本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)沉砂設(shè)備及其工藝。

背景技術(shù)：

沉砂池在污水處理廠的投資、占地等方面所占的比例很小，但卻是城市污水處理廠中必不可少的預(yù)處理設(shè)施，其主要功能是去除污水中的砂粒，減少砂粒對(duì)機(jī)械設(shè)備造成過量磨損。將沉砂池安裝在后續(xù)處理設(shè)備前能減少?gòu)U水處理設(shè)施的運(yùn)行和維修費(fèi)用。砂粒是無(wú)機(jī)物，無(wú)法用生物方法予以清除，若取消沉砂池，大量砂粒將進(jìn)入后續(xù)處理單元，給污水廠的正常運(yùn)行帶來(lái)諸多隱患。事實(shí)上，水體中砂粒粒徑越小越有利于污水處理工藝的正常運(yùn)行。

目前，傳統(tǒng)沉砂池有主要有平流沉砂池、曝氣沉砂池、旋流沉砂池等，這些傳統(tǒng)沉砂池主要用于去除污水中粒徑占水體總砂粒80％的35～55μm范圍內(nèi)的砂粒，以保護(hù)管道、閥門等設(shè)施免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎(chǔ)，進(jìn)水流速較低，使得比重大的無(wú)機(jī)顆粒下沉，有機(jī)懸浮顆粒隨水流流走，但對(duì)較小粒徑的砂粒無(wú)法處理。隨著人們對(duì)水質(zhì)的要求越來(lái)越高，理論上污水中不含砂粒能最大化發(fā)揮生物處理工藝的優(yōu)勢(shì)，而事實(shí)上污水中砂粒無(wú)法徹底清除，故處理25～35μm砂粒對(duì)后續(xù)生物處理工藝作用更大。然而，傳統(tǒng)沉砂池對(duì)大于35μm砂粒處理效率也并不高，實(shí)際處理效率一般在15％～70％范圍內(nèi)，且運(yùn)行并不穩(wěn)定。此外，由于進(jìn)水速度較低，有機(jī)物與砂粒分離不徹底，從而影響了出水水質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了一種提高進(jìn)水速度，加大砂粒與有機(jī)物的分離效率的同時(shí)，提高沉砂池砂粒粒徑在25～35μm之間的處理效率，其處理效率高達(dá)90％，達(dá)到節(jié)約投資與運(yùn)行成本的一種旋轉(zhuǎn)沉砂設(shè)備及其工藝。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種旋轉(zhuǎn)沉砂設(shè)備，包括沉砂池，所述沉砂池包括設(shè)置在下部的倒錐形的沉砂區(qū)和設(shè)置在上部的圓柱形的進(jìn)出水區(qū)，所述進(jìn)出水區(qū)設(shè)有進(jìn)水口、出水口和導(dǎo)流裝置，所述沉砂區(qū)的底部設(shè)有污砂出口，所述導(dǎo)流裝置將進(jìn)水口流入的水導(dǎo)向沉砂區(qū)的內(nèi)壁，所述沉砂池內(nèi)還設(shè)有洗砂器和攪拌葉片，所述攪拌葉片設(shè)置在沉砂池的中部、沉砂區(qū)和進(jìn)出水區(qū)之間，所述洗砂器包括吸排砂管、洗砂罐和洗砂污水管道，所述洗砂罐包括下部洗砂區(qū)和上部緩存區(qū)，所述洗砂罐在洗砂區(qū)的底部設(shè)有進(jìn)出砂口，所述進(jìn)出砂口通過第一閥與吸排砂管連通，所述洗砂罐在緩存區(qū)設(shè)有洗砂污水口，所述洗砂污水口通過第二閥與洗砂污水管道連通，所述吸排砂管的吸砂口設(shè)置在沉砂區(qū)的底部，所述洗砂罐內(nèi)設(shè)有與真空泵連接的真空吸孔和與曝氣系統(tǒng)連接的曝氣頭，所述曝氣頭的曝氣出口均勻分布在洗砂區(qū)的底部。

所述導(dǎo)流裝置包括圓柱形的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板的上端通過環(huán)形蓋板與沉砂池進(jìn)出水區(qū)的內(nèi)壁密封連接，所述導(dǎo)流板的下端與砂池進(jìn)出水區(qū)的內(nèi)壁形成導(dǎo)水口，所述導(dǎo)水口與沉砂池沉砂區(qū)的內(nèi)壁設(shè)有一角度。

所述導(dǎo)水口與沉砂池沉砂區(qū)的內(nèi)壁設(shè)有一角度為25°～45°。

所述進(jìn)水口和出水口外安裝的進(jìn)水管和出水管與導(dǎo)流板之間設(shè)有一角度，使得進(jìn)出水的方向與導(dǎo)流板的圓周相切，并且所述進(jìn)水管和出水管布設(shè)的方向使得進(jìn)出水均順著沉砂池內(nèi)水旋轉(zhuǎn)方向。

所述進(jìn)水管和出水管的夾角為270°。

所述倒錐形沉砂區(qū)與上部圓柱形進(jìn)出水區(qū)高度之比為2.5:1～3.5:1，倒錐形傾角為55°～75°。

所述污砂出口上設(shè)有第三閥。

所述洗砂罐為環(huán)形洗砂罐，所述洗砂罐的中部設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸，所述攪拌葉片安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸上，所述攪拌葉片通過旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸通過設(shè)置在沉砂池外部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

所述第一閥和第二閥均為電磁閥。

一種旋轉(zhuǎn)沉砂工藝，包括如下步驟：

a、將污水以不小于3m/s的速度，沿導(dǎo)流板的圓周切線方向?qū)氤辽俺?，污水在?dǎo)流板的作用下與沉砂區(qū)的內(nèi)壁碰撞；

b、啟動(dòng)攪拌葉片帶動(dòng)沉砂池內(nèi)污水旋轉(zhuǎn)，攪拌葉片的最大線速度不超過0.6m/s，并且保證水在沉砂池內(nèi)的水力停留時(shí)間在1～30min以內(nèi)；

c、排砂之前，首先關(guān)閉第一和第二電磁閥，開啟洗砂器和真空泵，將洗砂罐內(nèi)抽成真空，保證洗砂罐內(nèi)真空度在0.01～0.05MPa，當(dāng)洗砂罐內(nèi)真空度達(dá)到要求后，關(guān)閉真空泵，開第一電磁閥，污砂通過排污砂管進(jìn)入洗砂罐內(nèi)，洗砂器滿水后，關(guān)閉第一電磁閥，同時(shí)進(jìn)行微孔曝氣，曝氣0.5～2min；

d、在曝氣的同時(shí)，開啟第二電磁閥將洗砂廢水排放，廢水排完后，開第一電磁閥，清洗完后的砂粒通過重力作用重新回到沉砂池中，開啟第三閥門排沙。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明通過設(shè)置在進(jìn)水口的導(dǎo)流裝置與倒錐形的沉砂區(qū)的內(nèi)壁相配合，使得從進(jìn)水口進(jìn)入的污水導(dǎo)向與沉砂區(qū)的內(nèi)壁碰撞，使得較重的砂粒在與內(nèi)壁碰撞的過程中著壁滑落至沉砂區(qū)的底部，然后剩余的污水在攪拌葉片的作用下帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使得污水中的較輕的砂粒在重力、水平作用力、攪拌離心力的作用下，被甩到沉砂區(qū)的內(nèi)壁上，慢慢沿著壁滑落至沉砂區(qū)的底部，通過沉砂出口排出，處理后的凈水從上部出水口流出，進(jìn)水管和出水管與導(dǎo)流裝置設(shè)置的角度，保證進(jìn)水可以以高速進(jìn)入，并且不擾亂沉砂池內(nèi)水流，由于進(jìn)水速度快，砂粒易與內(nèi)壁進(jìn)行高速碰撞，從而砂粒中的有機(jī)物易受到較大的碰撞而流失到水體中，使得砂粒與砂粒上的有機(jī)物的徹底分離，通過攪拌葉片控制水流速度，保證污水在沉砂池內(nèi)停留時(shí)間在1～30min以內(nèi)，洗砂器為間隔開啟，可多次對(duì)污砂進(jìn)行清洗。通過洗砂器對(duì)污砂的再次洗砂，可將砂粒和有機(jī)物徹底分離(有機(jī)物是后續(xù)水處理過程中微生物的重要能源物質(zhì))，洗砂器由于采用曝氣系統(tǒng)對(duì)砂粒進(jìn)行清洗，從而可以保證粒徑在25～35μm的砂粒的二次清洗，曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生的微小氣泡，在氣體上浮過程中，氣體與砂粒黏附在一起，促使砂粒與有機(jī)物之間形成氣–固、固–液界面而進(jìn)行徹底分離，保證砂粒與砂粒中有機(jī)物的分離效率高達(dá)90％。

綜上所述，本發(fā)明通過對(duì)污水處理廠旋轉(zhuǎn)沉砂池的設(shè)備改造和處理工藝等方面的改進(jìn)，在提高進(jìn)水速度，加大砂粒與有機(jī)物的分離效率的同時(shí)，提高沉砂池砂粒粒徑在25～35μm之間的處理效率，其處理效率高達(dá)90％，達(dá)到節(jié)約投資與運(yùn)行成本的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的俯視圖。

圖3為本發(fā)明洗砂器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1至3所示，一種旋轉(zhuǎn)沉砂設(shè)備，包括沉砂池，所述沉砂池包括設(shè)置在下部的倒錐形的沉砂區(qū)16和設(shè)置在上部的圓柱形的進(jìn)出水區(qū)，所述進(jìn)出水區(qū)設(shè)有進(jìn)水口1、出水口2和導(dǎo)流裝置10，出水口2的水平位置高于進(jìn)水口1的水平位置0.5～1.2m，所述沉砂區(qū)16的底部設(shè)有污砂出口5，所述污砂出口5上設(shè)有第三閥，所述導(dǎo)流裝置10包括圓柱形的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板的上端通過環(huán)形蓋板與沉砂池進(jìn)出水區(qū)的內(nèi)壁密封連接，使得導(dǎo)流板、環(huán)形蓋板和沉砂池進(jìn)出水區(qū)的內(nèi)壁之間形成導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流板的下端與砂池進(jìn)出水區(qū)的內(nèi)壁形成導(dǎo)水口，所述導(dǎo)水口與沉砂池沉砂區(qū)的內(nèi)壁設(shè)有一角度，所述導(dǎo)流裝置10將進(jìn)水口流入的水導(dǎo)向沉砂區(qū)的內(nèi)壁，所述進(jìn)水口和出水口外安裝的進(jìn)水管和出水管與導(dǎo)流板之間設(shè)有一角度，使得進(jìn)出水的方向與導(dǎo)流板的圓周相切，并且所述進(jìn)水管和出水管布設(shè)的方向使得進(jìn)出水均順著沉砂池內(nèi)水旋轉(zhuǎn)方向。

所述沉砂池內(nèi)還設(shè)有洗砂器9和攪拌葉片8，所述攪拌葉片8設(shè)置在沉砂池的中部、沉砂區(qū)16和進(jìn)出水區(qū)之間，所述洗砂器包括吸排砂管7、洗砂罐和洗砂污水管道3，所述洗砂罐為環(huán)形洗砂罐，所述洗砂罐的中部設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸14，所述攪拌葉片安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸14上，所述攪拌葉片通過旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸14通過設(shè)置在沉砂池外部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。所述洗砂罐內(nèi)包括設(shè)置在下部的洗砂區(qū)和設(shè)置在上部的緩存區(qū)，所述洗砂罐在洗砂區(qū)的底部設(shè)有進(jìn)出砂口6，所述進(jìn)出砂口6通過第一電磁閥15與吸排砂管7連通，所述洗砂罐在緩存區(qū)設(shè)有洗砂污水口，所述洗砂污水口通過第二電磁閥與洗砂污水管道3連通，所述吸排砂管的吸砂口設(shè)置在沉砂區(qū)的底部，所述洗砂罐內(nèi)設(shè)有與真空泵12連接的真空吸孔和與曝氣系統(tǒng)17連接的曝氣頭18，所述曝氣頭的曝氣出口均勻分布在洗砂區(qū)的底部。

本裝置的工作流程如下：

污水在進(jìn)水口1進(jìn)入沉砂池后，在導(dǎo)流裝置10的引導(dǎo)下，污水按螺旋方式進(jìn)行從上往下運(yùn)行，通過與攪拌葉片8的配合下，處理后的污水從沉砂池的中部向上從出水口2流入下一污水處理單元。污水中的較輕的砂粒在重力、水平作用力、攪拌離心力的作用下，被甩到新型設(shè)備的壁上，慢慢沿著壁滑落至沉砂區(qū)16的底部，通過沉砂出口5排出。此外，砂粒重量較大的顆粒，在重力和水流速度給予的水平力共同作用下，呈螺旋狀向下運(yùn)動(dòng)最后掉落到沉砂區(qū)中。沉入到沉砂區(qū)16內(nèi)的污砂，通過吸排砂管7在第一電磁閥15的控制下，通過真空泵12和水壓的作用，吸入到洗砂器9內(nèi)，然后砂粒在曝氣系統(tǒng)17作用下通過曝氣頭18形成微小氣泡進(jìn)行氣體沖洗砂粒，進(jìn)一步將砂粒中的有機(jī)物進(jìn)一步清洗出來(lái)。清洗完后的砂粒在重力作用下再通過第一電磁閥15和吸排砂管7重新回到沉砂區(qū)，而被清洗后廢水在第二電磁閥的作用下通過洗砂污水管道3排出，常壓下，洗砂罐內(nèi)水位應(yīng)與出水口2水位在同一水平上。洗砂器清洗的砂粒，主要針對(duì)粒徑在25～35μm的砂粒進(jìn)行二次清洗。由于該范圍內(nèi)的砂粒，粒徑較小，顆粒間粘性較大，極難與有機(jī)物分離通過簡(jiǎn)單的固液分離設(shè)備使其分離開來(lái)。本發(fā)明中借助曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生的微小氣泡，在氣體上浮過程中，氣體與砂粒黏附在一起，促使砂粒與有機(jī)物之間形成氣—固、固—液界面而進(jìn)行徹底分離。故砂粒與砂粒中有機(jī)物的分離效率較高，可高達(dá)90％。

其中，攪拌葉片攪拌速度宜控制在正好出現(xiàn)旋渦為佳，攪拌葉片最大線速度不宜超過0.6m/s，同時(shí)，攪拌葉片宜為4片，污水在沉砂池內(nèi)的水力停留時(shí)間在1～30min以內(nèi)為宜。

其中，進(jìn)水中砂粒粒徑最小可達(dá)25μm。處理砂粒大小，取決于砂粒的粒徑重量和密度、水體進(jìn)水流量和速度、新型設(shè)備高度和直徑、內(nèi)斜壁的角度等?？筛鶕?jù)最終處理砂粒粒徑的大小，根據(jù)流體力學(xué)理論知識(shí)，反推計(jì)算各參數(shù)。

實(shí)施例：

設(shè)計(jì)一直徑在1.8m，高3m的沉砂池對(duì)某城鎮(zhèn)污水廠的進(jìn)水砂粒粒徑在25～45μm占比90％的城鎮(zhèn)污水進(jìn)行處理。在進(jìn)水速度在4m/s、3m/s、2m/s，水力停留時(shí)間在40s、50s、60s，攪拌線速度0.7m/s、0.6m/s、0.5m/s進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，以有效分離砂粒粒徑在≥25μm作為參考指標(biāo)，結(jié)果表明，進(jìn)水速度3m/s、水力停留時(shí)間在60s、攪拌線速度0.6m/s處理效果最好，砂粒分離率最小為90.73％，最大為94.58％。