用于集装箱式污水处理的气水分离器的制作方法

1.本实用新型属于集装箱式污水处理气水分离技术领域，具体涉及曝气好氧区气液固三相混合液在进入二沉池之前，如何实现气泡的快速、简便、流畅分离，直接关系到集装箱式污水处理的出水品质。


背景技术：

2.在污水生化处理技术领域，在曝气好氧区与二沉池合建(共用壁板)的情况下，好氧区混合液直接进入二沉池就会带来一个糟糕的问题——混合液中气泡随水流进入二沉池，气泡将扰动沉泥层而影响二沉池出水水质。以往为了消除水流中夹带的气泡，通常采用气水分离箱或气水分离室的做法，例如建设部九五重点大学专业教材《给水工程》第四版第308页，是将水流引入到与大气接触的大容器中，该容器设于相对较高处，然后水流从该容器下部流出，因该容器内水流下行速度很低，当气泡上浮速度大于水流下行速度时，气泡自然从该容器的水面逸出。但传统方法除了需要占地外，还消耗了从曝气好氧区到气水分离箱/室和气水分离箱/室到二沉池这两部分水头，使得流程中的水头损失较大，不利于节能运行，而且因好氧区和二沉池该两池池面会出现较大的高差，不利于工艺流程的布置，也不利于集装箱式污水处理好氧区与二沉池的一体化设置。
3.我国专利《水平条缝式气水分离器》(公告号cn 103395853 a，公告日2013.11.20)，该设备由上升导流斜板、竖向稳流板、斜向导流沉泥板等组成，在集装箱式污水处理中，该技术显得复杂且气水分离效果有待进一步提高，加上该气水分离器抗侧倾变形能力不强，在水池充水时其正向稳定性较差，易发生抖动而引起松脱，因而该技术不太适应集装箱式污水处理的气水分离。
4.基于上述背景和公知技术的不足，加上集装箱式污水处理气水分离的实际需要，使得本实用新型应运而生。
5.本实用新型的目的，在于提供一种用于集装箱式污水处理的、简便高效的、能够将曝气好氧区混合液中气泡快速分离的装置，以便广泛应用于集装箱式污水处理中。该装置应只允许活性污泥和水从好氧区与二沉池的过水孔洞进入到二沉池，避免二沉池泥水分离受到气泡干扰。


技术实现要素：

6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
7.总体的，用于集装箱式污水处理的气水分离器，由包括迎水面板
⑴
、斜面封底
⑵
和帽檐板
⑶
三者在主隔板
⑷
上拼装焊接而成。所述迎水面板
⑴
的下端与斜面封底
⑵
连接，迎水面板
⑴
的上端与帽檐板
⑶
连接；所述迎水面板
⑴
、斜面封底
⑵
、帽檐板
⑶
均与主隔板
⑷
连接；所述帽檐板
⑶
的上端杯口淹没于设计水面之下；所述主隔板
⑷
是好氧区与二沉池两者之间的分隔板，主隔板
⑷
的下部正对斜面封底
⑵
处有过水孔洞
⑸
，且斜面封底
⑵
的下端与过水孔洞
⑸
下口齐平。在实际工况中，气泡在杯口的内外做上浮运动，并最终从水面处逃逸
到大气中，而活性污泥与水的混合物，则从迎水面板
⑴
与主隔板
⑷
合围的通道下行，穿越过水孔洞
⑸
进入二沉池完成气水分离过程。
8.简述其原理就是，曝气好氧区的气液固三相流体在抵进帽檐板
⑶
时，被改变方向且将气泡聚集于帽檐板
⑶
形成的杯口边沿，使得较大的气泡能迅速从杯口边沿溢出到水面释放，剩余少量气泡则在杯口内缓慢流动过程中继续上浮逃逸至大气，而水流则在迎水面板
⑴
与主隔板
⑷
合围的通道内做下行运动，但水流下行的速度却又低于气泡上浮的速度，因此能够保障气泡不被水流裹挟到二沉池，也就是说，在该水下立体空间流道的作用下，在气液固三相混合物运动的过程中，巧妙实现了高效率的气水分离。
9.具体的，所述迎水面板
⑴
的形状是三面矩形槽式/半圆形槽式。迎水面板
⑴
为竖直方向安装，与主隔板
⑷
连接后即成为一个管式水流通道，主要起流体导向导流作用。迎水面板
⑴
的下端与斜面封底
⑵
连接，迎水面板
⑴
的上端与帽檐板
⑶
连接；迎水面板
⑴
是气水分离器的主要部件。
10.所述斜面封底
⑵
为矩形或椭圆形部件，倾斜安装，与其上部的三面矩形槽式/半圆形槽式迎水面板
⑴
的形状相匹配，斜面封底
⑵
的上端与迎水面板
⑴
连接，斜面封底
⑵
的下端与过水孔洞
⑸
下口齐平，并与主隔板
⑷
连接。斜面封底
⑵
的斜面与水平面的夹角为35
°
～65
°
角度，斜面封底
⑵
的有益之处有四：一是起水流导流作用，二是可阻止泥沙在此处淤积，三是将好氧区水流与所述管式水流通道的水流进行隔断，四是可阻止好氧区的气泡在该封底外侧聚集。总之，斜面封底
⑵
是气水分离器的主要部件之一。
11.所述帽檐板
⑶
是反向旅游帽形或博士帽形部件，与主隔板
⑷
连接后类似于朝上的杯口，帽檐板
⑶
的上端杯口淹没于设计水面之下；帽檐板
⑶
的大口朝上、小口朝下；帽檐板
⑶
的斜面与水平面的夹角为40
°
～60
°
角度，帽檐板
⑶
设计成斜面的有益之处有四：一是将好氧区气泡阻挡在气水分离器之外，并将小气泡聚集成大气泡有利于上浮和快速脱除，二是具有三相气、水、泥的导流作用，三是扩大了杯口的周长及过水面积，实际上就是降低了流体的水平流速，有利于气泡上浮而不会强劲挟带气泡进入二沉池，四是可阻止泥沙在杯口内淤积。帽檐板
⑶
是气水分离器的最重要部件。
12.所述主隔板
⑷
是好氧区与二沉池两者之间的分隔板，是迎水面板
⑴
、斜面封底
⑵
、帽檐板
⑶
的依托，即气水分离器生根于该主隔板
⑷
上；主隔板
⑷
的下部正对斜面封底
⑵
处有过水孔洞
⑸
，已经脱除气泡的水流只有穿越过水孔洞
⑸
，才算完成了气水分离的目标任务。
13.本实用新型的技术独创性和技术可靠性，主要体现在以下三个方面：
14.首先，三相流的帽檐板双面稳流技术，是本实用新型的独创和首创，其技术独创性在本实用新型中得到了充分体现。本实用新型基于气泡上升速度理论，在流体力学的指引下，通过简捷巧妙的构造设计，研究上升流、水平流和下降流的不同特性和气泡移动轨迹，利用某一设计流量下帽檐板
⑶
的尺寸角度，来控制流体运动空间的大小，实际就是控制了流体流速和气泡运动速度矢量差等参数，从而实现气水完全分离。该帽檐构造完全不同于常规的气水分离箱或气水分离室，亦与《水平条缝式气水分离器》(公告号cn 103395853 a，公告日2013.11.20)的上升导流斜板、竖向稳流板、斜向导流沉泥板等构造有本质区别，因而具有十分显著的差异性和技术简捷性。
15.第二，利用独创的倾斜流线构型实现节能运行。本实用新型的斜面封底
⑵
和帽檐
板
⑶
的平滑流线型构造，不仅能让好氧区下部微孔曝气装置产生的微小气泡能够顺斜面外侧聚集变大而向上快速逃逸，而且能形成帽檐板
⑶
右上方水平缓冲段空间和内侧充裕的下行空间，从而使得水流裹挟气泡的能力降到最低，顺利实现气泡的快速分离，而且水流经过流线型拐弯而水头损失极小，仅为1cm或更小，使得好氧区和二沉池之间的水头差在工程上甚至可以忽略不计，因此，本实用新型的倾斜流线形气水分离器运行极为节能，节约了流程高差，降低了污水处理的运行费用。
16.第三，技术可靠性得到充分体现。最简捷的方式，往往也是最为可靠的方式。本实用新型构造十分简洁明了，全部采用耐污水腐蚀的集装箱式箱体材料及防腐设计制作，装置简练，充分考虑了制作安装的简便性，结构强度的可靠性以及侧向受力的稳定性等问题，更考虑了防止混合液中杂质引起堵塞的问题，整个装置并不额外占用好氧区容积，亦不会出现流体短流和漏气现象，日常使用方便，无故障，不堵塞，不淤积，整个设备属于免维护的环保水处理节能型创新产品，确保了运行使用无忧。
17.本实用新型提供的用于集装箱式污水处理的气水分离器(以下简称本实用新型气水分离器)，具有以下三点最明显的有益效果：
18.第一是简捷快速高效：本实用新型利用上下折流变径的空间构造，特意构建出气泡上浮/水流下降的平缓过度空间，在帽檐板
⑶
的右上方营造出良好的气泡上浮环境，利用帽檐板
⑶
杯口内的泥水混合液下行通道，设计时在控制断面尺寸和流速的情况下，利用气泡上浮的速度高于水流下行的速度差原理，实现气泡与水流快速高效分离的目标。本实用新型构造简捷，线型流畅，空间利用率高，气泡逃逸快速而彻底，气水分离效果显著，获得了其它气水分离设备或装置无法获得的意想不到的满意效果。
19.第二是节能效果显著：本实用新型无需建造独立的气水分离箱/室，而是直接淹没于水下，相比独立的气水分离箱/室，考虑其前后两端的水头损失共计节约水头在1m以上，本实用新型几乎不消耗任何动力，水头损失极小，实现了污水处理节能和低成本运行的目的。因此，本实用新型是真正意义上的水处理节能环保装置。
20.第三是技术经济性好：本实用新型气水分离器由简单构件焊接而成，无任何机械活动部件和电动设备，也无需阀门装置和过滤拦截机构，不易损坏，不会堵塞，运行可靠性极高，无维护工作量。应用到工程实践中，不仅明显节省了造价，节约了用地，降低了运行成本，而且实现了曝气与沉淀两个工序的一体化无缝对接，很好地匹配曝气沉淀一体化的集装箱式构型，极大地方便了集装箱式污水处理的运行管理。
21.上述各项优势充分表明，本实用新型气水分离器，其空气动力和水动力运行流畅，气水分离效率高，不仅结构巧妙简捷、制作安装简便、无需额外动力、不占地，而且造价节省、运行节能，单项成本和综合成本低、免维护、运行管理简单，特别适合我国乡镇污水处理广泛应用。
附图说明
22.图1为本实用新型气水分离器的总装使用示意图。
23.图2为本实用新型气水分离器的总装平面示意图。
24.图3为本实用新型气水分离器主要部件的立体轴侧示意图。
25.其中：1—迎水面板，2—斜面封底，3—帽檐板，4—主隔板，5—过水孔洞。
具体实施方式
26.为了更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，不是全部实施例，在不脱离本实用新型精髓和原则的情况下，凡对本实施例进行变化、改进、修改、替换、整合和变型等，都属于本实用新型保护的范围。
27.实施例一
28.请参阅附图1、图2、图3，同时结合某集装箱式污水处理装置采用本实用新型气水分离器作为实施例，对本实用新型做进一步详细的技术说明。
29.本实施例的集装箱式装置的污水处理规模为250m3/d，该集装箱式污水装置内部设置一台处理能力为250m3/d的气水分离器，该气水分离器的前端为好氧区，后端为二沉池，两者由主隔板
⑷
隔开。该集装箱式污水装置内部的净宽为2.33m，有效水深2.68m，该气水分离器位于主隔板
⑷
的中间位置，参见图2。
30.本实施例气水分离器采用半圆柱形设计，如图1、图2、图3所示，气水分离器整体尺寸长
×
宽
×
高＝960
×
480
×
2230，包括迎水面板
⑴
、斜面封底
⑵
、帽檐板
⑶
三者在主隔板
⑷
上拼装焊接而成，它淹没于好氧区与二沉池连通的过水孔洞
⑸
上游侧。帽檐板
⑶
的顶部距离设计水面200mm，斜面封底
⑵
的底部距离底板250mm。
31.上述部件的材质均为耐污水腐蚀的集装箱用碳钢材质另加强化防腐处理。
32.具体的，所述迎水面板
⑴
的形状是半圆形槽式dn450规格，管外径480mm，管长1990mm，斜切后短边1736mm。迎水面板
⑴
为竖直方向安装，与主隔板
⑷
连接后即成为一个半圆管式水流通道。
33.所述斜面封底
⑵
为半个椭圆形部件，椭圆长轴679mm，短轴480mm，该半个椭圆是以短轴为切割线的半个椭圆，倾斜安装焊接于半圆形槽式迎水面板
⑴
的底部，该斜面封底
⑵
的短轴切割线还与主隔板
⑷
焊接，该短轴切割线与过水孔洞
⑸
下口齐平，该斜面封底
⑵
的斜面与水平面的夹角为45
°
角度。
34.所述帽檐板
⑶
是反向旅游帽形部件，与主隔板
⑷
连接后形似朝上的杯口，大口半径480mm朝上、小口半径240mm朝下；帽檐板
⑶
的斜面与水平面的夹角为45
°
角度。迎水面板
⑴
的上端与帽檐板
⑶
的小口端焊接。
35.所述主隔板
⑷
是好氧区与二沉池两者之间的分隔板，迎水面板
⑴
、斜面封底
⑵
、帽檐板
⑶
三者均焊接于该主隔板
⑷
上；主隔板
⑷
的下部正对斜面封底
⑵
处有过水孔洞
⑸
，该过水孔洞
⑸
尺寸高700mm，宽450mm，过孔流速为0.01m/s。
36.进一步的，本实施例的气水分离器，主要技术参数如下：
37.半圆形管式dn450下行通道的平均流速0.035m/s，最大流速0.094m/s；帽檐板
⑶
朝上的杯口平面处，向下的平均流速0.009m/s，最大流速0.024m/s，可以确保气泡得以100％脱除。
38.如图1所示，本实施例在工作时，位于底部微孔曝气装置产生的气泡在上浮过程中，在帽檐板
⑶
的阻挡和引导作用下，会聚集变大而更快速上浮直至从水面逸出。帽檐板
⑶
上方的水流虽然还会含有少量气泡，但因为水流下行的速度明显小于气泡的上升速度，故而在行进过程中气泡会全部向上逃逸，因此，穿越过水孔洞
⑸
进入到二沉池的泥水混合液中，已经不含可见气泡但仍含有一定量的溶解氧(do)，故，本实施例拥有优异的气水分离效
果，只要按照国家相关标准控制生产加工制造和现场安装工程质量，本实施例的气水分离器就将具备极高的可靠性，同时还具备很显著的经济性和便捷性。
39.综上，本实施例的气水分离器，其构造简捷，全部由钣金件牢固焊接组成，在功能和性能特点上，既能避免短流现象发生，使气泡与泥水混合物充分分离，显著保障气水分离效果，又能从根本上防止污水中杂质堵塞故障发生。此外，因结构简单、整体性强、无机械活动部件、不用电、整体淹没于水池中、易于安装、水头损失小，故，在集装箱式污水处理中具有普遍适用性。
40.如上所述，通过精巧构思、周密计算和详细设计，可较好地体现本实用新型的精髓。
41.实施例二
42.本实施例的集装箱式装置的污水处理规模为150m3/d，该集装箱式污水装置内部设置有一台处理能力为150m3/d的气水分离器，该气水分离器的前端为好氧区，后端为二沉池，两者由主隔板
⑷
隔开。该集装箱式污水装置内部的净宽为2.33m，有效水深2.68m，该气水分离器位于主隔板
⑷
的中间位置，参见图2。
43.本实施例的气水分离器采用三面矩形管式设计，如图1、图2、图3所示，气水分离器整体尺寸长
×
宽
×
高＝800
×
400
×
2230，包括迎水面板
⑴
、斜面封底
⑵
、帽檐板
⑶
三者在主隔板
⑷
上拼装焊接而成，它淹没于好氧区与二沉池连通的过水孔洞
⑸
上游侧。帽檐板
⑶
的顶部距离设计水面214mm，斜面封底
⑵
的底部距离底板250mm。
44.上述部件的材质均为耐污水腐蚀的集装箱用碳钢材质另加强化防腐处理。
45.具体的，所述迎水面板
⑴
的形状是三面矩形槽式，规格400
×
200mm，管长2016mm，斜切后短边1816mm。迎水面板
⑴
为竖直方向安装，与主隔板
⑷
连接后即成为一个矩形管式水流通道。
46.所述斜面封底
⑵
为矩形板式部件，长边400mm，短边283mm，倾斜安装焊接于三面矩形槽式迎水面板
⑴
的底部，并与过水孔洞
⑸
下口齐平，该斜面封底
⑵
的斜面与水平面的夹角为45
°
角度。
47.所述帽檐板
⑶
是博士帽形部件，与主隔板
⑷
连接后形似朝上的矩形杯口，大口800
×
400mm朝上、小口400
×
200mm朝下；帽檐板
⑶
的斜面与水平面的夹角为45
°
角度。迎水面板
⑴
的上端与帽檐板
⑶
的小口端焊接。
48.所述主隔板
⑷
是好氧区与二沉池两者之间的分隔板，迎水面板
⑴
、斜面封底
⑵
、帽檐板
⑶
三者均焊接于该主隔板
⑷
上；主隔板
⑷
的下部正对斜面封底
⑵
处有过水孔洞
⑸
，该过水孔洞
⑸
尺寸高600mm，宽360mm，过孔流速为0.008m/s。
49.进一步的，本实施例的气水分离器，主要技术参数如下：
50.矩形管式400
×
200mm下行通道的平均流速0.025m/s，最大流速0.069m/s；帽檐板
⑶
朝上的杯口平面处，向下的平均流速0.006m/s，最大流速0.016m/s，可以确保气泡得以100％脱除。
51.从以上两个实施例可以看出，本实用新型气水分离器，可以很好地应用于各种规模的集装箱式污水处理中，特别是曝气好氧池和二沉池一体化的气水分离工艺环节，作为高效率的快速、简便、流畅分离的气水分离器使用，不仅解决了现有气水分离器或分离装置无法具备的多种功能需求，而且获得了构造简单、流程简捷、畅通不堵塞、无故障、便利化管
理、不耗电、造价低、长期运行成本低、不挤占生化反应空间、气水分离效果好的有益效果。
52.最后应说明的是：以上仅为本实用新型用于集装箱式污水处理的气水分离器的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对本实用新型所述各实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。