公开(公告)日2013.02.20
IPC分类号C02F11/00; C02F11/12; C02F1/52
摘要
一种用于水处理的工艺，包含来自于包括凝结、沉淀、絮凝和加重絮凝的组的方法组合，其通过增加简化的污泥回流系统得以进一步改进。对应本工艺的回流系统通过使积聚在沉淀区域底部的污泥经重复循环经过水力旋流器一定的次数因而增加经提取的污泥的固体颗粒密度，使得实现更高的污泥密度及较不显著的水容量损失。系统还可以由悬浮固体分析仪、流量计和/或定时器控制。本发明还包括一种用本简化的污泥回流系统产生特定流体流控制特性的方法，其进一步提高了工艺效率。
权利要求书
1. 被增加至水处理设备的沉淀区域的污泥回流系统，该水处理设备使用从由絮凝、沉淀、凝结和加重絮凝组成的组中选出的至少一种净化方法，所述污泥回流系统用于所述污泥以渐进水清除方式的重复循环，所述系统包括：
-下游污泥回收容器，包括位于所述容器的底部部分的污泥回收腔，所述腔限定所述沉淀区域的一定容量，其中污泥可以在重力作用下积聚在所述沉淀区中;
-回流装置，包括：
i. 液体和固体分离装置，其通过除去处于液体溶液中的固体污染物而使得液体溶液得以净化;
ii. 回流装置，包括：
回流管路，在其入口端处连接至所述污泥 回收腔以及在其出口端处连接至所述液体和固体分离装置;
再插入管路，在其入口端处起作用地连接至所述液体和固体分离装置以及在其出口端处连接至所述污泥回收容器;以及
排除管路，在其入口端处连接至所述再插入管路以及在其下游出口端处将高密度污泥排出在所述水处理设备的外面;
iii. 在所述污泥通过所述污泥回流系统的重复循环期间起作用的装置，用于将所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除;以及
iv. 在所述重复循环期间驱使所述污泥进入所述回流装置的装置。
2. 如权利要求1中的污泥回流系统，其中所述驱使所述污泥进入所述回流装置的装置为位于所述回流管路下游的泵。
3. 如权利要求2中的污泥回流系统，其中所述液体和固体分离装置为相对于所述泵安装在所述回流管路下游的水力旋流器，所述水力旋流器包括溢流出口和底流出口，所述溢流出口连接到所述回流装置以及所述底流出口倾注在絮凝区域内。
4. 如权利要求3中的污泥回流系统，其中进一步提供从包括流量控制装置和固体含量控制装置的组中选出的控制装置，来以优化所述水力旋流器效率的方式调节流过所述回流装置的所述液体溶液流。
5. 如权利要求4的污泥回流系统，其中所述用于将所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除的装置为与所述流量控制装置结合运行的悬浮固体分析仪，以通过使流速适应所述污泥的所述固体成分含量来进一步优化所述水力旋流器的效率。
6. 如权利要求5中的污泥回流系统，其中所述沉淀区域包括旋转刮具，所述旋转刮具包括相对于所述沉淀区域平面并在所述平面内旋转的顶部部分和底部部分，所述旋转刮具将沉积于所述沉淀区域的所述底部的所述污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔，并且相对于所述刮具的平面有效地将所述沉淀区域分离为第一上区段和第二下区段，这样将位于所述第二下部分内的所述再插入管路出口端、所述污泥回收腔及所述回流管路入口端与所述沉淀区域的所述第一上部分隔离。
7. 如权利要求6中的污泥回流系统，其中所述旋转刮具为空中心的，其形成中空轴并且与在所述污水回收腔内部倾注的所述回流装置的所述再插入管路的下游端部分相符。
8. 如权利要求7中的污泥回流系统，其中在所述刮具的所述底部部分上与所述中空轴同轴地凸出有倒置锥，其基本上阻止位于所述污泥回收腔中的所述液体溶液动态地流回所述再插入管路并且使通过所述回流管路的流最大化。
9. 如权利要求6中的污泥回流系统，其中所述回流装置向外延伸至所述污泥回收容器。
10. 如权利要求5中的污泥回流系统，其中所述回流装置的所述再插入管路出口开在所述污泥回收腔之内。
11. 如权利要求7中的污泥回流系统，其中砂粒沉淀室进一步被包括在所述回流装置中，并被安装于所述排除管路的和所述再插入管路的上游及所述水力旋流器的下游，从而使得在污泥包含砂状物质的情况下在所述回流装置内能够回收砂状颗粒物质。
12. 如权利要求7中的污泥回流系统，其中所述回流装置包括水力旋流器、安装至所述再插入管路的回流流量控制阀以及同样安装至所述再插入管路的悬浮固体分析仪，控制所述流量控制阀的开启和关闭取决于所述污泥在所述回流装置内部的含量。
13. 如权利要求1中的污泥回流系统，其中悬浮固体分析仪安装在给所述水处理设备供水的进口管处，这样使得实现根据水内部的胶质污染物含量来控制通过所述回流装置的水流。
14. 如权利要求7中的污泥回流系统，其中所述水力旋流器在污泥回流系统中排出回流污泥。
15. 利用如权利要求8中所述的污泥回流系统产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段的污泥回到所述沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：
a) 水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域;
b) 所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量;
c) 包括底部端和空的中心的旋转刮具将沉积于所述容器的所述底部处的污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔;
d) 具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵;
e) 将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述刮具的所述空的中心内部的出口端;
f) 产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在所述再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：
i. 所述旋转刮具;
ii. 所述污泥回收腔;
iii. 所述回流装置;
iv. 所述回流管路;以及
v. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述旋转刮具的所述空的中心内部并且注入所述污泥回收腔。
16. 如权利要求15中的产生特定流体流动特性的方法，其中倒置锥被增加至所述刮具的所述底部端，进一步使得所述污泥流能够通过所述回流管路从所述再插入管路倾注，而不会在所述再插入管路内部倒流。
17. 产生如权利要求9中所述的特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段中的污泥回到所述沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：
a) 水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域;
b) 所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量;
c) 包括底部端和空的中心的旋转刮具将沉积于所述容器的所述底部处的污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔;
d) 具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵;
e) 将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述污泥回收腔的壁上的出口端;
f) 产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：
i. 所述旋转刮具;
ii. 所述污泥回收腔;
iii. 所述回流装置;
iv. 所述回流管路;以及
v. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述污泥回收腔的壁上。
18. 产生如权利要求17中的特定流体流动特性的方法，其中倒置锥被增加至所述刮具的所述底部端，进一步使得所述污泥流能够通过所述回流管路从所述再插入管路倾注，而不会在所述再插入管路内部倒流。
19. 产生如权利要求10中所述的特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段中的污泥回到沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：
a) 水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域;
b) 所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量;
c) 具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵;
d) 将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述污泥回收腔的壁上的出口端;
e) 产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：
i. 所述污泥回收腔;
ii. 所述回流装置;
iii. 所述回流管路;以及
iv. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述污泥回收腔的壁上。
20. 如权利要求1中的污泥回流系统，其中所述用于将所述污泥从所述污泥回流系统渐进排除的装置包括监控所述污泥的固体成分含量的装置。
说明书
具有简化的污泥回流的加重絮凝和沉淀水处理系统及其工艺
技术领域
本发明涉及一种简化的污泥回流系统，该污泥回流系统被增加至用于饮用水，或工业用水或废水处理的系统，其可以包括来自于包括凝结、沉淀、絮凝和加重絮凝的组的方法组合，以便于通过减少加重物和水损失而提高其效率。本发明还涉及一种特别由于简化的污泥回流系统的增加而可能实现的特定流体流动特性，并且其进一步提高了工艺效率。
背景技术
水处理设备对于饮用水、废水和工业用水的净化是不可缺少的，其中水已暴露于各种尺寸和构成的污染物中。因此，净化工艺试图使用适当选取的方法来除去那些污染物，这些方法通常依赖于为适用该处理的大的槽罐中的水的容积。取决于流量，一些污染物足够稠密以下沉和累积在那些槽罐的底部，而其他的污染物大到足以用过滤器从水中成功过滤出。然而，一些被称为胶质的污染物为微小颗粒，其均匀地分布在无法通过物理手段从为水和胶质混合物的水状胶质溶液中有效分离的混合物内部，并且因此需要特殊的处理方法。
为了将水与不需要的污染物分离，必须经历净化的某几个步骤。可以进行预处理以便于取回大碎片并调节水的pH值以促进处理的后续步骤。为了消除较小的悬浮颗粒并因此使水净化，水处理设备通常包括将絮凝剂引入在水内的絮凝区域，该絮凝剂或是聚合体(如改性聚丙烯酰胺)、化学产品(如硅酸钠)或是极少情况下具有同样性质的天然产品。通过加入这样的絮凝剂，污染物的絮状物(颗粒聚合体)开始从胶质中形成。具有回旋叶片的混合器通常搅拌位于絮凝区域内部的混合物，以便于使絮凝剂和污染物之间的接触最大化，从而能够产生更大的絮状物。
称为絮凝的第一步工艺可以通过加入加重物质(如微砂粒)进一步改善，加重物质作为加重物和催化在水和污染物溶液内部的絮凝反应的接触物质。当加入加重物时，上述的絮凝剂与胶质的絮状物和其它颗粒结合一起，从而通过聚集先前产生的絮状物连同砂粒颗粒产生甚至更大和更重的絮状物。这继而具有使得絮凝和下个处理步骤更快地发生的优势。
水处理工艺的下个步骤称为沉淀。其发生在沉淀区域，而且利用重力用与其重量成正比的力将每个物体拉至地球表面的事实。所以，较重颗粒更易被拖拽至该容积区域的底部，因此，颗粒状的加重物如砂粒的加入(而不是必要的)可以对工艺产生有价值的加入，减少絮状物在区域的底部沉下来所需的时间。絮凝工艺因而是减少液体溶液内部的悬浮胶质数量的主要手段，从胶质中产生相对重的絮状物，该胶质不会像液体溶液内部的较大悬浮颗粒那样在重力作用下有效地下沉至沉淀区域的底部。经净化的水在其从沉淀区域溢出时而随后被收集。若加重物用于絮凝区域中，则加重絮状物然后积累在沉淀区域的底部，且包括砂粒和颗粒污染物，进而需要被处理以从污染物中分离砂粒。
包括污染物、胶质、水以及有时候也包括砂粒的混合物形成通常所谓的“污泥”，在尽可能多的砂粒和水的提取后欲从系统中去除污泥，以便于使工艺效率最大化。提取的砂粒在工艺中反复地被使用，无需在作用的全过程中增加更多，取决于前述提取的效能。
被称为凝结的非必要的附加步骤可以被加入水处理工艺以便于进一步提高其效率。如果被包括在工艺中，它通常是第一步，通过第一步，污水在预处理后开始其净化。此步骤在于将三价金属盐加至水和污染物溶液中。盐(通常铁或铝化合物)在水中溶解，释放出带有三个正电荷的离子，该离子与胶质结合并且然后形成小聚合体。当将絮凝剂加入溶液，那些聚合体组合成絮状物，而且由于它们是比胶质本身较大的颗粒，所以它们将聚合体聚集成絮状物比没有先前凝结的工艺相对更容易，并且因此以在设备内包括了另一个区域、凝结区域的代价增加了程序效率，并且增加了三价金属盐的费用。
经净化的水通常在沉淀区域之后被过滤，以便于除去可能仍悬浮在水内部的未沉淀的絮状物和颗粒。在沉淀之后产生的污泥的水含量依然太高，并且因此需要稠化手段来将它降低到足以方便运送，例如送至垃圾填埋地点。这种增加的工艺要花很多时间起效而且经常需要大量的空间，例如在开放的空气蒸发场的情况(或在干燥床)下。一种替代方案是挤压的方法，挤压的方法要求将污泥压在织物过滤器上以提取尽可能多的液体，之后由残余固体污染物形成压缩残饼。离心过滤方法使用离心力从污泥中提取水，而对于挤压来说，则将残余污染物形成压缩饼。在另一方面，这些方法需要专用机械或大量开放空间来起效，根据需要它们的团体的经济和地理情况，这些方法是昂贵的而且可能不实用。
另一个实际水处理设备的普遍问题是从产生的污泥中提取砂粒加重物，这导致材料的不必要浪费。
发明内容
本发明的第一个目的是通过提供通过使用改进的污泥回流系统从污泥中渐进清除水的增强手段，来减少水处理设备排出的污泥体积，该水处理设备代表性地利用包括凝结、絮凝、沉淀和加重絮凝的水处理方法的组合。
本发明的第二个目的是提出增强水处理工艺的装置，该装置可以以较低成本加装到现有的设备以及新建的装置上。
本发明的第三个目的是减少在这样的设备中的污泥水清除装置(purging means)的尺寸。
本发明的第四个目的是消除被一些处理设备使用的外部污泥水清除池的需求，从而减少在这样的设备中的运行成本及水处理工艺的持续时间。
本发明的第五个目的是减少在可包括加重絮凝的水处理工艺期间加重物的损失量。
本发明提供一种用于已存在的和将来的水处理设备的解决方案，该水处理设备需要降低容纳在于水处理之后收回的残余污泥内部的水量以便于减少随后要被处理的废物量的装置。它还减少了以进一步浓缩污泥所需的装置的成本和尺寸。本发明通过增加加重物的回收率，还减少了在具有一定类型的液体和固体分离装置的有关设备中的加重物的损失，由在本发明可能提出的那些装置中的污泥再插入的多个重复循环完成。
包括凝结、加重絮凝和沉淀的水处理工艺一般允许污泥固体物质含量在0.05%与0.1%之间(0.5至1.0克/升)。当与本发明的简化污泥回流系统结合，广泛的测试显示含量证实增加至30g/L以上，同时排出的污泥体积下降达到百分比30%与97%之间，并且需要较小的污泥稠化设备。
本发明还允许以相当于一种水回收的比率回收加重物。下表将本发明的性能结果与一般水处理系统的性能结果作比较。
如后所述的实施例一、二和三的元件的结合使建立阻止污泥再次进入沉淀区域的最高部分的复合三维流动成为可能。这种流动进一步提高了本发明的效率，而且为具体实施方式的详细说明中所描述的特别设计的结果。
本发明由被增加至水处理设备的沉淀区域的污泥回流系统组成，该水处理设备使用从由絮凝、沉淀、凝结和加重絮凝组成的组中选出的至少一种净化方法，所述污泥回流系统用于所述污泥以渐进(progressively)水清除的方式重复循环，所述系统包括：
-下游污泥回收容器，包括位于所述容器的底部部分的污泥回收腔，所述腔限定所述沉淀区域的一定容量，其中污泥可以在重力作用下积聚在所述沉淀区域中;
-回流装置，包括：
i. 液体和固体分离装置，其通过除去处于液体溶液中的固体污染物使得液体溶液得以净化;
ii. 回流装置，包括：
1. 回流管路，在其入口端处连接至所述污泥回收腔以及在其出口端处连接至所述液体和固体分离装置;
2. 再插入(reinsertion)管路，在其入口端处起作用地(operatively)连接至所述液体和固体分离装置以及在其出口端处连接至所述污泥回收容器;以及
3. 排除管路，在其入口端处连接至所述再插入管路以及在其下游出口端处将高密度污泥排出在所述水处理设备的外面;
iii. 在所述污泥通过污泥回流系统的重复循环期间起作用的装置，用于将所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除;
iv.在所述重复循环期间驱使所述污泥进入所述回流装置的装置。
优选地，所述驱使所述污泥进入所述回流装置的装置为位于所述回流管路下游的泵。而且，所述用于将所述污泥从所述污泥回流系统渐进排除的装置包括监控所述污泥的固体成分含量的装置。
优选地，所述液体和固体分离装置为安装在所述回流管路相对所述泵的下游的水力旋流器，其包括溢流出口和底流出口，所述溢流出口连接到所述回流装置以及所述底流出口倾注(pour)在絮凝区域内。
优选地，进一步提供从包括流量控制装置和固体含量控制装置的组中选出的控制装置，来调节所述液体溶液以优化所述水力旋流器效率的方式流过所述回流装置的速度。
优选地，所述用于将所述污泥从所述污泥回流系统通过所述排除管路渐进排除的装置为与所述流量控制装置结合运行的悬浮固体分析仪，以通过使流速适应所述污泥的所述固体成分含量来进一步优化所述水力旋流器的效率。
优选地，所述沉淀区域包括旋转刮具，所述旋转刮具包括相对于所述沉淀区域平面并在所述平面内旋转的顶部部分和底部部分，所述旋转刮具将沉积于所述沉淀区域的所述底部的所述污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔并且相对于刮具的平面有效地将所述沉淀区域分离为第一上区段和第二下区段，这样将位于第二下部分内的所述污泥回收腔、所述回流管路入口端和所述再插入管路出口端与所述沉淀区域的所述第一上部分隔离。
优选地，所述旋转刮具为空中心的，其形成中空轴并与在所述污泥回收腔内部倾注的所述回流装置的所述再插入管路的下游端部分相符。
优选地，在所述刮具的所述底部部分上与所述中空轴同轴地凸出有倒置锥，其基本上阻止位于所述污泥回收腔中的所述液体溶液动态地流回所述再插入管路并使通过所述回流管路的流最大化。
优选地，所述回流装置向外延伸至所述污泥回收容器。
优选地，所述回流装置的所述再插入管路出口开在所述污泥回收腔之内。
优选地，砂粒沉淀室进一步被包括在所述回流装置中，并被安装于所述再插入管路的上游和所述排除管路的上游、及所述水力旋流器的下游，从而使得在污泥包含砂状物质的所述回流装置内能够回收砂状颗粒物质。
优选地，所述回流装置包括水力旋流器、回流流量控制阀、以及悬浮固体分析仪，所述回流流量控制阀安装至所述再插入管路，所述悬浮固体分析仪同样安装至所述再插入管路，所述回流装置根据所述污泥在所述回流装置内部的含量来控制所述流量控制阀的开启和关闭。
优选地，悬浮固体分析仪安装在给所述水处理设备供水的进口管处，这样根据水内部的胶质污染物含量来使得通过所述回流装置的水流得以控制。
优选地，所述水力旋流器在污泥回流系统中排出回流污泥。
本发明还包括利用所述污泥回流产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段的污泥回到所述沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：
a)水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域;
b)所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量;
c)包括底部端和空的中心的旋转刮具将沉积于所述容器的所述底部处的污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔;
d)具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵;
e)将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述刮具的空的中心内部的出口端;
f)产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：
i. 所述旋转刮具;
ii. 所述污泥回收腔;
iii. 所述回流装置;
iv. 所述回流管路;以及
v. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述旋转刮具的所述空的中心内部且注入所述污泥回收腔。
优选地，倒置锥被增加至所述刮具的所述底部端，进一步使得所述污泥流能够通过所述回流管路从所述再插入管路倾注，而不会在所述再插入管路内部倒流。
本发明还包括产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段中的污泥回到沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：
a)水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域;
b)所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量;
c)包括底部端和空的中心的旋转刮具将沉积于所述容器的所述底部处的污泥以保持其落地的方式引导至所述污泥回收腔;
d)具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并且起作用地连接于泵;
e)将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述刮具的空的中心内部的出口端;
f)产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：
i. 所述旋转刮具;
ii. 所述污泥回收腔;
iii. 所述回流装置;
iv. 所述回流管路;以及
v. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述污泥收回腔的壁上。
优选地，倒置锥被增加至所述刮具的所述底部端，进一步使得所述污泥流能够通过所述回流管路从所述再插入管路倾注，而不会在所述再插入管路内部倒流。
本发明还包括产生特定流体流动特性的方法，其阻止位于所述沉淀区域的所述第二下区段中的污泥回到沉淀区域的所述第一上区段，以及使从所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步骤：
a)水和污染物絮状物的混合物进入沉淀区域;
b)所述絮状物然后落至下游的污泥回收容器形成污泥，所述污泥回收容器包括位于所述容器的底部部分处的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀区域的一定容量;
c)具有入口的回流管路驱使污泥进入所述回流装置，所述入口位于所述污泥回收腔内部并起作用地连接于泵;
d)将一定量的污泥通过再插入管路再插入于所述污泥回收腔内，所述再插入管路具有位于所述污泥回收腔的壁上的出口端;
e)产生的污泥流由于下述的特定组合而没有在再插入管路内部倒流地向所述回流管路流回：
i. 所述污泥回收腔;
ii. 所述回流装置;
iii. 所述回流管路;以及
iv. 所述回流装置的所述再插入管路，其位于所述污泥回收腔的壁上。
