一种机械自动化反冲洗污水处理装置的制作方法

本申请属于污水处理技术领域，具体一种机械自动化反冲洗污水处理装置专利申请事宜。

背景技术：

随着城镇化水平提升和人口规模的迅速扩大，城镇污水处理要求也越来越高，其中城镇污水处理重要指标之一是cod值是否达标。现有技术中，污水处理主要工艺流程是：先通过对污水进行固液分离（沉淀池），然后通过一定生化处理（曝气处理以进行好氧发酵）来降低cod值以实现达标排放。这种方式的主要弊端之一在于污水处理厂需要占用较大面积土地，而且污水处理速度较慢，难以满足实际污水处理需求。

结合现有污水处理工艺，为满足低能耗、低成本、低占地等技术需求，现有技术开发设计了一系列新的污水处理装置及工艺，例如：三沟式氧化沟法、sbr法、unitank工艺、曝气生物滤池（baf）、膜生物反应器（mbr）等一系列新型高效污水处理工艺。但总体而言，现有这些处理工艺或设备仍然存在一定的处理速度慢、处理成本高等弊端，而由于污水生产量的巨大，使得对于污水处理装置仍有进一步开发、设计的必要，以更好满足实际污水处理需要。

技术实现要素：

本申请目的在于提供一种机械自动化反冲洗污水处理装置，从而为污水的快速处理奠定基础。

本申请所采取的技术方案详述如下。

一种机械自动化反冲洗污水处理装置，装置整体呈箱体结构，依据功能不同，将箱体分为净水部、过滤处理部和液位压差反冲洗控制部三个部分；

其中净水部与过滤处理部中间设有冲孔板，由冲孔板区分为净水部和过滤处理部，冲孔板上部为净水部，下部为过滤处理部；液位压差反冲洗控制部设于箱体侧壁；同时在箱体顶部设有溢流口（净水出水口），箱体下部设有进水口（污水进水口）；

所述冲孔板，板体上设有若干透水孔，冲孔板材质应具有较高硬度，具体例如采用不锈钢板；透水孔孔径不宜过大，具体例如为：2~3mm；

各结构部具体而言：

所述过滤处理部，位于箱体下部，为由冲孔板与箱体底部所形成的空间；在过滤处理部的上部（也即，冲孔板下方）设有反渗滤网；同时箱体底部的底板上设计有放水口，在箱体内部的放水口处配套有用于密封放水口的密封阀；密封阀通过箱体外部所设污水杠杆封开启或者闭合；

所述反渗滤网，具体采用100~300目滤网，滤网材质应当采用具有耐腐蚀性、且具有较好强度的材质制备而成，具体例如采用不锈钢材质；

所述污水杠杆封，具体结构为：箱体底板外部设计有用于固定污水杠杆封的固定轴，密封阀通过连接杆连接于污水杠杆封的杠杆上；杠杆一端端头设计有用于用于下拉密封阀的配重块，另一端设计为沉水箱（或者采用沉水槽），沉水箱（或者沉水槽）底部设计有放水口；

优选设计中，冲孔板下部的反渗滤网呈“漏斗形”设计；具体设计时，反射滤网一端固定于箱体内壁上，另一端在底部通过横板连接呈漏斗形；为便于后续反冲洗过程的进行（反冲洗时需要水流快速排出），在连接反渗滤网的横板上设有浮动密封阀；

所述浮动密封阀，具体结构为：在连接反渗滤网的横板上设有固定筒，固定筒内贯穿有顶部横杆的限位杆，限位杆底部连接有浮动阀，限位杆中部可沿固定筒在一定范围内上下浮动；应用过程中，在污水浮力作用下，密封阀通过设定在固定筒内的限位杆上下浮从而对“漏斗形”反渗滤网底部进行密封或者开启；

进一步优选设计中，箱体侧壁上对应反渗滤网处开设有向内通气的单向进气阀，以调节反冲洗过程中的大气进入速度；

所述净水部，位于箱体上部，为由冲孔板上方与箱体顶板上部所形成的空间；净水部箱体顶板上设有出水口，出水口处设置有净水杠杆封；

所述净水杠杆封，具体结构为：在箱体顶板上设有杠杆固定轴，杠杆一端设有用于密封出水口的密封阀，另一端设有用内置配重块的水槽；同时箱体顶板上设置有卸压口，优选设计中，泄压口高度要高于出水口高度；

需要说明的是，优选设计中，杠杆固定轴设于将净水部分割为出水部和反冲洗延时控制部（泄压口位于反冲洗延时控制部）的隔板上；所述出水部主要用来排出过滤后净水，所述反冲洗延时控制部的净水主要经卸压口排出，通过调节卸压口的高度来实现后续反冲洗时大气压差的延时调节，从而实现延时反冲洗功能（延时的作用，主要在于使箱体内污水现行排出，便于后续过滤后净水的反冲洗）；

实际设计中，为确保处理后净水效果，排出净水的溢流口的高度要要高于净水杠杆封的高度；

优选设计中，净水部的冲孔板上方内部设有一个或若干对称设置的储水区；

所述液位压差反冲洗控制部，包括箱体外壁所设液位槽和冲水箱，所述液位槽与箱体侧壁整体形成“音叉”形结构，“音叉”上部腔体内设有浮球封，同时腔体底部开设有向下排水的单向排污口；“音叉”侧壁的液位槽顶部敞口，可以向“音叉”上部腔体内溢流进污水，“音叉”底部为沿箱体竖向平行的液位管，液位管底部与冲水箱贯通连接；

所述冲水箱，由设有冲水口的板体分为上下两个箱体，上箱体通过箱体侧壁所述液位口与过滤处理部连通；下箱体通过排污管连通于箱体外部，排污管的排污口正对污水杠杆封的沉水箱上方开口；

所述浮球封，具体结构为：中空的固定筒固定于“音叉”形腔体底部，固定筒内设有贯穿液位管的限位杆；限位杆顶部设有用于限定固定筒外部浮动装置的横杆，底部连接有用于密封冲水口的密封球；浮动装置套设于固定筒外部；所套设的浮动装置，借助于“音叉”上部腔体内水体浮力可以沿固定筒向上浮动，并进而通过带动限位杆的向上浮动带动密封球，从而实现对于冲水口的开启。

需要说明的是，使用该装置时，污水进水口需配合动力机械装置（例如水泵）持续向装置内通入污水并确保一定水压才能较好确保污水处理效果。

利用上述装置的具体污水处理过程为：

未使用状态下，在污水杠杆封端部配重的带动下，箱体底部放水口处于密封状态；污水处理过程中，待处理污水从箱体底部的进水口进入过滤处理部后，随着污水进入量增多，在污水浮力作用下，浮动封上浮从而使反渗透滤网形成一个密封性的“漏斗形”腔体；另一方面，部分污水通过液位口经冲水箱（冲水箱内的冲水口初始由浮球封密封）沿液位管随水流压力增大而向上流动；

在新进入污水压力作用下，过滤处理部内污水经反渗滤网的过滤后，经冲孔板进入净水部，进一步在水压作用下，处理后净水经出水口进入箱体顶部，而随着水流进入的增多并进一步进入净水杠杆封一端的水槽内，配合配重块的作用从而完全开启出水口，处理后净水最终从溢流口排出箱体外。

需要解释和说明的是，为确保污水过滤净化效果，反渗滤网的目数是有一定要求的，因此本申请中选择100~300目，这一目数虽然可以较好确保过滤效果，但随着反渗滤网上杂质的积累，污水过滤速度会逐渐减缓，但在持续性污水进水压力下，并不会完全阻止水流通过滤网，此时形成一种类似于反渗透的过滤效果，从而仍然可以保证净化效果。

随着反渗滤网杂质积累的增加，经反渗滤网过滤水流会逐渐减小，而进入污水处理部污水压力则不会发生变化，而由于此水力压差的存在，使得污水沿液位压差反冲洗控制部的液位槽溢入“音叉”形腔体内，在浮力作用下带动浮球封打开冲水箱，并持续将部分污水排出并进入箱体底部污水杠杆封的沉水箱内（此时液位槽内水位也快速下降）；而随着沉水箱重量的变化，最终通过杠杆作用带动开启箱体底部放水口的开启，此时污水处理部待处理（即，未处理污水）通过放水口快速排出（排出速度较为重要，因此放水口口径应当较大，例如可设计为400mm左右）。而随着污水处理部水流的快速排出，净水部水流也快速重新返回污水处理部并排出，而在净水部液位低于出水口后，净水杠杆封对净水部快速密封，同时由于污水处理部所形成的空腔会瞬时进入大量空气，在大气压作用下从而使得冲孔板上方净水部净水保留在冲孔板上方（净水部腔体内），不会立即下流重新返回污水处理部。

但是由于冲孔板上透水孔并非绝对密封状态，受制于重力作用，此时净水部的部分处理后净水会持续性（速度较慢）向下滴落重新返回污水处理部；随着净水部水流的持续减少，当净水部水流液位低于箱体顶部卸压口时，由于大气压差的变化，净水部水流会瞬时、大量重新返回污水处理部，而在经过反渗滤网时，由于此时水流量较大、水压较大，从而对反渗滤网上所过滤杂质快速反冲洗，并最后将反冲洗下的污水最终经放水口排出。

反冲洗结束后，随着沉水箱内污水的排出，在污水杠杆封配重块带动下重新密封放水口，并重新开始一个新的污水处理循环。

总体而言，本申请所提供自动化污水处理装置，其结构设计巧妙，除进水污水采用动力泵入外，整个反冲洗过程可实现机械自动化反冲洗，无需较多人力干预，因此运行成本较低。而且初步应用效果也表明，由于滤网目数选择较高，可实现较好过滤效果，大幅降低后续污水处理成本，而在用于一般性生活污水处理时，仅经此装置处理后，即可较好降低水体中cod，可实现污水的就地处理、就地利用，因此具有较好的实用价值和较好应用前景。

附图说明

图1为本申请所提供机械自动化反冲洗污水处理装置结构示意图；

图中：1、溢流口，2、出水口，3、净水杠杆封，4、卸压口，5、浮球封，6、液位槽，7、冲水箱，8、液位口，9、储水区，10、冲孔板，11、反渗滤网，12、浮动封，13、反渗滤网，14、放水口，15、进水口，16、沉水箱。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请做进一步解释说明，以使本领域技术人员能够更加清楚的了解本申请的技术方案。

实施例

如图1所示，本申请所提供的机械自动化反冲洗污水处理装置，装置整体呈箱体结构，依据功能不同，将箱体分为净水部、过滤处理部和液位压差反冲洗控制部三个部分；

其中净水部与过滤处理部中间设有冲孔板10，由冲孔板10区分为净水部和过滤处理部，冲孔板上部为净水部，下部为过滤处理部；液位压差反冲洗控制部设于箱体侧壁；同时在箱体顶部设有溢流口1（过滤后净水出水口），箱体下部设有进水口15（污水进水口）；

所述冲孔板10，板体上设有若干透水孔（图中未标示），冲孔板材质应具有较高硬度，具体例如采用不锈钢板，以保证反冲洗过程中对于水体较大的承载力；同时透水孔孔径不宜过大，以保证利用大气压承托反冲洗用水具有一定密封性，具体例如为：2~3mm。

所述过滤处理部，位于箱体下部，为由冲孔板10与箱体底部所形成的空间；在过滤处理部的上部（也即，冲孔板下方）设有反渗滤网；同时箱体底部的底板上设计有放水口14，在箱体内部的放水口处配套有用于密封放水口的密封阀；密封阀通过箱体外部所设污水杠杆封开启或者闭合；

所述污水杠杆封，具体结构为：箱体底板外部设计有用于固定污水杠杆封的固定轴，密封阀通过连接杆连接于污水杠杆封的杠杆上；杠杆一端端头设计有用于下拉密封阀的配重块，另一端设计为沉水箱16，同时沉水箱底部设计有放水口，以便及时排出沉水箱内水体。

所述反渗滤网，具体采用100~300目滤网，滤网材质应当采用具有耐腐蚀性、且具有较好强度的材质制备而成，以保证反冲洗过程中不会发生明显变形和较长使用时间，具体例如采用100目不锈钢材质的滤网。

本实施例中，冲孔板下部的反渗滤网呈“漏斗形”设计（由反渗滤网11和反渗滤网13相交形成）；具体设计时，反射滤网一端固定于箱体内壁上，另一端在底部通过横板连接呈漏斗形。

为便于后续反冲洗过程的进行（反冲洗时需要水流快速排出），在连接反渗滤网的横板上设有浮动密封阀；

所述浮动密封阀，具体结构为：在连接反渗滤网的横板上设有固定筒，固定筒内贯穿有顶部横杆的限位杆，限位杆底部连接有浮动阀，限位杆中部可沿固定筒在一定范围内上下浮动。应用过程中，在污水浮力作用下，密封阀通过设定在固定筒内的限位杆上下浮从而对“漏斗形”反渗滤网底部进行密封或者开启。

由于后续需要利用大气压的“上托”左右，因此，进一步优选设计中，箱体侧壁上对应反渗滤网处开设有向内通气的单向进气阀（后续污水排空后，单向向污水处理部腔体内进入空气，污水处理过程中不会开启），以调节反冲洗过程中的大气进入速度。

所述净水部，位于箱体上部，为由冲孔板10上方与箱体顶板上部所形成的空间；净水部箱体顶板上设有出水口2，出水口2处设置有净水杠杆封3；同时箱体顶板上设置有卸压口4，实际设计中，泄压口4高度应高于出水口2的高度（主要是为反冲洗预留适当前置时间，避免立即的反冲洗，确保反冲洗效果）。

所述净水杠杆封，具体结构为：在箱体顶板上设有杠杆固定轴，杠杆一端设有用于密封出水口的密封阀，另一端设有内置配重块的水槽；同时箱体顶板上设置有卸压口4，优选设计中，泄压口高度要高于出水口高度。

实际设计中，在净水部设计有隔板，隔板将净水部分割为出水部和反冲洗延时控制部（卸压口4位于反冲洗延时控制部），而杠杆固定轴即设计于此隔板上。出水部主要用来排出过滤后净水，而反冲洗延时控制部的净水主要经泄压口4排出，通过调节泄压口4的高度来实现后续反冲洗时大气压差的调节，从而实现延时反冲洗功能（延时的作用，主要在于使箱体内污水现行排出，便于后续过滤后净水的反冲洗）。

优选设计中，净水部的冲孔板上方内部设有一个或若干对称设置的储水区9；这种设计的主要原因在于，在反渗滤网的每个过滤初期不能完全保证过滤效果（随着运行时间延长及反渗滤网上杂质的积累，类似于“渗滤”的作用效果可确保较佳过滤效果，因此在反渗滤网的过滤前期，过滤效果反倒相对较差），会有适量杂质进入净水部，而由于净水部水流排出速度相对较慢，因此净水部内水体杂质可进一步沉淀与储水区内（反冲洗过程中，储水区内水体不参与反冲洗），以待设备维修保养时统一处理。

所述液位压差反冲洗控制部，包括箱体外壁所设液位槽6和冲水箱7；所述液位槽6与箱体侧壁整体形成“音叉”形结构，“音叉”上部腔体内设有浮球封5，同时腔体底部开设有向下排水的单向排污口（图中未示出，所述单向排污口，主要是指腔体内污水可以向下沿液位管重新返回污水处理部或者进入冲水箱7内，但污水无法从液位管直接进入腔体内）；“音叉”侧壁的液位槽6顶部敞口，可以向“音叉”上部腔体内溢流进污水，“音叉”底部为沿箱体竖向平行的液位管，液位管底部与冲水箱贯通连接；

需要注意的是，实际设计中，液位槽6顶部敞口的高度应适当高于最终净水排出的溢流口1，以确保反冲洗时机的适当。

所述冲水箱7，由设有冲水口的板体分为上下两个箱体，上箱体通过箱体侧壁所述液位口8与过滤处理部连通；下箱体通过排污管连通于箱体外部，排污管的排污口正对污水杠杆封的沉水箱16上方开口。

所述浮球封5，具体结构为：中空的固定筒固定于“音叉”形腔体底部，固定筒内设有贯穿液位管的限位杆；限位杆顶部设有用于限定固定筒外部浮动装置的横杆，底部连接有用于密封冲水口的密封球；浮动装置套设于固定筒外部；所套设的浮动装置，借助于“音叉”上部腔体内水体浮力可以沿固定筒向上浮动，并进而通过带动限位杆的向上浮动带动密封球，从而实现对于冲水口的开启（在缺乏浮力时，受重力作用，密封球下沉即可实现对冲水口的闭合）。

具体污水处理及反冲洗过程详细解释如下：

使用该装置时，污水进水口需配合动力机械装置（例如水泵）持续向装置内通入污水并确保一定水压才能较好确保污水处理效果。而未使用状态下，在污水杠杆封端部配重的带动下，箱体底部放水口14是处于密封状态的。

污水处理开始时，待处理污水从箱体底部的进水口15进入过滤处理部后，随着污水进入量增多，在污水浮力作用下，浮动封12上浮从而使反渗透滤网形成一个密封性的“漏斗形”腔体；另一方面，部分污水通过液位口8经冲水箱7（冲水箱内的冲水口初始状态由浮球封密封）沿液位管向上流动（污水处理初期，液位槽内液位与箱体内液位保持平行）。

在新进入污水压力作用下，过滤处理部内污水经反渗滤网的过滤后，经冲孔板10进入净水部，进一步在水压作用下，处理后净水经出水口2进入箱体顶部，而随着水流进入的增多并进一步进入净水杠杆封3一端的水槽内，配合配重块的作用从而完全开启出水口2，处理后净水最终从溢流口1排出箱体外。

应用过程中，为确保污水过滤净化效果，本申请中反渗滤网选择100~300目，这一目数虽然可以较好确保过滤效果，但随着反渗滤网上杂质的积累，污水过滤速度会逐渐减缓，但在持续性污水进水压力下，并不会完全阻止水流通过滤网，此时会逐渐形成一种类似于反渗透的过滤效果，从而可以保证净化效果。

随着反渗滤网杂质积累的增加，经反渗滤网过滤水流会逐渐减小，而进入污水处理部污水压力则不会发生变化，而由于此水力压差的存在，使得污水沿液位压差反冲洗控制部的液位槽6溢入“音叉”形腔体内，在浮力作用下带动浮球封5打开冲水箱7的冲水口，并持续将部分污水排出并进入箱体底部污水杠杆封的沉水箱16内（此时液位槽内水位也快速下降，同时随着“音叉”形上方腔体污水的下泄，浮球封重新对冲洗箱进行密封）；而随着沉水箱16重量的变化，最终通过杠杆作用带动开启箱体底部放水口14的开启，此时污水处理部待处理污水（即，未处理污水）通过放水口14快速排出（排出速度较为重要，因此放水口口径应当较大，例如可设计为400mm左右）。而随着污水处理部水流的快速排出，净水部水流也快速重新返回污水处理部并排出，而在净水部液位低于出水口2后，净水杠杆封3对净水部出水口2快速密封，同时由于污水处理部所形成的空腔会瞬时进入大量空气，在大气压作用下从而使得冲孔板10上方净水部净水保留在冲孔板10上方（净水部腔体内），不会立即下流重新返回污水处理部（此过程类似于大气压对倒置水杯内水的托举实验）。

但是由于冲孔板10上透水孔并非绝对密封状态，受制于重力作用，此时净水部的部分处理后净水会持续性（速度较慢）向下滴落重新返回污水处理部；随着净水部水流的持续减少，当净水部水流液位低于箱体顶部卸压口4时，由于大气压差的变化，净水部水流会瞬时、大量重新返回污水处理部，而在经过反渗滤网时，由于此时水流量较大、水压较大，从而对反渗滤网上所过滤杂质快速反冲洗，并最后将反冲洗下的污水最终经放水口14排出。

反冲洗结束后，随着沉水箱16内污水的排出，在污水杠杆封配重块带动下重新密封放水口14，并重新开始一个新的污水处理循环。

以300t/天生活污水处理规模为例，具体结构规格设计方面，污水处理部容积大约在4m³左右，此时配合380mm的放水口，污水处理部污水大约10s左右即可排空；而为配合反冲洗效果，净水部顶板距离冲孔板高度应在5~6m左右，但该装置整体结构应在10m以内（需考虑大气压作用高度）。以郑州市某城中村生活污水及郑州市某屠宰厂屠宰污水（屠宰污水中含有大量脂肪、油性成分，cod较高）处理为例，初步应用效果表明，大约每2天自动反冲洗一次，可将原水（生活污水）进行较好净化，cod可降低90%以上，可初步满足城市浇灌用水等所需中水要求，表现出较好实用价值。