從液體中分離不溶性顆粒的方法和設備的制作方法

專利名稱：從液體中分離不溶性顆粒的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及對含有不溶性懸浮顆粒的液體進行處理從液體中分離這些顆粒的方法。
本發明還涉及下文中稱為“凈化器”、用于實施本方法的設備。
下文中，幾乎僅引用廢水作為能夠由本發明的方法進行處理的含不溶性顆粒的液體的實例。但必須理解，本發明并不僅限于廢水處理，它實際上能夠用于處理其它任何種類的液體以從液體中除去同樣的懸浮固體顆粒。其它液體可以是石油、油品、化學品等。
在許多工業、尤其在紙漿和紙張工業中，通常的作法是對這些工廠中產生的廢水進行處理以在廢水排放和/或循環利用之前將可能懸浮的不溶性顆粒分離出去。
通常，這一處理過程是在一個或多個稱為“凈化器”或“溶解空氣-飄浮單元”中進行。如標記為“現有技術”的

圖1所示，已知的凈化器包括待處理液體經進料管道3加入其中的澄清槽1。流經管道3的部分液體經管線4得自槽1，這部分液體在被泵5重新注入進料管道之前被壓力空氣或其它任何壓力氣體飽和。另一方面，離開澄清槽1的部分凈化后的液體經管線4′得自澄清槽1的出口，這部分液體在被注入經進料管道3所加入的液體并與該液體混合之前被空氣飽和。兩種情形下，被空氣飽和的液體一旦進入管道3就經歷一降壓過程，在澄清槽中產生幾微米大小的氣泡。這些微氣泡粘附在液體中的懸浮顆粒上并形成飄浮“絮凝物”，由此形成一層飄浮污泥7，可采用刮除器9將飄浮污泥層7從澄清槽中機械刮除。剩余物即“凈化后的”液體經多個位于延伸到接近澄清槽底部的管子中的液體出口排出澄清槽。
為提高凈化器的效率，通常的作法是在澄清槽中平行安裝多塊向上傾斜的板或擋板13以將澄清槽分成多個頂端在飄浮污泥層7以下很短距離而下端接近或直接開口于液體出口11的向上傾斜通道。將加入澄清槽的液體分成多個隔離通道增強了凈化器的表面分離并降低凈化器的流量與表面積比(亦稱為“溢流率”)，由此有利于顆粒的分離。
就此而言，能夠理解的是，在由一對板(即一塊“上方”板和一塊“下方板”，二者伸展相同的傾斜角)所形成的各通道中，被微小氣泡浮升起的小顆粒有時間向上移動到上方板，之后當它們聚結成較大顆粒時沿該上方板向上“滑動”。與此同時，液體可能緩慢地向下移動到出口11。各通道中的這種逆流運動由圖1中標有字母“A”的一個通道中的代表顆粒的點及箭頭示例說明。
為提高凈化器的效率，通常的作法還有向加入澄清槽的液體中加進聚合物添加劑以使顆粒聚結成較大顆粒由此改善顆粒的飄浮性。
現有凈化器在使用中極為有效并用于處理含有直至1％或更多懸浮顆粒的廢水，每平方米每小時能除去約10到80kg顆粒。
然而現有凈化器由于其“水平式”結構，還存在著缺點，它們需要相當大的空間而使它們不便于和難于在現有廠房中安裝。
其次，在廢水進入澄清槽之前，無論噴射到廢水中的空氣數量和空氣壓力如何，由于廢水只要在澄清槽一端進入澄清槽就迅速而突然地降壓，因而難于控制和調節槽中微小氣泡的生成，由此導致大多數氣泡在澄清槽的進料端生成并向上運動但卻未必粘附在顆粒上，從而降低了凈化器的效率。
本發明的第一個目的是提供用于處理含有不溶性懸浮顆粒的液體以從液體中分離這些顆粒的凈化器。由于本凈化器的形狀和結構，盡管事實上本凈化器中的水流速與已知凈化器中的水流速相同或更低，它的占地面積為相同生產能力的任何已知凈化器的占地面積的50％或更少。
本發明的第二個目的是提供對同樣數量的注入空氣而言能夠維持多得多的所要求尺寸的微小氣泡以增加顆粒與空氣泡之間接觸可能性的凈化器。
本發明的第三個目的是提供上述類型的凈化器，使得對相同數量的聚合物添加劑而言，能夠收集并除去比采用已知的凈化器通常所能夠收集的多得多的顆粒。
根據本發明，這些目的由用于處理含有不溶性懸浮顆粒的液體以從液體中分離這些顆粒的凈化器所實現，該凈化器包括-一高度給定、具有頂部和底部的澄清槽，-一開口于澄清槽底部、將待處理液體加入澄清槽的進料管道；-將壓力空氣噴射到加入進料管道的一些液體中以將液體用該氣體飽和從而當飽和液體在澄清槽中降壓時產生氣泡的噴射裝置，由此產生的氣泡粘附在液體中的懸浮顆粒上并使顆粒上升，在澄清槽頂部形成一層飄浮污泥；-在澄清槽頂部、當污泥層形成時將污泥層刮除的刮除裝置；-位于進料管道上方、在澄清槽中伸展一定角度的多塊板，這些板形成一組向上傾斜通道，各通道具有一開口頂端和一下端，加入澄清槽的液體可通過開口頂端進入各通道；以及-安裝在各通道下端的液體出口，在澄清槽中經處理后的液體在此收集并排出澄清槽。
有利地，可將一濾網與液體出口集成安裝以對排出澄清槽的液體進行過濾。
本發明還提供一種處理含有不溶性懸浮顆粒的液體以從液體中分離這些顆粒的方法，本方法比已知方法更為有效。本方法包括以下步驟-設置一高度給定、具有頂部、帶有液體進料管道的底部以及多塊在槽中伸展一定角度的內板的澄清槽，多塊內板形成一組向上傾斜通道，各通道具有一開口頂端和一下端；-將壓力氣體噴射到待處理的一些液體中將所說的液體用氣體飽和；-將進料管道中被氣體飽和的液體在內板下方的澄清槽底部加入，如此加入的液體經過降壓而產生氣泡，氣泡粘附在液體中的懸浮顆粒上并使顆粒上升，在澄清槽頂部形成一層飄浮污泥；-當污泥層在澄清槽頂部形成時將污泥層刮除；以及-在各通道下端收集并除去在澄清槽中經處理后的液體。
有利地，加料步驟通過一位于內板下方的噴嘴來進行，以對待處理的液體進行受控降壓并使待處理的液體可能碰到鄰近澄清槽底部的內板上。
本方法另外有利的是它可能包括以下輔助步驟-根據待處理的液體選定處理過程的最優溢流率，以及-選定澄清槽中的內板數由此確定各通道的相對尺寸以獲得選定的最優溢流率。
參考附圖，通過以下的非限定性總體描述將能更好地理解本發明及其優點，其中標有“現有技術”的圖1為當前工業上所能獲得的結構最緊湊的凈化器之一的剖面示意圖；圖2為根據本發明的凈化器的基本結構的剖面示意圖；圖3為根據本發明的第一個優選實施方案的凈化器的剖面示意圖；圖4為根據本發明的第二個優選實施方案的縱向剖面示意圖；圖5為圖4所示的凈化器沿V-V線的橫斷面圖。
如圖2所示，根據本發明的凈化器包括與圖1所示的已知凈化器相同的基本結構元件。
由此，與已知的凈化器相同，它包括-待處理液體經進料管道103加入其中的澄清槽101；-與管道103相連并通往泵105的支路管線(未示出)，支路液體在返回進料管道之前，壓力空氣在泵105中噴射到支路液體中，或者如圖所示，與凈化水出口相連并通往泵105的支路管線104′，其目的與上述的支路管線完全相同；-在澄清槽中伸展一定角度并形成一組向上傾斜通道的多塊板113；
-位于通道下端的液體出口111；以及-將飄浮在澄清槽頂部的污泥107排出的刮除器109。
已知凈化器與根據本發明的凈化器之間的最重要的差別在于-澄清槽101在豎直方向而不是沿水平方向伸展；-由于澄清槽這種“方向性”的結果，進料管道103位于澄清槽101的底部而不是位于槽的側邊；-多塊板113沿澄清槽高度方向平行設置，一塊在另一塊上方而不是沿澄清槽的長度方向平行設置；-澄清槽頂部的刮除器109與進料管道103位置相對而不是設在進料通道附近；并且-進料管道103開口于其中的澄清槽101的底部115、或換句話說進料管道的出口本身向上向外傾斜形成一個噴嘴。
這些結構上的差異極為重要，使得根據本發明的凈化器遠優于同樣生產能力的任何已知的凈化器。原因如下首先，澄清槽101的垂直取向顯著降低了澄清槽的占地表面積。這具有極大優勢。
其次，廢水(或待處理的液體)是在水柱最高的澄清槽101的底部加入的。此外，澄清槽的底部115的形狀形成一種“噴嘴”。這兩方面特點使得能夠更好地控制微小氣泡的產生及其大小。更確切地說，相比于已知凈化器，由于在澄清槽底部加入廢水以及澄清槽底部(或進料管道的出口)的形狀所造成的背壓使得對同樣數量的注入空氣能夠更好地控制所要求尺寸的微小氣泡的產生，由此能夠降低通常要求加入用于改進絮凝機制的聚合物添加劑的用量及相關費用。
再次，微小氣泡在澄清槽底部產生并向上沿澄清槽的整個高度運動這一事實顯著提高了微小氣泡的濃度并促進氣泡的分布從而增加了氣泡與液體中的不溶性懸浮顆粒相接觸并粘附在顆粒使顆粒上升的可能性。
第四，所注入的液體和微小氣泡流向緊挨在進料管道103上方的凈化器下方板113并打到下方板113上這一事實也增加了氣泡和/或不溶性顆粒之間相互粘附并飄浮上升的“機會”。
第五，同樣由于微小氣泡在澄清槽底部產生并且本澄清槽與已知凈化器的澄清槽相比具有顯著降低的表面積這一事實，極大地促進了凈化器頂部污泥層的飄浮及刮除過程，這是由于因澄清槽的尺寸減小使污泥層擴展到澄清槽頂部的全部表面并變得更厚。而且，與所有現有的凈化器相反，在污泥層下方不存在橫向液流或流動，而橫向液流會干擾污泥的飄浮。
第六，能夠通過增加澄清槽的高度和澄清槽中的板數在不改變占地面積的前提下增加凈化器的流量。
最后，微小氣泡以及氣泡粘附于其上的固體顆粒向上運動通過澄清槽側壁與板113上緣所形成的限制通道這一事實十分關鍵，這是由于這些微小氣泡和顆粒形成一種垂直的“C”型簾幕，它實際上作為液體過濾器液體在板的上緣轉而向下運動到液體出口111。
所有這些結構上的特點使得根據本發明的凈化器比當前工業上所應用的已知的凈化器的安裝和使用要容易得多而且要有效得多。
按照工業觀點，如圖2所示的根據本發明的凈化器可以采用多種實用形式。
圖3為根據本發明的第一個優選實施方案的凈化器的示意圖。
本凈化器包括一垂直澄清槽201，其中依次堆疊設有多個漏斗結構212、212′、212″……。如圖示，各漏斗結構的形狀相同并在澄清槽中同心設置。它們具有大小相同、優選等于90°的頂角并且其斷面形狀優選與澄清槽201的斷面形狀相同。由此，若澄清槽的斷面為圓形，漏斗結構的斷面也將為圓形；若澄清槽的斷面為方形，漏斗結構的斷面也將為方形。
進料管道203開口于澄清槽201的底部215。澄清槽的底部215的斷面形狀和頂角與位于其上方的漏斗結構212的斷面形狀和頂角相同。泵205將壓力空氣或任何其它壓力氣體噴射到經管線204由管道203分流而來的部分液體中。所得到的液體被送回通往澄清槽201的進料管道中。
漏斗結構212、212′、212″……的壁與上述的板或擋板的作用相當并形成相應的一組傾斜通道。各通道的上端離開澄清槽201的側壁很短距離，各通道的下端位于漏斗結構的頂角處。
設置有收集管217、217′、217″……對在處理過程中可能上升并在漏斗結構中降落的重顆粒進行收集。如圖示，各收集管217自相應漏斗結構212的頂角向下伸出。這些收集管優選同軸安裝并通向同一個由閥關閉的出口219。
另設有液體出口211、211′、211″，在澄清槽中經處理后的液體經液體出口收集并排出澄清槽，這些液體出口分別裝設在漏斗結構的頂角處(即由這些漏斗結構所形成的傾斜通道的下端)并位于收集管以上。各液體出口211優選開口于與澄清槽201鄰接的貯罐219中并設有流動控制設備如控制閥或活動套管221。活動套管211能夠向上或向下運動來調節澄清槽中的液體高度并選擇性地通過僅調節出口上方的水柱高度來控制流經各出口211進入貯罐的液體流出量。這使得能夠對相應通道中的流量進行調節。
當然，在澄清槽201頂部還設有刮除裝置209，將所形成的污泥層刮除。這類刮除裝置可以是任何類型。
應用中，將一種氣體噴射到加入澄清槽201的部分液體中。也可向該液體中加入聚合物添加劑(即絮凝劑)。混合物經進料管道203加入到澄清槽的底部。
當混合物進入澄清槽時，溶解于其中的壓縮氣體釋放出來產生微小氣泡。由于澄清槽底部215的噴嘴形狀，氣體釋放過程受到極好的控制。由此產生的微小氣泡粘附在液體中所含有的不溶性顆粒上并使顆粒上升到鄰近的最下方的漏斗結構212的底表面。顆粒沿著該底表面滑動，然后就象“C”型簾幕一樣運動直至顆粒到達表面上。
當混合物沿澄清槽的側壁運動時，混合物機會均等地分離并進入由堆疊放置的漏斗結構212、212′、212″……所形成的各個通道，如圖3中的箭頭所示。
當液體向下朝各漏斗結構的頂角流動時，液體中仍然含有的顆粒在緊鄰其上設置的漏斗結構的相鄰底表面發生進一步的分離。之后，顆粒沿該底表面滑動直至它們到達漏斗結構的外緣。對頂部漏斗結構212″而言，顆粒直接上升到澄清槽的表面。
液體向下流動到各漏斗結構的底部并通過液體出口211、211′、211″……收集下來。
開口于漏斗結構底部的收集管217、217′、217″……使得殘余的較致密的顆粒能夠淌下并收集在從最下方的漏斗結構212底部伸出的收集管217中。
將在澄清槽2表面所形成的極為穩定的一層污泥刮除，這一點人所共知。為提高污泥層的干固體含量，可在刮除裝置209下方安裝一空氣擴散器223，以在污泥層下方持續注入空氣或被空氣飽和的液體。
圖4和圖5為根據本發明的第二個優選實施方案的凈化器的示意圖。
該凈化器包括一細長的澄清槽301，其中有多塊沿澄清槽的整個長度延伸并依次堆疊放置的細長導板312、312′、312″……。當沿橫斷面視圖觀察時(見圖5)，這些導板形狀相同并在澄清槽中同心設置。它們具有相同的頂角。
多個進料管道303開口于澄清槽301的底部315，緊挨著最下方的導板312。各管道303的出口304形如噴嘴以控制進入澄清槽的微小氣泡的形成和產生。當然，設有泵(未示出)，在液體經管道303進入澄清槽之前將氣體、優選空氣噴射到部分液體中。
與前述的實施方案相同，導板312、312′、312″……的板壁與上述的板或擋板的作用相當，它們一起形成相應的一組傾斜通道，各通道各自對稱(見圖5)并共有各下端，其中直管形式地通向公共出口310的公共液體出口311、311′、311″……延伸到公共下端。
如圖5所示，可在進料管道303附近設置輔助傾斜擋板321以便在注入的液體開始在澄清槽301的兩側沿通道上端向上運動之前將液體分離成各個液流。
在澄清槽301頂部設有一已知結構的刮除裝置309，將所形成的污泥層刮除。
第二個優選實施方案的工作方式基本上與第一個優選實施方案相同。
在一家紙漿和紙張工廠中采用如圖3所示的凈化器進行的實驗結果表明，在凈化器占用相同的占地表面積時，能夠處理的廢水量顯著增加。更確切地說，與圖1所示的緊湊式凈化器13-14m3/m2/h的處理速度相比，采用圖3所示的凈化器單位占地表面積的處理速度為約22m3/m2/h。固體負荷為約150kg/m2/h，而圖1的凈化器的固體負荷為70kg/m2/h。測試是在相同的化學添加劑消耗下對來自同一家紙漿和紙張脫墨工廠的廢水進行的。
因此，與任何現有的占地(臺地)面積相同的凈化器相比，根據本發明的凈化器將以待處理流量和懸浮顆粒脫除量表示的廢水處理能力提高至少50％。
而且，與已知的凈化器相比，在保持凈化器中相同或更低的廢水流速下，本發明在對設備的占地面積沒有任何影響下提供了提高表面分離或流量的可能性。
當然，在不背離后附權利要求書中所限定的本發明的范圍的情況下，可對上述的凈化器進行多種改動。
權利要求
1.一種用于處理含有不溶性懸浮顆粒的液體以從液體中分離這些顆粒的凈化器，所說的凈化器包括-一高度給定、具有頂部和底部的澄清槽(101、201、301)；-一開口于澄清槽底部、將待處理液體加入上述澄清槽的進料管道(103、203、303)；-將壓力氣體噴射到加入進料管道的至少部分液體中以將所說的液體用上述氣體飽和從而當飽和液體在澄清槽中降壓時產生氣泡的噴射裝置(105、205)，由此產生的氣泡粘附在液體中的懸浮顆粒上并使顆粒上升，在澄清槽頂部形成一層飄浮污泥；-在澄清槽頂部、當污泥層形成時將污泥層刮除的刮除裝置(109、209、309)；-位于進料管道上方、在澄清槽中伸展一定角度的多塊板(113、212、312)，所說的多塊板形成一組向上傾斜通道，各通道具有一開口頂端和一下端，加入澄清槽的液體可通過開口頂端進入各通道；以及-安裝在各通道下端的液體出口(111、211、311)，在澄清槽中經處理后的液體在此收集并排出澄清槽。
2.如權利要求1的凈化器，其中多塊板安裝并連接形成多個在澄清槽內依次堆疊放置的向上開口導板(212、312)，每對疊合導板至少形成兩個上述通道，所說的至少兩個通道相互對稱并具有一公共下端和公共液體出口(211、311)。
3.如權利要求2的凈化器，其中所說的澄清槽的水平斷面形狀給定并且所說的導板(212)與在澄清槽中同心設置的漏斗結構(圖3)的形狀相似，所說的漏斗結構的水平斷面與給定的澄清槽的水平斷面形狀相同并且每個漏斗結構具有相同的頂角。
4.如權利要求3的凈化器，其中澄清槽(201)的底部(215)的斷面形狀和頂角與位于其上方的漏斗結構(212)的斷面形狀和頂角相同，進料管道(203)開口于所說的底部的頂角處，這樣，所說的底部就形成一個噴嘴。
5.如權利要求4的凈化器，它進一步包括自各漏斗結構(212)的頂角向下延伸到相應液體出口之下的收集管(217)以收集在處理過程中可能在上述漏斗結構中沉降的重顆粒。
6.如權利要求5的凈化器，其中所說的給定的水平斷面為方形的。
7.如權利要求5的凈化器，其中所說的給定的水平斷面為圓形的。
8.如權利要求5的凈化器，其中各液體出口開口于與澄清槽鄰接的貯罐(219)中并設有對由上述的液體出口進入貯罐的液體的流出量進行調節的裝置(221)，由此使得有可能調節相應通道中的流量。
9.如權利要求5的凈化器，它進一步包括位于澄清槽頂部的刮除裝置(209)下方的空氣擴散器(223)，以在污泥層下方注入空氣或被空氣飽和的液體并由此增加所說的污泥層的干固體含量。
10.如權利要求5的凈化器，它進一步包括與液體出口(111，211，311)集成安裝的濾網，以對從澄清槽中所收集的液體進行過濾。
11.一種對含有不溶性懸浮顆粒的液體進行處理以從液體中分離這些顆粒的方法，該方法包括以下步驟-設置一高度給定、具有頂部、帶有液體進料管道(103、203、303)的底部以及多塊在槽中伸展一定角度的內板(111、212、312)的澄清槽(101、201、301)，所說的多塊內板形成一組向上傾斜通道，各通道具有一開口頂端和一封閉下端；-將壓力氣體噴射到一些待處理的液體中將所說的液體用所說的氣體飽和；-將進料管道中的上述被氣體飽和的液體在內板下方的澄清槽底部加入，如此加入的液體經過降壓而產生氣泡，氣泡粘附在液體中的懸浮顆粒上并使顆粒上升，在澄清槽頂部形成一層飄浮污泥；-當污泥層在澄清槽頂部形成時將污泥層刮除；以及-在各通道下端收集并除去在澄清槽中經處理后的液體。
12.如權利要求11的方法，其中加料步驟是通過一位于所說的內板下方的噴嘴(215)進行的，以便對待處理的液體進行受控降壓并使待處理的液體可能碰到鄰近澄清槽底部的內板上。
13.如權利要求12的方法，它包括以下輔助步驟-根據待處理的液體選定處理過程的最優溢流率；以及-選定澄清槽中的上述的內板數由此確定各通道的相對尺寸以獲得選定的最優溢流率。
全文摘要
一種用于處理含有不溶性懸浮顆粒的液體以從液體中分離這些顆粒的凈化器。它包括一澄清槽、一開口于澄清槽底部的進料管道以及一將壓力空氣噴射到加入進料管道的至少部分液體中將液體用所說的氣體飽和從而當飽和液體在澄清槽中降壓時產生氣泡的噴射器。由此產生的氣泡粘附在液體中的懸浮顆粒上并使顆粒上升,在澄清槽頂部形成一層飄浮污泥。在澄清槽頂部設有刮除器將所形成的污泥層刮除。在進料管道上方,多塊板在澄清槽中伸展一定角度。這些板形成一組向上傾斜通道,各通道具有開口頂端,加入澄清槽中的液體可通過開口頂端進入各通道。在各通道下端安裝有液體出口,在澄清槽中經處理后的液體在此收集并排出澄清槽。由于其形狀和結構,本凈化器的占地面積僅為具有同樣生產能力的任何已知凈化器的50%或更少。本凈化器的結構也使得對同樣數量的注入空氣能夠維持多得多的所要求尺寸的微小氣泡以增加顆粒與空氣泡之間接觸的可能性。
文檔編號C02F1/24GK1179113SQ96192773
公開日1998年4月15日 申請日期1996年3月20日 優先權日1995年3月23日
發明者R·杜福爾 申請人:勃塞東水處理公司