公布日：2022.03.01

申请日：2021.06.25

分类号：B01F25/50(2022.01)I;C02F1/52(2006.01)I

摘要

多级水力循环混合分离装置，属于水处理设备技术领域。水体加速装置与入口相连接，沿水体的流动方向，其内径的至少一部分发生减小；上行导向管与主体形成混合空间，其进水端对应水体加速装置的出水端设置，上行导向管与水体加速装置之间设置有缺口；内污泥回流管位于沉淀空间内，其入口端朝向沉淀空间的底部，其出口端与水体加速装置的内部空间连通。本发明的水体加速装置能提升水体的流速，而无需设置额外的辅助动力装置，混合空间与上行导向管内部连通形成循环，提升药剂与污水的混合效果，内污泥回流管使沉淀空间内熟化后的污泥絮体进入到水体加速装置内，进行二次利用，有效提升净化效率。

权利要求书

1.多级水力循环混合分离装置，其特征在于，包括：主体(1)，设有入口(2)和出口(28)，内部设置有混合空间(9)，所述混合空间(9)的下方设置有沉淀空间(21)；水体加速装置，与所述入口(2)相连接，沿水体的流动方向，所述水体加速装置的内径的至少一部分发生减小；上行导向管(6)，设置在所述主体(1)内侧，所述上行导向管(6)与所述主体(1)形成所述混合空间(9)，所述上行导向管(6)的进水端对应所述水体加速装置的出水端设置，所述上行导向管(6)与所述水体加速装置相对应的一端设置有缺口(4)；内污泥回流管(20)，位于所述沉淀空间(21)内，所述内污泥回流管(20)的入口端朝向所述沉淀空间(21)的底部，所述内污泥回流管(20)的出口端与所述水体加速装置的内部空间连通。

2.根据权利要求1所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述水体加速装置包括：喷管(5)，沿水体的流动方向，所述喷管(5)的至少一部分呈锥形设置；上行导向管(6)罩扣在所述喷管(5)上方，所述上行导向管(6)与所述喷管(5)之间形成所述缺口(4)。

3.根据权利要求2所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，还包括：第一隔板(27)，设置在主体(1)内，所述第一隔板(27)将主体(1)的内部空间分隔为所述混合空间(9)和所述沉淀空间(21)，所述混合空间(9)和所述沉淀空间(21)通过第一过水通道(23)进行连通。

4.根据权利要求3所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，沿高度方向，所述第一隔板(27)的顶端发生远离所述喷管(5)的倾斜。

5.根据权利要求4所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述上行导向管(6)靠近所述喷管(5)的一端设置有挡件(8)，所述挡件(8)的内径大于所述喷管(5)的内径。

6.根据权利要求5所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，还包括：下行导向管(26)，设置在所述第一过水通道(23)中，并设置在所述喷管(5)与所述挡件(8)之间，所述下行导向管(26)与所述挡件(8)形成第二过水通道，所述下行导向管(26)与所述喷管(5)形成第三过水通道，所述第一隔板(27)的底端与所述下行导向管(26)相连接。

7.根据权利要求6所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述第三过水通道的出口处设有用于将从下行导向管(26)导出的水体进行扩散的导向板(19)。

8.根据权利要求7所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，还包括：第二隔板(17)，设置在主体(1)内，所述第二隔板(17)、所述第一隔板(27)和所述主体(1)之间形成收水空间(16)，所述收水空间(16)通过开口(7)与所述沉淀空间(21)连通。

9.根据权利要求8所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，还包括：布水板(18)，位于所述收水空间(16)内，且所述布水板(18)位于所述开口(7)沿所述收水空间(16)内的水体流动方向上。

10.根据权利要求9所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述收水空间(16)顶部均匀设置多个第一收集管(13)，所述出口(28)与第二收集管(15)连通，所述第二收集管(15)与至少两个所述第一收集管(13)连通。

11.根据权利要求8-10任一所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述第二隔板(17)倾斜设置，所述导向板(19)朝向所述第二隔板(17)的一端设置有朝向所述第二隔板(17)延伸的倾斜段，所述倾斜段与所述第二隔板(17)之间呈锐角或直角设置。

12.根据权利要求1所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述内污泥回流管(20)的出口端伸入所述水体加速装置，并位于所述水体加速装置内径减小的部分。

13.根据权利要求12所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，还包括：排泥管(24)，所述排泥管(24)的入口端朝向所述沉淀空间(21)底部，所述排泥管(24)的出口端伸出所述主体(1)。

14.根据权利要求13所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，还包括：外污泥回流管(22)，所述外污泥回流管(22)的入口端伸出所述主体(1)并适于连通污泥储藏设备，所述外污泥回流管(22)的出口端与所述水体加速装置的内部空间连通。

15.根据权利要求14所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，还包括：排空管(25)，将沉淀空间(21)底部与主体(1)外连通，且所述排空管(25)的入口位于所述沉淀空间(21)底部的最低位置。

16.根据权利要求1所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述上行导向管(6)的轴向断面面积与所述混合空间(9)的轴向断面面积的比值为(0.01-0.05)。

17.根据权利要求1所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述主体(1)位于所述上行导向管(6)的上方设置有顶板，所述上行导向管(6)的出水端朝向所述主体(1)的顶板设置。

18.根据权利要求1所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述上行导向管(6)的出水端沿水体的流动方向呈扩散状。

19.根据权利要求18所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述上行导向管(6)在出水端的管壁上设有多个通孔。

20.根据权利要求18或19所述的多级水力循环混合分离装置，其特征在于，所述上行导向管(6)的出水端设有翼板(29)，所述翼板(29)与所述上行导向管(6)的侧壁呈锐角设置。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的混合器需要设置水泵、旋转电机或辅助动力装置而导致需要消耗大量能源，同时污泥自身的使用效率较低的缺陷，从而提供一种多级水力循环混合分离装置。

本发明提供如下技术方案：

多级水力循环混合分离装置，包括：

主体，设有入口和出口，内部设置有混合空间，所述混合空间的下方设置有沉淀空间；

水体加速装置，与所述入口相连接，沿水体的流动方向，所述水体加速装置的内径的至少一部分发生减小；

上行导向管，设置在所述主体内侧，所述上行导向管与所述主体形成所述混合空间，所述上行导向管的进水端对应所述水体加速装置的出水端设置，所述上行导向管与所述水体加速装置相对应的一端设置有缺口；

内污泥回流管，位于所述沉淀空间内，所述内污泥回流管的入口端朝向所述沉淀空间的底部，所述内污泥回流管的出口端与所述水体加速装置的内部空间连通。

可选地，所述水体加速装置包括：喷管，沿水体的流动方向，所述喷管的至少一部分呈锥形设置；上行导向管罩扣在所述喷管上方，所述上行导向管与所述喷管之间形成所述缺口。

可选地，还包括：第一隔板，设置在主体内，所述第一隔板将主体的内部空间分隔为所述混合空间和所述沉淀空间，所述混合空间和所述沉淀空间通过第一过水通道进行连通。

可选地，沿高度方向，所述第一隔板的顶端发生远离所述喷管的倾斜。

可选地，所述上行导向管靠近所述喷管的一端设置有挡件，所述挡件的内径大于所述喷管的内径。

可选地，还包括：

下行导向管，设置在所述第一过水通道中，并设置在所述喷管与所述挡件之间，所述下行导向管与所述挡件形成第二过水通道，所述下行导向管与所述喷管形成第三过水通道，所述第一隔板的底端与所述下行导向管相连接。

可选地，所述第三过水通道的出口处设有用于将从下行导向管导出的水体进行扩散的导向板。

可选地，还包括：第二隔板，设置在主体内，所述第二隔板、所述第一隔板和所述主体之间形成收水空间，所述收水空间通过开口与所述沉淀空间连通。

可选地，还包括：布水板，位于所述收水空间内，且所述布水板位于所述开口沿所述收水空间内的水体流动方向上。

可选地，所述收水空间顶部均匀设置多个第一收集管，所述出口与第二收集管连通，所述第二收集管与至少两个所述第一收集管连通。

可选地，所述第二隔板倾斜设置，所述导向板朝向所述第二隔板的一端设置有朝向所述第二隔板延伸的倾斜段，所述倾斜段与所述第二隔板之间呈锐角或直角设置。

可选地，所述内污泥回流管的出口端伸入所述水体加速装置，并位于所述水体加速装置内径减小的部分。

可选地，还包括：排泥管，所述排泥管的入口端朝向所述沉淀空间底部，所述排泥管的出口端伸出所述主体。

可选地，还包括：外污泥回流管，所述外污泥回流管的入口端伸出所述主体并适于连通污泥储藏设备，所述外污泥回流管的出口端与所述水体加速装置的内部空间连通。

可选地，还包括：排空管，将沉淀空间底部与主体外连通，且所述排空管的入口位于所述沉淀空间底部的最低位置。

可选地，所述上行导向管的轴向断面面积与所述混合空间的轴向断面面积的比值为(0.01-0.05)。

可选地，所述主体位于所述上行导向管的上方设置有顶板，所述上行导向管的出水端朝向所述主体的顶板设置。

可选地，所述上行导向管的出水端沿水体的流动方向呈扩散状。

可选地，所述上行导向管在出水端的管壁上设有多个通孔。

可选地，所述上行导向管的出水端设有翼板，所述翼板与所述上行导向管的侧壁呈锐角设置。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，包括主体，设有入口和出口，内部设置有混合空间，所述混合空间的下方设置有沉淀空间；水体加速装置，与所述入口相连接，沿水体的流动方向，所述水体加速装置的内径的至少一部分发生减小；上行导向管，设置在所述主体内侧，所述上行导向管与所述主体形成所述混合空间，所述上行导向管的进水端对应所述水体加速装置的出水端设置，所述上行导向管与所述水体加速装置相对应的一端设置有缺口；内污泥回流管，位于所述沉淀空间内，所述内污泥回流管的入口端朝向所述沉淀空间的底部，所述内污泥回流管的出口端与所述水体加速装置的内部空间连通。

本发明通过设置水体加速装置使污水与药剂的混合水体由入口进入主体内，由于水体加速装置的内径有至少一部分发生减小，因此水体会在该处产生瞬间的流速加大，进一步提升水体的流速，相对于现有技术需要设置进气等辅助动力装置以带动水体流动的方式，本发明通过水体加速装置即可使水体流速满足要求，无需设置额外的辅助动力装置，可以减少能源消耗，并降低装置的加工复杂性。

本发明的上行导向管与主体之间形成用于水体回流的混合空间，并通过在上行导向管与水体加速装置相对应的一端设置缺口，使混合空间与上行导向管内部连通以形成循环，通过水体在主体的循环使水体的运动轨迹更长，更有利于污水与药剂的混合，而由于水体加速装置通过内径至少一部分发生减少使得其出口处水体流速加大，按照伯努利原理，水体加速装置的出口处的水压相对较低，在压力作用下，水体通过混合空间回流，并从缺口处返回至上行导向管内以进行循环，上述方案的组合可以实现污水与药剂在整个装置内部的循环流动，相比于现有技术通过设置挡板或水翼，以拦截挤压的方式使水体发生循环，本发明通过伯努利原理的压力差使水体循环可以避免由挡板或水翼造成的阻力，降低水体流动所需的动力要求，且可以有效地增加药剂与污水之间的作用时间，且相对于现有技术无需设置辅助动力装置促进水体的流动。

本发明的内污泥回流管连通沉淀空间和水体加速装置的内部空间，由于按照伯努利原理，水体加速装置的出口处的水压相对较低，此时沉淀空间内熟化后的污泥絮体在压力作用下自发的进入内污泥回流管，进而在压力带动下进入到水体加速装置内，以进行二次利用，由于熟化后的污泥絮体具有吸附和网捕的作用，因此其再次参与装置内的循环过程，可以有效的去除原水胶体，增加净化效果，并可以减少加药量，同时，在循环过程中，残留在污泥絮体内的药剂可以与污水进行充分的反应，使残留药剂得到进一步的利用，同样可以增加净化效果，并减少加药量，相较于现有技术中污泥仅沉降至混合器底部位置，而无法充分参与到净化反应过程中，本发明通过设置内污泥回流管使污泥参与到循环过程，有效提升净化效率，并可以减少加药量，进而降低净化成本，降低污泥处理难度。

2.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述水体加速装置包括喷管，沿水体的流动方向，所述喷管的至少一部分呈锥形设置；上行导向管罩扣在所述喷管上方，所述上行导向管与所述喷管之间形成所述缺口。

本发明通过将喷管的至少一部分设置为锥形，使得喷管的内径有至少一部分发生减小，进而使水体在该处产生瞬间的流速加大，进一步提升水体的流速，按照伯努利原理，此时喷管的出口处产生较低的水压，此外设置为锥形可以具有导向作用，其相较于设置为直角形可以有效减小水体在该处撞击产生的阻力，避免水体动力的流失。上行导向管与喷管之间形成缺口，由于喷管的出口处的水压较低，因此混合空间内的水体在压力作用下，会经由缺口返回至上行导向管内，以形成循环，进而有效地增加药剂与污水之间的作用时间。

3.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，还包括第一隔板，设置在主体内，所述第一隔板将主体的内部空间分隔为所述混合空间和所述沉淀空间，所述混合空间和所述沉淀空间通过第一过水通道进行连通。

本发明通过设置第一隔板将主体的内部空间分隔为混合空间和沉淀空间，并使混合空间和沉淀空间通过第一过水通道进行连通，避免混合空间内水体的循环流动对沉淀空间内的水体造成扰动，进而影响沉淀空间内污泥的沉淀过程。

4.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，沿高度方向，所述第一隔板的顶端发生远离所述喷管的倾斜。

本发明的第一隔板倾斜设置，避免混合空间底部产生死角而堆积污泥或絮体，同时第一隔板设置为沿高度方向顶端发生远离喷管的倾斜，使第一隔板具有导向作用，进而使混合空间内的污泥或絮体受导向的向喷管移动，以便于污泥或絮体在喷管处的低压形成的压力作用下，从缺口进入到上行导向管内进行循环，利用污泥或絮体具有的吸附作用增强净化效果。

5.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述上行导向管靠近所述喷管的一端设置有挡件，所述挡件的内径大于所述喷管的内径。

本发明通过设置挡件对第一过水通道起到遮挡作用，避免混合空间内的水体以及水体内的污泥或絮体直接由第一过水通道进入沉淀空间，而无法通过缺口进入上行导向管以进行循环，通过设置挡件便于混合空间内的水体以及水体内的污泥或絮体进行循环，增加净化效果。

6.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，还包括下行导向管，设置在所述第一过水通道中，并设置在所述喷管与所述挡件之间，所述下行导向管与所述挡件形成第二过水通道，所述下行导向管与所述喷管形成第三过水通道，所述第一隔板的底端与所述下行导向管相连接。

本发明在第一过水通道中设置下行导向管，并使第一隔板的底端与下行导向管相连接，首先可以避免混合空间内的污泥或絮体受到第一隔板倾斜设置的导向作用而直接进入第一过水通道，进而进入沉淀空间，而无法通过缺口进入上行导向管以进行循环，提升净化效果，同时下行导向管还起到筛选作用，混合空间内的污泥或絮体受到喷管处的低压形成的压力作用而向上运动，进而进入第二过水通道内，由于污泥或絮体其自身体积不同，导致其质量的不同，因此体积较小、质量较轻的污泥或絮体在抽吸作用下继续上行，进而通过缺口进入上行导向管内以进行循环，而体积较大、质量较重的污泥或絮体在其自身的重力作用下进入第三过水通道，进而进入沉淀空间以进行沉淀。

此外下行导向管位于喷管与挡件之间，使挡件对下行导向管的入口起到遮挡作用，避免混合空间内的水体以及水体内的污泥或絮体直接由第一过水通道进入沉淀空间，而无法通过缺口进入上行导向管以进行循环。

7.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述第三过水通道的出口处设有用于将从下行导向管导出的水体进行扩散的导向板。

本发明通过设置导向板使下行导向管导出的水体向四周散发扩散，由于沉淀空间的断面积更大，因此水体的流速会趋于平缓，有利于水体内污泥及絮体的沉降，增强水体的净化效果。

8.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，还包括第二隔板，设置在主体内，所述第二隔板、所述第一隔板和所述主体之间形成收水空间，所述收水空间通过开口与所述沉淀空间连通。

本发明通过设置收水空间以对沉淀空间内经过沉降净化的水体进行收集，避免本装置的出水带有污泥或絮体，将收水空间设置在第一隔板和主体之间可以使主体内的空间得到充分的利用，同时可以避免沉淀空间内产生短流，导致出水带有污泥或絮体。

此外收水空间通过开口与沉淀空间连通，该开口具有布水作用，使沉淀空间进入收水空间内的水体是等压的、均匀的，进而使本装置的出水是等压的、均匀的，便于后续处理设备的运行。

9.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，还包括布水板，位于所述收水空间内，且所述布水板位于所述开口沿所述收水空间内的水体流动方向上。

本发明在收水空间内设置布水板，布水板与第二隔板之间的间隙，以及布水板与主体之间的间隙均可以起到布水作用，使经过布水板的水体是等压的、均匀的，进而使本装置的出水是等压的、均匀的，便于后续处理设备的运行。

10.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述收水空间顶部均匀设置多个第一收集管，所述出口与第二收集管连通，所述第二收集管与至少两个所述第一收集管连通。

本发明设置多个第一收集管以及第二收集管连通收水空间和出口，第二收集管对至少两个第一收集管的出水起到收集作用，并对第一收集管的出水压力起到均衡的作用，进而使得本装置的出水是等压的、均匀的，便于后续处理设备的运行。

11.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述第二隔板倾斜设置，所述导向板朝向所述第二隔板的一端设置有朝向所述第二隔板延伸的倾斜段，所述倾斜段与所述第二隔板之间呈锐角或直角设置。

本发明的导向板朝向第二隔板的一端设置有朝向第二隔板延伸的倾斜段，使得下行导向管导出的水体受倾斜段的导向而与第二隔板发生撞击，并通过撞击卸能，使水体的流动趋于平缓，有利于水体内污泥及絮体的沉降，增强水体的净化效果。同时下行导向管导出的水体受倾斜段的导向形成上升发散，充分利用了主体内的空间，通过增加水体流动的高度距离，增加了沉淀的时间，进而增强沉淀效果。

12.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述内污泥回流管的出口端伸入所述水体加速装置，并位于所述水体加速装置内径减小的部分。

本发明内污泥回流管的出口端位于水体加速装置内径减小的部分，可以防止进入水体加速装置内的水体直接由内污泥回流管进入到沉淀空间内，影响本装置的净化效果。

13.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，还包括排泥管，所述排泥管的入口端朝向所述沉淀空间底部，所述排泥管的出口端伸出所述主体。

本发明通过设置排泥管将沉淀空间内沉降的污泥及絮体进行排出，避免污泥及絮体在沉淀空间内堆积而占用主体内的空间，影响本装置的净化效率。

14.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，还包括外污泥回流管，所述外污泥回流管的入口端伸出所述主体并适于连通污泥储藏设备，所述外污泥回流管的出口端与所述水体加速装置的内部空间连通。

本发明的外污泥回流管用于将污泥储藏设备中可利用的、熟化后的污泥絮体受到水体加速装置形成的低压的压力作用而导入到水体加速装置内，以进行二次利用，由于熟化后的污泥絮体具有吸附和网捕的作用，因此其再次参与装置内的循环过程，可以有效的去除原水胶体，增加净化效果，并可以减少加药量，同时，在循环过程中，残留在污泥絮体内的药剂可以与污水进行充分的反应，使残留药剂得到进一步的利用，同样可以增加净化效果，并减少加药量，相较于现有技术中污泥仅沉降至混合器底部位置，而无法充分参与到净化反应过程中，本发明通过设置外污泥回流管使污泥参与到循环过程，有效提升净化效率，并可以减少加药量，进而降低净化成本，降低污泥处理难度。

15.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，还包括排空管，将沉淀空间底部与主体外连通，且所述排空管的入口位于所述沉淀空间底部的最低位置。

本发明通过设置排空管以对本装置进行排空，防止污泥及絮体堆积占用主体的空间，并便于对本装置的维护及清洁。

16.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述上行导向管的轴向断面面积与所述混合空间的轴向断面面积的比值为(0.01-0.05)。

本发明通过将上行导向管的轴向断面面积与混合空间的轴向断面面积的比值设置为(0.01-0.05)，使得混合空间内的水体流速与上行导向管内的水体流速具有较大的差值，进而形成较高的梯值，增强污水与药剂的混合效果。同时由于上行导向管内较高流速的水体进入到混合空间内骤然平缓，因此会导致在混合空间内产生微观角度的内循环水力搅拌，促进分子间的混合接触，进而增强污水与药剂的混合效果，从而提升净化效率。

17.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述主体位于所述上行导向管的上方设置有顶板，所述上行导向管的出水端朝向所述主体的顶板设置。

本发明上行导向管的出水端朝向主体的顶板设置，使上行导向管的出水与顶板发生撞击，进而产生紊流搅动，促进污水与药剂的混合，提升净化效率。

18.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述上行导向管的出水端沿水体的流动方向呈扩散状。

本发明上行导向管的出水端沿水体的流动方向呈扩散状，便于上行导向管的出水扩散到混合空间内，使污水与药剂在混合空间内进行充分的混合。

19.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述上行导向管在出水端的管壁上设有多个通孔。

本发明上行导向管的出水端设置多个用于出水的通孔，便于上行导向管的出水扩散到混合空间内，使污水与药剂在混合空间内进行充分的混合同时水体在通孔处会产生紊流，进一步促进污水与药剂的混合。

20.本发明提供的多级水力循环混合分离装置，所述上行导向管的出水端设有翼板，所述翼板与所述上行导向管的侧壁呈锐角设置。

本发明上行导向管的出水端设有翼板，上行导向管的出水流经翼板会产生紊流，从而促进污水与药剂的混合。

（发明人：张崭华;张恒）