本發(fā)明涉及一種污水處理裝置，特別涉及一種市政溢流污水處理裝置及方法。

背景技術(shù)：

近些年來，城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展引起了市政污水收集處理能力的不足，產(chǎn)生了溢流污水直排水體的現(xiàn)象，導(dǎo)致了水體環(huán)境持續(xù)惡化。市政溢流污水是指在雨雪天氣下、雨水徑流流入城市市政排水管網(wǎng)時，沖刷污水的流量超過排水管網(wǎng)系統(tǒng)的承載負(fù)荷，除了部分輸送至污水處理廠外，其余大量沖刷污水將被未經(jīng)過處理，直接經(jīng)管道溢流進(jìn)入地表水體從而造成水體污染。此外，市政污水排水管網(wǎng)特殊情況下（如暴雨初期雨污溢流、管線切割移位和爆管修復(fù)等）或污水處理廠過渡期（技改、維修等）容量受限無法輸送至污水處理廠而產(chǎn)生的市政溢流污水。

市政溢流污水按成因分析，大致有四個因素：一是污水處理規(guī)模設(shè)計能力不足，超負(fù)荷運行；二是污水管網(wǎng)外部水滲入；三是合流制管網(wǎng)降雨徑流排放導(dǎo)致的外排；四是由于突發(fā)事件造成實際上的污水溢流。

國外對市政溢流污水的治理著重從源頭采取截留、處理等綜合措施進(jìn)行，如設(shè)置沉淀池和處理裝置。國內(nèi)相關(guān)處理技術(shù)的研究處于起步階段，一些城市也認(rèn)識到市政溢流污水的污染問題，進(jìn)行了相關(guān)研究并提出工程措施，如設(shè)置調(diào)蓄設(shè)施。對初期雨水或溢流污水進(jìn)行收集，將污染物濃度相對較高的污水進(jìn)行調(diào)蓄，在降雨結(jié)束后，輸送至城市污水處理廠進(jìn)行深度處理，從而避免這部分污水進(jìn)入受納水體。但是這種調(diào)蓄工程對投資成本、建設(shè)周期、土地征用等要求較高，并不適合大范圍推廣應(yīng)用。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)對市政溢流污水進(jìn)行中間應(yīng)急處理和未端凈化處理的報道較少。由于市政溢流污水中懸浮顆粒物濃度較高、濁度較大、組分較復(fù)雜，并且多在雨天產(chǎn)生，故其排放具有間歇性、突發(fā)性和隨機(jī)性等特點，同時突發(fā)現(xiàn)場多不具備電源條件，這也增加了對其的處理難度。因此，如何提供一種無動力市政溢流污水的旁路應(yīng)急處理或未端凈化處理的方法和裝置具有現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種無動力的市政溢流污水處理裝置，該裝置利用旋流和磁絮凝分離技術(shù)初步處理市政溢流污水，有效去除污水中的砂粒和懸浮顆粒物等雜質(zhì)，有效降低濁度，部分去除化學(xué)需氧量和總磷等污染物質(zhì)，實現(xiàn)市政溢流污水的旁路應(yīng)急凈化處理。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種市政溢流污水處理裝置，該裝置包括外殼、旋流絮凝器、旋流分離器、磁分離器和刮泥器，外殼側(cè)面設(shè)有污水進(jìn)水口、磁種進(jìn)料口、清水出水口、污泥排出口和排氣口；污水進(jìn)水口和磁種進(jìn)料口通過管路連接至旋流絮凝器內(nèi)的上部；旋流絮凝器包括旋轉(zhuǎn)軸和一底部開口頂部封閉的筒體，旋轉(zhuǎn)軸固定于筒體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸上自上而下設(shè)驅(qū)動葉片、導(dǎo)流葉片、旋流反射錐和水平支架，其中驅(qū)動葉片和導(dǎo)流葉片位于筒體內(nèi)，旋流反射錐位于筒體下方，水平支架設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸底端；導(dǎo)流葉片、旋流反射錐和水平支架在驅(qū)動葉片帶動下差速旋轉(zhuǎn)；旋流分離器包括設(shè)于筒體外側(cè)底部的旋流圓錐套筒；磁分離器設(shè)于外殼底部外側(cè)；刮泥器通過水平支架布設(shè)且位于外殼底部內(nèi)側(cè)。本發(fā)明利用旋流和磁場原理，可實現(xiàn)市政溢流污水的無動力應(yīng)急旁路處理，有效去除市政溢流污水中的砂粒和懸浮顆粒物等雜質(zhì)，有效降低濁度、部分化學(xué)需氧量和總磷等污染物質(zhì)，減少溢流污水對水體環(huán)境的影響。

作為優(yōu)選，旋流絮凝器的筒體將裝置內(nèi)部空間分隔為進(jìn)料區(qū)、旋流絮凝區(qū)、旋流分離區(qū)、磁分離區(qū)、污泥區(qū)和清水區(qū)，所述筒體內(nèi)的上部為進(jìn)料區(qū)，下部為旋流絮凝區(qū)；所述筒體外的上部為清水區(qū)，下部為旋流分離區(qū)；所述旋流絮凝器下方為磁分離區(qū)，所述磁分離器下方為污泥區(qū)。

作為優(yōu)選，污水進(jìn)水口通過波紋管與旋流絮凝器內(nèi)部連通；所述驅(qū)動葉片對稱平衡固定于旋轉(zhuǎn)軸頂部，且與波紋管的出水口相鄰，導(dǎo)流葉片通過旋轉(zhuǎn)套筒與旋轉(zhuǎn)軸相連，導(dǎo)流葉片在旋轉(zhuǎn)套筒外壁上交錯分布；所述旋轉(zhuǎn)套筒和旋轉(zhuǎn)軸以軸承連接。波紋管能加強(qiáng)混凝劑與污水的混合，有利于后續(xù)的絮凝反應(yīng)。所述旋轉(zhuǎn)套筒和旋轉(zhuǎn)軸優(yōu)選以差速軸承連接。

作為優(yōu)選，所述旋流反射錐和水平支架分別中心固定在旋轉(zhuǎn)軸上，旋流反射錐的錐頂朝向筒體開口且旋流反射錐的錐面與筒體底部留有間隙。

作為優(yōu)選，旋流圓錐套筒由多個圓錐板連接而成，各圓錐板間距為50~100mm，傾角55~65°，高度為300~600mm；所述旋流圓錐套筒最內(nèi)層圓錐板底端與旋流絮凝器的筒體底端形成渦流封閉角。渦流封閉角設(shè)置的意義：在旋流分離器內(nèi)的水流方向是由上而下，而出了筒體底部后水流方向就變?yōu)橛上露?，為了避免在水流方向改變處發(fā)生湍流或渦流，影響水體流動穩(wěn)定性，提高后續(xù)的旋流分離效果，故設(shè)置該封閉角，水流方向改變就比較順暢。

作為優(yōu)選，旋流反射錐的錐面傾角為β=15~30°。錐面傾角設(shè)置為15~30°的目的在于提高水流方向改變的效果，減小局部水頭損失。作為優(yōu)選，旋流反射錐的頂部距離旋流圓錐套筒32最底端的距離一般控制在15~20cm范圍內(nèi)為最佳。

作為優(yōu)選，外殼底部為錐型污泥斗，污泥區(qū)設(shè)置在該錐型污泥斗內(nèi)，錐斗角度為45~55°；刮泥器為沿錐型污泥斗的錐底斜面平行布置的刮條，刮條至少為兩個，刮條在錐面上的傾角為α=20~30°。錐斗角度是指泥斗斜面與水平面之間組成的銳角，即水平夾角。

作為優(yōu)選，磁分離器為沿錐型污泥斗的錐底均勻布置固定的磁條。

作為優(yōu)選，磁種進(jìn)料口通過磁種投加管與旋流絮凝器內(nèi)部連通。

一種采用所述裝置進(jìn)行市政溢流污水應(yīng)急旁路無動力處理的方法，該方法包括以下步驟：

①市政溢流污水經(jīng)格柵除去大顆粒漂浮物和毛發(fā)等雜質(zhì)后，將其經(jīng)由污水進(jìn)水口泵入所述裝置內(nèi)部，絮凝藥劑和磁種分別經(jīng)波紋管和磁種投加管注入所述裝置內(nèi)部；通過進(jìn)水壓力對驅(qū)動葉片的沖擊驅(qū)動和慣性，帶動旋轉(zhuǎn)軸上相連導(dǎo)流葉片、旋流反射錐、水平支架和刮條的轉(zhuǎn)動；旋轉(zhuǎn)軸上安裝的軸承可實現(xiàn)差速旋轉(zhuǎn)；

②污水、絮凝劑和磁種分別經(jīng)波紋管渦流、葉片沖擊和旋流混合后，形成密實絮凝體，這些絮凝體伴隨懸浮顆粒物雜質(zhì)在旋流絮凝器（下向旋流）和旋流分離器（上向旋流）中，利用離心力被聚集在器壁后沉降分離；在磁分離區(qū)中利用重力和磁力被快速沉淀分離；

③附著于污泥斗表面的絮體和顆粒物雜質(zhì)被刮條旋轉(zhuǎn)刮除后，匯聚在污泥區(qū)中，經(jīng)污泥排出口重力排出；含磁種污泥在外部實現(xiàn)磁種的回收循環(huán)利用；

④清水區(qū)中清水經(jīng)清水排出口排出，裝置頂部氣體經(jīng)排氣口排出。

市政溢流污水整個凈化處理過程在旋流絮凝器和旋流分離器中通過離心力和重力完成，在磁分離器中通過磁力和重力完成，無需額外動力。該方法利用旋流和磁絮凝分離技術(shù)，對市政溢流污水進(jìn)行凈化處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明可顯著去除市政溢流污水中的砂粒、懸浮顆粒物（ss）和濁度、部分化學(xué)需氧量（cod）和總磷（tp）等污染物質(zhì)，比傳統(tǒng)混凝技術(shù)對ss、濁度、cod和tp的去除率分別提高20~30%，30~40%，10~15%和10~20%。

（2）本發(fā)明絮凝反應(yīng)形成的絮體密實度高，泥水分離效果提高20~30%，采用無動力旋轉(zhuǎn)刮條刮除污泥，排出系統(tǒng)的污泥含水率<93%，便于后續(xù)污泥處理。

（3）本發(fā)明中磁分離器發(fā)揮了磁場與重力場的疊加效應(yīng)，比常規(guī)沉淀法提高分離效率35~45%。

（4）本發(fā)明中利用進(jìn)水壓力對驅(qū)動葉片的沖擊力和慣性力，實現(xiàn)無動力處理，解決污水溢流突發(fā)現(xiàn)場無電源問題；

（5）本發(fā)明中旋流反射錐和旋流圓錐套筒的特定幾何尺寸設(shè)計，可實現(xiàn)旋流絮凝器的下向旋流向旋流分離器的上向旋流的低能耗變向，同時旋流圓錐套筒最內(nèi)層錐板底端與旋流絮凝器筒體底端形成封閉區(qū)域可避免渦流產(chǎn)生，減少能耗。

（6）本發(fā)明采用罐式設(shè)計，可整體吊裝、搬運和就位，與內(nèi)部接出管道可實現(xiàn)快速活動連接，便于應(yīng)急情況下的旁路連接，實現(xiàn)臨時地點應(yīng)急處理的快速就位。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖；

圖2為本發(fā)明市政溢流污水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2a-a向的剖視圖；

圖4為本發(fā)明市政溢流污水處理裝置的刮條傾角示意圖；

圖中：外殼1，污水進(jìn)水口11，波紋管12，磁種進(jìn)料口13，磁種投加管14；驅(qū)動葉片21，旋轉(zhuǎn)軸22，旋轉(zhuǎn)套筒23，軸承24，導(dǎo)流葉片25，旋流反射錐26，筒體27；渦流封閉角31，旋流圓錐套筒32；刮泥器41，磁分離器42，水平支架43；污泥排出口51；清水出水口61，排氣口62，

a—進(jìn)料區(qū)；b—旋流絮凝區(qū)；c—旋流分離區(qū)；d—磁分離區(qū)；e—污泥區(qū)；f—清水區(qū)。

具體實施方式

下面通過具體實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。

在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所采用的設(shè)備和原料等均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

如圖2和圖3所示的一種市政溢流污水處理裝置，該裝置包括外殼1、旋流絮凝器、旋流分離器、磁分離器42和刮泥器41，外殼1側(cè)面設(shè)有污水進(jìn)水口11、磁種進(jìn)料口13、清水出水口61、污泥排出口51和排氣口62；污水進(jìn)水口通過波紋管12與旋流絮凝器內(nèi)部連通，磁種進(jìn)料口13通過磁種投加管14與旋流絮凝器內(nèi)部連通。

旋流絮凝器包括旋轉(zhuǎn)軸22和一底部開口頂部封閉的筒體27，旋轉(zhuǎn)軸固定于筒體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸上自上而下設(shè)驅(qū)動葉片21、導(dǎo)流葉片25、旋流反射錐26和水平支架43，其中驅(qū)動葉片和導(dǎo)流葉片位于筒體內(nèi)，旋流反射錐位于筒體下方，水平支架設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸底端。驅(qū)動葉片21對稱平衡固定于旋轉(zhuǎn)軸22頂部，且與波紋管12的出水口相鄰，導(dǎo)流葉片25通過旋轉(zhuǎn)套筒23與旋轉(zhuǎn)軸相連，導(dǎo)流葉片在旋轉(zhuǎn)套筒外壁上交錯分布；所述旋轉(zhuǎn)套筒和旋轉(zhuǎn)軸以軸承24連接，軸承24為差速軸承。旋流反射錐26和水平支架43分別中心固定在旋轉(zhuǎn)軸上，旋流反射錐的錐頂朝向筒體開口且旋流反射錐的錐面與筒體底部留有間隙。旋流反射錐的錐面傾角為β=15~30°。

旋流分離器包括設(shè)于筒體外側(cè)底部的旋流圓錐套筒32。旋流圓錐套筒32由多個圓錐板連接而成，各圓錐板間距為50~100mm，傾角55~65°，高度為300~600mm；所述旋流圓錐套筒最內(nèi)層圓錐板底端與旋流絮凝器的筒體底端形成渦流封閉角31。旋流圓錐套筒是由不同半徑大小的圓錐殼（類似于冰淇淋蛋筒去掉尖角底部一樣）通過上下底面的焊接條焊接而成，不同半徑的圓錐殼之間的空隙可以通過旋轉(zhuǎn)水流，保證層與層內(nèi)的水流充分旋轉(zhuǎn)，加強(qiáng)離心分離效果。

磁分離器42設(shè)于外殼底部外側(cè)。磁分離器由多個沿錐型污泥斗的錐底平行布置固定的磁條42構(gòu)成，磁條均勻布置在錐形底部用于形成磁分離區(qū)的磁場。

刮泥器41通過水平支架43布設(shè)且位于外殼底部內(nèi)側(cè)。刮泥器為沿錐型污泥斗的錐底斜面平行布置的刮條，刮條至少為兩個，刮條在錐面上的傾角為α=20~30°。

旋流絮凝器的筒體27將裝置內(nèi)部空間分隔為進(jìn)料區(qū)a、旋流絮凝區(qū)b、旋流分離區(qū)c、磁分離區(qū)d、污泥區(qū)e和清水區(qū)f，所述筒體內(nèi)的上部為進(jìn)料區(qū)，下部為旋流絮凝區(qū)；所述筒體外的上部為清水區(qū)，下部為旋流分離區(qū)；所述旋流絮凝器下方為磁分離區(qū)，所述磁分離器下方為污泥區(qū)。磁分離區(qū)由眾多磁條組成的磁場系構(gòu)成，在磁場系中的顆粒受磁場作用力下沉。這個磁場力受磁條種類、磁條布置和磁場強(qiáng)度等因素影響。

外殼底部為錐型污泥斗，污泥區(qū)e設(shè)置在該錐型污泥斗內(nèi)，錐斗角度為45~55°。

如圖2所示，旋流圓錐套筒32由5個圓錐殼焊接而成，本實施例中圓錐板間距為50mm，傾角65°，高度為300mm；本實施例中錐型污泥斗的錐斗角度為45°；旋流反射錐26的錐面傾角為β=15°。如圖4所示，本實施例中刮條在錐面上的傾角為α=30°。旋流反射錐的頂部距離旋流圓錐套筒32最底端的距離為15cm（一般控制在15~20cm范圍內(nèi)為最佳）。

一種如圖1所示的采用本裝置進(jìn)行市政溢流污水無動力處理方法是：

①市政溢流污水經(jīng)格柵除去大顆粒漂浮物和毛發(fā)等雜質(zhì)后，將其經(jīng)由污水進(jìn)水口11泵入所述裝置內(nèi)部，絮凝藥劑和磁種分別經(jīng)波紋管12和磁種投加管14注入所述裝置內(nèi)部；通過進(jìn)水壓力對驅(qū)動葉片21的沖擊驅(qū)動和慣性，帶動旋轉(zhuǎn)軸22上相連導(dǎo)流葉片25、旋流反射錐26、水平支架43和刮條41的轉(zhuǎn)動；旋轉(zhuǎn)軸22上安裝的軸承24可實現(xiàn)差速旋轉(zhuǎn)。

②污水、絮凝劑和磁種分別經(jīng)波紋管12渦流、葉片沖擊和旋流混合后，形成密實絮凝體，這些絮凝體伴隨懸浮顆粒物雜質(zhì)在旋流絮凝器（下向旋流）和旋流分離器（上向旋流）中，利用離心力被聚集在器壁后沉降分離；在磁分離區(qū)d中利用重力和磁力被快速沉淀分離；

③附著于污泥斗表面的絮體和顆粒物雜質(zhì)被刮條41旋轉(zhuǎn)刮除后，匯聚在污泥區(qū)e中，經(jīng)污泥排出口51重力排出；

④清水區(qū)f中清水經(jīng)清水排出口61排出，裝置頂部氣體經(jīng)排氣口62排出。

應(yīng)用本實施例，市政溢流污水處理前水質(zhì)如下：懸浮顆粒物濃度（ss）110mg/l，濁度85ntu，化學(xué)需氧量（codcr）95mg/l，總磷（tp）3.2mg/l。裝置穩(wěn)定后的處理后出水水質(zhì)如下：懸浮顆粒物濃度（ss）12mg/l，濁度8.1ntu，化學(xué)需氧量（codcr）45mg/l，總磷（tp）1.2mg/l。去除率分別為ηss=89%，η濁度=91%，ηcodcr=53%和η總磷=63%。具有良好的處理凈化效果。

本實施例實現(xiàn)了對市政溢流污水的旁路應(yīng)急無動力處理，簡化了傳統(tǒng)污水處理流程，減輕了暴雨情況下市政管網(wǎng)的運行負(fù)荷，一定程度上削弱了市政溢流污水對水體環(huán)境的影響。同時節(jié)省了針對市政溢流污水污染控制的工程措施投入，獲得較好的社會和環(huán)境效益。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的范圍。