专利名称：上向流悬浮动态絮体床沉淀技术与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于水及废水处理领域的固液分离技术，尤其涉及一种上向流悬浮动态絮体床沉淀技术以及采用该技术的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备。
背景技术：
沉淀是一个重要的水及废水处理单元，常作为混凝及微生物消化等操作的后续处理工艺。竖流沉淀由于具有沉淀效率高、占地面积小、排泥方便、操作方便、维护简单，尤其可与絮凝单元共存于一个设备内等优点，目前得到广泛的应用。对于那些处于城市中心位置、用地受到严格限制的中、小型废水排放单位来说，竖流沉淀的应用能够大大缓解用地紧张的尴尬局面。不过，传统的竖流沉淀还存在沉淀效率相对较低、沉淀时间较长、设备较高等问题，这些均有待于进一步改进。
众所周知，在竖流沉淀池内，对于沉降速率大于水流上升速率的较大颗粒，可以沉淀去除，而对于沉降速率小于水流上升速率的微小颗粒，只有与其它颗粒发生絮凝作用而成长为足够大的絮体时才能够去除。这些微小颗粒的去除效果，便决定了竖流沉淀池的沉淀效率。根据絮凝动力学理论，絮凝速率与颗粒的浓度呈正比关系，因此增加可与微小颗粒发生碰撞、絮凝作用的颗粒浓度(当其浓度较大时，一般称为污泥床)，就能提高其去除效果，从而提高竖流沉淀池的沉淀效率，减少沉淀时间，降低设备高度。污泥床技术目前比较广泛地应用于澄清池中，但由于污泥床位于澄清池的底部，其稳定性难于控制[1]，尤其在处理高浓度原水时，污泥床极不稳定，易于被破坏，且絮体的沉降性能很差[2]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种上向流悬浮动态絮体床沉淀技术以及采用该技术的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备，以提高沉淀效率，减少沉淀时间，降低沉淀设备的高度，并克服传统污泥床难于操作、处理高浓度原水时易于被破坏等缺点。
为了实现上述目的，本发明根据上升水流对其中所含颗粒的重力分级原理，使经絮凝的上升水流在沉淀池中部的流通截面积逐渐增加，其流速逐渐降低，水流中的绝大部分絮体按照沉降速率从大到小的顺序随着流通截面的增大而依次停留下来，从而形成悬浮于沉淀池中部的絮体床。当絮体床中的絮体由于絮凝或拦截作用长成足够大时，便会克服絮体床下部的较快水流而沉淀下来，同时原水中的絮体不断地补充到絮体床中，从而使絮体床保持一个动态的平衡，自动维持在一定浓度，避免了絮体床浓度的无限增大，降低了絮体床的操作难度，提高其稳定性。
本发明中利用上述技术研制的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备可由进水段I、扩流段II、清水段III、出水段IV以及污泥浓缩段V组成。经絮凝的原水在沉淀池内自下而上先后流经进水段I、扩流段II、清水段III、出水段IV四个部分。在扩流段II，自进水段I流出的原水经由扩流段组件4的细端向上流动，由于流通截面积逐渐增大，原水水流速率逐渐降低，水流中的绝大部分絮体沉降下来，从而形成絮体床；在清水段III，原水的流通截面积恒定，原水的平均流速保持不变，没有在絮体床内因絮凝作用而被拦截下来的微小颗粒继续与其它颗粒发生絮凝作用，当其增长为足够大时便沉降至絮体床内。絮体床内的较大絮体沉降至污泥浓缩段V内，然后排出。
本发明中的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备，其主体外观形状可以为圆筒型(图1)，也可以为方型(图2)；其中的扩流段II由位于主壳体5内部的扩流段组件4构成，扩流段组件4可以由一个或多个圆锥型的筒体组合而成，也可以由一对或多对倾斜方向相反的斜板组合而成；其中的进水段I主要包括进水组件1，进水方式可以采用切向进水(图1)，也可采用穿孔管进水(图2)；其中的出水段IV主要包括出水组件6，出水方式可以采用集水管出水(图1及图2)，也可采用集水槽出水；其中的污泥浓缩段V为圆锥型筒体(图1)或“V”型槽(图2)，并联有排泥组件2。
本发明中的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备，当其扩流段组件4由一个或多个圆锥型的筒体组合而成时，圆锥型筒体的锥角为10-70°；当其扩流段组件4由一对或多对倾斜方向相反的斜板组合而成时，斜板在水平方向上的倾角为55-85°。
本发明中的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备，其清水段III中水流上升平均流速为0.5-10mm/s，其扩流段II下部的水流上升平均流速为1-20mm/s。原水在本发明中的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备内的水力停留时间为10-60min。
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1是本发明中的主体外观形状为圆筒型的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备，其中A是主剖视图，B是俯视图。
图2是本发明中的主体外观形状为方型的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备，其中A是主剖视图，B是俯视图。
图中，I.进水段，II.扩流段，III.清水段，IV.出水段，V.污泥浓缩段；1.进水组件，2.排泥组件，3.污泥浓缩段壳体，4.扩流段组件，5.主壳体，6.出水组件。
具体实施例方式
实施例1图1中，本发明中的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备包括进水段I、扩流段II、清水段III、出水段IV以及污泥浓缩段V五个部分，具体由进水组件1、排泥组件2、污泥浓缩段壳体3、扩流段组件4、主壳体5以及出水组件6构成。其主体外观形状为圆筒型，扩流段II由圆锥型筒体构成，采用切向进水的方式，采用集水管出水方式，污泥浓缩段V由圆锥型筒体构成。
实施例2图2中，本发明中的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备包括进水段I、扩流段II、清水段III、出水段IV以及污泥浓缩段V五个部分，具体由进水组件1、排泥组件2、污泥浓缩段壳体3、扩流段组件4、主壳体5以及出水组件6构成。其主体外观形状为方型，扩流段II由倾斜方向相反的斜板构成，采用穿孔管进水的方式，采用集水管出水方式，污泥浓缩段V由“V”型槽构成。
参考文献[1]American Water Works Association/American Society of Civil Engineerings(AWWA/ASCE)，1990.Watertreatment plant design.McGraw-Hill，New York. Chen，L.C.et al.，2001.Observations of blanket characteristics in full-scale floc blanket clarifiers.Proc.，International Water Association Conf.on Asian Environmental Technologies，Singapore.
权利要求
1.一种上向流悬浮动态絮体床沉淀技术，其特征在于该悬浮动态絮体床悬浮于沉淀设备或沉淀池的中部，通过逐渐增加向上流动原水的流通截面积，使经过絮凝的原水中绝大部分的絮体按照沉降速率自大到小的顺序随着流通截面的增大依次停留下来而形成；该悬浮动态絮体床中的絮体因絮凝或拦截作用而不断地长大，最后沉淀脱离该悬浮动态絮体床，同时原水中的絮体又不断地进入该悬浮动态絮体床，使该悬浮动态絮体床保持一个动态的平衡过程；原水自下而上流经悬浮动态絮体床，原水中的絮体及微小颗粒因悬浮动态絮体床的絮凝及拦截作用而去除。
2.如权利要求1所述的上向流悬浮动态絮体床技术，其特征在于向上流动原水的流通截面积的增大，是通过在原水流道上某截面处竖直布置一个或多个圆锥型的筒体，或布置一对或多对倾斜方向相反的斜板而获得，其中圆锥型筒体的小端或斜板所构成通道的小端位于下面。
3.一种上向流悬浮动态絮体床沉淀设备，包括进水段I、扩流段II、清水段III、出水段IV以及污泥浓缩段V五个部分，主要由进水组件1、排泥组件2、污泥浓缩段壳体3、扩流段组件4、主壳体5以及出水组件6构成，其特征在于其主体外观形状为圆筒型或方型，污泥浓缩段V位于设备的底部，然后自下向上依次为进水段I、扩流段II、清水段III、出水段IV，扩流段组件4位于主壳体5的内部中间位置，扩流段组件4由一个或多个圆锥型的筒体并排布置而成，也可由一对或多对倾斜方向相反的斜板布置而成。
4.如权利要求3所述的上向流悬浮动态絮体床沉淀设备，其特征在于进水方式可以采用切向进水，也可采用穿孔管进水，出水方式可以采用集水管出水，也可采用集水槽出水，污泥浓缩段V为圆锥型筒体或“V”型槽。
5.一种上向流悬浮动态絮体床沉淀设备的设计方法，其特征在于当其扩流段组件4由一个或多个圆锥型的筒体组合而成时，圆锥型筒体的锥角为10-70°，当其扩流段组件4由一对或多对倾斜方向相反的斜板组合而成时，斜板在水平方向上的倾角为55-85°，且该设备清水段III中水流上升平均流速为0.5-10mm/s，其扩流段组件4细端的水流上升平均流速为1-20mm/s，原水在该设备内的水力停留时间为10-60min。
全文摘要
本发明涉及一种上向流悬浮动态絮体床沉淀技术及采用该技术的沉淀设备。该沉淀技术特点絮凝后上向流原水中的颗粒经絮体床的絮凝或拦截而去除；该絮体床悬浮于沉淀设备中部，通过逐渐增加原水流通截面积而使絮体沉降速度与原水上升速度平衡而形成，床内絮体浓度因较大絮体的沉淀及原水中絮体的补充而呈动态平衡。该沉淀设备由进水组件1、排泥组件2、污泥浓缩段壳体3、扩流段组件4、主壳体5及出水组件6构成；其特征主体外观为圆筒型或方型，扩流段组件4位于主壳体5的中间；其设计特点实现该沉淀设备的主要参数包括构成扩流段组件4的圆锥型筒体锥角或斜板倾角、清水段III中的水流速度、扩流段组件4细端水流速度及原水水力停留时间。
文档编号C02F1/52GK1966124SQ200510115398
公开日2007年5月23日 申请日期2005年11月17日 优先权日2005年11月17日
发明者栾兆坤, 贾建军, 张忠国, 范彬, 贾智萍 申请人:中国科学院生态环境研究中心