公布日：2023.09.22
申請日：2023.08.14
分類號：C02F1/24(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F103/10(2006.01)N
摘要
本發明涉及一種AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，包括：外筒體、內筒體、絮凝反應區、旋流布水區、固液浮升分離區、微正壓氣液分離區、斜板沉降分離區和排污區；外筒體內垂直設有內筒體，內筒體與外筒體同軸，內筒體的高度低于外筒體，內筒體的側壁為圓柱柱面狀的支撐結構；內筒體為中空裝置。本發明的有益效果是：設備占地面積小，投資及運行費用低；電耗低；采用水氣正壓混合方式，溶氣量大；油水分離效率在95%以上，油水分離效率較高。本發明還設置有自動排泥和清洗裝置，能夠進行自動排泥和污泥池清洗；適用于城鄉工業給排水處理、石油開采煉化和新能源高濃度有機廢水處理、循環水處理、富氧生化、污泥濃縮、物料分離等領域。
權利要求書
1.一種AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，其特征在于，包括：外筒體（4）、內筒體（21）、絮凝反應區、旋流布水區、固液浮升分離區、微正壓氣液分離區、斜板沉降分離區和排污區；外筒體（4）內垂直設有內筒體（21），內筒體（21）與外筒體（4）同軸，內筒體（21）的高度低于外筒體（4），內筒體（21）的側壁為圓柱柱面狀的支撐結構（5）；內筒體（21）為中空裝置；外筒體（4）與內筒體（21）間的環形柱體中自上而下形成微正壓氣液分離區、旋流布水區、固液浮升分離區、斜板沉降分離區和排污區；絮凝反應區位于外筒體（4）進水端，絮凝反應區設有進水管（1）和管道混合器（2）；進水管（1）連接管道混合器（2）的進水端，管道混合器（2）的出水端連通水管，進水管穿過外筒體（4）進入旋流布水區；伸入旋流布水區的水管出水方向為外筒體（4）的切線方向；外筒體（4）外側的絮凝反應區下方設有供氣裝置（6）和供水管，供水管上側方開口連接供氣裝置（6）；內筒體（21）中設有氣液混合器（8），供水管伸入外筒體（4）內連接氣液混合器（8）的進液口；氣液混合器（8）側壁上均勻設有排氣釋放裝置；固液浮升分離區中，內筒體（21）頂部與外筒體（4）平齊的平面上設有排放反應氣液的連通器（10）；內筒體（21）頂部設有收渣盤（9），收渣盤（9）頂部的高度低于連通器（10）所處高度；收渣盤（9）中心設有排渣口（14），排渣口（14）連接排渣管（15）；排渣管（15）的出口端延伸至外筒體（4）外；氣液混合器（8）頂部伸出排氣液管道，排氣液管道上設有液位控制閥（12），外筒體（4）頂部壁上設有排氣孔（11）；氣液混合器（8）下部的內筒體（21）側面設有斜板沉降分離區，斜板沉降分離區內沿豎直方向設有一至兩塊斜板（13）；處于斜板沉降分離區的內筒體（21）內部為中間池，中間池側壁頂部至斜板頂部部分開設有多處出水孔；中間池底部設有排水管；斜板沉降分離區下方為排污區，排污區頂部設有攔截器（16），攔截器（16）底部設有污泥池（17）；設有與污泥池（17）對應的進水管支管（20）和排污管，進水管支管（20）和排污管上均設有排污閥（19）；進水管支管（20）為進水管（1）的分支管道。
2.根據權利要求1所述AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，其特征在于：伸入旋流布水區的水管帶有彎頭，進水管支管（20）的沖洗端部也設有彎頭（3）。
3.根據權利要求1所述AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，其特征在于：排渣管（15）設于內筒體（21）中氣液混合器（8）底部的空間內。
4.根據權利要求1所述AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，其特征在于：排氣孔（11）由輸氣管道連接與管道混合器（2）相連的供水管，且連接處位于管道混合器（2）后。
5.根據權利要求4所述AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，其特征在于：供氣裝置（6）連接的供水管前端還連接有供水裝置（7），供水裝置（7）連接配備自動沖洗閥門的進水管支管（20）。
6.根據權利要求1所述AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，其特征在于：連通器（10）下部周邊固定設有八字型的斜坡實體。
7.根據權利要求1所述AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，其特征在于：斜板（13）與內筒體（21）向下成45°～60°角。
8.一種如權利要求1至7中任一項所述AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：進水管（1）接通進水，根據進水水質情況，選擇性向管道混合器（2）中加入絮凝劑，進水管（1）的出水從彎頭排出，在內筒體（21）與外筒體（4）之間的環形柱體內形成旋流；供氣裝置（6）在供水沿供水管進入氣液混合器（8）前，從供水管側壁開口向供水管供氣，在供水管道中對供水進行氣攪拌，得到氣液混合液；氣液混合液分布至氣液混合器（8），從氣液混合器（8）側壁的排氣釋放裝置中以微氣泡的形式排出，微氣泡吸附小顆粒浮渣瞬間加速浮升，沿收渣盤（9）側壁溢流入收渣盤（9）底部并逐步消泡，從排渣口（14）集中排渣；微氣泡消泡產生的氣體從外筒體（4）頂部的排氣孔（11）排出；微氣泡吸附小顆粒浮渣瞬間加速浮升，進水中的大顆粒污染物向下沉降至斜板（13），水流沿著斜板底面通過出水孔進入中間池，并從中間池側面的排水管（18）排出；大顆粒污染物沿斜板（13）的坡度向下沉降至攔截器（16）頂部，攔截器（16）對大顆粒污染物進行進一步脫水后，將污泥沉降至攔截器（16）下方的污泥池（17）內；進水管（1）的進水從進水管支管（20）進入污泥池（17），定期沖洗掉污泥池（17）內的污泥，沖洗后的泥水混合液在排污閥（19）控制下由排泥管排出。
9.根據權利要求8所述AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊的工作方法，其特征在于：微氣泡消泡產生的氣體從外筒體（4）頂部壁上的排氣孔（11）排出后，經輸氣管道回收至管道混合器相連的供水管中，整個裝置頂部排出的氣具備一定微正壓，可以將從排氣孔排出微正壓的氣體利用起來，向供水管中溶氣，進行氣攪拌促進氣液混合，產生氣液混合液，氣液混合液進入浮升分離區后可使更多的浮渣快速上浮；外筒體（4）與內筒體（21）間的環形柱體中氣浮產生的部分處理水，由回流泵循環泵入供水裝置（7）和供氣裝置（6）前，供氣裝置（6）向氣液混合器（8）供給壓縮氣體和帶有壓力的水溶液；在石油開采業中，供氣裝置（6）所供氣體為氮氣或天然氣；其他水處理項目中，供氣裝置（6）所供氣體為壓縮空氣。
發明內容
本發明的目的是克服國內外現有氣浮技術中的不足，提供一種AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊及工作方法。
這種AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，其特征在于，包括：外筒體、內筒體、絮凝反應區、旋流布水區、固液浮升分離區、微正壓氣液分離區、斜板沉降分離區和排污區；外筒體內垂直設有內筒體，內筒體與外筒體同軸，內筒體的高度低于外筒體，內筒體的側壁為圓柱柱面狀的支撐結構；內筒體為中空裝置；
外筒體與內筒體間的環形柱體中自上而下形成微正壓氣液分離區、旋流布水區、固液浮升分離區、斜板沉降分離區和排污區；
絮凝反應區位于外筒體進水端，絮凝反應區設有進水管和管道混合器；進水管連接管道混合器的進水端，管道混合器的出水端連通水管，進水管穿過外筒體進入旋流布水區，管道混合器用于選擇性加入絮凝劑；伸入旋流布水區的水管出水方向為外筒體的切線方向，只有這樣才能在筒體內將進水形成旋流，以旋流的方式布水；由于進水在旋流布水區所接觸到的內筒體外壁為圓柱柱面，在進水產生旋流時，旋流能夠無阻力地沿著內筒體外壁旋流，若內筒體外壁不是圓柱狀，而是側壁上存在角度，則進水會碰撞在其外壁上產生折流，不會產生流線形水流；旋流的目的是讓水壓分布均勻，促進絮凝，均衡水壓，省去了攪拌時間；
外筒體外側的絮凝反應區下方設有供氣裝置和供水管，供水管上側方開口連接供氣裝置；內筒體中設有氣液混合器，供水管伸入外筒體內連接氣液混合器的進液口；氣體必須要溶于水，減壓時氣泡才能產生加速度，使絮凝體瞬間吸附微氣泡上浮，因此在管道中先進行氣攪拌(管道內流速大的情況下，水的壓強小，供氣裝置排出的氣體僅需較低的氣壓就可以進入到氣液混合器中)，然后將氣液混合液分布至固液浮升分離區；氣液混合器側壁上均勻設有排氣釋放裝置，用于將氣液混合液進一步混合并產生微氣泡，使微氣泡瞬間從下至上吸附著絮凝體(SS)上浮；
固液浮升分離區中，內筒體頂部與外筒體平齊的平面上設有排放反應氣液的連通器，氣液混合器產生溶于水的微氣泡，微氣泡吸附著小顆粒浮渣瞬間加速浮升，進入固液浮升分離區；內筒體頂部設有收渣盤，收渣盤頂部的高度(其高度根據處理液體的種類會不同)低于連通器所處高度，二者間的高度差令帶小顆粒浮渣的微氣泡能夠輕松沿收渣盤側壁溢流入收渣盤底部收集；收渣盤中心設有排渣口，排渣口連接排渣管；排渣管的出口端延伸至外筒體外進行排渣；氣液混合器8頂部伸出排氣液管道，排氣液管道上設有液位控制閥12，液位控制閥用于控制氣液混合器的工作液位；連通器下部周邊固定設有八字型的斜坡實體，令帶小顆粒浮渣的微氣泡更快地浮升至收渣盤頂部；收渣盤相當于下陷的一個圓形的槽；當微氣泡逐步浮升，將浮渣從收渣盤頂部流入收渣盤后消泡，并匯入收渣管入口；
外筒體頂部設有排氣孔，用于排出浮升分離區化學絮凝反應浮升時產生的氣體；
氣液混合器下部的內筒體側面設有斜板沉降分離區，斜板沉降分離區內沿豎直方向設有一至兩塊斜板，便于大顆粒污染物沿斜坡向下沉降；處于斜板沉降分離區的內筒體內部為中間池，中間池側壁頂部至斜板頂部均勻布置若干出水孔，水流沿著斜板底面流入出水孔；水流從出水孔進入中間池；中間池底部設有排水管；
斜板沉降分離區下方為排污區，排污區頂部設有攔截器，攔截器底部設有污泥池；經由斜板沉降至攔截器頂部的大顆粒污染物經攔截器進一步脫水后污泥沉降到底部；泥水靜態沉降后水是在上層，泥在下層，攔截器應用微觀重力原理，進行泥水分流、固液分離和污泥濃縮的目的；設有與污泥池對應的進水管支管和排污管，進水管支管和排污管上均設有排污閥，進水管支管用于定期沖洗掉污泥池的污泥，在污泥積攢不超過設定量的情況下就立刻被沖走，排污閥用于控制排水管排出沖洗后的泥水混合液；沖洗水為進水的分支，沖洗周期一般為6h一次，每次3min左右，為在線沖洗，氣浮一體化模塊不停運。
作為優選，伸入旋流布水區的水管帶有彎頭，進水管支管的沖洗端部也設有彎頭，彎頭利用進水的動力，不用另外設計增加沖洗水。
作為優選，排渣管設于內筒體中氣液混合器底部的空間內。
作為優選，排氣孔由輸氣管道連接與管道混合器相連的供水管，且連接處位于管道混合器后，整個裝置頂部排出的氣具備一定微正壓，可以將從排氣孔排出的氣體的微正壓給管道混合器用，管道混合器后管道中的壓強低于排出氣體的壓強，將排出的氣體吸入管道，一方面能夠起到氣攪拌管道中液體的作用，另一方面防止廢氣排出至空氣中。
作為優選，供氣裝置連接的供水管前端還連接有供水裝置，用于為供氣裝置提供產生氣液混合液所需液體，供水裝置連接配備自動沖洗閥門的進水管支管。
作為優選，連通器下部周邊固定設有八字型的斜坡實體，令帶小顆粒浮渣的微氣泡更快地浮升至收渣盤頂部；收渣盤相當于下陷的一個圓形的槽；當微氣泡逐步浮升，將浮渣從收渣盤頂部流入收渣盤后消泡并匯入中心收渣管入口。
作為優選，斜板與內筒體向下成45°～60°角。
這種AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊的工作方法，包括以下步驟：
進水管接通進水，根據進水水質情況，選擇性向管道混合器中加入絮凝劑，進水管的出水從彎頭排出，在內筒體與外筒體之間的環形柱體內形成旋流，彎頭利用進水的動力，不用另外設計增加沖洗水，旋流能夠無阻力地沿著內筒體外壁旋流；旋流的目的是讓水壓分布均勻，促進絮凝，均衡水壓，省去了攪拌時間；
供氣裝置在供水沿供水管進入氣液混合器前，從供水管側壁開口向供水管供氣，在供水管道中進行，氣攪拌促進氣液混合，產生氣液混合液，氣液混合液進入固液浮升分離區后可使部分浮渣立即浮上；氣液混合液從氣液混合器側壁的排氣釋放裝置中以微氣泡的形式排出，微氣泡的平均粒徑為10μm；微氣泡吸附小顆粒浮渣瞬間加速浮升，進入固液浮升分離區，帶有小顆粒浮渣的微氣泡沿收渣盤側壁溢流入收渣盤底部并逐步消泡，從排渣口集中排渣；微氣泡消泡產生的氣體從外筒體頂部的排氣孔排出；
在微氣泡吸附著小顆粒浮渣瞬間加速浮升的同時，進水中的大顆粒污染物向下沉降至斜板，水流沿著斜板底面通過出水孔進入中間池，并從中間池側面的排水管排出；
大顆粒污染物沿斜板的坡度向下沉降至攔截器頂部，攔截器對大顆粒污染物進行進一步脫水后，將污泥沉降至攔截器下方的污泥池內；泥水靜態沉降后水是在上層，泥在下層，攔截器應用微觀重力原理，進行泥水分流、固液分離和污泥濃縮的目的；沖洗水從進水管的三通管定時進入污泥池，定期旋流沖洗掉污泥池內的污泥，在污泥積攢不超過設定量的情況下就立刻沖走，沖洗后的泥水混合液定時在排污閥控制下由排泥管排出。
作為優選：
微氣泡消泡產生的氣體從外筒體頂部壁上的排氣孔排出后，經輸氣管道回收至管道混合器相連的供水管中，整個裝置頂部排出的氣具備一定微正壓，可以將從排氣孔排出微正壓的氣體利用起來，向供水管中溶氣，進行氣攪拌促進氣液混合，產生氣液混合液，氣液混合液進入浮升分離區后可使更多的浮渣快速上浮；；
外筒體與內筒體間的環形柱體中氣浮產生的部分處理水，由回流泵循環泵入供水裝置和供氣裝置前，供氣裝置向氣液混合器供給壓縮氣體和帶有壓力的水溶液；
在石油開采業中，供氣裝置所供氣體為氮氣或天然氣；在大部分環保水處理項目設計中，供氣裝置所供氣體為壓縮空氣，壓縮空氣供氧量大，是生物凈水和環境保護最主要的自然資源。
本發明的有益效果是：
本發明設計的AEPCFU自動旋流氣浮一體化模塊，適用于城鄉工業給排水處理、石油開采煉化和新能源高濃度有機廢水處理、循環水處理、富氧生化、污泥濃縮、物料分離等領域。
本發明的在筒體內將進水形成旋流，微氣泡消泡產生的氣體從外筒體(4)頂部壁上的排氣孔(11)排出后，經輸氣管道回收至管道混合器相連的供水管中，整個裝置頂部排出的氣具備一定微正壓，可以將從排氣孔排出微正壓的氣體利用起來，向供水管中溶氣，進行氣攪拌促進氣液混合，產生氣液混合液，為進入固液浮升分離區創造更好的條件；氣浮產生部分處理水由0.5Mpa的回流泵經過供氣裝置及管道向氣液混合器供給氣液；將混合液回用至供氣裝置前，經過供氣裝置及管道向氣液混合器供給壓縮氣體和帶有壓力的水溶液
本發明設備占地面積小，投資及運行費用較低；采用0.3MPa左右壓力的溶氣泵，電耗低；且采用水氣正壓混合方式，溶氣量大；固液分離、油水分離效率在95％以上，氣體、液體和固體三相油水分離效率較高。本發明還設置有自動排泥和清洗裝置，能夠進行自動排泥和污泥池清洗。
（發明人：蔣惟光;蔣子陽）
