工业生产污水处理专用机械设备研究

工业生产污水处理专用机械设备研究

陈耀东

东莞市慧科自动化有限公司

摘要：处理工业污水的关键是有专业的机械设备。通过社会调查和实验研究发现，目前我国水资源短缺且污染严重，国内的设备占地面积大、质量稳定性差、可维护性较差，所以现有的工厂污水处理设备大多采用的进口，造价高、维修价格贵，这对于很多企业来说是一个很大的负担。本文对现有的污水处理设备和处理工艺进行分析和研究，综合污水处理方法，通过油水分离、生物处理、膜过滤等方法处理污水，以期能减少设备的占地面积，提高设备性能。

关键词：工业污水处理设备；膜过滤；油水分离

1. 工业污水处理现状

经过政府多年的努力，城市居民污水处理系统已基本完善，工业污水因主要来源于石化行业、纺织工业、造纸工业、钢铁工业和电镀工业等行业，具有类型复杂、危害大等特征，处理难度大，再加上改革开放以来，我国为了能够快速发展经济，牺牲了环境污染，导致我国现在的环境问题越来越严重。为改善环境，国家加大了对环保行业的投资，在“十二五”期间，工业污水处理厂、城市污水处理厂、农业污水处理厂等领域投资超过2万亿元，种种迹象表明国家处理污水的决心不容忽视。

处理水污染的前提是找到导致水污染的重要因素，社会研究表明现在工业污染是导致水污染的重要因素^[1]。工厂处理工业废水的方法一般分为三种：（1）不处理或只做最基本的必要处理，然后再次利用或用于其他工序，形成水循环系统；（2）先做最基本的必要处理，达到最基本排放标准后，投入管道或水域；（3）系统处理，水质达到可排放标准后排放到水域或用于农田灌溉。这三种处理方式，充分地反映我国工业污水处理体系尚未形成，标准尚未制定，污水处理仍处于混乱状态。

我国的污水处理设备的起步较晚，技术水平与发达国家先进设备相比有较大差距，设备升级迫在眉睫。但是，市面上的污水处理设备大多体积巨大，需要建设工厂时留下足够的安装空间，很多企业不符合其安装标准，只能重新购置土地建造专门的污水处理基地或者拆除工厂重新规划建设，成本太大，而且污水处理设备价格昂贵，对很多企业来说，购买污水处理设备投入和回报无法成正比，因此昂贵的污水处理设备在市场上受到一定在阻碍，所有体积小，价格便宜，使用寿命长的专业机械得到了大家的追捧。

因此，本文希望通过对工业污水处理机械设备的研究，促进处理设备的研发和设计。

2. 污水处理方案的选择

在设计污水处理方案时，为了提高效率，通常会选择将多种处理方法相结合。本文以某电子厂的工业处理为例，为大家介绍工业污水的处理方法，工业污水处理流程如下图1：

图1 某电子厂工业污水处理流程表

工业污水大多成分复杂，除了因生产遗留下来的各种成分外还有可能含有各种催化剂，润滑油等，部分化工类的工厂的污水可能会呈现强碱性或者强酸性，腐蚀设备，除此之外，污水中可能含有各种杂质，堵塞设备，因此需要事先对污水进行沉淀、过滤处理。图1沉淀过滤部分太过复杂，占地过大，虽然可以使用膜过滤法减少步骤，但是这样需要增加其他的设备来配合。因此本文结合多种工艺处理方法，综合考虑占地、效率和节能等因素，确定工艺方案，较少处理过程中的设备种类与数量，增加油水分离装备，使用螺旋过滤装置，活性炭过滤装置，浓缩池沉淀装置综合处理污水。

三、专用机械设备的选择

（一）过滤栅格选择

为了避免损坏污水处理设备，污水处理前需要使用过滤栅格^[2]对其进行过滤，拦截污水中体积较大的杂物。格栅的材料通常选用不锈钢或者合金，具体材料根据污水成分选择。为了拦截更多的杂质，栅格的设计运行参数一般由污水的流速和流量决定，计算公式如图2：

图2 栅格计算公式

格栅体积大，质量重，虽然目前市面上的格栅从处理效果来看，国外的相对较好，但是考虑到运送成本，大多数的污水处理厂还是选择国内生产的。

2. 沉砂池的选择

沉砂池的原理是利用物理方法出去较大的杂质，主要可以分为平流式、竖流式、曝气式、涡流式等^[3]。为了节省空间，提高过滤效率，必须根据企业的实际需求选择最适合自己的沉淀池。沉淀池的反应公式如下图3。

图3 沉淀池反应公式

沉砂池大多依靠离心分离理论和旋转切向流理论来综合分析并根据实际情况选择。离心分离理论的原理是物体高速旋转时会产生离心力，质量不同离心力不同。因此污水旋转时，质量比水大的被分离到了外围。

离心力计算

粒子受到的离心力F：

F=(m-m₀)v² /r

m、m₀表示粒子质量、污水质量；v 表示粒子的旋转速度；r 是粒子的旋转半径，g表示重力加速度。

粒子受到的重力 G：

G=（m-m₀)g

粒子受到的离心力与重力的倍数即分离系数 ，表示征旋转分离效果

/895

粒子的分离效果与分离系数有关，分离系数越大，分离效果越好。

旋转切向流理论^[4]也就是把污水旋转切向流入膜管，这种方法可以增加过滤量，提高过滤效率；当离子离心率增大时，粒子容易分离，因此通过增加流速可以提高离心率，提高沉淀效率。综上所述，设计旋转流污水处理设备时，旋转涡轮的污水入口处相切，增大转筒体的长度，最大限度的提高转流污水处理设备的性能。

旋转流污水处理设备^[5]取代了传统的格栅和沉沙池，主要由水进水口、膜器筒体、膜器直径、锥段设计组成。其中进水口主要是改变流水的运动路线，实践证明，进水口的直径越大，膜器直径越大，分离效果越好。

（三）曝气池的选择

为了加快污水的分离速度，需要向污水中注入氧气，也就是为污水增加曝气装置^[6]，现有曝气方式主要分为机械和鼓风两种曝气方式，机械曝气是通过机械的力量，旋转沉淀液增加液体与空气的接触面积，增加污水的含氧量；鼓风曝气是利用鼓风机向污水中冲入足够的空气，以此来增加污水的含氧量。因为鼓风曝气是把风送入污水内部，反应快，设备占地小，因此受到大多数污水处理厂的喜爱。

（四）二沉池的选择

曝气池后面连接的沉淀池名为二沉池，主要作用是分离泥水，沉淀污泥、浓缩污泥。 二沉池主要分为辐射流式、平流式、竖流式。二沉池在沉淀过程中主要受污水流量和成分、沉淀池的大小和结构的影响。德国在设计二沉池时，提出污泥浓度和浓缩时间存在一定的关系，即污泥浓缩时间越长，污泥的浓度就越高，沉淀效果越好。因此要尽量在合理范围内增加污泥的浓缩时间。

设计二沉池时主要参考体积与表面负荷值，反应式如下图4。由此可知，当污水量不变时，二沉池的表面面积和表面负荷成反比，因此要增大二沉池的建筑面积。

其中，q_v表示体积负荷 ，q^，表示表面负荷，Q 表示污水的最大流量，u 表示污泥层沉淀速度。

四、结论

工业污水处理接下来的关键是全力推动专用机械设备的发展。目前国产设备已基本能满足城市污水处理的需求，但是国产专用机械设备与发达国家相比差距较大，还需要依赖进口，所以研发设计专用机械设备具有很大价值和意义。本文希望通过对污水处理设备的分析和研究，提高污水的处理效率，达成节能降耗和绿色生产的目的。

参考文献：

1. 李林冲.废水处理的现状以及发展趋势[J].2019:212.

2. 孙力平.污水处理新工艺与设计计算实例[M].北京:科学出版社,2001

[3]柳菁翠.基于不同粒径的旋流沉砂池除砂效能研究[D].重庆：重庆大学,2016.

[4]王成端.低成本污水处理技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社,2008.

[5]曹雨平.水力旋流器的研究现状和发展趋势[J].工业水处理 2015,35(2): 11-14.

[6]张文娟.工业污水处理厂鼓风机和水泵的应用与发展趋势[J].通用机械， 2016,(4):21-22.