快速沉淀方法及快速沉淀分离装置 【技术领域】
本发明是关于对水中悬浮物分离去除方法及装置的改进，尤其涉及一种能够实现快速沉淀分离的方法及装置，特别用于水处理沉淀分离。
背景技术
沉淀分离是液固分离的基本手段，特别在水的净化处理中为重要、基本处理工艺之一，担负着去除80～90％悬浮物作用，沉淀效率和分离效果与所采用分离技术密切相关。沉淀分离对于密度远大于1g/cm3的悬浮颗粒，具有较高的分离效率，然而，水和废水中通常含有密度不同的物质，对于密度较小和颗粒细小的其他悬浮颗粒及藻类物质，普通沉淀就很难或者不能除去，而且由于密度较大的不溶性物质首先沉降，剩下的就越来越难沉降，因此有水处理总的沉淀速率随时间延长越来越低现象。人们为加速水中悬浮物分离，一种国；一种常用方法是使用混凝剂、絮凝剂等，通过使悬浮物形成絮体得到增大(絮凝沉淀)，后续再采用斜板加速沉淀，达到快速沉淀分离，提高沉淀分离效率。然而对于一些细小悬浮物，因其颗粒特性，及药剂等因素，分离仍需较长时间。高效快速分离乃是人们所追求。
中国专利CN1544350公开利用造纸工艺碱回收白泥加入中水中，利用白泥起到引进“晶核”，在加入絮凝剂后所产生的絮聚颗粒增大，增加絮聚颗粒的快速沉淀。此方法有一定的局限性，只能在有造纸厂周边应用，且只“晶核”能一次性利用。
中国专利CN2173782公开的三重环流混疑沉淀水处理设备，通过同时设置有三重环流的加速混凝反应单元，使未成熟的小颗粒污泥回流进行二次或多次反应，使污泥颗粒变得足够大，以此提高分离效果。此法主要依靠设备作用加快沉淀速度，石英砂仍作为过滤单元，对自然快速沉淀分离并没有改进，沉降速率仍然不高，且该系统结构过于复杂。
中国专利CN1683048公开伞形板套筒式机械加速澄清池，提高加药原水中细小矾花颗粒与污泥颗粒碰撞的机率，大大地增加细小矾花颗粒被污泥颗粒捕捉的机率。通过机械方式增加细小矾花颗粒与污泥颗粒碰撞机率，沉降速率提高仍然不高。
中国专利CN101274791公开应用垂直静电场加速污泥沉淀的装置，通过对处理水施加静电场，加速污泥的沉降，从而提高污泥的沉降效率。此方法增加处理成本较多，难以用于普通沉淀。
上述方法及装置，虽然都涉及到提高沉淀分离效果，但各自的局限性是显然的，并且都未显著提高加速沉淀，因此仍有值得是的地方。
【发明内容】
本发明目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种经济、高效实现，适用性广的悬浮絮体快速沉淀方法。
本发明另一目的在于提供一种用于上述快速沉淀的快速沉淀分离装置。
本发明第一目的实现，主要改进是在絮凝沉淀过程中加入至少表面呈多孔性颗粒，例如在混凝池、絮凝池形成絮体后，加入多孔性吸附絮体颗粒，同时利用絮体“粘”性凝结力和多孔性颗粒的吸附性，使加药形成的絮体矾花粘附到多孔性颗粒表面，使絮体迅速增重从而实现加速沉降，并且通过分离多孔性颗粒与絮体，回收多孔性颗粒使其重复利用，克服了现有技术的不足，低成本实现本发明目的。具体说，本发明快速沉淀方法，包括在待处理水中加入混凝剂和/或絮凝剂，混合形成絮体，其特征在于在形成絮体的水中加有密度为0.95-4g/cm3、粒径0.1-3mm的至少表面呈多孔性颗粒，并使其与絮体充分接触。
本发明所说至少表面呈多孔性颗粒，主要作用是利用颗粒表面多孔性(表面粗糙)的吸附作用，使已形成细微絮体的悬浮物，吸附在相对液体重质颗粒介质表面，使絮体得以迅速增重，从而提高了沉淀分离速度。按此理论，具有粗糙的非光滑表面颗粒均可以被应用，因此至少表面呈多孔性颗粒，可以是天然的非光滑表面颗粒，例如天然石英砂、火山岩、石榴石、无烟煤颗粒等，也可以是人工制造的非光滑表面颗粒，例如人造陶瓷颗粒，如破碎废陶瓷体，或者实质多孔性颗粒(可以降低质量密度)，例如人造发泡陶粒、发泡塑料颗粒等，其中一种较好采用天然石英砂，既经济、来源广、强度又高损耗相对较小，重复利用次数多。通过协调粒径与密度，满足既有利于颗粒加入在充分搅动混合过程中，使其自身保持相对悬浮特性，同时在吸附有絮体后，依靠其重比重特性迅速沉降分离。密度大则粒径宜小，在搅动混合作用下不易沉淀。多孔性颗粒加入，较好是在加入混凝剂和/或絮凝剂形成絮体后，形成絮体，主要是有利于水中细小悬浮物相互结合，使分离更彻底。表面多孔性颗粒，试验更好为密度为2～3g/cm3，粒径为0.3～0.5mm，密度和粒径适中，使得水中有更多的颗粒，可以提高与絮体碰撞机率，提高分离效果。
本发明中颗粒粒径及密度的确定，由试验得来，主要是考虑加入颗粒的悬浮性和充分比表面积确定。对颗粒形状没有特别限定。
至少表面呈多孔性颗粒的加入量，试验比较较好为处理水量的0.5-5wt％，加入量过多则加入后易沉淀，与絮体接触不充分，导致加入量的部分无效，而且为使保持一定时间的悬浮性，必须加大混合扰动功率，会增加处理运行成本；加入量过少，会因增重颗粒相对较少而影响与絮体的充分接触，从而降低加速沉淀效果。更好为1-2wt％。
根据处理水中悬浮物特性，表面呈多孔性颗粒，可以在加有混凝剂后，也可以在加有絮凝剂后。例如水中悬浮较多状态，则可以只加混凝剂；水中悬浮物较少及较细状态，按通常水处理方法，先加入混凝剂，再加入絮凝剂，则呈多孔性颗粒，较好在加入絮凝剂后加入。
本发明第二目的实现，快速沉淀分离装置，主要改进是在混凝池和/或絮凝池与沉淀池间增设带扰动混合的多孔性吸附颗粒与絮体混合池，以及在沉淀池排泥口与该混合池间加设有污泥回流装置与絮体、颗粒分离装置，使由沉淀池排出的包含污泥的多孔性颗粒两者分离，将分离后的多孔性颗粒循环进入混合池重复利用携带絮体。具体说，本发明快速沉淀分离装置，包括混凝池和/或絮凝池、沉淀池，其特征在于沉淀池前有带扰动混合的多孔性颗粒与絮体混合池，沉淀池排泥口与该混合池间有污泥回流装置与絮体、颗粒分离装置，分离出多孔性颗粒排入混合池重复利用。
本发明装置中，除混合池外其他各池均同现有技术。该混合池中的扰动装置，其作用是使加入的多孔性吸附颗粒与絮体充分接触，使水、药剂、悬浮物、以及多孔性颗粒充分碰撞接触，使絮体粘附于多孔性颗粒表面。因此水处理中用于混合装置均可以被应用，例如但不限于搅拌浆、水力射流器，喉管水力反应器等。
污泥回流装置，主要作用是将由沉淀池排出的混合有多孔性颗粒的沉淀污泥，打入后续的机械分离装置，使多孔性颗粒与污泥絮体分离，使多孔性吸附颗粒得到重复利用，因此可以输送含细颗粒及液体地装置都可以被应用，例如一种较简便为采用污泥泵。
絮体、颗粒分离装置，主要作用是将来自沉淀池的多孔性吸附颗粒及吸附在其表面的污泥絮体分离，从而使多孔性吸附颗粒得到重复利用，因此只要能将两者分离的装置都可以被应用，例如水力旋流器或机械分离器，通过水力旋流或机械力作用使两者分离。本发明较好采用水力旋流分离，既可以达到将多孔性吸附颗粒与絮体分离，又对多孔性吸附颗粒损伤较小，可以确保颗粒高的重复利用次数。
本发明多孔性吸附颗粒与絮体混合池，根据处理水中悬浮物特性，可以设置在加混凝剂池后，也可以设置在加絮凝剂池后。例如水中悬浮较多状态，则可以只加混凝剂；水中悬浮物较少及较细状态，按通常水处理方法，先加入混凝剂，再加入絮凝剂，一个原则是将其设置在沉淀池前。此外，本发明装置，还可以通过组合设计，将各处理池按处理工艺流程组合一体，构成一体化快速沉淀分离装置。
此外，可以按现有技术沉淀方式，还可以在沉淀池中设置斜管或斜板快速分离装置。
本发明快速沉淀方法，相对于现有技术，通过在加入混凝剂和/或絮凝剂，混合形成絮体加入多孔性吸附颗粒，并使絮体与多孔性颗粒充分接触，絮体吸附于多孔性颗粒表面得到迅速增重，从而加速了絮体的沉淀分离。较传统形成絮体后直接进入静止沉淀法，沉淀速度可高出数倍，沉淀时间可缩短50％～75％，并且相同处理水量，可以减少沉淀分离设备体积50-75％。此外，在沉淀速度提高的同时，还可以提高水处理流量，从而增加设备的处理能力，可以节约沉淀设备占地空间，对于大型沉淀分离节地效果十分明显。加速沉淀吸附微粒的循环利用，有效降低了运行费用增加，同时颗粒分离回流还带入部分活性污泥絮体，有利于增强絮体形成。本发明方法，可以用于在现有水处理中平流式、竖流式、辐流式、斜流沉淀池及澄清池等各种沉淀悬浮物沉淀分离，并且还可用于类似液固分离。组成的沉淀设备比现行的沉淀设备，沉淀效果更快，更经济，更有效、占地空间更小，在投资与运行费用增加很少条件下，可较大幅度地提高污染物去除效率。特别是打破沉淀分离常规，以及细颗粒通常只有用作过滤材料的偏见，此仍本发明一大创新。
以下结合一个优化具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
【附图说明】
附图1为本发明一种基本分离装置流程及结构示意图。
【具体实施方式】
实施例：参见附图，本发明快速沉淀分离装置，由包括顺次工艺串联水流通的混凝池1、絮凝池3、混合池5、带斜板8的沉淀池7组成，其中混凝池1、絮凝池3、混合池5中均分别设置有浆叶搅拌装置2、4、6。混合池5中加有处理水体积1wt％、平均粒径1mm的天然石英砂颗粒12。沉淀池底部排泥口通过污泥泵9，连接管道10与水力旋流器11连接，水力旋流器11一出口连通混合池5，另一出口排放污泥。
待沉淀分离水，首先进入混凝池1，在此通过搅拌装置与加入的混凝剂(例如聚合氯化铝、聚合硫酸铁等混凝剂)充分接触，使水中产生细微的絮体；然后进入后级絮凝池3，通过搅拌装置与加入的絮凝剂(例如聚丙烯酰胺)充分接触，产生絮体矾花；然后进入后级混合池5，在搅拌装置作用下，矾花一方面进一步增大，另一方面与天然石英砂颗粒，充分接触使矾花粘附于石英砂颗粒表面；最后进入带斜板8的沉淀池7中静止分离，吸附有絮体的石英砂颗粒，在重力作用下经斜板快速沉降随带絮体从水中分离，清水由上部排出。进入沉淀池底部吸附有污泥的石英砂颗粒，由沉淀池底部排出，通过污泥泵9、连接管道10送入水力旋流器11，通过水力旋流器11水力旋流分离，使絮体污泥与石英砂颗粒分离，分离后的石英砂颗粒12则由水力旋流器11一出口排出，重新进入混合池5循环利用，分离污泥则由水力旋流器11另一出口排出。
视处理水中分离悬浮物性质，可以省略第一级混凝池，直接通过进水管道加药，在絮凝池中形成絮体；或者串接有若干个混凝和/或絮凝池。
此外，混合池采用机械搅拌快速混合，混凝、絮凝阶段采用机械搅拌与水力混合相结合。絮凝池前设置提升搅拌机，并使部分沉淀污泥回流至前段，助凝剂投加在前段等等非实质性改变，均是可以的。
本发明沉淀分离，不仅适用于水处理沉淀分离，还可以用于其它液体中分离悬浮物。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如搅拌混合还可以采用其他常用方式，例如水力射流器，喉管水力絮凝反应器，折板反应混合，各池形状结构变化，以及组合方式变化，例如各池成单体由管道按工艺连接，将设备设计成一体装置，采用不同的多孔性颗粒，底部污泥还可以采用抽提方式移出沉淀池，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现与上述实施例基本相同功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。
本发明不同材料颗粒与现有沉淀技术对比表
处理实验条件：处理水取自江湖水，试验所用吸附颗粒径为中位粒径数值，沉淀分离条件：
温度 水量 前期搅拌转速 混凝剂投加量 絮凝剂投加量 沉淀时间 室温(20℃) 200L 100r/m 100ppm 10ppm 0.5小时
实验结果说明：
结果为实验5次平均值。
自然沉淀为不加任何药剂，自然静止沉淀分离。
本发明不同材质的表面多孔性吸附颗粒均具有基本相似加速沉淀效果；并且有粒径越小，加速沉淀分离效果越好、处理后的水质指标越好的趋势。分析可能与粒径越细，同样颗粒用量表面积大，因而增加了与絮体接触几率有关。并且多孔性强(陶瓷微粒多孔性比石英砂的多孔性更强)，吸附能力相对更强。