一种旋转沉砂设备及其工艺的制作方法

本发明涉及一种旋转沉砂设备及其工艺。

背景技术：

沉砂池在污水处理厂的投资、占地等方面所占的比例很小，但却是城市污水处理厂中必不可少的预处理设施，其主要功能是去除污水中的砂粒，减少砂粒对机械设备造成过量磨损。将沉砂池安装在后续处理设备前能减少废水处理设施的运行和维修费用。砂粒是无机物，无法用生物方法予以清除，若取消沉砂池，大量砂粒将进入后续处理单元，给污水厂的正常运行带来诸多隐患。事实上，水体中砂粒粒径越小越有利于污水处理工艺的正常运行。

目前，传统沉砂池有主要有平流沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池等，这些传统沉砂池主要用于去除污水中粒径占水体总砂粒80％的35～55μm范围内的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。其工作原理是以重力分离为基础，进水流速较低，使得比重大的无机颗粒下沉，有机悬浮颗粒随水流流走，但对较小粒径的砂粒无法处理。随着人们对水质的要求越来越高，理论上污水中不含砂粒能最大化发挥生物处理工艺的优势，而事实上污水中砂粒无法彻底清除，故处理25～35μm砂粒对后续生物处理工艺作用更大。然而，传统沉砂池对大于35μm砂粒处理效率也并不高，实际处理效率一般在15％～70％范围内，且运行并不稳定。此外，由于进水速度较低，有机物与砂粒分离不彻底，从而影响了出水水质。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足而提供了一种提高进水速度，加大砂粒与有机物的分离效率的同时，提高沉砂池砂粒粒径在25～35μm之间的处理效率，其处理效率高达90％，达到节约投资与运行成本的一种旋转沉砂设备及其工艺。

本发明采用如下技术方案实现：一种旋转沉砂设备，包括沉砂池，所述沉砂池包括设置在下部的倒锥形的沉砂区和设置在上部的圆柱形的进出水区，所述进出水区设有进水口、出水口和导流装置，所述沉砂区的底部设有污砂出口，所述导流装置将进水口流入的水导向沉砂区的内壁，所述沉砂池内还设有洗砂器和搅拌叶片，所述搅拌叶片设置在沉砂池的中部、沉砂区和进出水区之间，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区和上部缓存区，所述洗砂罐在洗砂区的底部设有进出砂口，所述进出砂口通过第一阀与吸排砂管连通，所述洗砂罐在缓存区设有洗砂污水口，所述洗砂污水口通过第二阀与洗砂污水管道连通，所述吸排砂管的吸砂口设置在沉砂区的底部，所述洗砂罐内设有与真空泵连接的真空吸孔和与曝气系统连接的曝气头，所述曝气头的曝气出口均匀分布在洗砂区的底部。

所述导流装置包括圆柱形的导流板，所述导流板的上端通过环形盖板与沉砂池进出水区的内壁密封连接，所述导流板的下端与砂池进出水区的内壁形成导水口，所述导水口与沉砂池沉砂区的内壁设有一角度。

所述导水口与沉砂池沉砂区的内壁设有一角度为25°～45°。

所述进水口和出水口外安装的进水管和出水管与导流板之间设有一角度，使得进出水的方向与导流板的圆周相切，并且所述进水管和出水管布设的方向使得进出水均顺着沉砂池内水旋转方向。

所述进水管和出水管的夹角为270°。

所述倒锥形沉砂区与上部圆柱形进出水区高度之比为2.5:1～3.5:1，倒锥形倾角为55°～75°。

所述污砂出口上设有第三阀。

所述洗砂罐为环形洗砂罐，所述洗砂罐的中部设有旋转轴，所述搅拌叶片安装在所述旋转轴上，所述搅拌叶片通过旋转轴带动旋转，所述旋转轴通过设置在沉砂池外部的驱动电机驱动旋转。

所述第一阀和第二阀均为电磁阀。

一种旋转沉砂工艺，包括如下步骤：

a、将污水以不小于3m/s的速度，沿导流板的圆周切线方向导入沉砂池，污水在导流板的作用下与沉砂区的内壁碰撞；

b、启动搅拌叶片带动沉砂池内污水旋转，搅拌叶片的最大线速度不超过0.6m/s，并且保证水在沉砂池内的水力停留时间在1～30min以内；

c、排砂之前，首先关闭第一和第二电磁阀，开启洗砂器和真空泵，将洗砂罐内抽成真空，保证洗砂罐内真空度在0.01～0.05MPa，当洗砂罐内真空度达到要求后，关闭真空泵，开第一电磁阀，污砂通过排污砂管进入洗砂罐内，洗砂器满水后，关闭第一电磁阀，同时进行微孔曝气，曝气0.5～2min；

d、在曝气的同时，开启第二电磁阀将洗砂废水排放，废水排完后，开第一电磁阀，清洗完后的砂粒通过重力作用重新回到沉砂池中，开启第三阀门排沙。

由于采用上述结构，本发明通过设置在进水口的导流装置与倒锥形的沉砂区的内壁相配合，使得从进水口进入的污水导向与沉砂区的内壁碰撞，使得较重的砂粒在与内壁碰撞的过程中着壁滑落至沉砂区的底部，然后剩余的污水在搅拌叶片的作用下带动旋转，使得污水中的较轻的砂粒在重力、水平作用力、搅拌离心力的作用下，被甩到沉砂区的内壁上，慢慢沿着壁滑落至沉砂区的底部，通过沉砂出口排出，处理后的净水从上部出水口流出，进水管和出水管与导流装置设置的角度，保证进水可以以高速进入，并且不扰乱沉砂池内水流，由于进水速度快，砂粒易与内壁进行高速碰撞，从而砂粒中的有机物易受到较大的碰撞而流失到水体中，使得砂粒与砂粒上的有机物的彻底分离，通过搅拌叶片控制水流速度，保证污水在沉砂池内停留时间在1～30min以内，洗砂器为间隔开启，可多次对污砂进行清洗。通过洗砂器对污砂的再次洗砂，可将砂粒和有机物彻底分离(有机物是后续水处理过程中微生物的重要能源物质)，洗砂器由于采用曝气系统对砂粒进行清洗，从而可以保证粒径在25～35μm的砂粒的二次清洗，曝气系统产生的微小气泡，在气体上浮过程中，气体与砂粒黏附在一起，促使砂粒与有机物之间形成气–固、固–液界面而进行彻底分离，保证砂粒与砂粒中有机物的分离效率高达90％。

综上所述，本发明通过对污水处理厂旋转沉砂池的设备改造和处理工艺等方面的改进，在提高进水速度，加大砂粒与有机物的分离效率的同时，提高沉砂池砂粒粒径在25～35μm之间的处理效率，其处理效率高达90％，达到节约投资与运行成本的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明洗砂器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图1至3所示，一种旋转沉砂设备，包括沉砂池，所述沉砂池包括设置在下部的倒锥形的沉砂区16和设置在上部的圆柱形的进出水区，所述进出水区设有进水口1、出水口2和导流装置10，出水口2的水平位置高于进水口1的水平位置0.5～1.2m，所述沉砂区16的底部设有污砂出口5，所述污砂出口5上设有第三阀，所述导流装置10包括圆柱形的导流板，所述导流板的上端通过环形盖板与沉砂池进出水区的内壁密封连接，使得导流板、环形盖板和沉砂池进出水区的内壁之间形成导流槽，所述导流板的下端与砂池进出水区的内壁形成导水口，所述导水口与沉砂池沉砂区的内壁设有一角度，所述导流装置10将进水口流入的水导向沉砂区的内壁，所述进水口和出水口外安装的进水管和出水管与导流板之间设有一角度，使得进出水的方向与导流板的圆周相切，并且所述进水管和出水管布设的方向使得进出水均顺着沉砂池内水旋转方向。

所述沉砂池内还设有洗砂器9和搅拌叶片8，所述搅拌叶片8设置在沉砂池的中部、沉砂区16和进出水区之间，所述洗砂器包括吸排砂管7、洗砂罐和洗砂污水管道3，所述洗砂罐为环形洗砂罐，所述洗砂罐的中部设有旋转轴14，所述搅拌叶片安装在所述旋转轴14上，所述搅拌叶片通过旋转轴带动旋转，所述旋转轴14通过设置在沉砂池外部的驱动电机驱动旋转。所述洗砂罐内包括设置在下部的洗砂区和设置在上部的缓存区，所述洗砂罐在洗砂区的底部设有进出砂口6，所述进出砂口6通过第一电磁阀15与吸排砂管7连通，所述洗砂罐在缓存区设有洗砂污水口，所述洗砂污水口通过第二电磁阀与洗砂污水管道3连通，所述吸排砂管的吸砂口设置在沉砂区的底部，所述洗砂罐内设有与真空泵12连接的真空吸孔和与曝气系统17连接的曝气头18，所述曝气头的曝气出口均匀分布在洗砂区的底部。

本装置的工作流程如下：

污水在进水口1进入沉砂池后，在导流装置10的引导下，污水按螺旋方式进行从上往下运行，通过与搅拌叶片8的配合下，处理后的污水从沉砂池的中部向上从出水口2流入下一污水处理单元。污水中的较轻的砂粒在重力、水平作用力、搅拌离心力的作用下，被甩到新型设备的壁上，慢慢沿着壁滑落至沉砂区16的底部，通过沉砂出口5排出。此外，砂粒重量较大的颗粒，在重力和水流速度给予的水平力共同作用下，呈螺旋状向下运动最后掉落到沉砂区中。沉入到沉砂区16内的污砂，通过吸排砂管7在第一电磁阀15的控制下，通过真空泵12和水压的作用，吸入到洗砂器9内，然后砂粒在曝气系统17作用下通过曝气头18形成微小气泡进行气体冲洗砂粒，进一步将砂粒中的有机物进一步清洗出来。清洗完后的砂粒在重力作用下再通过第一电磁阀15和吸排砂管7重新回到沉砂区，而被清洗后废水在第二电磁阀的作用下通过洗砂污水管道3排出，常压下，洗砂罐内水位应与出水口2水位在同一水平上。洗砂器清洗的砂粒，主要针对粒径在25～35μm的砂粒进行二次清洗。由于该范围内的砂粒，粒径较小，颗粒间粘性较大，极难与有机物分离通过简单的固液分离设备使其分离开来。本发明中借助曝气系统产生的微小气泡，在气体上浮过程中，气体与砂粒黏附在一起，促使砂粒与有机物之间形成气—固、固—液界面而进行彻底分离。故砂粒与砂粒中有机物的分离效率较高，可高达90％。

其中，搅拌叶片搅拌速度宜控制在正好出现旋涡为佳，搅拌叶片最大线速度不宜超过0.6m/s，同时，搅拌叶片宜为4片，污水在沉砂池内的水力停留时间在1～30min以内为宜。

其中，进水中砂粒粒径最小可达25μm。处理砂粒大小，取决于砂粒的粒径重量和密度、水体进水流量和速度、新型设备高度和直径、内斜壁的角度等。可根据最终处理砂粒粒径的大小，根据流体力学理论知识，反推计算各参数。

实施例：

设计一直径在1.8m，高3m的沉砂池对某城镇污水厂的进水砂粒粒径在25～45μm占比90％的城镇污水进行处理。在进水速度在4m/s、3m/s、2m/s，水力停留时间在40s、50s、60s，搅拌线速度0.7m/s、0.6m/s、0.5m/s进行正交实验，以有效分离砂粒粒径在≥25μm作为参考指标，结果表明，进水速度3m/s、水力停留时间在60s、搅拌线速度0.6m/s处理效果最好，砂粒分离率最小为90.73％，最大为94.58％。