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专利名称：一种具有脱氮功能的虹吸滤池

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311364138.5

专利申请（专利权）人：日照城投环境开云优惠体育网页版入口集团有限公司
权利人地址：山东省日照市东港区枣庄路229号

专利发明（设计）人：陈修波,胡庆霞,肖静,孙晨皓,安钟阳

专利摘要：本发明公开了一种具有脱氮功能的虹吸滤池，涉及废水或污水处理领域，包括外池体和内池体，外池体的底部安装有反冲洗水管和反冲洗气管；内池体的底部为网状结构，且内池体能够在外池体的内部上下运动；内池体的内部填充有颗粒状的复合填料；外池体的边缘处固定安装有驱动部件，用于带着内池体在外池体的内部上下运动。本发明驱动结构能够带着内池体在外池体的内部向下运动，内池体在向下运动的过程中，颗粒状的填料会缓慢在池体中向下运动，颗粒状的填料之间的间隙增加，同时使得反冲洗水管和反冲洗气管对填料进行反冲洗，由于填料之间的间隙增加，杂质以及沉淀会更好的大间隙中脱落或者脱离或者上。佣岣叨蕴盍系姆闯逍Ч。

主权利要求：
1.一种具有脱氮功能的虹吸滤池，其特征在于：包括外池体(1)和内池体(2)，外池体(1)的底部安装有反冲洗水管(8)和反冲洗气管(9)；
内池体(2)的底部为网状结构，且内池体(2)能够在外池体(1)的内部上下运动；
所述内池体(2)的内部填充有颗粒状的复合填料；
所述外池体(1)的边缘处固定安装有驱动部件，用于带着内池体(2)在外池体(1)的内部上下运动；
所述外池体(1)的底部还安装有升降板(13)，升降板(13)能够在外池体(1)的内腔底部上下滑动；
升降板(13)与外池体(1)的底部形成压力腔；
压力腔的侧壁通过管道连通有压力室(10)，压力室(10)中填充有高压液体，压力室(10)的内腔中安装有能够滑动的压板(11)，压力室(10)的顶部固定安装有液压杆(12)，液压杆(12)的伸缩端与压板(11)固定连接，用于带着压板(11)在压力室(10)内部滑动，当压力室(10)内部的液体进入到压力腔中时，能够带着升降板(13)在外池体(1)的内部向上运动，从而带着外池体(1)的底部的液体向上运动。
2.根据权利要求1所述的一种具有脱氮功能的虹吸滤池，其特征在于：所述驱动部件包括电机(3)、主动摆杆(4)和从动摆杆(6)，所述主动摆杆(4)的一端通过铰支座固定安装在外池体(1)的内侧上端，主动摆杆(4)的另一端转动安装有从动摆杆(6)，所述从动摆杆(6)远离主动摆杆(4)的一端通过铰支座与内池体(2)转动连接；
所述主动摆杆(4)的转动轴上固定安装有从动齿轮(5)；
电机(3)固定安装在外池体(1)的顶部，且电机(3)的输出端固定安装有与从动齿轮(5)啮合的主动齿轮(51)，主动齿轮(51)带着从动齿轮(5)转动，使得主动摆杆(4)带着从动摆杆(6)摆动，从而使内池体(2)在外池体(1)的内部上下运动。
3.根据权利要求1所述的一种具有脱氮功能的虹吸滤池，其特征在于：所述外池体(1)的底部还安装有排水管(14)。
4.根据权利要求1所述的一种具有脱氮功能的虹吸滤池，其特征在于：所述内池体(2)在向下运动的过程中，颗粒状的复合材料在内池体(2)中会逐渐跟随下沉，下沉的过程中，颗粒状复合材料之间的间隙增加，更有利于杂质和沉淀物从间隙中上浮。
5.根据权利要求4所述的一种具有脱氮功能的虹吸滤池，其特征在于：所述内池体(2)向上运动时，升降板(13)也向上运动，对外池体(1)内部的液体提供向上的速度，液体在向上流动时对内池体(2)中的填料提供向上的冲刷力，用于抵消部分填料的重力，减少填料对内池体(2)压力，在内池体(2)复位时更省力。
6.根据权利要求5所述的一种具有脱氮功能的虹吸滤池，其特征在于：所述升降板(13)向下运动时，反冲洗水管(8)开启，对外池体(1)的底部补充水，用于补充升降板(13)下降后的空间。
7.根据权利要求1所述的一种具有脱氮功能的虹吸滤池，其特征在于：假设填充颗粒小球的密度为ρ,其质量为m，球的体积V为：3
V＝mρ＝4/3πr；(1)
可得出小球的半径r；
小球在内池体(2)中受到自身的重力G和液体的浮力F1；
小球所承受的合力F2为：
F2＝G?F1；(2)；
液体在向上运动时，小球受到反冲洗水的粘滞系数η，根据斯托克斯定律，小球所受到的粘滞力f为f＝6πη×rv；(3)
其中：r为小球的半径，v为液体的速度；
在小球悬浮的状态下，液体对小球产生向上的力即为粘滞力，粘滞力与小球的合力F2相等，即f＝F2＝G?F1即mg＝ρ1gV+6πηrv；(5)
式中ρ1为液体的密度，g为重力加速度，V为小球的体积；
假设小球所受到的瞬时速度v1为：v1＝lt；(6)式中l为单位时间内移动的距离，t为单位时间；
2
直接得出：v1＝(ρ?ρ1)(2r) g/18η，式中ρ为填充颗粒小球的密度；
ρ1为液体的密度；
r为填充颗粒的半径；
g为重力加速度；
η为粘滞系数；
由分析得出：当速度v1和速度v相等时，质量为m的填料在水中处于悬浮的状态；半径比较大的填料若想在水中保持悬浮的状态，液体则需要向上提供更大的速度；半径比较小的填料在水中保持悬浮时，液体只需要向上提供较小的速度即可。
8.根据权利要求4所述的一种具有脱氮功能的虹吸滤池，其特征在于：所述升降板(13)位于反冲洗水管(8)和反冲洗气管(9)的下方。 说明书 : 一种具有脱氮功能的虹吸滤池技术领域[0001] 本发明涉及废水或污水处理领域，具体为一种具有脱氮功能的虹吸滤池。背景技术[0002] 虹吸滤池是快滤池的一种形式，主要是利用虹吸原理进水，是一种常见的污水处理池。在滤池中放入不同的滤层，可达到对水进行处理的目的。水在虹吸池中流动时，只要依靠自身的水压使得内部的在池体中流动，并完成过滤的过程。[0003] 然而滤池中加入颗粒状态的硫基或硫铁基复合填料，可以达到去除水中的NO3??N，生产N2达到脱氮的目的。[0004] 但是在长时间的使用情况下，很容易造成填料板结堵塞的问题，生物膜容易堵塞填料，使脱氮效率下降，需要频繁反洗。而常用的反洗的方法是使用气体和清水从池底的底部进行反向冲洗，但是由于填料堆叠在一起时，相互之间形成挤压，填料之间的间隙比较。ゴ康氖褂闷搴颓逅蟹聪，填料之间的杂质会有残留，导致反洗不彻底的情况出现。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种具有脱氮功能的虹吸滤池，以解决上述背景技术中提出的问题。[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有脱氮功能的虹吸滤池，包括外池体和内池体，外池体的底部安装有反冲洗水管和反冲洗气管；[0007] 内池体的底部为网状结构，且内池体能够在外池体的内部上下运动；[0008] 所述内池体的内部填充有颗粒状的复合填料；[0009] 所述外池体的边缘处固定安装有驱动部件，用于带着内池体在外池体的内部上下运动；[0010] 内池体在向下运动的过程中，颗粒状的复合材料在内池体中会逐渐跟随下沉，下沉的过程中，颗粒状复合材料之间的间隙增加，更有利于杂质上浮。[0011] 优选的，所述驱动部件包括电机、主动摆杆和从动摆杆，所述主动摆杆的一端通过铰支座固定安装在外池体的内侧上端，主动摆杆的另一端转动安装有从动摆杆，所述从动摆杆远离主动摆杆的一端通过铰支座与内池体转动连接；[0012] 所述主动摆杆的转动轴上固定安装有从动齿轮，[0013] 电机固定安装在外池体的顶部，且电机的输出端固定安装有与从动齿轮啮合的主动齿轮，主动齿轮带着从动齿轮转动，使得主动摆杆带着从动摆杆摆动，从而使内池体在外池体的内部上下运动。[0014] 优选的，所述外池体的底部还安装有排水管。[0015] 优选的，所述外池体的底部还安装有升降板，升降板能够在外池体的内腔底部上下滑动；[0016] 升降板与外池体的底部形成压力腔；[0017] 压力腔的侧壁通过管道连通有压力室，压力室中填充有高压液体，[0018] 压力室的内腔中安装有能够滑动的压板，压力室的顶部固定安装有液压杆，液压杆的伸缩端与压板固定连接，用于带着压板在压力室内部滑动，当压力室内部的液体进入到压力腔中时，能够带着升降板在外池体的内部向上运动，从而带着外池体的底部的液体向上运动。[0019] 优选的，所述内池体在向下运动的过程中，颗粒状的复合材料在内池体中会逐渐跟随下沉，下沉的过程中，颗粒状复合材料之间的间隙增加，更有利于从间隙中上浮。[0020] 优选的，所述内池体向上运动时，升降板也向上运动，对外池体内部的液体提供向上的速度，液体在向上流动时对内池体中的填料提供向上的冲刷力，用于抵消部分填料的重力，减少填料对内池体压力，在内池体复位时更省力。[0021] 优选的，所述升降板向下运动时，反冲洗水管开启，对外池体的底部补充水，用于补充升降板下降后的空间。[0022] 优选的，假设填充颗粒小球的密度为ρ,其质量为m，球的体积V为：[0023] V = m/ρ = （4/3）πr3；[0024] 可得出小球的半径r；[0025] 小球在内池体2中受到自身的重力G和液体的浮力F1；[0026] 小球所承受的合力F2为：[0027] F2 = G ? F1 ；[0028] 液体在向上运动时，小球受到液体的粘滞阻力η，根据斯托克斯定律，小球所受到的粘滞力f为[0029] f = 6πη x rv；[0030] 其中：r为小球的半径，v为液体的速度；[0031] 在小球悬浮的状态下，液体对小球产生向上的力即为粘滞力，粘滞力与小球的合力F2相等，即f = F2 = G ? F1，[0032] 即mg = ρ1gV + 6πηrv；[0033] 式中ρ1为液体的密度，g为重力加速度，V为小球的体积；[0034] 假设小球所受到的瞬时速度v1为：V1 = 1/t；[0035] 式中l为单位时间内移动的距离，t为单位时间；[0036] 直接得出：v1 = (ρ ? ρ1)（2r）2g/18η，[0037] 式中ρ为填充颗粒小球的密度，[0038] ρ1为液体的密度，[0039] r为填充颗粒的半径，[0040] g为重力加速度；[0041] η为粘滞系数。[0042] 由分析得出：当速度v1和速度v相等时，质量为m的填料在水中处于悬浮的状态；半径比较大的填料若想在水中保持悬浮的状态，液体则需要向上提供更大的速度；半径比较小的填料在水中保持悬浮时，液体只需要向上提供较小的速度即可。[0043] 优选的，所述升降板位于反冲洗水管和反冲洗气管的下方。[0044] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0045] 本发明通过设置外池体和内池体以及驱动结构，填料填充在外池体的内部，驱动结构能够带着内池体在外池体的内部向下运动，内池体在向下运动的过程中，颗粒状的填料会缓慢在池体中向下运动，颗粒状的填料之间的间隙增加，同时使得反冲洗水管和反冲洗气管对填料进行反冲洗，由于填料之间的间隙增加，杂质以及沉淀会更好的大间隙中脱落或者脱离，从而提高对填料的反冲效果。附图说明[0046] 图1为本发明内池体和外池体的剖视图；[0047] 图2为本发明驱动部件的结构图；[0048] 图3为本发明主动摆杆和从动摆杆摆动的结构图；[0049] 图4为本发明内池体运动至最底部的剖视图；[0050] 图5为本发明内池体和外池体的结构图；[0051] 图6为本发明外池体、内池体和压力室的剖视图；[0052] 图7为本发明外池体、内池体和压力室的结构图；[0053] 图8为本发明外池体、内池体和压力室与地面安装的状态图。[0054] 图中：1、外池体；2、内池体；3、电机；4、主动摆杆；5、从动齿轮；51、主动齿轮；52、转动轴；6、从动摆杆；7、复合填料；8、反冲洗水管；9、反冲洗气管；10、压力室；11、压板；12、液压杆；13、升降板；14、排水管。具体实施方式[0055] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0056] 请参阅图中所示，本实施例提供了一种具有脱氮功能的虹吸滤池，包括外池体1和内池体2，在外池体1的顶部固定安装有虹吸水管c，虹吸水管c能够从其他水位较高的滤池中吸水，使得水源源不断的进入到外池体1的上端。外池体1的底部开设有排水管14，内池体2滑动安装在外池体1的内部，并且能够在外池体1的内部上下滑动。[0057] 内池体2的底部为网格状结构，如图1和图5所示。内池体2的内部安装有颗粒状的复合填料7，比如填充常使用的颗粒状态的硫基或硫铁基复合填料。外池体1中的水流经复合填料的水能够从排水管14中排出。[0058] 外池体1的内腔底部固定安装有反冲洗水管8和反冲洗气管9，反冲洗水管8与外部的高压水泵连接，用于往反冲洗水管8中泵入高压的水。同样的，在反冲洗气管9与外部的高压气泵连接，用于往外池体1的内部泵入空气。反冲洗水管8内部的水和反冲洗气管9的气体从外池体1的底部向上快速流动，在流动的过程中会带着颗粒状的复合填料在外池体1中翻滚，达到对复合填料反冲洗的目的。需要注意的是，在反冲洗时，需要关闭排水管14，避免排水管14向外部排水。[0059] 在外池体1的边缘处还固定安装有驱动部件，驱动部件用于带着内池体2在外池体1的内部上下滑动。如图2所示，驱动部件包括固定安装在外池体1边缘处的电机3和安装在外池体1上的主动摆杆4以及与主动摆杆4连接的从动摆杆6。[0060] 在外池体1的内侧上端固定安装有铰支座，主动摆杆4的一端开设有转动轴52，转动轴52安装铰支座上，并且能够在铰支座上转动（即主动摆杆4能够在铰支座上转动）。主动摆杆4的另一端固定安装有转轴，转轴上转动安装有从动摆杆6。内池体2的上端边缘处也固定安装有铰支座，从动摆杆6远离主动摆杆4的一端转动安装在铰支座上。[0061] 电机3的输出轴上固定安装有主动齿轮51，主动摆杆4的转动轴52上固定安装有从动齿轮5，主动齿轮51与从动齿轮5啮合在一起。[0062] 初始状态下，内池体2位于外池体1的内部上端，如图3所示。电机3在转动时，能够带着主动齿轮51转动，主动齿轮51带着从动齿轮5转动，从动齿轮5的转动方向如图2中箭头所示。从动齿轮5在转动的过程中，能够带着主动摆杆4同步转动，主动摆杆4带着从动摆杆6转动，从动摆杆6带着内池体2在外池体1的内部向下运动。从动摆杆6为内池体2的运动提供主动力。当主动摆杆4以及从动摆杆6向下转动至竖直状态时，内池体2运动至最底处，如图4所示。[0063] 内池体2在向下运动的过程中，由于颗粒状态的填料在水中受到浮力，填料会迟于内池体2向下运动。随着内池体2的向下运动，填料之间的挤压力会降低，从而逐渐跟随内池体2向下运动，在填料向下运动的过程中，填料之间的间隙变大。[0064] 在该种状态下，使得反冲洗水管8泵入高压的液体，反冲洗气管9泵入高压的气体，在液体和气体流经填料时，由于填料之间的间隙更大，能够够把填料之间的杂质以及沉淀物从较大的间隙中向上带出，对填料的反洗效果更好。[0065] 在进一步的实施例中，为了提高对填料的反冲洗效果，延长填料下沉的时间，减缓填料下沉的速度，在反冲洗的过程中，能够带着更多的杂质和沉淀从填料中反向分离，如图6?8所示，在外池体1的内腔底部还滑动安装有升降板13，升降板13能够在外池体1的内部上下运动。升降板13位于反冲洗水管8和反冲洗气管9的下方，在升降板13上下升降的过程中，不影响反冲洗水管8和反冲洗气管9的工作。[0066] 升降板13与外池体1的底部形成压力腔，如图6所示。压力腔的侧壁安装有管道，管道的另一端连接有压力室10，管道把压力室10和压力腔连通在一起。在压力室10的内腔中以及压力腔的内腔中均填充有高压液体（比如液压油）。[0067] 压力室10的内腔中安装有压板11，压板11能够在压力室10的内部上下滑动。压力室10的顶部固定安装有液压杆12，液压杆12的输出端与压板11固定连接。液压杆12的外缸体与压力室10通过螺栓连接在一起。液压杆12的压力油由外界油箱提供。[0068] 在内箱体2向下运动的同时，打开反冲洗水管8和反冲洗气管9，并使得液压杆12向下运动，高压液体从压力室10中进入到压力腔中，从而带着升降板13向上运动，升降板13在向上运动的过程中，会带着外池体1内腔底部的液体整体向上运动。由于液体的压缩性比较低，液体向上运动的过程中，能够提供向上的压力或者压强，对颗粒状的填料提供向上的力，减缓填料下沉的速度和时间，即保证填料之间的间隙长时间保持比较大的状态，使得填料之间的沉淀和杂质在反冲洗气流和水的作用下，更好的从填料间隙中清除。[0069] 相比于单纯的采用反冲洗水管8和反冲洗气管9来说，升降板13运动时，可带着外池体1底部的水具有整体向上的速度，而反冲洗水管8和反冲洗气管9冲洗时，只有局部有水受到冲击向上流动，而局部的水流会带着填料往水流速度较低的方向运动，从而使得填料继续堆积在一起，对填料的反冲洗效果并不理想。可见，采用升降板13的方式，可以使得外池体1底部向上运动的水对所有的填料产生向上的推力，使得整个填料几乎同时受力，可减少填料之间的堆积，增加填料之间的间隙。[0070] 假设填料颗粒受到的浮力为F1，填料颗粒的平均重力为G=mg，（m是小球的质量，g是重力加速度）。由于颗粒的大小直径不同，可称出填料颗粒的平均质量，具体操作方法如下，选出5组填料，并称重为1千克，然后数出填料颗粒的数量，重量除以数量即可得出颗粒的平均质量m，原则上来说填料的组数越多，颗粒的平均质量越准确。[0071] 而对于同一材质的颗粒（把颗粒作为一个球体计算），其密度为ρ,其质量为m，球的体积V为：[0072] V=m/ρ=（4/3）πr3；（1）[0073] 可求出球的半径r。[0074] 在对填料反冲洗之前，池体中充满液体，且反冲洗水管8和反冲洗气管9均没有工作。填料颗粒在内池体2中所受到的合力F2为：[0075] F2=G?F1；（2）[0076] F1为颗粒受到的浮力，F1=ρ1gV[0077] 式中ρ1为液体的密度，g为重力加速度，V为小球的体积。[0078] 在升降板13向上带着液体运动的过程中（忽略液体的压缩性、重力以及水对球体的压强），液体会同时向上运动，向上提供压力和压强P（忽略水对小球的压强，物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强)。[0079] 若使得半径为r的小球在液体中保持静置即悬浮的状态，小球受到向上的力由液体提供。而未与小球接触的液体则会向上流动，即小球与液体之间存在相对运动，液体在向上运动时，小球受到液体（反冲洗水）的粘滞系数η，根据斯托克斯定律，小球所受到的粘滞力f为：[0080] f=6πηxrv；（3）[0081] 其中：r为小球的半径，v为液体的速度。[0082] 在小球悬浮的状态下，液体对小球产生向上的力即为粘滞力，粘滞力与小球的合力F2相等，即f=F2=G?F1,[0083] 可得出：6πηrv=G?F1[0084] 即；v=(G?F1)/6πηr；（4）[0085] 可得出，在质量为m的小球受到液体向上的速度v冲刷时，质量为m的小球则处于悬浮的状态。[0086] 填充颗粒在水中悬浮时，小球的重力G、浮力F1和粘滞力f的关系为：[0087] G=F1+f，[0088] 即mg=ρ1gV+6πηrv；（5）[0089] 瞬时速度dv为：dv=dl/dt，[0090] 可看做瞬时速度v1为：V1=1/t；（6）[0091] 式中l为单位时间内移动的距离，t为单位时间。[0092] 由公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）可得出：[0093] v1=(ρ?ρ1)（2r）2g/18η（7）[0094] 式中：[0095] ρ为填充颗粒小球的密度，[0096] ρ1为液体的密度，[0097] r为填充颗粒的半径，[0098] g为重力加速度；[0099] η为粘滞系数。[0100] 由上述公式能直接得出：[0101] 当速度v1和速度v相等时，质量为m的填料在水中处于悬浮的状态；半径比较大的填料若想在水中保持悬浮的状态，液体则需要向上提供更大的速度；半径比较小的填料在水中保持悬浮时，液体只需要向上提供较小的速度即可。[0102] 由于m取的是平均值，填料颗粒在平均值m类似于均匀分布，质量大于m的填料和质量小于m的填料数量近似相等。[0103] 由公式V=m/ρ=（4/3）πr3，可得知，质量越小的颗粒半径和直径越小。[0104] 可得知，在升降板13向上运动时，提供向上的速度v，会使得内池体2中颗粒状填料质量为m的填料处于悬浮的状态；质量小于m的填料则在速度v的作用下跟随水流向上运动；而质量大于m的填料在速度v的作用下则会慢慢下沉，从而使得不同的填料处于不同的运动状态，增加填料之间的间隙，在对填料进行反冲洗时，填料中的杂质以及沉淀物能够跟随向上的水流更轻易的向上流动，对颗粒填料的清洗更加彻底。[0105] 本实施例中，升降板13向上运动的速度由压力室10提供，压力室10对升降板13提供的速度可根据实际情况设置。[0106] 在内池体2运动至最底部之后，反洗后的填料也会逐渐沉淀在内池体2中，并堆叠在一起。此时，可使得反冲洗水管8泵水，并利用液压杆12带着压板11在压力室10中上升，压力室10中产生负压，使得升降板13在外池体1的内部向下运动，而反冲洗水管8的水则会停留在外池体1的底部，用于补充升降板13下降后的空间；直到升降板13恢复至原始位置。[0107] 随后，便可使得主动摆杆4和从动摆杆6带着内池体2向上运动，内池体2在向上运动的过程中，液压杆12带着压板11在压力室10中向下运动，压力室10中的液体会向压力腔中流动，并使得升降板13向上运动，升降板13向上运动的过程中，会带着液体一起向上运动，液体会对内池体2以及填充颗粒提供向上的力，可以减轻填充颗粒对内池体2的压力以及填充颗粒的重力。在内池体2向上运动的过程中，向上运动的力由主动摆杆4和从动摆杆6提供，同时还由向上运动的液体提供，在内池体2向上复位的过程更加省力。在内池体2复位之后，液压杆12带着压板11在压力室10中上升，压力室10中产生负压，使得升降板13在外池体1的内部向下运动，反冲洗水管8开启可往外池体1的内部补充水，用于补充升降板13下降后的空间。直到升降板13恢复至原始位置时，反冲洗水管8关闭即可。[0108] 在实际使用时，如图8所示，需要在地面上挖出基坑，并在基坑中浇筑上水泥，排布好与反冲洗水管8连接的冲洗进水管以及和反冲洗气管9连接的冲洗进气管。便可把外池体放入到基坑中，并把冲洗进水管与反冲洗水管8连接在一起，反冲洗气管9与冲洗进气管连接在一起。在排水管14上接通排水管道以及排水泵。随后把压力室10和压力腔连接在一起，即可把外池体浇筑在基坑中进行使用。[0109] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

专利地区：山东

专利申请日期：2023-10-20

专利公开日期：2024-11-08

专利公告号：CN118304683B