本发明属于一种隧道高浊度施工废水处理领域，具体涉及一种水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置。
背景技术：
1、近年来，山区铁路、公路得到迅速发展，隧道建设的规模越来越大。隧道施工过程中常产生大量施工废水，主要为含水层涌水及施工作业废水，作为隧道施工过程中的主要污染源之一，必须对其进行高效化的处理后达标排放。
2、一般地，隧道废水主要污染因素为ss、ph、cod、氨氮及石油类污染物，同时具有水质水量波动大的特点，这是由隧道施工的施工工法、隧道岩性共同决定的。传统隧道废水处理工艺流程长、能耗大、占地面积大、维护成本高且难以适应水质水量的波动，常见工艺为“三级沉淀+沉砂+调节沉淀+絮凝沉淀+过滤”，主要通过增加沉淀时间提升处理效果。在隧道施工过程中，往往可利用土地面积不足，无法布置长流程工艺和大面积沉淀池，导致出水水质难以达标，对施工区域的生态环境造成危害。因此，实现隧道施工废水处理系统占地省、能耗省、效果优的工艺特点是该项处理技术的关键。
技术实现思路
1、本发明针对现有隧道施工废水处理工艺流程长、能耗大、占地广及出水水质波动的问题，提出水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，本发明利用高速射流将成熟泥渣作为絮体晶核射入气能混凝区，增加气动絮凝中絮体比重，提升设备处理负荷，节省设备占地，符合高标准、高负荷的处理要求。
2、为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，包括泥渣循环区、气能混凝区、悬浮澄清区、斜管沉淀区和药剂投加系统，泥渣循环区和气能混凝区设置在悬浮澄清区内，泥渣循环区位于气能混凝区下方且二者相互连通，气能混凝区的顶部通过混凝出水口与悬浮澄清区相连通，斜管沉淀区位于悬浮沉淀区的悬浮泥渣层上方，药剂投加系统设置在与进水喷嘴连通的进水管上；
3、泥渣循环区通过底部进水喷嘴入射包含絮凝剂、助凝剂的高速水流形成局部负压，裹挟排泥斗内泥渣颗粒作为絮体晶核进入气能混凝区，气能混凝区通过底部微孔曝气盘释放压缩气泡，气泡上浮过程对水体产生扰动，制造大量利于颗粒碰撞的微涡旋，悬浮澄清区利用悬浮泥渣层的接触絮凝作用，吸附拦截微小颗粒，同时提高絮体颗粒比重利于沉降，斜管沉淀区对经过悬浮泥渣层的废水进行沉淀处理，并通过出水管将清水排出。
4、进一步的，所述泥渣循环区主要包括混合室，混合室上方通过喉管与气能混凝区连通，混合室下方进口设置进水喷嘴，进水喷嘴与混合室、喉管同心设置，进水喷嘴通过进水管连通污水提升泵，进水管上设置有电磁流量计和进水阀门。
5、进一步的，所述进水喷嘴与喉管直径之比为1:2.5-1:4.5，喉管截面积与进水喷嘴截面积比值为11-14；混合室上部直径与下部直径之比为1:1.3-1:1.6。
6、进一步的，所述进水喷嘴的出水口位于混合室1/3-2/3范围内，所述进水喷嘴进水流速为5-8m/s，可通过污水提升泵变频调节。
7、进一步的，所述气能混凝区包括气动混凝筒，气动混凝筒的底部设置多个微孔曝气盘，微孔曝气盘通过曝气管与气泵空压机连通，由气泵空压机输送压缩空气，曝气管上设置有空气流量计和空气阀门；气动混凝筒的中下部设置有气能分散罩；气动混凝筒上部等间距设置有若干混凝出水孔，气动混凝筒的顶部设置有伸顶通气管。
8、进一步的，所述气动混凝筒上部为垂直筒壁，底部为锥形筒壁，与垂直筒壁夹角为45°-55°，气能分散罩设置于气动混凝筒垂直筒壁的底部1/3-1/4处，顶部夹角为120°-135°，表面间隔45°，等距开设直径为30-50mm的圆形孔洞。
9、进一步的，所述多个微孔曝气盘等间距布置在气动混凝筒上，微孔曝气盘通过固定支架固定在气动混凝筒的锥形筒壁上。
10、进一步的，所述悬浮澄清区包括悬浮澄清器，悬浮澄清器的底部设置支撑柱，悬浮澄清器内部设置有导流筒，所述气动混凝筒置于导流筒内部，悬浮澄清器、导流筒和气动混凝筒三者具有相同的中心轴，悬浮澄清器中部的悬浮泥渣区设置有悬浮泥渣排泥管及泥渣浊度计，悬浮泥渣排泥管上设置有悬浮泥渣排泥阀门，悬浮泥渣排泥阀门可控制悬浮泥渣器通过重力排泥，更新悬浮泥渣层；悬浮澄清器下部设置有泥渣斗，泥渣斗底部设置有吸泥器并连接排泥管，排泥管上设置有排泥阀门，控制泥渣斗进行重力排泥。
11、进一步的，所述斜管沉淀区包括斜管沉淀器，环形集水堰及集水斗，斜管沉淀器设置在悬浮澄清器上部，斜管沉淀器至环形集水堰之间为清水区；集水斗内设置有出水浊度计；集水斗连接出水管，且出水管上设置有出水流量计。
12、进一步的，所述药剂投加系统主要包括絮凝剂投加器和助凝剂投加器；絮凝剂投加器通过絮凝剂加药管与进水管连接，絮凝剂加药管设置有絮凝剂加药泵；助凝剂投加器通过助凝剂加药管与进水管连接，助凝剂加药管设置有助凝剂加药泵。
13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用水力循环泥渣强化气动絮凝耦合悬浮澄清工艺，处理以隧道施工废水、矿井水为代表的高浊度废水。水力循环强化气动絮凝工艺，主要通过入射高速原水和曝气协同完成，该处理设备仅由一台水泵及一台气泵空压机功能，无其他机械构件，主要通过压缩气泡在上浮过程中制造大量利于絮体颗粒碰撞的微涡旋，入射高速水流裹挟成熟污泥作为絮体晶核解决气动絮凝絮体难以沉降的问题。进水喷嘴处入射高速水流，形成局部负压区，在静水压力及大气压力作用下，排泥斗内成熟的污泥颗粒会被吸入混合室，随进水水流一同进入气能混凝区，作为絮体晶核提升絮体比重，提升整体水力负荷。气动絮凝通过向水体中释放微小的压缩空气泡，利用其在上浮过程中对水体产生扰动，增加絮体颗粒间的碰撞机率和碰撞次数，加速絮体成熟紧密的过程，提升絮体强度及沉降性能。絮体颗粒由气动混凝筒经导流筒运动至悬浮澄清器内，当澄清区上升流速与悬浮泥渣层沉降速度平衡，可形成具有接触絮凝作用的悬浮泥渣层，对废水中絮凝不充分及逃逸的微小颗粒进行拦截、捕集，而较高的絮体比重可以实现悬浮澄清区高上升流速，增加设备处理负荷及抗冲击能力。具体如下：
14、1、水力循环泥渣颗粒作为絮体晶核显著提升絮体比重
15、通过设备进水端入射高速水流，混合室形成局部负压，裹挟泥渣斗内成熟泥渣颗粒进入气能絮凝区作为气动絮凝絮体晶核，有效提升絮体比重，有效改善气动絮凝过程中絮体沉降性。
16、2、气动絮凝强化混凝效果，提高絮凝效率
17、压缩空气经微孔曝气盘进入反应器后，形成微形气泡在浮力和界面疏水力的作用下上浮至液面。气泡上浮过程中由于外部静水压力减小，体积逐渐增大，同时微气泡由于气泡群干涉作用不断结合兼并。气泡上升过程中随着体积的变化对水体产生扰动，在其周围形成微涡旋，进而提升絮体颗粒的碰撞机率和碰撞次数，从而起到强化混凝效果的作用。
18、气泡沿气动絮凝筒纵向分布，呈现气泡体积底部小顶部大的规律，随着气泡体积的增加对水的扰动更为剧烈，其周围产生的微涡旋，对絮体的剪切絮凝作用显著增强，絮体更易受到水流剪切产生破碎，影响絮体沉降性能。气能分散罩的设置，能够有效减缓微气泡兼并过程，控制涡旋剪切力对絮体成长的影响。
19、3、空气曝气促进絮凝剂水解，氧化亲水性有机物
20、曝气过程中空气泡与水充分接触，水中的co2会向空气中溶解，最终水的ph值升高，而絮凝剂水解是消耗碱度的过程，因此空气曝气对絮凝剂水解具有增益效果。同时，空气中的o2向水体中溶解，破坏分散在水中的稳定性亲水有机物，降低分散颗粒表面的zeta电位，同样利于混凝反应的进行。
1.水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：包括泥渣循环区、气能混凝区、悬浮澄清区、斜管沉淀区和药剂投加系统，泥渣循环区和气能混凝区设置在悬浮澄清区内，泥渣循环区位于气能混凝区下方且二者相互连通，气能混凝区的顶部通过混凝出水口与悬浮澄清区相连通，斜管沉淀区位于悬浮沉淀区的悬浮泥渣层上方，药剂投加系统设置在与进水喷嘴（12）连通的进水管（11）上；
2.根据权利要求1所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述泥渣循环区主要包括混合室（13），混合室（13）上方通过喉管（14）与气能混凝区连通，混合室（13）下方进口设置进水喷嘴（12），进水喷嘴（12）与混合室（13）、喉管（14）同心设置，进水喷嘴（12）通过进水管（11）连通污水提升泵（41），进水管（11）上设置有电磁流量计（43）和进水阀门（42）。
3.根据权利要求1所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述进水喷嘴（12）与喉管（14）直径之比为1:2.5-1:4.5，喉管（14）截面积与进水喷嘴（12）截面积比值为11-14；混合室（13）上部直径与下部直径之比为1:1.3-1:1.6。
4.根据权利要求2所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述进水喷嘴（12）的出水口位于混合室（13）1/3-2/3范围内，所述进水喷嘴（12）进水流速为5-8m/s。
5.根据权利要求1所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述气能混凝区包括气动混凝筒（16），气动混凝筒（16）的底部设置多个微孔曝气盘（22），微孔曝气盘（22）通过曝气管（21）与气泵空压机（45）连通，由气泵空压机（45）输送压缩空气，曝气管（21）上设置有空气流量计（47）和空气阀门（46）；气动混凝筒（16）的中下部设置有气能分散罩（15）；气动混凝筒（16）上部等间距设置有若干混凝出水孔（17），气动混凝筒（16）的顶部设置有伸顶通气管（24）。
6.根据权利要求5所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述气动混凝筒（16）上部为垂直筒壁，底部为锥形筒壁，与垂直筒壁夹角为45°-55°，气能分散罩（15）设置于气动混凝筒（16）垂直筒壁的底部1/3-1/4处，顶部夹角为120°-135°，表面间隔45°，等距开设直径为30-50mm的圆形孔洞。
7.根据权利要求5所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述多个微孔曝气盘（22）等间距布置在气动混凝筒（16）上，微孔曝气盘（22）通过固定支架（23）固定在气动混凝筒（16）的锥形筒壁上。
8.根据权利要求5所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述悬浮澄清区包括悬浮澄清器（114），悬浮澄清器（114）的底部设置支撑柱（116），悬浮澄清器（114）内部设置有导流筒（18），所述气动混凝筒（16）置于导流筒（18）内部，悬浮澄清器（114）、导流筒（18）和气动混凝筒（16）三者具有相同的中心轴，悬浮澄清器（114）中部的悬浮泥渣区设置有悬浮泥渣排泥管（33）及泥渣浊度计（48），悬浮泥渣排泥管（33）上设置有悬浮泥渣排泥阀门（410）；悬浮澄清器（114）下部设置有泥渣斗（115），泥渣斗（115）底部设置有吸泥器（31）并连接排泥管（32），排泥管（32）上设置有排泥阀门（49）。
9.根据权利要求1所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述斜管沉淀区包括斜管沉淀器（19），环形集水堰（110）及集水斗（111），斜管沉淀器（19）设置在悬浮澄清器（114）上部，斜管沉淀器（19）至环形集水堰（110）之间为清水区；集水斗（111）内设置有出水浊度（44）计；集水斗（111）连接出水管（112），且出水管（112）上设置有出水流量计（113）。
10.根据权利要求1所述的水力循环强化气动絮凝一体化废水处理装置，其特征在于：所述药剂投加系统主要包括絮凝剂投加器（51）和助凝剂投加器（52）；絮凝剂投加器（51）通过絮凝剂加药管（55）与进水管（11）连接，絮凝剂加药管（55）设置有絮凝剂加药泵（53）；助凝剂投加器（52）通过助凝剂加药管（56）与进水管（11）连接，助凝剂加药管（56）设置有助凝剂加药泵（54）。
