專利名稱：液態懸浮系的分離的制作方法
技術領域：
本發明涉及從一種流體中分離掉懸浮物或不混溶液滴，而尤其涉及從生活污水中分離掉懸浮污泥顆粒和油滴。
斜板分離器，其中待分離液態懸浮系被迫使流過一個斜板陣列。乃是分離液體中懸浮固體的一種熟知的典型構造。英國專利申請2,046,609描述一種液體處理裝置，其中采用多排向鉛垂方向傾斜的平板，從液態本體中分離掉懸浮固體。
斜板分離器的主要缺點是，液體通過的平板陣列需要很大的水平面積才有良好的效果，而且隨平板陣列深度增加，各板兩側需留有大量未利用的空間。本發明的一個目的是提供一種水平尺寸縮小的斜板分離器，以例斜板分離器的優點能在緊湊設計的分離裝置中得到發揮。
按照本發明的第一個方面，用于從液體本體分離出懸浮固體顆粒和/或流體液滴的分離器包括至少一個錐形螺旋板，其螺旋軸線沿鉛垂方向沿伸，錐形螺旋板以其朝上和朝下的表面之間的空間構成至少一條螺旋流路。
較好有多條同軸螺旋板，譬如說六條，最好呈纏結的多螺旋構形，以構成多條螺旋流路。這種螺旋的節距可以等于或大于螺旋直徑，但是較好是小于其直徑，這樣每條螺旋板便可繞螺旋軸線纏許多圈。
在沿半徑向外的方向上，這些板既可以朝上也可以朝下傾斜，但是在較好實例中，沿半徑向外的方向上這些板較好向下傾斜。
在盛于一容器內的待處理液體本體中，可安裝一個或多個分離器，讓分離器旋轉以便產生沿螺旋流路的軸向液流。這種軸向流的方向取決于液體是在液體本體頂部還是在底部加入容器中的。當液體是從底部加入容器并從頂部抽出，以去除密度較大的固體或液體雜質時，分離器的旋轉應能誘導出一股由下至上流經分離器的流。反之，當液體是從頂部加入容器并從底部抽出，以去除輕固體或輕液體雜質時，分離器的旋轉應能誘導出一股經分離器的向下流。
較好的是，把分離器布置在一個基本垂直的圓形截面流動通道(流道)中，而且板的螺旋軸線與流道同軸，分離器的直徑基本上等于流道的直徑。沿流道，故而也是沿螺旋流路的軸向液流是借助在流道內沿軸向呈一定間距之處設置進、出口手段而產生的。當分離器被圍在流道中時，最好這種分離器還能繞螺旋軸線旋轉。
這種螺旋板的旋轉可以通過液體沿螺旋流路流動誘導產生，也可以通過驅動馬達或其他驅動手段強迫螺旋板轉動而產生。板或板組件的旋轉速度可以是，令液體沿流道的軸向流速等于螺旋節距和轉速的乘積，然而也可以安排板和板組件旋轉速度低于或高于上述速度。
按照本發明的第二個方面，一種流體處理裝置包括一容器，其中布置了數個分離器，每個分離器包含一個或多個構成至少一條螺旋流路的錐形螺旋板，且其中設有進口手段，向容器的第一部分供入未經分離的流體，同時其中還設有出口手段，把處理后流體從容器的第二部分抽出，其布置方式是，流體在進、出口手段之間沿軸向流經分離器的螺旋流路。
該容器較好是一個緊密包圍分離器的圓柱形容器，且流體的軸向流動是由進、出口手段的軸向布置所造成的。
另一種情況，也可以在非圓形容器內設置數個分離器，軸向流動是由分離器的旋轉造成的。
較好地，使未分離流體向下流動通過一個環繞分離器軸線的管狀壁，從而供入容器下部，而分離器板則自管狀壁沿半徑向外延伸。
下面，結合附圖詳細說明本發明的具體實施方案，其中
圖1是用于從液體分離懸浮固體的第一種處理裝置的縱剖面示意圖；圖2為圖1所示處理裝置斜板分離器元件的側視圖；以及圖3是用于從液體分離懸浮固體的第二種處理裝置的剖面示意圖。
現在來看附圖，在圖1中看到一種水處理裝置，它包括最大直徑為D的一個圓柱形容器1，和一個錐形下部區2，其下端中心為污泥出口3。
容器1圓柱壁上部邊緣做成溢流堰4，而圍著堰4有一環形流出渠5，用以收集澄清液。進口管6在容器下部，2處插入容器并向內延伸到容器軸線。而后進口管還包括一個垂直上升段7，該段把待處理液排到容器1的圓柱形部分的上部區域。
環繞上升管7并與之保持一定間距設有圓柱形管狀壁8，直徑為d，它從高出液面9的高度處一直延伸到大約容器圓柱部分1的中部。直徑d較好約為容器直徑D的1/3。
管狀壁8的外表面支撐一系列錐形螺旋板，從管狀壁8向外向下延伸，而且自管狀壁8沿圓周方向伸展成一種纏結螺旋形狀。這些板10，沿徑向一直伸展至鄰近的容器1圓柱壁為止。板的傾斜度，即板面徑向線和螺旋軸線所夾的銳角，在所示實例中為40°，然而預計從約10°到80°之間的各種不同角度可能應用于從液體本體分離固體和不混溶流體。已發現，60°是有利的。
板10和管狀壁8可繞容器軸線旋轉，且可以在流動流體作用下自由旋轉，或可由外部驅動手段驅動，以預定速度旋轉。管狀壁8和板10可懸掛在橫架在容器頂部的橋上，或者可以由浸沒于液體中的浮子支撐。進一步的方案是，管狀壁8和板10可以從下面由一個置于容器內部的軸承支撐。
運行時，污染液經進口管6流入并沿上升段7向上流，在管狀壁8內液面或接近液面高度排出。可以理解，管狀壁8內的液面9a與容器其余部分的液面9稍有差距，后者由堰4調節。
污染液隨后沿軸線在管狀壁8內向下流，直達管狀壁8最底部。然后流向折返，液體順螺旋板陣列10向上流。
隨著液體順螺旋板10向上流動，細小顆粒狀物質將分離出來，沉積在板10的上表面。這些粒狀物質將凝聚并隨后沿板的上表面向下并沿徑向朝外移動，在貼近容器圓筒壁1處被排出。該凝聚粒狀物質繼而沉入容器的錐形段，被導向污泥出口3。
經螺旋板10上升的液流較好伴隨以螺旋板10的旋轉，旋轉速度和螺旋板節距較好設計成與液體流動垂直速度相對應(即“無旋流速度”)。流體將以此“無旋流速度”沿基本上垂直的路徑流經容器。然而可能有利的是，驅動螺旋板陣列以稍稍超前或稍稍滯后于垂直向上流速的速度旋轉，以便賦予經板陣列上升的液體本體一個不大的周向速度。如果板10以稍稍超過“無旋流速”的速度旋轉，便會在容器1內產生一股環流，該環流又造成一種徑向朝外流動，隨著液體被外加的過量旋轉經板組件提升，徑向朝外流便沿板的徑外邊緣產生一個下降環狀流體冪。這種效應加強了容器徑向最外區域凝聚粒狀物的向下流動，并阻止了可能引起部分流體經該區域繞過分離器板10短路而形成向上的流動。當板組件以“無旋速”的約100％到約120％的速度旋轉時是最為有利的，但是從60％到140％“無旋速”證明是滿意的，而高達300％的速度并非不行。
舉例說，如果一個截面為10m2的容器要處理每小時200m3流體，則流體朝上的流速計為20m/h，而一個節距為3m的螺旋板陣列將須以6.33轉/時旋轉才能達到“無旋速”。故而最佳旋轉速度將為6.33到7.6轉/時。實驗表明，6-12m/h的軸向流速獲得了滿意結果，而6-60m/h的軸向速度仍屬預料之中。
在一個較好實例中，在容器內設有板陣列10以及管狀壁8，且二者由浸沒在液體中的浮子支撐，管狀壁8和板10在穿過螺旋板間向上流動的液體作用下旋轉。
作為所示板構型的一個替代方案，板的傾斜方向布置可以是，板自管狀壁8朝上朝外延伸，而不是如圖1所示朝下朝外。在此種結構中，必須在板的徑向內邊緣開若干孔，以便讓凝聚粒子經板下落。然而在此種安排中，可能出現的問題在于，未處理液流將必須通過凝聚粒子下落的區域才能到達螺旋板陣列。此種困難可以通過沿容器周邊，而不是在其中心處，設置進口手段來加以解決。
如果在圖1所示分離器板10的恰好或接近其徑向內邊緣處開若干孔，這將使凝聚的漂浮流體液滴得以徑向地向內向上沿板的下表面遷移，在螺旋板陣列頂端貼近管狀壁8處排出。可以在管狀壁8的外表面裝一環形收集裝置(未表示)，以收集分離出的漂浮流體或顆粒，單獨排放。這些開孔也可提供清洗設備如水噴射器的入口，并可按軸向排列。
該裝置的主要設計用途是處理污染水，從污染水中去除象污泥這樣的粒狀物和懸浮輕流體例如油類。但是，可以預見，可以使用固定或旋轉螺旋板陣列從任何其他液體中分離懸浮的較重或較輕的固體或者不混溶液滴。
管狀壁8和板10可以用金屬，較好用耐腐蝕金屬，或用帶或不帶增強添加劑如玻璃或碳纖維的塑料制成。螺旋板最好分段制成槳葉狀，這些槳葉可沿徑向伸展的邊緣連接成螺旋板。可以采用諸如銷釘、承插或榫槽結構的結合方式，以保證各段槳葉的對齊。在相互咬合模塊構成螺旋板的端部，可以使沿徑向伸展的邊緣變得圓順，以防止截留固體物，這可以通過磨銳端部段也可以借助在外露徑向邊處鑲上適當外形的邊條來實現。
在較好實例中，容器的圓柱形壁1和錐形下部2位于或低于地面標高，但也可以預期，整個裝置可以安裝于地面以上標高，或甚至可以座落地面標高的支撐結構上。容器1的高度可以增加到遠比平板陣列可能達到的深度，但其高度較好約為其直徑的1.5到2倍。
該容器可以是從上到下一樣粗，而不象圖1看到的那樣，帶錐形部分。此種上下一般粗容器的基礎可以是錐形的，以徑向地向外導引沉積污泥，且還可以帶一個旋轉污泥刮板手段，以收集污泥并將之移向排出口。最好是，旋轉污泥刮板可以與螺旋板相同速度旋轉，并且二者共亨一個驅動裝置。
在圖3中看到的是另一種處理裝置的斷面示意圖。在該裝置中，容器20在其頂部周邊設有堰21及連接清液排出口23的收集渠22。容器20可以帶任何一種操作平臺，例如矩形、多角、三角形等等。在容器20內，設置了數個分離器24，它包括管狀壁25以及自壁25徑向地向外向下伸展的螺旋板26。分離器24由容器20內部的支撐手段(未畫出)支撐并由一驅動電機和變速箱(未畫出)驅動，繞其縱軸旋轉。進口手段27將待處理液送至管狀壁25的頂端，由此，流體下流至容器20的下部。
驅動手段使分離器24旋轉，產生一種穿過螺旋板26的向上液流，較好調節分離器旋轉速度和液體穿過容器的流量，使分離器產生的向上流動稍稍超過通過容器的液體總流量，以便在相鄰分離器之間產生一股微弱的向下流動。這種向下流起到防止未處理液避開分離器短路的作用。
澄清液經堰21流入渠22，然后進入出口23。
圖4表示一三角形容器20的平面圖，內裝有3個分離器24，向分離器壁25內中心空間供液的進口管27。但應理解，容器20可具有任何要求的平面投影形狀，且可內裝填充塊以占據至少一部分容器內分離器24之間的容積。
澄清液經堰流出容器進入渠，然后流進排出口，如圖3中21、22和23所示。
權利要求
1.一種用于從液體本體中分離懸浮固體顆粒和/或流體液滴的分離器，包括至少一個錐形螺旋板，該錐形螺旋板在軸向相對的板面之間構成至少一條螺旋流路。
2.按照權利要求1的分離器，其中單個錐形螺旋板在其上、下表面的彼此相對部分之間構成單條螺旋流路。
3.按照權利要求1的分離器，其中數個同軸、互纏、錐形螺旋板在其軸向相對的表面之間構成相應數目的螺旋流路。
4.按照上述權利要求中任何一項的分離器，其中管狀壁包圍螺旋軸線并保持某一距離，上述板自管狀壁沿徑向、向外伸展。
5.按照上述權利要求中任何一項的分離器，其中板從螺旋軸線徑向地向外向下展開。
6.一種包括一容器的流體處理裝置，其中設置了按照上述任一權利要求的分離器，且其中布置了一種進口手段，向容器下部加入未分離流體，且其中布置了一種出口手段，從容器上部引出處理后的流體，其布置原則是，流體在進、出口手段之間沿軸向流過分離器的數條螺旋流路。
7.按照權利要求6的流體處理裝置，其中容器是一個構成一基本上垂直的圓形截面流道的圓柱形容器，且其內的分離器為同軸布置，分離器直徑基本上等于流道直徑，以便使流體沿軸向流過分離器的各螺旋流路。
8.權利要求7的流體處理裝置，其中容器內流體具有一自由表面，且管狀壁伸出該自由表面，設置了一進口手段，向管狀壁內該部分容器空間加入未經分離的流體，且其中還設有一出口手段，從容器頂部周邊將處理后的流體引出容器。
9.按照權利要求7的流體處理裝置，其中分離器能繞流道軸線旋轉。
10.按照權利要求9的流體處理裝置，其中分離器是借助流經流道的流體的作用而旋轉的。
11.按照權利要求9的流體處理裝置，其中分離器靠一驅動手段而旋轉。
12.按照權利要求11的流體處理裝置，其中分離器的轉速為選擇地可控。
13.按照權利要求6的流體處理裝置，其中在一非圓形容器中裝有至少一個分離器，分離器旋轉以促使流體軸向地流過分離器中的螺旋流路。
14.按照權利要求13的流體處理裝置，其中容器內流體具有一自由表面而管狀壁伸出該自由表面，設有一進口手段，向管狀壁內的該部分容器供應未經分離的流體，而且還設有一出口手段，從容器頂部周邊將處理后的流體引出容器。
15.按照權利要求13的流體處理裝置，其中容器的平面投影為多角形。
16.按照權利要求13的流體處理裝置，其中流體以預定的流量進入和離開容器，而其中分離器的旋轉產生的通過分離器各板間流體的總流量大于上述預定流量。
17.一種從流體中分離固體或液體粒子的方法，包括下述步驟令流體流過數個錐形螺旋板的軸向相對表面之間所構成的至少一條螺旋流路。
18.按照權利要求17的方法，其中流體被迫使以預定流量流過圓形截面的垂直流道，在流道中置有至少一個直徑基本上等于流道直徑的錐形螺旋板，上述一至多個錐形螺旋板與流道同軸布置，且在其軸向相對的板面之間構成至少一條與流道同軸的螺旋流路。
19.按照權利要求18的方法，進一步包括令錐形螺旋板繞其軸線旋轉的步驟。
20.按照權利要求19的方法，其中螺旋板的旋轉速度和節距是這樣安排的讓流體軸向流速為螺旋節距與分離器旋轉速度乘積的60％到140％。
21.按照權利要求20的從流體中分離固體或液體粒子的方法，其中流體軸向流速為螺旋節距與分離器旋轉速度乘積的100％至120％。
22.按照權利要求17的方法，其中流體通過螺旋流路流動是通過令螺旋板在待處理液體本體中旋轉而產生的。
23.一種基本上如本文結合附圖的圖1、圖2、圖3或圖4所描述的從液體本體中分離懸浮固體顆粒和/或流體液滴的分離器。
24.一種基本上如本文結合附圖的圖1、圖2、圖3或圖4所描述的流體處理裝置。
25.一種基本上如本文描述的從流體中分離固體或液體顆粒的方法。
全文摘要
描述了一種從液體本體中分離懸浮固體粒子和/或流體液滴的方法，其中令流體流過由數個錐形螺旋板的軸向相對表面之間構成的至少一條螺旋流路。較好的是，一基本上豎直的圓形截面流道(1)，其內設置至少一個直徑基本上等于流道直徑的錐形螺旋板，該一至多個錐形螺旋板在流道中同軸安置并在板的軸向相對表面之間構成至少一條與流道同軸的螺旋流路。這一至多個板較好能繞流道軸線旋轉，且可以使其被驅動而旋轉的速度相當于、大于或小于流體的流量。
文檔編號B01D21/00GK1111446SQ9419044
公開日1995年11月8日 申請日期1994年6月17日 優先權日1993年7月1日
發明者D·A·迪霍沙 申請人:南方水利服務有限公司