用于污水处理的平板式磁分离设备机构设计

2022-04-07刘佳斌田广夺梁泽楠李海龙

机械制造 2022年3期

□ 刘佳斌 □ 田广夺 □ 梁泽楠 □ 李东 □ 李海龙

北京强度环境研究所北京 100076

1 设计背景

在诸多环境保护工作中,污水处理是一个极为重要的环节。为使污水中的有害、有毒物质得到有效处理,需要对污水处理过程中产生的污泥和净水进行分离,避免造成再次污染[1]。

磁分离是污水处理工作中将污泥和净水分离常用的物理方法,主要利用磁力效应,对废水施加磁场,使废水中的磁性颗粒磁化、凝聚,形成易于分离的絮凝体,即污泥,然后直接分离除去。对于非磁性颗粒,通过投加磁性絮凝剂,使颗粒变为带磁性的絮凝体,实现分离[2-4]。

现有的磁分离设备由多个磁盘及泥水分离槽构成,在磁场的作用下添加絮凝剂,达到固液分离的目的。现有的磁分离设备存在刮渣机构不易维修,磁盘加工及装配较复杂,兜泥条使用寿命较短需要经常更换,工艺性较差等问题。

针对以上问题,研制一种应用于污水处理的高效率、强处理能力、高自动化程度、易于维修的磁分离设备,成为目前亟需完成的任务。

笔者对用于污水处理的平板式磁分离设备的机构进行了设计。

2 设备工作原理

平板式磁分离设备基于磁分离技术处理污水,主要利用污染物的凝聚性和对污染物的加种性实现分离。凝聚性具体指具有铁磁性或顺磁性的污染物在磁场作用下凝聚为表面直径增大的颗粒,然后实现除去。加种性具体指借助外加磁性絮凝剂以增强弱顺磁性,或使非磁性污染物产生磁性,进而便于用磁分离技术除去。

平板式磁分离设备在污水污泥混合液中加入铁矿粉作为絮凝剂,使含泥污水中的絮凝状浓缩性污泥颗粒与絮凝剂充分混合,在污水污泥周围建立高能磁场,通过磁场吸附作用使污泥更快更好地被吸附至专用接收装置。当含泥污水流出磁场时,水中絮凝团已荡然无存,只剩下清澈干净的清水。

平板式磁分离设备的结构如图1所示,包括入水槽机构、磁分离主体机构、出水槽机构。平板式磁分离设备的工作流程如图2所示。

▲图1 平板式磁分离设备结构

▲图2 平板式磁分离设备工作流程

3 设备主要机构

3.1 入水槽机构

入水槽机构如图3所示,主要包括A气缸、闸门、A气缸闸门连接板、A气缸安装座、横梁、污水入口、入水导向槽。

▲图3 入水槽机构

A气缸带动闸门竖直上下移动,可间歇性地为平板式磁分离设备提供待处理污水。当A气缸的活塞杆伸出时,闸门向下运动,此时闸门关闭,污水停止进入平板式磁分离设备。当A气缸的活塞杆缩回时,闸门向上运动,此时闸门打开,污水进入平板式磁分离设备。

3.2 磁分离主体机构

磁分离主体机构如图4所示,主要包括磁板组件、磁分离槽机构、刮泥机构[5-6]。

▲图4 磁分离主体机构

磁板组件安装在磁分离槽机构下方,刮泥机构安装在磁分离槽机构上方。当磁板组件与磁分离槽机构的距离最小时,磁分离槽机构与磁板组件间的磁力最大,刮泥机构不动作。在这一状态下,磁分离槽机构表面吸附带絮凝剂的絮凝体,净水沿磁分离槽机构流出。当磁板组件与磁分离槽机构的距离最大时,磁分离槽机构与磁板组件间的磁力最小,刮泥机构沿磁分离槽机构上表面动作,将带絮凝剂的絮凝体刮除。

磁板组件如图5所示,主要包括磁板支架、磁板、不锈钢蒙皮、磁板支撑角铁、隔板。

▲图5 磁板组件

磁板支架用于支撑磁板,由矩形边框和横纵加强筋构成。磁板共有九块,用于安装矩形磁块。每块磁板含有83个矩形磁块,磁板可以通过磁力吸引带絮凝剂的絮凝体。不锈钢蒙皮安装在磁板上端,用于保护矩形磁块不受磨损。磁板支撑角铁用于支撑磁板支架,上端和下端分别与磁板支架、磁分离主体机构下机架相固连。隔板安装在磁板支架右侧位置,具有限制水流流速和减小水流冲击力的作用。

磁分离槽机构如图6所示,主要包括磁分离槽、B气缸、导向滑块、配重铅块、导向轮、链条、链轮、升降底托、磁分离槽支撑板。

▲图6 磁分离槽机构

磁分离槽采用不锈钢钢板,基于磁板的磁力,磁分离槽上表面能够吸附污水中带絮凝剂的絮凝体。B气缸共有两个,可带动升降底托在竖直方向上下移动。导向滑块为U形件,共有四个。配重铅块有四个,起配重作用,防止两个B气缸的顶升力不足。导向轮有四个,可以在导向滑块的U形口上下滑动。链轮有四个,安装在导向滑块的左上端,用于支撑链条。链条一端与配重铅块固连,另一端与导向轮固连。磁分离槽支撑板有六个,上端与磁分离槽固连,下端与升降底托固连。

刮泥机构如图7所示,主要包括刮泥组件、滑块、刮泥组件安装板、导轨、同步齿形带、驱动电机、带轮。

▲图7 刮泥机构

滑块安装在导轨上,可以沿导轨水平移动。刮泥组件安装板安装在滑块上,用于安装刮泥组件。同步齿形带安装在刮泥组件安装板上,带轮由驱动电机驱动,可带动同步齿形带水平移动,进而带动刮泥组件水平移动。

刮泥组件如图8所示,包括尼龙刮泥板、刮板固定板、弹簧、直线轴承、导杆、支撑横梁。

尼龙刮泥板将带絮凝剂的絮凝体刮至出水槽机构。刮板固定板用于安装尼龙刮泥板。弹簧安装在导杆上,起缓冲作用。直线轴承安装在支撑横梁上。导杆下端安装在刮板固定板上,由上至下依次穿过直线轴承、支撑横梁、弹簧,并且可以在直线轴承中间孔中竖直上下移动。支撑横梁安装在刮泥组件安装板上,起支撑作用。

▲图8 刮泥组件

3.3 出水槽机构

出水槽机构如图9所示,主要包括清水出口、出水槽、刮泥气缸、污泥槽、刮泥气缸安装座、C气缸、C气缸连接板、刮泥板安装块、刮泥板、活动导向板、污泥排出口。

▲图9 出水槽机构

清水出口为清水的排出口。出水槽用于盛放清水。污泥排出口为带絮凝剂絮凝体的排出口。刮泥气缸安装在刮泥气缸安装座下端,可以带动刮泥板左右移动。污泥槽用于盛放由磁分离主体机构刮出的带絮凝剂絮凝体。刮泥气缸安装座上端固定在出水槽机构下机架上,下端与刮泥气缸相连。C气缸安装在出水槽右侧,用于推动C气缸连接板前后移动,进而带动活动导向板前后移动。刮泥板安装块上端安装在刮泥气缸滑块上,下端安装在刮泥板上。活动导向板安装在C气缸连接板下端,起收集污泥的作用,将污泥收集至污泥槽中,而非出水槽中。通过清水出口、出水槽、污泥排出口、刮泥气缸、污泥槽、刮泥气缸安装座、C气缸、C气缸连接板、刮泥板安装块、刮泥板、活动导向板的组合动作,出水槽机构可以实现清水与带絮凝剂絮凝体的分离,清水由清水出口排出,带絮凝剂的絮凝体由污泥排出口排出。