一种污水处理装置的制作方法

本发明涉及一种污水处理装置。

背景技术：

随着全球经济不断发展，人类对自然环境的破坏以及生产过程中产生的废渣、废气、废水得不到有效的治理而排放或直接排放，造成土壤重金属污染和地下水污染、空气中酸雨和雾霾形成、江河湖泊水源富营养化等污染现象，致使人类赖以生存的空间受到前所未有的挑战。进入二十一世纪，人类面临最重要的两大问题之一的是生存环境问题（另一个是能源问题），其中，水污染对人类的生存安全已构成最为重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续性发展的重大障碍。据世界权威机构调查，在发展中国家，各类疾病有8%是因为饮用不卫生的水造成的，每年至少造成全球2000万人死亡。因此，水污染被称为“世界头号杀手”。

我国自改革开发以来，尤其是近一、二十年以来，经济获得迅速发展，已成为世界第二大经济体。但由于环境治理建设迟后或技术落后，环境污染问题有目共睹，水源污染是最主要现象之一。因此，对污水治理已经到了刻不容缓的地步，也是改善生态环境的首要任务。

污水来源千差万别，污杂物的化学成分十分复杂，需要多级处理。现代污水处理技术，根据水质状况和处理后水的去向来确定污水处理程度，划分为一级（又称初级或预处理）、二级和三级处理。就一级处理而言，主要除去污水中呈悬浮状态污染物质，整个过程是：原污水通过粗格栅，由提升泵经过格栅或者筛滤器后进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入下一级处理。此处的出水仍残留部分固体或泥沙悬浮物、低密度颗粒悬浮物（油、脂、生物可分解误等）、易挥发有机物、造成异味或臭味物质等，需要分别进行进一步处理，以降低对下一级或二级的处理负荷，如进一步沉降、过滤、曝气等操作。现有的沉降操作在沉降池内进行；过滤操作通常用离心过滤、板框过滤或压力过滤等，但由于污水中的悬浮物颗粒细微、有机悬浮污染物黏度高，过滤操作一般非常困难；曝气一般在曝气池内进行，由于气泡大、污水与气泡接触面积小，除污效率低。这些的操作分别在不同的处理池和用不同的设备进行，处理程序长、设施占地面积大、投资和操作成本高、效率低等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于，集调节与控制污水旋流流速技术、空气喷射-水相旋流而形成的微气泡与污水强化混合（或强化曝气技术）、旋流固/液分离技术于一体，一同除去污水中易挥发有机污染物、造成异味物质、不同密度的悬浮污染物和强化曝气作用，适应处理不同性质的污水或对含有复杂污染物成分污水的预处理，以减少后续阶段处理的负担和成本。

为实现上述目的，本发明污水处理装置包括侧向进料型流速调节旋流器（本文简称流速调节旋流器）、空气喷射器、固/液旋流分离器、虹吸系统和瀑气水珠收集器。其中，瀑气水珠收集器设置在污水处理装置上部，以便收集由曝气或负载气体带出的雾状水珠，并返回旋流器的旋流管内，改善工作环境。所述的曝气水珠收集器的下端密封连接流所述的流速调节旋流器；所述的流速调节旋流器的下端密封连接所述的空气喷射器；空气喷射器下端与所述的固/液旋流分离器密封连接。

进一步，所述的流速调节旋流器包括侧向进水管（以下简称进水管）、旋流器外夹套、旋流器旋流管和流速调节阀。所述的旋流器外夹套由旋流管和上、下密封盖构成，该外加套的上端和下端均与旋流器旋流管外壁密封连接；所述的进水管水平设置于旋流器外夹套的中部、相切于所述的旋流器外加套管的内圆，并且连通旋流器外夹套与旋流器旋流管之间的空腔；流速调节阀设置在旋流器旋流管上端或旋流器外加套的外部，并与该旋流管配合。

进一步，所述的旋流器旋流管为一直管，在该旋流管上部设置内螺纹；所述的流速调节阀为一空心管，气体或负载气体通过该调节阀空心管排出，由瀑气水珠收集器收集的水珠从此处返回；流速调节阀前段的外径与旋流器旋流管的内径相匹配，其后段设置外螺纹与所述的旋流管内螺纹相匹配。通过旋转流速调节阀调节其在旋流管内的上、下位置，以调节旋流切向狭缝的开口大小，实现在工作状态下调节和控制污水旋流流速和污水在本发明装置内的停留时间。

进一步，在所述旋流器旋流管上、位于旋流器外夹套内均匀开设若干个旋流切向狭缝，所述的旋流切向狭缝为矩形狭缝，其方向相切于旋流器旋流管的内圆，并与旋流器外夹套和旋流器旋流管内污水旋流方向一致。

进一步，为了实现在旋流管内产生微气泡以及微气泡与污水混合，形成液、气大比表面体系、强化爆气作用，以便高效除去易挥发有机污染物、引起异味物质和加快生物氧化分解过程，在流速调节旋流器下方设置空气喷射器。所述空气喷射器包括进气管、喷射器旋流管和喷射器外夹套。所述的喷射器外夹套设置在喷射器旋流管外部，并且其端部均与喷射器旋流管的外壁密封连接。

进一步，所述的喷射器旋流管的管壁上、位于喷射器外夹套内设有进气孔。所述的进气孔分为微孔和次微孔，次微孔的孔径大于微孔的孔径。其中，微孔设置在喷射器旋流管上部，次微孔设置在喷射器旋流管下部，微孔和次微孔部分通过环形密封片隔开；所述的进气管包括微孔进气管和次微孔进气管，分别水平安装在相应的喷射器外夹套上。微孔进气管与所述的喷射器外夹套和所述的喷射器旋流管微孔部分形成的空腔连通；次微孔进气管与所述的喷射器外夹套和所述喷射器旋流管次微孔部分形成的空腔连通。

进一步，为了除去污水中密度较大的悬浮污染物（如固体颗粒），旋流分离技术是一种有效的方法。因此，在所述的喷射器旋流管的下段延伸至所述的固/液旋流分离器内，在工作状态下，以便将密度较大的悬浮污染物除去。经处理后的污水由排水管排出。

进一步，所述的固/液旋流分离器上段为圆柱壳体，下接圆锥壳体，在圆柱壳体的侧面水平安装排水管，在圆锥壳体的下端安装固体污染物排放阀；所述固/液旋流分离器上端与所述的喷射器旋流管的下段通过环形盖密封连接。

进一步，所述的虹吸系统包括虹吸管和负压箱。所述的虹吸管的垂直部分通过所述的流速调节阀的空心管，安装在旋流器旋流管或喷射器旋流管的中心,它的外径小于旋流器旋流管的内径和流速调节阀空心管的内径。在负压作用下，在旋流管中心形成的漩涡空腔内富集的低密度污染物（如油、脂等），由虹吸管导入负压箱内，并定期排放。

进一步，旋流器旋流管和喷射器旋流管为同内经和同轴心直管，并与固/液旋流分离器安装在同一轴心线上，三者共同构成本发明装置的旋流体系。

本发明的优点在于：1.污水由流速调节旋流器的进水管，以切于外加套内圆进入由旋流器外夹套和旋流器旋流管构成的空腔，再通过相同旋流方向的旋流切向狭缝进入旋流器旋流管，在旋流体系内以旋流流动和沿着旋流管轴向方向向下运动。

2.在旋流体系内，密度较大（与水密度相比，如泥沙等）的悬浮污染物沿着经向向旋流管的管壁和向下运动，然后进入固液分离器，再由固体物排放阀排出；密度较小的悬浮污染物，则沿着旋流管的径向向内和/或向上运动，富集在旋流涡空腔内，由负压虹吸管排出。

3.流速调节旋流器，能够实现精确调节与控制污水在本发明装置内的旋流速度和停留时间，以便优化操作条件和适应处理不同性质的污水。

4.污水经过空气喷射器时，由微孔和次微孔管喷入的气体，在污水旋流和径向流动混合切应力的作用下形成微小气泡，并与污水强烈混合，形成大比表面的液、气体系，加快了空气的溶解或强化了曝气作用；同时，污水中易挥发有机污染物和引起异味的污染物质进入气泡相内（称之为负载气泡）。负载气泡与密度较小的悬浮污染物运动方式类似，在旋流管内沿着旋流管的径向向内和向上运动，进入旋涡空腔，然后从流速调节阀的空心管排出（如果易挥发有机物或引起异味的污染物有毒等，需要进一步吸收、分解等后续处理）。同时，在旋流作用下，增加了悬浮污染物颗粒与微小气泡的碰撞几率和相互粘附作用。

5.空气喷射器旋流管的进气孔分为两段：在上段设置微孔、下段设置次微孔，并且由喷射器外夹套和环形密封片将两段分开、密封。其结构原理在于：本发明设备在工作状态下，在空气喷射器旋流管内微孔段处形成的气泡较小，在旋流作用下它向轴心方向移动的速度或上浮速度较慢，部分较微细的气泡会随水相向下运动。当这些微小气泡进入次微孔段处，但由此产生较大的气泡与之碰撞而形成更大的气泡，以较快速度向内、向上运动而排出。同时，将微孔段和次微孔段隔开，以便调节由两处通入空气的相对比例，同时与流速调节阀的调节相结合，达到优化除污或曝气效果。

6.瀑气水珠收集器的目的在于，收集由旋流管或流速调节阀空心管排出雾化气体中的细小水珠，以便改善工作环境。

附图说明

图1为本发明污水处理装置示意图。

图2为流速调节旋流器示意图。

图3为图2中a-a向放大示意图。

图4为空气喷射器放大示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明污水处理装置由流速调节旋流器1、空气喷射器2、固/液旋流分离器3、瀑气水珠收集器4和虹吸系统5构成。其中，所述的瀑气水珠收集器4设置在污水处理装置上部，它的下端密封连接所述的流速调节旋流器1，流速调节旋流器1下端密封连接所述的空气喷射器2，空气喷射器2下端与所述的固/液旋流分离器3密封连接。

进一步，如图1和图2所示，所述的流速调节旋流器1包括进水管11、旋流器外夹套14、旋流器旋流管15和流速调节阀13。其中，旋流器外夹套14由旋流管和上、下密封盖组成，该旋流管和上、下密封盖通过法兰、螺丝或焊接密封链接，上密封盖和下密封盖通过螺丝或焊接与旋流器旋流管15外壁密封连接；进水管11水平设置于旋流器外夹套14的中部，通过焊接与之链接，并且切向于外加套管内圆和连通旋流器外夹套14与旋流器旋流管15之间的空腔；所述的瀑气水珠收集器4下端与旋流器旋流管15上端的外圆通过螺丝或焊接密封连接；所述的流速调节阀13设置在旋流器旋流管15上端，并与之配合。

进一步，所述的旋流器旋流管15为一直管，它的上段设置内螺纹。所述的流速调节阀13为一空心管，负载气体从流速调节阀13的空心管排出；流速调节阀13的前段外径与旋流器旋流管15内径相匹配，其后段设置外螺纹，与所述的旋流管外螺纹相匹配。

进一步，在所述的旋流器旋流管15上、位于旋流器外夹套14内均匀开设若干个旋流切向狭缝12。所述的旋流切向狭缝12为矩形狭缝，其方向相切于旋流器旋流管15的内圆，并与旋流器外夹套14和旋流器旋流管15内污水旋流方向一致。通过旋转流速调节阀13调节和控制旋流切向狭缝12的开口度或大小，或者说，通过旋转流速调节阀13，在工作状态下，调节污水在旋流管系统内的旋流流速（r）和轴向流速（l）之比（r/l）。

进一步，如图4所示，所述的空气喷射器2包括进气管、喷射器旋流管21和喷射器外夹套24，在喷射器外夹套24内，由环形密封片27将微孔段和次微孔段密封隔开。所述的喷射器外夹套24设置在喷射器旋流管21外部，它由外加套管和上、下环形密封盖构成，外加套管通过法兰、螺丝或焊接与上、下密封盖密封链接，并且外加套上、下密封盖通过螺丝或焊接与喷射器旋流管21的外壁密封连接。

进一步，在所述的喷射器旋流管21的管壁上，位于喷射器外夹套内设有进气孔段。所述的进气孔分为微孔段25和次微孔段26。其中，微孔段25设置在喷射器旋流管上部，次微孔26设置在喷射器旋流管下部。所述的进气管包括微孔进气管22和次微孔进气管23，分别水平安装在喷射器外夹套24上，并通过焊接或螺丝与之密封连接。

进一步，所述的喷射器旋流管21的上端与所述的旋流器旋流管15的下端通过法兰、螺丝或焊接密封相连，下段延伸至所述的固/液旋流分离器3内，如图1所示。

进一步，所述的固/液旋流分离器3上段为圆柱壳体，下段为圆锥壳体，在圆柱壳体的侧面通过螺丝或焊接水平安装排水管31，在圆锥壳体的下端安装固体物排放阀32。所述的固/液旋流分离器3的上端与所述的喷射器旋流管21的下段通过环形盖密封连接。

进一步，所述的虹吸系统5由虹吸管51和负压箱52组成。所述虹吸管51的垂直部分通过所述的流速调节阀13的中心管，安装在旋流器旋流管或喷射器旋流管21的中心。在工作状态下，在旋流管中心形成的漩涡空腔内富集的低密度污染物，在负压作用下由虹吸管51导入负压箱52内，并定期排放。

进一步，旋流器旋流管和喷射器旋流管，为同内经和同轴心直管，并与固/液旋流分离器安装在同一轴心线上，其三者构成本发明污水处理装置的旋流体系。

本发明的污水处理装置的工作原理为：污水由流速调节旋流器的进水管，以切于外加套内圆进入由旋流器外夹套和旋流器旋流管构成的空腔，再通过相同旋流方向的旋流切向狭缝进入旋流器旋流管，并以旋流流动和沿着旋流管轴向方向向下运动。其中，通过流速调节阀调节和控制污水在旋流管内的旋流流速和轴向流速。在旋流体系内，密度较大（与水密度相比，如泥沙等）的悬浮污染物沿着经向向旋流管的管壁和向下运动，然后进入固液分离器，再由固体物排放阀排出；密度较小的悬浮污染物，则沿着旋流管的径向向内和/或向上运动，富集在旋流涡空腔内，由负压虹吸管排出。

在污水经过空气喷射器时，由微孔和次微孔管喷入的气体，在污水旋流和径向流动混合切应力的作用下形成微小气泡，并与污水形成强烈混合，形成大比表面的液、气体系，加快了空气溶解或强化了曝气作用；同时，污水中易挥发有机污染物和引起异味的污染物质进入气泡相内（称之为负载气泡）。负载气泡与密度较小的悬浮污染物运动方式类似，在旋流管内沿着旋流管的径向向内和向上运动，进入旋涡空腔，然后从流速调节阀的空心管排出（如果易挥发有机物或引起异味的污染物有毒等，需要进一步吸收、分解等后续处理）。

瀑气水珠收集器收集由旋流管或流速调节阀空心管排出雾化气体中的细小水珠，以便改善工作环境。本发明的特点或优势在于：将旋流技术、旋流固/液分离技术、空气喷射-水相旋流形成的微气泡和强化混合技术（或称强化曝气技术）相结合，集多功能操作于一体化，把不同密度的悬浮污染物和易挥发有机污染物或造成异味物质一并除去，克服了现有技术单一的缺陷。它加工成本低、设备小、占据空间少、操作简单、适应能力强、应用范围广等优点，适合不同性质和多种污染物的污水预处理或一级处理。