū)域為直筒段固液分離區(qū)(b)、圓錐段圍成的區(qū)域為圓錐段固液分離區(qū)(c)。

進(jìn)一步優(yōu)選：所述的溢流管(9)插入水力旋流分離器(5)內(nèi)的深度為直筒段混凝劑溶出反應(yīng)區(qū)(a)高度與直筒段固液分離區(qū)(b)高度之和。

作為優(yōu)選，所述的圓錐段錐角為8°。

本發(fā)明所述的水力旋流分離器優(yōu)選應(yīng)用于自來水廠的排泥水的同步濃縮與混凝劑回收。

本發(fā)明還提供了一種自來水廠排泥水濃縮以及混凝劑同步溶出的系統(tǒng)，包括所述的水力旋流分離器、混合器、泥泵、混凝劑溶出藥劑配制桶和離心脫水機(jī)；所述的混凝劑溶出藥劑配制桶的出口和泥泵的出口分別或合并后與混合器的入口連接；所述的混合器的出口與所述的水力旋流分離器的進(jìn)料管連接；所述的混合器的底流管與離心脫水機(jī)的入口連接；離心脫水機(jī)的液體出口和溢流管分別或合并后接入自來水回用系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的自來水廠排泥水濃縮以及混凝劑同步溶出的系統(tǒng)，包括混凝劑溶出藥劑投加系統(tǒng)和水力旋流分離系統(tǒng)。水力旋流分離系統(tǒng)為核心，水力旋流分離系統(tǒng)包括水力旋流分離器以及與水力旋流分離器的進(jìn)料管連接的混合器；水力旋流分離器中增設(shè)混凝劑溶出反應(yīng)區(qū)；也即是設(shè)置有超聲波發(fā)生器的上直筒段；水力旋流分離器的底流管(底部出口)與離心脫水機(jī)相連。自來水廠的排泥水與來自混凝劑溶出藥劑投加系統(tǒng)的溶出藥劑混合后，進(jìn)入水力旋流分離系統(tǒng)進(jìn)行同步濃縮和混凝劑溶出反應(yīng)，濃縮后的濃縮污泥排入離心脫水機(jī)脫水，溶出的混凝劑則隨溢流清液直接回用到自來水廠。

作為優(yōu)選，所述的混凝劑溶出藥劑配制桶通過混凝劑溶出藥劑投加泵與所述的混合器的入口連接。

所述的混凝劑溶出藥劑配制桶的出口與所述的混凝劑溶出藥劑投加泵的輸入端連接，混凝劑溶出藥劑投加泵的輸出端直接與混合器的入口連接，或者接入泥泵與混合器入口連接的管路上。

作為優(yōu)選，所述的混合器為管式靜態(tài)混合器。

作為優(yōu)選，所述的溢流管上設(shè)置有溢流清液排放閥門。

作為優(yōu)選，所述的底流管上設(shè)置有底流濃縮污泥排放閥門。

本發(fā)明還提供了一種利用所述的系統(tǒng)同步進(jìn)行排泥水濃縮和混凝劑溶出回收的方法，將所述的混凝劑溶出藥劑在所述的配制桶中溶解；在混合器中與排泥水混合，隨后轉(zhuǎn)移至所述的水力旋流分離器中旋流分離，以及同步進(jìn)行超聲輔助混凝劑溶出；富含混凝劑的清液由溢流管連續(xù)排出；底流濃縮污泥由底流管轉(zhuǎn)移至離心脫水機(jī)中固液分離；固液分離得到的固體部分為泥餅，液體部分和/或溢流的清液回用。

具體地，來自自來水廠的排泥水在泥泵抽吸作用下，與來自混凝劑溶出藥劑投加系統(tǒng)的溶出藥劑在所述的管式靜態(tài)混合器進(jìn)行充分混合；混合液沿切線方向進(jìn)入水力旋流系統(tǒng)后，首先在混凝劑溶出反應(yīng)區(qū)、在混凝劑溶出藥劑以及超聲輔助下實現(xiàn)混凝劑自固相向液相的溶出過程，之后繼續(xù)進(jìn)行水力旋流固液分離；分離得到的溢流清液富含混凝劑，送至自來水廠原水井與原水直接混合，實現(xiàn)排泥水和混凝劑的回收利用，高濃度的濃縮污泥則進(jìn)入離心脫水機(jī)進(jìn)行離心脫水。

本發(fā)明方法中，在所述的超聲作用下，利用超聲效應(yīng)促進(jìn)混凝劑從固相向液相的遷移過程，明顯提高了混凝劑的溶出率。

作為優(yōu)選，所述的混凝劑溶出藥劑為hcl或h2so4。

作為優(yōu)選，控制混合器中的溶液的ph為3.0～4.0。

超聲波的頻率沒有特別要求，例如為950～1050khz。

采用上述技術(shù)方案的自來水廠排泥水同步濃縮與混凝劑回收的方法及其裝置，其機(jī)理簡述于下：

由泥泵抽吸的排泥水，首先與混凝劑溶出藥劑在管式靜態(tài)混合器中快速完成均勻混合?；旌弦河汕邢蛉肟谶M(jìn)入直管段混凝劑溶出反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的混合液高速旋轉(zhuǎn)并呈螺旋形向下運動；反應(yīng)區(qū)內(nèi)混合液固相中的混凝劑，在混凝劑溶出藥劑作用下，自固相向液相進(jìn)行遷移?；旌弦郝菪蛳逻\動過程中，在離心力作用下，固相污泥顆粒將克服阻力作用與液體逐漸分離開，污泥顆粒之間彼此劇烈碰撞，同時在超聲波的振動作用下，污泥顆粒發(fā)生破碎，相互之間摩擦、擠壓，上述碰撞、破碎、摩擦、擠壓作用，促進(jìn)了混凝劑由固相向液相的遷移。混合液向下運行至直筒段固液分離區(qū)后，由于液體的螺旋運動，水力旋流器軸線附近成為低壓區(qū)，器壁附近處壓力最高，同時混凝劑繼續(xù)由固相向液相溶出，污泥顆粒和液體也進(jìn)一步分離?；旌弦豪^續(xù)下行至圓錐段固液分離區(qū)，大部分污泥顆粒將克服阻力作用向水力旋流器邊壁移動，與液體分離開，最終由底流管排出，形成底流濃縮污泥，送至離心脫水機(jī)脫水；富含混凝劑的水和細(xì)微顆粒向低壓區(qū)移動，邊旋轉(zhuǎn)邊向上做螺旋運動，形成內(nèi)旋流，最終以溢流清液形式從溢流管排出。離心脫水機(jī)脫水濾液與溢流清液合并后，送至自來水廠原水井進(jìn)行回用。

發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果

本發(fā)明具有的優(yōu)點及有益效果：

1、同步實現(xiàn)排泥水的固液分離與混凝劑回收。本發(fā)明在傳統(tǒng)水力旋流器基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)延長直筒段長度，形成直筒段混凝劑溶出區(qū)和直筒段固液分離區(qū)，排泥水的固液分離和混凝劑回收得以在水力旋流器中同步實現(xiàn)。

2、固液分離效果好，無需投加混凝劑。排泥水的濃縮分離，主要依靠水力旋流器內(nèi)排泥水高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來實現(xiàn)，固液分離效果好，無需投加混凝劑來提高排泥水的濃縮性能。

3、混凝劑的溶出效率高。在直筒段混凝劑溶出區(qū)，排泥水固體顆粒由于高速旋轉(zhuǎn)和超聲波振動，將發(fā)生破碎、相互碰撞、摩擦、擠壓等作用，促進(jìn)了混凝劑由固相向液相的遷移過程，混凝劑的溶出效率高。

4、混凝劑溶出藥劑的消耗量小。水力旋流分離系統(tǒng)中排泥水的高速旋轉(zhuǎn)和超聲波振動，提升了混凝劑的溶出效率，相應(yīng)的混凝劑溶出藥劑所需投加量得以大幅降低。

5、占地面積小，易于實現(xiàn)自動化控制。本發(fā)明提出的排泥水處理裝置，由于固液分離效果好、混凝劑溶出效率高，單位面積條件下處理負(fù)荷高，具備占地面積小的顯著優(yōu)勢；排泥水濃縮與混凝劑回收過程在水力旋流器內(nèi)同步完成，設(shè)備工藝緊湊、集成化程度高，易于實現(xiàn)自動化控制。

綜上所述，本發(fā)明是一種占地面積小、集成化程度高、固液分離效果好、混凝劑溶出效率高，且能同步實現(xiàn)排泥水濃縮與混凝劑回收的自來水廠排泥水處理的方法及其裝置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的自來水廠排泥水同步固液分離與混凝劑回收的方法流程示意圖。

圖2為本發(fā)明中水力旋流器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中超聲波發(fā)生器安裝示意圖

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

具體實施方式

參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明提供的實現(xiàn)自來水廠排泥水同步固液分離與混凝劑回收的系統(tǒng)，包括泥泵(3)、混凝劑溶出藥劑混合投加系統(tǒng)(i)、水力旋流分離系統(tǒng)(ii)和離心脫水機(jī)(8)?；炷齽┤艹鏊巹┗旌贤都酉到y(tǒng)(i)由混凝劑溶出藥劑配制桶(1)和混凝劑溶出藥劑投加泵(2)組成；其中，混凝劑溶出藥劑配制桶(1)的出口與混凝劑溶出藥劑投加泵(2)的輸入端連接。

水力旋流分離系統(tǒng)(ii)包括管式靜態(tài)混合器(4)、水力旋流分離器(5)、溢流清液排放閥門(6)和底流濃縮污泥排放閥門(7)。泥泵(3)的出口與管式靜態(tài)混合器(4)的進(jìn)口由管道連接；混凝劑溶出藥劑投加泵(2)的輸出端和投加點位于管式靜態(tài)混合器(4)的進(jìn)口之前(混凝劑溶出藥劑投加泵(2)的輸出端通過連接管路與泥泵(3)與管式靜態(tài)混合器(4)的管路連接)。

所述的水力旋流器(5)的主體自上向下依次為帶溢流管(9)的頂蓋板(10)、上直筒段(11)、下直筒段(12)、圓錐段(13)和帶底流管(15)的底板(14)組成，各部分采用法蘭連接；上直筒段(11)圍成的區(qū)域為直筒段混凝劑溶出反應(yīng)區(qū)(a)，下直筒段(12)圍成的區(qū)域為直筒段固液分離區(qū)(b)、圓錐段圍成的區(qū)域為圓錐段固液分離區(qū)(c)。水力旋流器(5)的進(jìn)水管(17)與上直筒段(11)沿切線方向連接。溢流管(9)、頂蓋板(10)、上直筒段(11)、下直筒段(12)、圓錐段(13)、底流管(15)、底板(14)和進(jìn)水管(17)的規(guī)格根據(jù)處理規(guī)模和自來水廠排泥水的性質(zhì)選擇不同規(guī)格。

上直筒段(11)的外壁設(shè)有超聲波發(fā)生器(16)，超聲波發(fā)生器(16)由2塊對稱的軸瓦狀超聲波發(fā)生器通過栓接方式相連而成，固定于上直筒段(11)的外壁。

管式靜態(tài)混合器(4)的出口與水力旋流器(5)的進(jìn)口相連。水力旋流器(5)的溢流管(9)上設(shè)置有溢流清液排放閥門(6)，水力旋流器(5)底部的底流管(15)上設(shè)置有底流濃縮污泥排放閥門(7)；水力旋流器(5)的分流比由溢流清液排放閥門(6)和底流濃縮污泥排放閥門(7)實現(xiàn)控制。底流濃縮污泥排放閥門(7)的出口與離心脫水機(jī)(8)連接，底流濃縮污泥進(jìn)入離心脫水機(jī)(8)進(jìn)行脫水，脫水泥餅外運處置，脫水濾液與來自溢流清液排放閥門(6)排放的富含混凝劑的溢流清液混合后，送至自來水廠原水井進(jìn)行回用。

本發(fā)明提供的自來水廠排泥水同步固液分離與混凝劑回收的方法，以水力旋流分離系統(tǒng)為核心，離心脫水機(jī)與水力旋流分離系統(tǒng)直接相連，泥泵抽吸的自來水廠排泥水與來自混凝劑溶藥劑混合投加系統(tǒng)的混凝劑溶出藥劑混合后，進(jìn)入水力旋流分離系統(tǒng)同步進(jìn)行排泥水濃縮和混凝劑溶出，得到的富含混凝劑的溢流清液直接送至自來水廠原水井進(jìn)行回用，底流濃縮污泥排入離心脫水機(jī)脫水。

具體地，利用泥泵(3)抽吸自來水廠排泥水，排泥水與來自混凝劑溶出藥劑混合投加系統(tǒng)(i)的混凝劑溶出藥劑混合后，進(jìn)入水力旋流分離系統(tǒng)(ii)同步進(jìn)行固液分離和混凝劑溶出，得到的富含混凝劑的溢流清液回用至自來水廠原水井；底流濃縮污泥進(jìn)入離心脫水機(jī)(8)進(jìn)行脫水，脫水濾液與溢流清液合并后進(jìn)行回用，脫水泥餅則外運處置。

混凝劑溶出藥劑采用hcl或者h(yuǎn)2so4。

本發(fā)明以水力旋流分離系統(tǒng)為核心，通過適當(dāng)延長直筒段長度，形成直筒段混凝劑溶出區(qū)和直筒段固液分離區(qū)，排泥水的固液分離和混凝劑回收得以在水力旋流器中同步實現(xiàn)。本發(fā)明中固液分離通過水力旋流器內(nèi)排泥水高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來實現(xiàn)，固液分離效果好，無需投加混凝劑；在混凝劑溶出區(qū)，借助排泥水固體顆粒高速旋轉(zhuǎn)和超聲波振動產(chǎn)生的破碎、相互碰撞、摩擦、擠壓等作用，大幅提升了混凝劑的溶出效率，混凝劑溶出藥劑的消耗量?。辉O(shè)備處理負(fù)荷高、占地面積小，工藝緊湊、集成化程度高。總之，本發(fā)明具有占地面積小、固液分離效果好、混凝劑回收效率高、藥耗低、同步實現(xiàn)排泥水濃縮和混凝劑回收的優(yōu)勢。

采用上述的系統(tǒng)對排泥水進(jìn)行處理。

實施例1

本實施方式以我國南方某城市自來水廠排泥水作為處理對象，在排泥水處理預(yù)留場地搭建排泥水同步固液分離與混凝劑回收的小型裝置，處理規(guī)模1m³/h。泥泵揚程為30m。排泥水的含水率在99.0％～99.7％之間。

參閱圖1和圖2，排泥水由泥泵(3)抽吸，與來自混凝劑溶出藥劑混合投加系統(tǒng)(i)的混凝劑溶出藥劑，一同送至管式靜態(tài)混合器(4)進(jìn)行混合，之后送至水力旋流分離器(5)進(jìn)行同步固液分離和混凝劑溶出。水力旋流器的直筒段混凝劑溶出反應(yīng)區(qū)(a)直徑200mm，高度200mm；直筒段固液分離區(qū)(b)直徑200mm，高度100mm；圓錐段固液分離區(qū)(c)頂部直徑200mm，底部直徑50mm，錐角8°?；炷齽┤艹鏊巹┎捎胔2so4，投加量為控制排泥水混合液ph值在3.5左右。排泥水混合液沿水力旋流器(5)切線方向進(jìn)入直筒段混凝劑溶出反應(yīng)區(qū)(a)，在h2so4的溶出作用，以及排泥水固體顆粒高速旋轉(zhuǎn)和超聲波振動(功率為1000w)產(chǎn)生的破碎、相互碰撞、摩擦、擠壓等作用，排泥水固相中的混凝劑向液相發(fā)生遷移；排泥水繼續(xù)螺旋向下運動，依次進(jìn)入直筒段固液分離區(qū)(b)和圓錐段固液分離區(qū)(c)，在離心力作用下，完成固液分離過程。排泥水中混凝劑的回收率為40～50％，富含混凝劑的清液向水力旋流器中心的低壓區(qū)移動，以內(nèi)旋流形式向上做螺旋運動，最終以溢流清液形式從溢流管(9)排出；底流濃縮泥渣含水率90～94％左右，經(jīng)底流管(15)送至離心脫水機(jī)(8)脫水，脫水泥餅含水率60％左右，運至廠外處置，產(chǎn)生的脫水濾液與溢流清液混合后送至自來水廠原水井回用。

當(dāng)然，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。