水平条缝式气水分离器

摘要

本发明提出的水平条缝式气水分离器，用于污水生化处理曝气池出水的气水分离，可避免气泡进入相邻的澄清池中，包括上升导流斜板⑴、竖向稳流板⑵、水平固定底板⑶、斜向导流沉泥板⑷和加强肋板⑸，所述水平固定底板⑶和上升导流斜板⑴的底部相连，上升导流斜板⑴顶部和竖向稳流板⑵底部相连；斜向导流沉泥板⑷一端和上升导流斜板⑴相连，另一端和水平固定底板⑶相连；加强肋板⑸一端和竖向稳流板⑵相连，另一端和水平固定底板⑶相连。本发明结构简单可靠，气水分离效果好，无需外加动力，与常规气水分离箱或气水分离室相比，本发明具有不占地、投资省、无故障、节能等诸多优点。

权利要求

1.水平条缝式气水分离器，其特征在于：包括上升导流斜板⑴、竖向稳流板⑵、水平固定底板⑶、斜向导流沉泥板⑷和加强肋板⑸，所述水平固定底板⑶和上升导流斜板⑴的底部相连，上升导流斜板⑴顶部和竖向稳流板⑵底部相连；斜向导流沉泥板⑷一端和上升导流斜板⑴相连，另一端和水平固定底板⑶相连；所述加强肋板⑸一端和竖向稳流板⑵相连，另一端和水平固定底板⑶相连。

2.如权利要求1所述的水平条缝式气水分离器，其特征在于：所述上升导流斜板⑴朝曝气池内倾斜，上升导流斜板⑴与水平面的夹角为50°～60°。

3.如权利要求1所述的水平条缝式气水分离器，其特征在于：所述竖向稳流板⑵顶端高于隔墙孔洞⑼上口，竖向稳流板⑵与水平面的夹角为75°～90°。

4.如权利要求1所述的水平条缝式气水分离器，其特征在于：所述斜向导流沉泥板⑷与水平面的夹角不小于40°。

说明书

水平条缝式气水分离器

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种污水曝气生化处理用的气水分离装置，特别是利用气泡浮力上升与水流下降之间的速度差，实现曝气混合液气泡分离的水平条缝式气水分离器。

背景技术

[0002] 常规的污水处理方法是以生化法为主，即活性污泥法和生物膜法两大类，其中活性污泥法是目前世界各国应用最广泛的一种二级生物处理工艺。活性污泥法工艺在曝气生化处理后，通常要进入二次沉淀池进行泥水分离，而目前有越来越多的中小规模污水处理采用澄清池替代常规二次沉淀池进行泥水分离，例如AO硅藻精土工艺、双面导流水力循环澄清工艺、IBR连续流间歇反应工艺、Z型和V型气提回流两级沉淀一体化工艺等。为了实现工程投资省、占用土地少和运行费用低的目的，可将曝气池与澄清池合建，使得曝气池出水直接进入澄清池，但会带来一个问题——曝气池水中气泡易随水流进入到澄清池中，将扰动悬浮泥渣层，继而严重影响澄清池出水水质。

[0003] 在水处理技术领域，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，就是将水流引入到和大气接触的较大容器中，该容器设于相对较高处，然后水流从容器下部流出，容器中水流下行速度很低，当气泡上升速度大于水流下行速度时，气泡自然从水面逸出。但传统方法除了需要占地外，还消耗了从曝气池到气水分离箱／室和气水分离箱／室到澄清池两端的水头，使得流程中的水头损失加大，不利于节能运行。

[0004] 基于上述背景和公知技术的诸多不足，加上中小规模污水处理曝气池和澄清池一体化的工程需要，使得本发明应运而生。

发明内容

[0005] 本发明在深化创新水处理公知技术的基础上，率先解决了中小规模污水处理曝气池和澄清池一体化需要解决的气水分离问题。本发明《水平条缝式气水分离器》，适用于1万吨／日规模及以下的污水曝气澄清一体化处理；同期申请的另一发明《仰斜孔洞式气水分离器》，适用于1万～10万吨／日规模的污水曝气澄清一体化处理。

[0006] 本发明的目的，是提出一种简便高效的、能够满足曝气池泥水气三相混合物气泡分离的装置，以便广泛应用于1万吨／日规模及以下的污水曝气澄清一体化处理。

[0007] 本发明除了高效解决气水分离之外，还显著减少了水池之间的水头损失、省去了气水分离箱／室并节省了占地和工程投资。本发明节能，免维护，运行管理简便。

[0008] 本发明是这样实现上述目的的。通过在曝气池一侧设置倾向于曝气池的上升导流斜板，以适当改变上升流的流向，为上升导流斜板背面的泥水混合液腾挪出一定的空间；再通过竖向稳流板的稳流作用，将气泡导向上方的水面释放，在竖向稳流板与隔墙之间，通过控制过流断面面积而控制泥水混合液的下行流速在一个小的适宜的流速范围之下，以保障气泡不被水流卷吸而下；通过在上升导流斜板背面再设置斜向导流沉泥板，板上沉泥将会顺水流方向被带走滑落到澄清池排泥斗中而不出现积泥现象；最后通过设置水平固定底板、加强肋板和固定件等辅助构件，加上装置的水平两端头与池壁紧密相接，顺利实现上述气水分离的目的。

[0009] 本发明水平条缝式气水分离器，包括上升导流斜板、竖向稳流板、水平固定底板、斜向导流沉泥板和加强肋板，所述水平固定底板通过固定组件固定在隔墙孔洞下表面上，水平固定底板和上升导流斜板的底部相连，上升导流斜板顶部和竖向稳流板底部相连；斜向导流沉泥板一端和上升导流斜板相连，另一端和水平固定底板相连；加强肋板一端和竖向稳流板相连，另一端和水平固定底板相连。

[0010] 所述上升导流斜板朝曝气池内倾斜，上升导流斜板与水平面的夹角为50°～60°。

[0011] 所述竖向稳流板顶端高于隔墙孔洞上口，竖向稳流板与水平面的夹角为75°～90°。

[0012] 所述斜向导流沉泥板与水平面的夹角不小于40°。

[0013] 本发明的技术独创性和技术可靠性，主要集中体现在以下三个方面：

[0014] 首先，本发明在科学实验数据的引领下，通过简捷巧妙的构造设计，在气水分离器的水流下向设计流速v下≤0.05m／s的情况下，可以确保气水分离效果，实现泥水气三相混合物中气、水彻底分离；同时，斜向导流沉泥板上的沉泥下滑与水流流向为同向流，也使得沉泥在水流推动作用和重力滑落作用的双重作用下顺利落入澄清池底部排泥斗槽中。该构造完全不同于常规的气水分离箱或气水分离室，具有明显的独创性与简捷性。

[0015] 第二，利用独创的整体倾斜状构造形式，不仅顺利实现了气泡的快速分离，而且水流经过气水分离器和隔墙孔洞时，其水头损失极小，仅为1～2cm甚至更小，主要原因是水流过孔流速小，基本无障碍，加上水流处于导流和稳流状态，水流平缓，曝气池和澄清池之间的水头差在工程上甚至可以忽略不计，因而本发明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。

[0016] 第三，最简洁的方式，往往也是最为可靠的方式。本发明构造简洁明了，采用金属材料或非金属材料设计，充分考虑了制作和施工安装，也考虑了防止混合液中杂质引起堵塞的问题，不占用曝气池容积，不会出现短流现象，属于免维护的节能型装置，确保了运行使用无忧。

[0017] 本发明水平条缝式气水分离器，具有三点最明显的有益效果：

[0018] 第一是简洁高效：本发明利用气泡浮力上升和水流下降的异向流作用，利用上升导流斜板和竖向稳流板营造的气泡上升流环境，利用上升导流斜板和竖向稳流板与隔墙之间形成的泥水混合液下行通道，在控制断面尺寸和流速的情况下，能够将气泡进行快速高效分离，且构造简洁，造价相对较低而气水分离效果显著，获得了其它气水分离设备或装置无法在水面下获得的意想不到的满意效果。

[0019] 第二是节能效果显著：本发明水平条缝式气水分离器用于曝气池出水的气泡分离，无需建设独立的气水分离箱／室，相比独立的气水分离箱／室，考虑其前后两端的水头损失，本发明共计节约水头在1m以上，不消耗其它任何动力，实现了节能和低成本运行的目的。因此，本发明是真正意义上的水处理节能环保装置。

[0020] 第三是技术经济性好：本发明水平条缝式气水分离器运行可靠性高，无任何机械活动部件和电动设备，也无需阀门装置，不易损坏，基本无维护工作量。应用到工程实践中，不仅明显节省了工程投资，节约了用地，降低了运行成本，而且实现了曝气与澄清两个工序的真正一体化，极大地方便了运行管理。

[0021] 上述各项优势充分表明，本发明水平条缝式气水分离器，不仅结构巧妙简洁、不耗能、不占地，而且工程投资省、运行成本低、运行管理简单，适合在我国水处理行业中和新型城镇化建设中广泛应用。

附图说明

[0022] 图1为本发明水平条缝式气水分离器的总体装配示意图。

[0023] 图2为本发明水平条缝式气水分离器的剖面结构示意图。

[0024] 图3为本发明水平条缝式气水分离器的立体结构示意图。

[0025] 其中：1—上升导流斜板、2—竖向稳流板、3—水平固定底板、4—斜向导流沉泥板、5—加强肋板、6—固定组件、7—曝气池、8—澄清池、9—隔墙孔洞。

具体实施方式

[0026] 实施例一

[0027] 本发明水平条缝式气水分离器，包括上升导流斜板1、竖向稳流板2、水平固定底板3、斜向导流沉泥板4和加强肋板5，所述水平固定底板3通过固定组件6固定在隔墙孔洞9下表面上，水平固定底板3和上升导流斜板1的底部相连，上升导流斜板1顶部和竖向稳流板2底部相连；斜向导流沉泥板4一端和上升导流斜板1相连，另一端和水平固定底板3相连；加强肋板5一端和竖向稳流板2相连，另一端和水平固定底板3相连。

[0028] 所述上升导流斜板1朝曝气池内倾斜，上升导流斜板1与水平面的夹角为50°，其作用一是适当改变上升流的流向，二是为上升导流斜板背面的泥水混合液腾挪出一定的空间。

[0029] 所述竖向稳流板2顶端高于隔墙孔洞9上口，上升气泡在竖向稳流板2的稳流作用，将被导向上方的水面，竖向稳流板2与水平面的夹角为90°。在竖向稳流板2与隔墙之间，通过控制过流断面面积而控制泥水混合液的下行设计流速在v下≤ 0.05 m／s的流速范围之内，该速度小于气泡上升逃逸速度，保障了气泡不被水流卷吸而下；

[0030] 所述斜向导流沉泥板4与水平面的夹角为45°，通过上升导流斜板1背面的斜向导流沉泥板4的导流和重力滑落作用，沉泥将会顺水流方向被带走并滑落到澄清池排泥斗中，斜向导流沉泥板4上不会出现积泥现象。

[0031] 实施例二

[0032] 本发明水平条缝式气水分离器，包括上升导流斜板1、竖向稳流板2、水平固定底板3、斜向导流沉泥板4和加强肋板5，所述水平固定底板3通过固定组件6固定在隔墙孔洞9下表面上，水平固定底板3和上升导流斜板1的底部相连，上升导流斜板1顶部和竖向稳流板2底部相连；斜向导流沉泥板4一端和上升导流斜板1相连，另一端和水平固定底板3相连；加强肋板5一端和竖向稳流板2相连，另一端和水平固定底板3相连。

[0033] 所述上升导流斜板1朝曝气池内倾斜，上升导流斜板1与水平面的夹角为60°。

[0034] 所述竖向稳流板2顶端高于隔墙孔洞9上口，竖向稳流板2与水平面的夹角为75°。

[0035] 所述斜向导流沉泥板4与水平面的夹角为43°。

[0036] 实施例三

[0037] 本发明水平条缝式气水分离器，包括上升导流斜板1、竖向稳流板2、水平固定底板3、斜向导流沉泥板4和加强肋板5，所述水平固定底板3通过固定组件6固定在隔墙孔洞9下表面上，水平固定底板3和上升导流斜板1的底部相连，上升导流斜板1顶部和竖向稳流板2底部相连；斜向导流沉泥板4一端和上升导流斜板1相连，另一端和水平固定底板3相连；加强肋板5一端和竖向稳流板2相连，另一端和水平固定底板3相连。

[0038] 所述上升导流斜板1朝曝气池内倾斜，上升导流斜板1与水平面的夹角为55°。

[0039] 所述竖向稳流板2顶端高于隔墙孔洞9上口，竖向稳流板2与水平面的夹角为83°。

[0040] 所述斜向导流沉泥板4与水平面的夹角为41°。

[0041] 水平条缝式气水分离器可用金属材料或非金属材料制造，为便于运输与安装可以分成几段拼装而成。本实施例中为不锈钢板焊接制成。

[0042] 水平条缝式气水分离器的工作过程如下：

[0043] 1、曝气池7中泥水气三相混合物在气水分离后，在推流作用下总是通过隔墙孔洞9向澄清池8流动，而气泡在浮力作用下始终有向上运动的趋势；

[0044] 2、在上升导流斜板1和竖向稳流板2的导流和阻隔下，池底曝气气泡将只能沿上升导流斜板1和竖向稳流板2向上运动，经过竖向稳流板2的顶部后，在不被卷吸的情况下，必定浮向曝气池7的水面释放；

[0045] 3、竖向稳流板2和隔墙之间的泥水混合液，在曝气池7和澄清池8两者之间的轻微压力差作用下先向下流动，再穿过隔墙孔洞9进入澄清池8。

[0046] 4、泥水混合液将源源不断经过隔墙孔洞9进入澄清池8，而只要控制好水平条缝式气水分离器的设计参数，也就是只要水流下向设计流速v下≤ 0.05 m／s，就不会将气泡卷吸到竖向稳流板⑵和隔墙之间的下行通道中，即可顺利实现气水分离工作过程。

[0047] 本实施例通过运用水平条缝式气水分离器，利用气泡浮力上升速度大于水流下行速度获得逃逸的原理，实现了高效率的气水分离目标。

[0048] 实施例四

[0049] 某小城市工业园区污水处理厂规划污水处理总量为10000m3／d，分两期建设，一3
期工程先建5000m ／d规模，采用Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理工艺，一期工程
3
设2格各2500m ／d的一体化池并联共墙而建，便于不停产分格检修。一期工程共采用4个水平条缝式气水分离器，其主要技术参数如下：

[0050] ① 单个气水分离器长度4700mm，总高度600mm；

[0051] ② 上升导流斜板1的水平倾角57°；

[0052] ③ 竖向稳流板2与隔墙之间的下行区宽度220mm；v下=0.014m／s；

[0053] ④ 材质：S304不锈钢，板厚3.0mm；

[0054] 该园区污水一体化处理设计进、出水水质表

[0055]项目 COD BOD5 SS TN NH3-N TP pH
进水水质(mg／L) 350 120 200 30 25 3.5 6~9
出水水质(mg／L) ≤50 ≤10 ≤10≤15≤5(8) ≤0.5 6~9
处理效率(%) ≥85.7 ≥91.7 ≥95≥50≥80(68) ≥85.7 —

[0056] 该园区污水处理厂定员4人，处理每m3污水的电耗和药耗直接成本合计为0.28元。倘若该污水处理厂采用常规的气水分离箱或气水分离室，则用地需要增加240 m2以上，相当于一期工程用地增加6%；且全流程水头损失增加1m，相当于污水进厂提升能耗增加7%以上。本实施例应用本发明水平条缝式气水分离器，与采用常规的气水分离箱或气水分离室相比，可节约工程投资约20万元。因此，本发明既可节约用地，又可节省工程投资，而且节能效果显著，操作管理简便，运行费用低廉，对我国节能型社会的建立和新型城镇化给排水工程建设，具有明显的促进作用。本发明的技术经济效益和环境效益非常显著。