水力旋流器结构优化及其在污水处理厂中的除砂应用

摘要

城市污水处理厂中的“砂”指的是比重较大的颗粒物质，主要包括无机性的砂砾、尘埃、细石、煤渣等和少量较重的有机颗粒，如果皮，骨条和种粒等。污水中砂粒的存在可导致污水管道淤塞，沉砂池除砂效果不理想，生化池需经常清淤和更换曝气系统，污泥脱水机等设备易损耗，剩余污泥中含砂量高、难资源化利用等问题。目前我国污水系统主要为截流式合流制体制或合流制与分流制并存的体制，污水系统中砂粒量大，粒径分布广，因此必须寻找合适的技术和方法，实现污水系统中砂粒的去除，尤其是粒径分布在100μm以下的砂粒，确保污水系统的正常运行，充分发挥污水收集系统和处理系统的能力和潜力。
　　水力旋流器是一种在离心力作用下根据进料比重差异来实现两相或者多相物料分离的设备，它具有操作简单、分离效率高、占地少、使用寿命长等优点。
　　本试验在传统水力旋流器结构基础上，采用不锈钢材料，对水力旋流器的内溢流管，底流口，进料方式，锥段结构，柱段结构进行优化设计和加工，通过各部件的组装并对回流污泥进行现场除砂试验，得出适用于回流污泥除砂的最优水力旋流器结构。同时，对回流污泥中砂粒进行分析，提出了应用于污水处理厂的除砂方案，即针对二级生化处理单元污泥含砂及积砂问题，利用高效水力旋流除砂技术方法，通过在回流污泥渠道上增设高效水力旋流器分离回流污泥中的砂质颗粒污染物的方式，达到分离去除二级生化处理单元砂质颗粒的目的。试验主要研究结果如下:
　　(1)用于回流污泥除砂的最优水力旋流器（柱段直径为100mm）结构为:内溢流管直径31mm、长度60mm、底部形状为喇叭口;底流口直径为12mm;进料方式采用矩形断面渐扩线形式;锥段采用抛物锥形状;柱段内壁添加间距为50mm的内肋线。
　　(2)水力旋流器结构优化后，平均分流比由4.02％降到2.42％;平均分离效率由7.47％升到8.69％;平均修正分离效率由3.72％提高到6.43％;平均压力降由0.142Mp升到0.149Mp;平均溢流与底流有机质百分比差值由16.15％上升到23.33％。可以得出:水力旋流器经过结构优化后，除了压力降（能量消耗）增大外，其他性能指标均得到优化，水力旋流器的除砂效率提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1．水力旋流器概述

1．1．1 水力旋流器的基本结构

1．1．2 水力旋流器中流体运动的基本形式

1．1．3 水力旋流器的发展动向

1．1．4 水力旋流器的优点及应用

1．2 污水处理厂除砂现状

1．2．1 污水处理系统中的砂

1．2．2 目前污水处理厂除砂方法

1．3 课题研究背景及意义

1．3．1 课题研究背景

1．3．2 课题研究目的

第2章 课题研究内容和试验方法

2．1 研究内容

2．2 试验方法

2．3 分析项目与测定方法及试验仪器

2．3．1 分析项目与测定方法

2．3．2 试验仪器

第3章 水力旋流器除砂性能指标及结构优化参数设计

3．1 水力旋流器除砂性能指标

3．1．1 进料流量

3．1．2 分流比

3．1．3 分离效率ε与修正分离效率ε’

3．1．4 压力降

3．1．5 溢流和底流有机质百分比差值

3．2 水力旋流器结构优化参数设计

3．2．1 水力旋流器直径D

3．2．2 水力旋流器进料口形状和直径di

3．2．3 水力旋流器内溢流管结构和直径do

3．2．4 水力旋流器底流口直径ds

3．2．5 水力旋流器溢流管插入深度(内溢流管长度)h0

3．2．6 水力旋流器柱段长度H

3．2．7 水力旋流器锥段

3．2．8 水力旋流器锥角θ

3．3 本章小结

第4章 水力旋流器结构优化试验

4．1 内溢流管结构优化试验

4．1．1 分流比

4．1．2 分离效率和修正分离效率

4．1．3 压力降

4．1．4 溢流与底流有机质百分比差值

4．1．5 内溢流管结构优化试验小结

4．2 内溢流管直径优化试验

4．2．1 分流比

4．2．2 分离效率和修正分离效率

4．2．3 压力降

4．2．4 溢流与底流有机质百分比差值

4．2．5 内溢流管直径优化试验小结

4．3 内溢流管长度优化试验

4．3．1 分流比

4．3．2 分离效率和修正分离效率

4．3．3 压力降

4．3．4 溢流与底流有机质百分比差值

4．3．5 内溢流管长度h0优化试验小结

4．4 底流口直径ds优化试验

4．4．1 分流比

4．4．2 分离效率和修正分离效率

4．4．3 压力降

4．4．4 溢流与底流有机质百分比差值

4．4．5 底流口直径优化试验小结

4．5 进料口结构优化试验

4．5．1 分流比

4．5．2 分离效率和修正分离效率

4．5．3 压力降

4．5．4 溢流与底流有机质百分比差值

4．5．5 进料口优化试验小结

4．6 锥段结构优化试验

4．6．1 分流比

4．6．2 分离效率和修正分离效率

4．6．3 压力降

4．6．4 溢流与底流有机质百分比差值

4．6．5 锥段结构优化试验小结

4．7 柱段结构优化试验——添加内肋线

4．7．1 分流比

4．7．2 分离效率和修正分离效率

4．7．3 压力降

4．7．4 溢流与底流有机质百分比差值

4．7．5 柱段优化试验小结

4．8 本章小结

第5章 水力旋流器在污水处理厂中的除砂应用

5．1 青岛某污水处理厂回流污泥含砂量及其性质分析

5．2 水力旋流器用于回流污泥除砂

5．2．1 除砂原理

5．2．2 除砂方法

5．2．3 除砂效果

5．2．4 主要设施设备和经济技术指标

2．5．3 本章小结

第6章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢