專利名稱：具有簡化的污泥回流的加重絮凝和沉淀水處理系統及其工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種簡化的污泥回流系統，該污泥回流系統被增加至用于飲用水，或工業用水或廢水處理的系統，其可以包括來自于包括凝結、沉淀、絮凝和加重絮凝的組的方法組合，以便于通過減少加重物和水損失而提高其效率。本發明還涉及一種特別由于簡化的污泥回流系統的增加而可能實現的特定流體流動特性，并且其進一步提高了工藝效率。
背景技術：
水處理設備對于飲用水、廢水和工業用水的凈化是不可缺少的，其中水已暴露于各種尺寸和構成的污染物中。因此，凈化工藝試圖使用適當選取的方法來除去那些污染物， 這些方法通常依賴于為適用該處理的大的槽罐中的水的容積。取決于流量，一些污染物足夠稠密以下沉和累積在那些槽罐的底部，而其他的污染物大到足以用過濾器從水中成功過濾出。然而，一些被稱為膠質的污染物為微小顆粒，其均勻地分布在無法通過物理手段從為水和膠質混合物的水狀膠質溶液中有效分離的混合物內部，并且因此需要特殊的處理方法。
為了將水與不需要的污染物分離，必須經歷凈化的某幾個步驟。可以進行預處理以便于取回大碎片并調節水的PH值以促進處理的后續步驟。為了消除較小的懸浮顆粒并因此使水凈化，水處理設備通常包括將絮凝劑引入在水內的絮凝區域，該絮凝劑或是聚合體(如改性聚丙烯酰胺)、化學產品(如硅酸鈉)或是極少情況下具有同樣性質的天然產品。 通過加入這樣的絮凝劑，污染物的絮狀物(顆粒聚合體)開始從膠質中形成。具有回旋葉片的混合器通常攪拌位于絮凝區域內部的混合物，以便于使絮凝劑和污染物之間的接觸最大化，從而能夠產生更大的絮狀物。
稱為絮凝的第一步工藝可以通過加入加重物質(如微砂粒)進一步改善,加重物質作為加重物和催化在水和污染物溶液內部的絮凝反應的接觸物質。當加入加重物時，上述的絮凝劑與膠質的絮狀物和其它顆粒結合一起，從而通過聚集先前產生的絮狀物連同砂粒顆粒產生甚至更大和更重的絮狀物。這繼而具有使得絮凝和下個處理步驟更快地發生的優勢。
水處理工藝的下個步驟稱為沉淀。其發生在沉淀區域，而且利用重力用與其重量成正比的力將每個物體拉至地球表面的事實。所以，較重顆粒更易被拖拽至該容積區域的底部，因此，顆粒狀的加重物如砂粒的加入(而不是必要的)可以對工藝產生有價值的加入， 減少絮狀物在區域的底部沉下來所需的時間。絮凝工藝因而是減少液體溶液內部的懸浮膠質數量的主要手段，從膠質中產生相對重的絮狀物，該膠質不會像液體溶液內部的較大懸浮顆粒那樣在重力作用下有效地下沉至沉淀區域的底部。經凈化的水在其從沉淀區域溢出時而隨后被收集。若加重物用于絮凝區域中，則加重絮狀物然后積累在沉淀區域的底部，且包括砂粒和顆粒污染物,進而需要被處理以從污染物中分離砂粒。
包括污染物、膠質、水以及有時候也包括砂粒的混合物形成通常所謂的“污泥”，在盡可能多的砂粒和水的提取后欲從系統中去除污泥，以便于使工藝效率最大化。提取的砂粒在工藝中反復地被使用，無需在作用的全過程中增加更多，取決于前述提取的效能。
被稱為凝結的非必要的附加步驟可以被加入水處理工藝以便于進一步提高其效率。如果被包括在工藝中，它通常是第一步，通過第一步，污水在預處理后開始其凈化。此步驟在于將三價金屬鹽加至水和污染物溶液中。鹽(通常鐵或鋁化合物)在水中溶解，釋放出帶有三個正電荷的離子，該離子與膠質結合并且然后形成小聚合體。當將絮凝劑加入溶液，那些聚合體組合成絮狀物，而且由于它們是比膠質本身較大的顆粒，所以它們將聚合體聚集成絮狀物比沒有先前凝結的工藝相對更容易，并且因此以在設備內包括了另一個區域、凝結區域的代價增加了程序效率，并且增加了三價金屬鹽的費用。
經凈化的水通常在沉淀區域之后被過濾，以便于除去可能仍懸浮在水內部的未沉淀的絮狀物和顆粒。在沉淀之后產生的污泥的水含量依然太高，并且因此需要稠化手段來將它降低到足以方便運送，例如送至垃圾填埋地點。這種增加的工藝要花很多時間起效而且經常需要大量的空間，例如在開放的空氣蒸發場的情況(或在干燥床)下。一種替代方案是擠壓的方法，擠壓的方法要求將污泥壓在織物過濾器上以提取盡可能多的液體，之后·由殘余固體污染物形成壓縮殘餅。離心過濾方法使用離心力從污泥中提取水，而對于擠壓來說，則將殘余污染物形成壓縮餅。在另一方面，這些方法需要專用機械或大量開放空間來起效，根據需要它們的團體的經濟和地理情況，這些方法是昂貴的而且可能不實用。
另一個實際水處理設備的普遍問題是從產生的污泥中提取砂粒加重物，這導致材料的不必要浪費。發明內容
本發明的第一個目的是通過提供通過使用改進的污泥回流系統從污泥中漸進清除水的增強手段，來減少水處理設備排出的污泥體積，該水處理設備代表性地利用包括凝結、絮凝、沉淀和加重絮凝的水處理方法的組合。
本發明的第二個目的是提出增強水處理工藝的裝置，該裝置可以以較低成本加裝到現有的設備以及新建的裝置上。
本發明的第三個目的是減少在這樣的設備中的污泥水清除裝置(purging means) 的尺寸。
本發明的第四個目的是消除被一些處理設備使用的外部污泥水清除池的需求，從而減少在這樣的設備中的運行成本及水處理工藝的持續時間。
本發明的第五個目的是減少在可包括加重絮凝的水處理工藝期間加重物的損失量。
本發明提供一種用于已存在的和將來的水處理設備的解決方案，該水處理設備需要降低容納在于水處理之后收回的殘余污泥內部的水量以便于減少隨后要被處理的廢物量的裝置。它還減少了以進一步濃縮污泥所需的裝置的成本和尺寸。本發明通過增加加重物的回收率，還減少了在具有一定類型的液體和固體分離裝置的有關設備中的加重物的損失，由在本發明可能提出的那些裝置中的污泥再插入的多個重復循環完成。
包括凝結、加重絮凝和沉淀的水處理工藝一般允許污泥固體物質含量在O. 05%與O.I %之間(O. 5至I. O克/升)。當與本發明的簡化污泥回流系統結合，廣泛的測試顯示含量證實增加至30g/L以上，同時排出的污泥體積下降達到百分比30%與97%之間，并且需要較小的污泥稠化設備。
本發明還允許以相當于一種水回收的比率回收加重物。下表將本發明的性能結果與一般水處理系統的性能結果作比較。
權利要求
1.被增加至水處理設備的沉淀區域的污泥回流系統，該水處理設備使用從由絮凝、沉淀、凝結和加重絮凝組成的組中選出的至少一種凈化方法，所述污泥回流系統用于所述污泥以漸進水清除方式的重復循環，所述系統包括一下游污泥回收容器，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區域的一定容量，其中污泥可以在重力作用下積聚在所述沉淀區中；一回流裝置，包括i.液體和固體分離裝置，其通過除去處于液體溶液中的固體污染物而使得液體溶液得以凈化；ii.回流裝置，包括回流管路，在其入口端處連接至所述污泥回收腔以及在其出口端處連接至所述液體和固體分離裝置；再插入管路，在其入口端處起作用地連接至所述液體和固體分離裝置以及在其出口端處連接至所述污泥回收容器；以及排除管路，在其入口端處連接至所述再插入管路以及在其下游出口端處將高密度污泥排出在所述水處理設備的外面；iii.在所述污泥通過所述污泥回流系統的重復循環期間起作用的裝置，用于將所述污泥從所述污泥回流系統通過所述排除管路漸進排除；以及iv.在所述重復循環期間驅使所述污泥進入所述回流裝置的裝置。
2.如權利要求I中的污泥回流系統，其中所述驅使所述污泥進入所述回流裝置的裝置為位于所述回流管路下游的泵。
3.如權利要求2中的污泥回流系統，其中所述液體和固體分離裝置為相對于所述泵安裝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，所述溢流出口連接到所述回流裝置以及所述底流出口傾注在絮凝區域內。
4.如權利要求3中的污泥回流系統，其中進一步提供從包括流量控制裝置和固體含量控制裝置的組中選出的控制裝置，來以優化所述水力旋流器效率的方式調節流過所述回流裝置的所述液體溶液流。
5.如權利要求4的污泥回流系統，其中所述用于將所述污泥從所述污泥回流系統通過所述排除管路漸進排除的裝置為與所述流量控制裝置結合運行的懸浮固體分析儀，以通過使流速適應所述污泥的所述固體成分含量來進一步優化所述水力旋流器的效率。
6.如權利要求5中的污泥回流系統，其中所述沉淀區域包括旋轉刮具，所述旋轉刮具包括相對于所述沉淀區域平面并在所述平面內旋轉的頂部部分和底部部分，所述旋轉刮具將沉積于所述沉淀區域的所述底部的所述污泥以保持其落地的方式引導至所述污泥回收腔，并且相對于所述刮具的平面有效地將所述沉淀區域分離為第一上區段和第二下區段， 這樣將位于所述第二下部分內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與所述沉淀區域的所述第一上部分隔離。
7.如權利要求6中的污泥回流系統，其中所述旋轉刮具為空中心的，其形成中空軸并且與在所述污水回收腔內部傾注的所述回流裝置的所述再插入管路的下游端部分相符。
8.如權利要求7中的污泥回流系統，其中在所述刮具的所述底部部分上與所述中空軸同軸地凸出有倒置錐，其基本上阻止位于所述污泥回收腔中的所述液體溶液動態地流回所述再插入管路并且使通過所述回流管路的流最大化。
9.如權利要求6中的污泥回流系統，其中所述回流裝置向外延伸至所述污泥回收容器。
10.如權利要求5中的污泥回流系統，其中所述回流裝置的所述再插入管路出口開在所述污泥回收腔之內。
11.如權利要求7中的污泥回流系統，其中砂粒沉淀室進一步被包括在所述回流裝置中，并被安裝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，從而使得在污泥包含砂狀物質的情況下在所述回流裝置內能夠回收砂狀顆粒物質。
12.如權利要求7中的污泥回流系統，其中所述回流裝置包括水力旋流器、安裝至所述再插入管路的回流流量控制閥以及同樣安裝至所述再插入管路的懸浮固體分析儀，控制所述流量控制閥的開啟和關閉取決于所述污泥在所述回流裝置內部的含量。
13.如權利要求I中的污泥回流系統，其中懸浮固體分析儀安裝在給所述水處理設備供水的進口管處，這樣使得實現根據水內部的膠質污染物含量來控制通過所述回流裝置的水流。
14.如權利要求7中的污泥回流系統，其中所述水力旋流器在污泥回流系統中排出回流污泥。
15.利用如權利要求8中所述的污泥回流系統產生特定流體流動特性的方法，其阻止位于所述沉淀區域的所述第二下區段的污泥回到所述沉淀區域的所述第一上區段，以及使從所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步驟a)水和污染物絮狀物的混合物進入沉淀區域；b)所述絮狀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處的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀區域的一定容c)包括底部端和空的中心的旋轉刮具將沉積于所述容器的所述底部處的污泥以保持其落地的方式引導至所述污泥回收腔；d)具有入口的回流管路驅使污泥進入所述回流裝置，所述入口位于所述污泥回收腔內部并起作用地連接于泵；e)將一定量的污泥通過再插入管路再插入于所述污泥回收腔內，所述再插入管路具有位于所述刮具的所述空的中心內部的出口端；f)產生的污泥流由于下述的特定組合而沒有在所述再插入管路內部倒流地向所述回流管路流回i.所述旋轉刮具； .所述污泥回收腔；iii.所述回流裝置；iv.所述回流管路；以及V.所述回流裝置的所述再插入管路，其位于所述旋轉刮具的所述空的中心內部并且注入所述污泥回收腔。
16.如權利要求15中的產生特定流體流動特性的方法，其中倒置錐被增加至所述刮具的所述底部端，進一步使得所述污泥流能夠通過所述回流管路從所述再插入管路傾注，而不會在所述再插入管路內部倒流。
17.產生如權利要求9中所述的特定流體流動特性的方法，其阻止位于所述沉淀區域的所述第二下區段中的污泥回到所述沉淀區域的所述第一上區段，以及使從所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步驟a)水和污染物絮狀物的混合物進入沉淀區域；b)所述絮狀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處的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀區域的一定容c)包括底部端和空的中心的旋轉刮具將沉積于所述容器的所述底部處的污泥以保持其落地的方式引導至所述污泥回收腔；d)具有入口的回流管路驅使污泥進入所述回流裝置，所述入口位于所述污泥回收腔內部并起作用地連接于泵；e)將一定量的污泥通過再插入管路再插入于所述污泥回收腔內，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)產生的污泥流由于下述的特定組合而沒有在再插入管路內部倒流地向所述回流管路流回i.所述旋轉刮具； .所述污泥回收腔；iii.所述回流裝置；iv.所述回流管路；以及V.所述回流裝置的所述再插入管路，其位于所述污泥回收腔的壁上。
18.產生如權利要求17中的特定流體流動特性的方法，其中倒置錐被增加至所述刮具的所述底部端，進一步使得所述污泥流能夠通過所述回流管路從所述再插入管路傾注，而不會在所述再插入管路內部倒流。
19.產生如權利要求10中所述的特定流體流動特性的方法，其阻止位于所述沉淀區域的所述第二下區段中的污泥回到沉淀區域的所述第一上區段，以及使從所述再插入管路至所述回流管路的流最大化，包括以下步驟a)水和污染物絮狀物的混合物進入沉淀區域；b)所述絮狀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處的污泥回收腔，所述腔限定在重力作用下的所述沉淀區域的一定容c)具有入口的回流管路驅使污泥進入所述回流裝置，所述入口位于所述污泥回收腔內部并起作用地連接于泵；d)將一定量的污泥通過再插入管路再插入于所述污泥回收腔內，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)產生的污泥流由于下述的特定組合而沒有在再插入管路內部倒流地向所述回流管路流回i.所述污泥回收腔； .所述回流裝置；iii.所述回流管路；以及iv.所述回流裝置的所述再插入管路，其位于所述污泥回收腔的壁上。
20.如權利要求I中的污泥回流系統，其中所述用于將所述污泥從所述污泥回流系統漸進排除的裝置包括監控所述污泥的固體成分含量的裝置。
全文摘要
一種用于水處理的工藝，包含來自于包括凝結、沉淀、絮凝和加重絮凝的組的方法組合，其通過增加簡化的污泥回流系統得以進一步改進。對應本工藝的回流系統通過使積聚在沉淀區域底部的污泥經重復循環經過水力旋流器一定的次數因而增加經提取的污泥的固體顆粒密度，使得實現更高的污泥密度及較不顯著的水容量損失。系統還可以由懸浮固體分析儀、流量計和/或定時器控制。本發明還包括一種用本簡化的污泥回流系統產生特定流體流控制特性的方法，其進一步提高了工藝效率。
文檔編號C02F11/12GK102939268SQ201080064781
公開日2013年2月20日 申請日期2010年2月25日 優先權日2010年2月25日
發明者L.凱維龍 申請人:威立雅水務技術支持公司