一种具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化系统及其方法与流程

本发明属水处理设备技术领域，涉及一种连续处理污水的高效净化系统及其方法，尤其涉及一种磁强化絮凝与涡流沉积分离的具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化系统及其方法。

背景技术：

随着人类的快速发展，自然区域的森林、湿地、草地等不断被道路、广场、建筑等取代，并且城市的规模还在不断扩大中，城市水文、水质、水资源等问题日益突出。污水主要有生活污水、工业废水和初期雨水。大量的研究表明，颗粒物是污水中各类污染物的主要载体，在污水中起着前期吸附污染物，中期输送污染物和后期沉降释放污染物的作用，同时颗粒物自身又是影响水体透明度、浊度的重要水质指标。

相对于发达国家，国内对污水处理虽然已渐进入正轨，但还需要进一步摸索和尝试。国内对污水的处理措施主要是包括两种：过滤拦截法和自然沉降法。过滤拦截法通过人工构建一些过滤系统，把污水引入到过滤系统进行简单的过滤处理，如采用不同级配石料盲沟或穿孔混凝土过滤板等来对污水进行一个简单的过滤。过滤拦截法存在过滤拦截系统容易堵死失效、且失效后清理服务困难等缺点。自然沉降法通过建设污水调蓄池，把污水排入到调蓄池后通过重力沉降来去除污水中污染物。但是存在污水调蓄池的占地面积大、人工清理难度大与不能连续运行等问题。

技术实现要素：

为了解决上述含有悬浮物、油污或漂浮物等物质的污水中污染物的分离问题，本发明提供一种具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化系统及其方法。将絮凝、涡流、过滤与微生物降解技术联合应用到污水处理装置中，通过絮凝、涡流与过滤技术来强化污水中污染物的分离，分离出的污染物进一步通过微生物技术降解去除，该工艺方法能大幅度去除污水中的悬浮物、油污、漂浮物等物质，同时该工艺方法极大地减少了对土地的占用。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化系统，包括磁强化絮凝装置和具有反冲洗功能的涡流沉积分离装置；磁强化絮凝装置包括进水口1、絮凝主体和药剂供应装置，进水口1位于絮凝主体的侧壁上，药剂供应装置包括设置在絮凝主体顶部上的3个药剂加入口，3个药剂加入口分别是磁粉加入口2、无机混凝剂加入口3和有机絮凝剂加入口4；磁粉加入口2、无机混凝剂加入口3和有机絮凝剂加入口4按照水流方向顺序布置在絮凝主体上；出水管道位于絮凝主体与进水口1相对的侧壁上；具有反冲洗功能的涡流沉积分离装置，包括外壳5，生物滤料层16，涡流出水口10和排渣口15；生物滤料层16间隔设置在外壳5内，并将分离装置主体分割为两个区域，生物滤料层16和外壳5之间的区域为反冲洗进水区，生物滤料层16内部为旋流过滤区；反冲洗水进入口21设置在反冲洗进水区顶部；絮凝装置的出水管道以与生物滤料层16的圆周体相切的方式插入生物滤料层16内壁固定；旋流过滤区内还设置有导流筒6，水流在生物滤料层16和导流筒6外筒之间形成涡流，导流筒6上部设置有涡流出水口10；涡流沉积分离装置底部设置有排渣口15。

优选的，磁强化絮凝装置相对进水口1的侧壁底部还设置有磁粉回收口25；净化系统还包括磁粉回收利用设备，磁粉回收利用设备包括磁分离机17和再循环管道18，磁强化絮凝装置的磁粉回收口25和涡流沉积分离装置的排渣口15连通磁分离机17，磁分离机17的磁粉出口通过再循环管道18与磁粉加入口2连通，进行循环使用；优选的磁粉回收利用设备可以与磁粉回收口25和排渣口15直接连接，也可以通过运输设备将磁粉回收口25和排渣口15排出的污泥运送至磁粉回收利用设备进行操作。

优选的，所述导流筒6还包括内筒8和外筒9，导流筒外筒9为上小下大的圆台形状，导流筒外筒9形成的圆台母线与其高线的夹角小于10°，优选的，该夹角是3°或者5°；导流筒内筒8为圆柱形。

优选的，所述涡流沉积分离装置内部还设置有导流板12，所述导流板12位于所述导流筒6下方，从而在所述导流板12下方形成沉积物收集区13；所述导流板12底部具有向下表面，并且在所述导流板底部具有集泥口14，所述外壳5内壁沉积的污染物沿所述导流板12的向下表面引导至所述集泥口14，经所述集泥口14进入沉积物收集区13。

优选的，磁粉加入口2伸入到絮凝主体上部，无机混凝剂加入口3伸入到絮凝主体下部，在磁粉加入口2和无机混凝剂加入口3之间设置有从絮凝主体顶部向下延伸的平直折流板23；有机絮凝剂加入口4伸入到絮凝主体上部；磁强化絮凝装置还包括l型折流板24，l型折流板24的竖直段位于无机混凝剂加入口和有机絮凝剂加入口之间。

优选的，涡流沉积分离装置还包括总出水管道11，总出水管道11分别连通涡流出水口10与过滤出水口7，由此使得去除污染物的污水和反冲洗过滤后的水流经总出水管道11向外排出；磁强化絮凝装置和涡流沉积分离装置底部具有分别向排渣口15和磁粉回收口25方向倾斜向下的表面。

优选的，生物滤料层16包括内外两层，内层为小颗粒生物滤料层19，外层为大颗粒生物滤料层20；优选的，小颗粒生物滤料层19由石英砂、微孔陶粒中任一种或两种组成，大颗粒生物滤料层20由沸石、火山石、大孔陶粒中的任一种或几种混合而成。

优选的，生物滤料层16还设置有过滤出水口7，过滤出水口7位于涡流出水口10下方，反冲洗水进入口21的相对侧的生物滤料层16内壁并延伸出分离装置外部，优选的在过滤出水口7还设置有过滤出水口阀门22。

优选的，药剂供应装置还包括自动加料设备；磁粉、无机混凝剂与有机絮凝剂的加入量均根据水的流量自动控制；和/或磁粉、无机混凝剂与有机絮凝剂的加入比例根据水流量自动调节；

优选的，磁粉例如是包括四氧化三铁的磁粉；无机混凝剂可以是铝盐、铁盐和氯化钙的一种或几种混合；有机絮凝剂可以是聚丙烯酰胺及其衍生物等高分子有机物。

优选的，涡流沉积分离装置为圆柱形筒体，该圆柱形筒体的高度是其底面直径的1.5～3倍；优选的，圆柱形筒体的高度是其底面直径的2倍或者2.5倍。

优选的，絮凝装置的出水管道倾斜向下设置在涡流沉积分离装置的外壳(5)上；优选的，絮凝装置的出水管道与水平面的夹角小于30°；更优选的，出水管道与水平面的夹角是5°，10°或者15°。

此外，本发明还提供一种具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化方法，包括磁强化絮凝步骤、旋流强化过滤步骤和反冲洗步骤；磁强化絮凝步骤包括：将水从絮凝主体的进水口1引入絮凝装置内，水在絮凝主体内依次与加入的磁粉、无机絮凝剂和有机絮凝剂混合，发生絮凝反应，不同药剂与污水混合的位置和阶段均不相同；经过磁强化絮凝过程的水体切向引导至涡流沉积分离装置，使得水体沿着与涡流沉积分离装置的周向相切的方式进入分离装置主体内部；旋流强化过滤步骤包括：水切向进入生物滤料层16限定的旋流过滤区，在旋流过滤区形成涡流，旋流过滤区内还设置有导流筒6，强化涡流旋转；聚集在生物滤料层16的内壁附近的污染物在重力作用下沉积到沉积物收集区13，由排渣口15排出；去除污染物的水体进入导流筒6内部并由导流筒6的涡流出水口10排出；当生物填料层出现堵塞问题时或者当运行一定时间后，执行反冲洗步骤，以冲走沉积于生物滤料层16中的污物，提高吸附降解效率。

优选的，反冲洗步骤包括：将洁净的水从反冲洗水进入口21引入反冲洗进水区，水流经生物滤料层16，冲走生物滤料层16中的污物，进入旋流过滤区，污泥等污染物沉降到沉积物收集区，通过排渣口排出，反冲洗后上层洁净的水从过滤出水口7排出。

优选的，净化方法还可以包括磁粉回收步骤，由设置在磁强化絮凝装置底部的磁粉回收口25和涡流沉积分离装置的排渣口15排出的污染物被输送至磁粉回收设备，磁分离机17将磁粉从污染物中分离出来，并回送至磁粉加入口2，进行再循环利用。

本发明相比现有技术，产生的有益效果是：

(1)由于絮凝的加入使得该系统能去除水体中的大部分污染物(包含微小颗粒及溶解态的物质)，出水水质良好；

(2)由于磁粉的加入，强化了絮凝作用，使得絮凝沉降时间得到大幅降低，从而提升了处理效率；

(3)絮凝药剂的加入为自动加入，大大简化了系统的操作运行过程；

(4)由于涡流沉降的作用，使得水体中颗粒物的分离效果强于一般的重力沉降，进一步提升了水体的净化效果与处理效率；由于涡流沉积分离装置设置在沉积物收集区上方，涡流和重力沉降上下布置，增加了净水系统的整体高度，不仅增加了水体的净化处理量，而且大大减少了净化系统的占地面积；

(5)由于在旋流部分的内壁上含有一层生物滤料层，滤料层的吸附捕捉作用能大幅提升水体的净化效果，同时由于生物滤料层上生物的降解作用，能进一步提升出水水质；

(6)生物填料层由于涡流的冲刷作用，使得生物填料层不容易堵塞，大大减少了生物填料层的反冲洗过程；

(7)生物填料层由于涡流的作用，使得水体中的含氧量增加，这大大加强了生物填料层上生物膜的降解作用，进一步提升的水体净化效果；

(8)该工艺存在反冲洗系统，这能大大提升生物填料层的使用寿命，由于反冲洗是一个均匀的冲刷过程，冲刷填料过程中能最大地保留生物填料层上的生物膜，同时冲刷出来的污泥经过涡流系统，使得冲刷的污水得到进一步净化，最后的污泥沉积到设备底部，通过清掏或者其它方式排出。

(9)由于磁粉分离回收的加入，使得该系统具有良好的环境及经济效益。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明的详细说明。

图1具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化系统的主视示意图

图2具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化系统的截面示意图

图中：1进水口，2磁粉加入口，3无机混凝剂加入口，4有机絮凝剂加入口，5外壳，6导流筒，7过滤出水口，8内筒，9外筒，10涡流出水口，11总出水管道，12导流板，13沉积物收集区，14集泥口，15排渣口，16生物滤料层，17磁分离机，18再循环管道，19小颗粒生物滤料层，20大颗粒生物滤料层，21反冲洗水进入口，22过滤出水口阀门，23平直折流板，24l型折流板，25磁粉回收口。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1、2所示，一种具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化系统，包括磁强化絮凝装置和具有反冲洗功能的涡流沉积分离装置。

磁强化絮凝装置包括进水口1、絮凝主体和药剂供应装置，进水口1位于絮凝主体的侧壁上，药剂供应装置包括设置在絮凝主体顶部上的3个药剂加入口，3个药剂加入口分别是磁粉加入口2、无机混凝剂加入口3和有机絮凝剂加入口4。磁粉加入口2、无机混凝剂加入口3和有机絮凝剂加入口4按照水流方向顺序布置在絮凝主体上。磁粉加入口2伸入到絮凝主体上部，无机混凝剂加入口3伸入到絮凝主体下部，在磁粉加入口2和无机混凝剂加入口3之间设置有从絮凝主体顶部向下延伸的平直折流板23，平直折流板23的高度大于无机混凝剂伸入絮凝主体的高度。有机絮凝剂加入口4伸入到絮凝主体上部。磁强化絮凝装置还包括l型折流板24，l型折流板24的竖直段位于无机混凝剂加入口和有机絮凝剂加入口之间，且竖直段顶端与絮凝主体顶部具有一定距离，以供水流流向出水管道，出水管道位于絮凝主体与进水口相对的侧壁上，l型折流板24的水平段位于出水管道下方以限定水流经出水管道流出。平直折流板23和l型折流板用于限定水流的通路和方向，为水流和药剂的混合提供足够的路径和时间，掺混更加均匀，絮凝反应更充分。首先在水流中加入磁粉，为后续的絮凝反应提供有利的反应条件。随后依次加入无机混凝剂和有机混凝剂，使得水中污染物能够分阶段的逐一凝聚成团，形成絮凝体。磁粉例如是包括四氧化三铁的磁粉。无机混凝剂可以是铝盐、铁盐和氯化钙的一种或几种混合。有机絮凝剂可以是聚丙烯酰胺及其衍生物等高分子有机物。通过向水中投加混凝剂和絮凝剂，使水中难以沉淀的颗粒互相聚合而形成絮凝体。絮凝体具有强大吸附力，不仅能吸附悬浮物，还能吸附部分细菌和溶解性物质，絮凝体与水体中的杂质结合形成更大的絮凝体。絮凝体通过吸附作用，体积增大而下沉，从而进行初步去除水中污染物。磁粉能够强化絮凝内部的反应，大大提升了污染物沉降速率。

药剂供应装置还包括自动加料设备，磁粉、无机混凝剂与有机絮凝剂的加入量均根据水的流量自动控制。此外，考虑到水流速度的大小对絮凝沉降作用时间的影响，磁粉、无机混凝剂与有机絮凝剂的加入比例也根据水流量自动调节，从而实现智能化添加药剂，这极大地简化了磁强化絮凝装置的操作运行步骤，不仅节约了人力成本也节约了运行成本。

进一步地，磁强化絮凝装置的出水管道倾斜向下设置在涡流沉积分离装置的外壳5上，从而有利于水流和形成的絮凝体顺利流向涡流沉积分离装置，避免发生堵塞。优选的，出水管道与水平面的夹角小于30°，更优选的，该夹角可以是5°，10°，或者15°。如图2所示，出水管道与涡流沉积分离装置的主体沿周向相切并插入至主体内部，污水沿分离装置外壳5切向方向进入主体内，形成涡流流动。

具有反冲洗功能的涡流沉积分离装置，包括外壳5，生物滤料层16，涡流出水口10和排渣口15。生物滤料层16间隔设置在外壳5内，并将分离装置主体分割为两个区域，生物滤料层16和外壳5之间的区域为反冲洗进水区，生物滤料层16内部为旋流过滤区。反冲洗水进入口21设置在反冲洗进水区顶部。絮凝装置的出水管道倾斜向下连接至生物滤料层16，与旋流过滤区连通。反冲洗水进入口21和出水管道位于分离装置同侧。出水管道以与生物滤料层16的圆周体相切的方式插入生物滤料层16内壁固定，使得水流进入生物滤料层16内的旋流过滤区形成涡流状态。旋流过滤区内还设置有导流筒6，导流筒6位于旋流过滤区上部，出水管道的对应位置处。导流筒6通过支撑装置(未示出)安装到生物滤料层16内部。导流筒6包括内筒8、外筒9和涡流出水口10。在生物滤料层16、导流筒外筒9和内筒8之间分别形成环形空间，水沿生物滤料层16切向方向进入旋流过滤区内，在生物滤料层16和导流筒外筒9之间以及导流筒外筒9和内筒8之间形成涡流状态，导流筒6的设置进一步加大水在分离装置主体内的离心作用。在离心力作用下，水体中的污泥便会被分离，首先聚集在生物滤料层16的内壁附近，并在重力作用下沿着生物滤料层16内壁向下沉积；去除污染物的水体由导流筒6下部开口进入导流筒外筒9和内筒8之间的环形空间，螺旋上升后运动到涡流出水口10排出。涡流出水口10位于导流筒外筒9上部远离出水管道的一侧。导流筒外筒9为上小下大的圆台形状，从而使得水体可以在涡流沉积分离装置的旋流过滤区内进行螺旋下降运动，有利于分离后的水经导流筒6外筒下部进入到导流筒外筒和内筒之间的空间内。优选的，导流筒外筒9形成的圆台母线与其高线的夹角小于10°，更优选的，该夹角可以是3°或者5°。导流筒内筒8为圆柱形，使得水体在导流筒内筒8和外筒9之间螺旋上升流动，并从涡流出水口10排出。

旋流过滤区内部还设置有导流板12，导流板12位于导流筒6下方的主体下部位置，从而在导流板12下方的旋流过滤区进一步形成沉积物收集区13。导流板12底部具有向下表面，并且在导流板底部具有集泥口14，生物滤料层16内壁沉积的污染物沿导流板12的向下表面引导至集泥口14，经集泥口14进入沉积物收集区13。在沉积物收集区13，生物滤料层16的侧壁上还设有排渣口15，沉积在沉积物收集区13的污染物从排渣口15排出。

在离心作用下，聚集在生物滤料层16内壁附近的污染物被吸附在生物滤料层16的多孔结构内，此外，生物滤料层16内的微生物具有降解作用，且不向水体释放有毒有害物，能大大强化水体的净化效果。生物滤料层16还设置有过滤出水口7，过滤出水口7位于涡流出水口10下方，反冲洗水进入口21的相对侧的生物滤料层16内壁并延伸出分离装置外部。在过滤出水口7还设置有过滤出水口阀门22。

涡流沉积分离装置还包括总出水管道11，总出水管道11分别连通涡流出水口10与过滤出水口7，由此使得去除污染物的污水和反冲洗过滤后的水流经总出水管道11向外排出。

涡流沉积分离装置为圆柱形筒体，该圆柱形筒体的高度是其底面直径的1.5～3倍，优选为2倍或者2.5倍。该长筒形结构使得发生涡流分离的导流筒设置在沉积物收集区上方，涡流分离和重力沉降区域上下布置，不仅增加了水体的净化处理量，而且大大减少了净化系统的占地面积。

生物滤料层16包括内外两层，内层为小颗粒生物滤料层19，外层为大颗粒生物滤料层20。小颗粒生物滤料层19由石英砂、微孔陶粒中任一种或两种组成，大颗粒生物滤料层20由沸石、火山石、大孔陶粒中的任一种或几种混合而成。

磁强化絮凝装置相对进水口1的侧壁底部还设置有磁粉回收口25。磁强化絮凝装置和涡流沉积分离装置底部具有分别向排渣口15和磁粉回收口25方向倾斜向下的表面，有利于污泥在重力作用下流出。

此外，具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化系统还包括磁粉回收利用设备。磁粉回收利用设备包括磁分离机17和再循环管道18，磁强化絮凝装置的磁粉回收口25和涡流沉积分离装置的排渣口15排出的污泥经过磁分离机17，把磁粉分离出来。磁分离机17的磁粉出口通过再循环管道18与磁粉加入口2连通，分离后的磁粉经过再循环管道18返回至磁粉加入口2，进行循环使用。磁粉回收利用设备可以与磁粉回收口25和排渣口15直接连接，也可以通过运输设备将磁粉回收口25和排渣口15排出的污泥运送至磁粉回收利用设备进行操作。通过磁粉的循环利用，大大节约了磁粉的消耗量，具有很好的经济及环境效应。

本发明还提供了一种具有反冲洗的混凝旋流过滤的净化方法，包括磁强化絮凝步骤、旋流强化过滤步骤和反冲洗步骤。

磁强化絮凝步骤包括：通过磁强化絮凝装置进行絮凝反应，将水从絮凝主体的进水口1引入絮凝装置内，污水在絮凝主体内依次与加入的磁粉、无机絮凝剂和有机絮凝剂混合，发生絮凝反应，使水中难以沉淀的颗粒互相聚合而形成絮凝体。不同药剂与污水混合的位置和阶段均不相同。磁粉能够强化絮凝内部的反应，大大提升了污染物沉降速率。经过磁强化絮凝过程的水体切向引导至涡流沉积分离装置，使得水体沿着与涡流沉积分离装置的周向相切的方式进入分离装置主体内部。旋流强化过滤步骤包括：污水经絮凝装置的出水管道切向进入生物滤料层16限定的旋流过滤区，在旋流过滤区形成涡流。旋流过滤区内还设置有导流筒6，强化涡流旋转；由于离心分离的作用，水体中携带的污染物便会被分离，聚集在生物滤料层16的内壁附近，并在重力作用下沉积到沉积物收集区13，由排渣口15排出；去除污染物的水体由导流筒6下部开口进入导流筒6中，经导流筒6的涡流出水口10排出。当生物填料层出现堵塞问题时或者当运行一定时间后，执行反冲洗步骤，以冲走沉积于生物滤料层16中的污物，提高吸附降解效率；反冲洗步骤包括：将洁净的水从反冲洗水进入口21引入反冲洗进水区，水流经生物滤料层16，冲走生物滤料层16中的污物，进入旋流过滤区，携带污物的水随后经由导流筒6的旋流分离作用，污泥等污染物沉降到沉积物收集区，通过排渣口排出。反冲洗后上层洁净的水从过滤出水口7排出。

净化方法还可以包括磁粉回收步骤，由磁粉回收口25和排渣口15排出的污染物被输送至磁粉回收设备，磁分离机17将磁粉从污染物中分离出来，并回送至磁粉加入口2，进行再循环利用。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。