CN101072615A - 凝结和分离装置 - Google Patents

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Abstract

凝结和分离装置配有凝结和分离箱1，原水被导入该凝结和分离箱。原水从混合箱2通过原水导入管3，添加高比重材料的设备4和原水导入管5流入凝结和分离箱1。流动发生器11配置在凝结和分离箱1内，用来搅拌需要处理的水，以产生水流。在凝结和分离箱1的下面，配有淤泥排放口13和淤泥收集盒14。淤泥收集盒14中的淤泥通过淤泥输送管15输送到分离器8。分离器8将高比重材料从淤泥中分离出来，并将它提供给添加高比重材料的设备4。

Description

凝结和分离装置
技术领域
本发明涉及一种凝结和分离装置。在该凝结和分离装置中，需要处理的含有例如胶质或微粒的悬浮物的起始水(例如原水、流入水)与凝结剂混合，悬浮物凝结以形成絮状物(凝结淤泥)，然后絮状物从起始水中经固液分离。这样，能够持续获得干净的水。
背景技术
这种类型的普通的凝结和分离装置配有一个凝结反应箱。需要处理的含有悬浮物等的起始水通过原水导入管流入凝结反应箱。凝结剂从凝结剂供应设备添加到流入凝结反应箱内的需要处理的水中。例如砂子这样的不溶添加剂从添加剂供应设备供应到流入凝结反应箱内需要处理的水中。此外，凝结和分离装置配有混合物排出设备、固液分离箱、泵、回流管和添加剂回收装置。混合物排出设备将混合物排出凝结反应箱。固液分离箱使来自凝结反应箱的水进行固液分离。泵作为分离物排出设备而配置，用来将分离物排出固液分离箱。添加剂回收装置对通过回流管从泵中回流的分离物中所含的添加剂进行分离并回收这些添加剂。添加剂回收装置将回收的添加剂进一步送回到凝结反应箱，并将分离的淤泥排放到该系统的外面(例如，见专利文件1)。
专利文件1：第2003-326110号日本专利未审查出版物(第2页，右栏第14-26行，图1)
普通凝结和分离装置，在凝结剂添加到凝结反应箱中以形成絮状物后，通过利用固液分离箱中的重力，将絮状物从需要处理的水中分离出来。因此，存在着这样一个问题，即整个设备场地必须较大，因为固液分离箱是附加的必要设备，并且因为固液分离箱的大小至少要与凝结反应箱的大小相同。此外，因为絮状物通过利用重力从需要处理的水中分离出来，所以处理不能以越过絮状物的沉淀速度进行。因此，处理效率不高。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的。本发明的一个目的是，提供一种凝结和分离装置，该凝结和分离装置能够缩小设备场地规模以及更迅速和稳定地进行固液分离。换言之，该凝结和分离装置能够缩小设备场地规模，缩短处理时间和稳定地进行处理。
根据本发明的凝结和分离装置的特征在于，它包括凝结和分离箱，流动发生器和淤泥输送管。与凝结剂混合的原水流入凝结和分离箱。流动发生器在凝结和分离箱中产生环流和涡流。淤泥输送管输送凝结淤泥。
优选地，在凝结和分离箱内设置引流管。高比重材料引入到凝结和分离箱内。在淤泥输送管上配有分离器，用来分离高比重材料，以便使高比重材料循环流入凝结和分离箱。在引流管上方配有多孔构件。配置原水导入管，用来把与凝结剂混合的原水送入引流管。流动发生器配置成具有轴流式搅拌叶片的搅拌器。为了使淤泥变稠而配备淤泥收集盒。为了使凝结剂与原水混合而配备管线混合器。在凝结和分离箱内配置水质测量仪。此外，配置集水池将处理过的水引入。
本发明用凝结剂来形成絮状物，并用流动发生器来产生涡流。因此，本发明允许絮状物在凝结和分离箱内持续分离。换言之，因凝结和分离可在瞬间进行，形成絮状物和固液分离可在同一个凝结和分离箱内进行。此外，因为固液分离可以有效地和稳定地进行，所以需要大设备场地等的普通固液分离箱是不必要的。整个装置可以最小化。制造成本降低。
如果配置引流管，则有可能使停留时间为大约2-3分钟，并保持80％或更高的SS除去率。如果不断测量凝结和分离箱内絮状物的状况或被处理的水的状况，则有可能始终保持稳定界面和合适的絮状物的量。此外，有可能连续稳定地进行处理。
如果与凝结剂混合的被处理的水流入凝结和分离箱，并由流动发生器进行搅拌，则有可能在凝结和分离箱内产生涡流。此外，如果引流管布置成在水流发生装置周围，并且如果再布置水平导板和竖直导板，则有可能顺利地形成涡流。此外，如果布置多孔构件，则有可能更稳定地产生水平流(例如向心流)和涡流(例如下降流)，以控制向上方向上的流速。因此，有可能使处理效率稳定。
如果不仅添加用于普通凝结和沉淀处理的凝结剂，而且注入高比重材料，并且进一步添加助凝剂，则有可能形成比以往大的絮状物。在这种情况下，因为絮状物的块增大，所以有可能提高处理速度，缩短停留时间，并且有效地和稳定地进行处理。并且如果在凝结反应中起作用的高比重材料被排出淤泥收集盒，输送到分离器，与淤泥分离，并连续供应给被处理的水，则有可能再利用高比重材料。维护和控制成本可以降低。
附图说明
图1是表示根据本发明的凝结和分离装置的第一个实施例的流程图。
图2是表示根据本发明的凝结和分离装置的第二个实施例的流程图。
图3是表示根据本发明的凝结和分离装置的第三个实施例的主要流程图。
图4是表示根据本发明的凝结和分离装置的第四个实施例的主要流程图。
图5是表示根据本发明的凝结和分离装置的第五个实施例的主要流程图。
图6是表示根据本发明的凝结和分离装置的第六个实施例的主要流程图。
图7是表示根据本发明的凝结和分离装置的第七个实施例的主要流程图。
图8是表示根据本发明的凝结和分离装置的第八个实施例的主要流程图。
图9是表示根据本发明的凝结和分离装置的第九个实施例的主要流程图。
图10是表示根据本发明的凝结和分离装置的第十个实施例的主要流程图。
图11是表示根据本发明的凝结和分离装置的第十一个实施例的主要流程图。
图12是表示根据本发明的凝结和分离装置的第十二个实施例的主要流程图。
图13是表示根据本发明的凝结和分离装置的第十三个实施例的主要流程图。
图14是表示布置多个凝结和分离装置的一种方式的平面图。
图15是表示布置多个凝结和分离装置的一种方式的平面图。
图16是表示布置多个凝结和分离装置的一种方式的平面图。
图17是表示布置多个凝结和分离装置的一种方式的平面图。
图18是表示布置导板的一种方式的平面图。
图19是表示用于集水池的水槽的透视图。
图20是表示用于集水池的水槽的透视图。
图21是表示用于集水池的水槽的透视图。
图22是表示用于集水池的水槽的部分横断面视图。
图23是表示用于集水池的水槽的部分横断面视图。
图24是表示使用过虑材料的集水池的部分横断面视图。
图25是表示使用过虑材料的集水池的部分横断面视图。
具体实施方式
第一个实施例
图1是表示根据本发明的凝结和分离装置的第一个实施例的流程图。该凝结和分离装置配有一个凝结和分离箱1，用于凝结原水中的悬浮物等，以便进行固液分离。原水从混合箱2通过原水导入管3，添加高比重材料的设备4和原水导入管5流入凝结和分离箱1。混合箱2有一个原水流入口2a和一个凝结剂注入口2b。原水流入原水流入口2a。凝结剂注入口2b是为凝结剂6的注入配置的。混合箱2将原水中的紊流保持某一停留时间。混合箱2使原水中的悬浮物与凝结剂6发生反应，以便形成絮状物。在添加高比重材料的设备4中安装滤网7，用于从原水中清除杂质。分离器8安装在添加高比重材料的设备4的上方。高比重材料9从分离器8添加到添加高比重材料的设备4中。原水导入管5配置在添加高比重材料的设备4的下游。助凝剂10从助凝剂注入口10a注入原水导入管5。添加助凝剂10使高比重材料9与絮状物之间有效地进行接触，以便形成重絮状物，导致良好的固液分离。
在混合箱2中，最好配置一个形成紊流的搅拌器，该搅拌器在图中未显示出来。原水导入管5的原水导入口5a的位置予以设定，以便能够容易地悬浮在凝结和分离箱1中的紊流上。如果滤网7在凝结和分离箱1的上游，滤网7的位置不受限制。然而，为了防止分离器8的关闭，滤网7最好设置在添加高比重材料9的上游。即使它安装在混合箱2的前面，也不会发生任何问题。不用说，如果原水不含杂质，则滤网7不需要安装。添加助凝剂10和高比重材料9的位置予以设定，以致高比重材料9和助凝剂10将立即起反应，促使絮状物的形成。虽然添加高比重材料9的位置可以在凝结和分离箱1的上游一侧，但高比重材料9最好在凝结和分离箱1与混合箱2之间添加。添加助凝剂10的位置可以在混合液体流入凝结和分离箱1之前。添加助凝剂10的位置也可以是在凝结和分离箱1中的原水导入口5a附近在混合液体刚刚导入后助凝剂10充分混合的地方。
在凝结和分离箱1的中央，配置流动发生器11，用来搅拌流动混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)，即需要处理的水，以便产生水流。在凝结和分离箱1的上部，配有集水池12，用来收集通过进行固液分离获得的处理过的水。处理过的水从集水池12通过处理过的水出口12a导入系统的外面。在凝结和分离箱1的下部，配有淤泥排放口13，用来排放从需要处理的水中分离出来的淤泥。在凝结和分离箱1的下面外侧，配有淤泥收集盒14，用来收集从淤泥排放口13排出的淤泥。淤泥收集盒14中的淤泥通过淤泥输送管15输送到分离器8。打开和关闭阀16以及输送泵17从淤泥收集盒14的侧面依次布置在淤泥输送管15上。凝结和分离箱1A配有水质测量仪18，用来测量淤泥界面K上的水质。水质测量仪18与打开和关闭阀16连接，以便根据水质测量仪18发出的信号使打开和关闭阀16动作。
凝结和分离箱1最好配置成圆柱形。然而，凝结和分离箱1可以配置成立方形(矩形平行六面体)，以便有效利用建筑空间和成本。凝结和分离箱1可以是多边形而不是平面形。在这种情况下，最好它具有均匀和对称多边形的形状。如果比较同一容积的高与矮的容器，即使在同一容积后者也不适合产生涡流。因此，凝结和分离箱1的高度最好大于侧向上的长度(直径或宽度)。换言之，如果凝结和分离箱1的形状是圆柱形，则高度与直径之比设定为1或更大。如果它具有矩形六面体形状，则高度与侧向上的长度之比设定为1或更大。然而，即使凝结和分离箱1在侧向上是长的，在凝结和分离箱1中布置一个间隔物也会产生平滑的涡流。在同样情况下，如果凝结和分离箱1的上部的直径大于其下部的直径，则有可能使涡流在凝结和分离箱1的上部的上升速度慢于在下部的上升速度。因此，能够有效地产生淤泥界面K。
具有大量离子电荷的铁系和铝系无机凝结剂用于凝结剂6。聚氯化铝、硫酸铝、氯化铁、硫酸铁等可以用作这类无机凝结剂。然而，如果能充分形成絮状物，则凝结剂6的种类不受限制。
分离器8将高比重材料9从淤泥输送管15流出的凝结淤泥中分离出来。分离器8重新使用高比重材料9。在第一个实施例中，分离器8设置成水力旋流器。分离器8把通过分离获得的高比重材料9提供给添加高比重材料的设备4。分离器8将留存在其中的淤泥排放到该系统的外面。有可能用其它类型的装置作为分离器，如果它们能将淤泥从高比重材料9中分离出来。可以用分类箱去除附在高比重材料9上的淤泥，以便例如通过搅拌、混合或下沉来除去。不用说，如果高比重材料9不加以重新利用，则高比重材料9可以与淤泥一起排放到该系统的外面。
将高比重材料9添加到混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)中的一个目的是，提高絮状物的表观比重。可以用比重为1或更高的材料，例如细砂，作为高比重材料9。细砂的比重为2.6，均匀系数为1.7，有效尺寸大约为100μm。可以使用与细砂比重相接近的比重为2-8的无机或有机材料。或者，可以使用与细砂混合的材料。使凝结和分离装置工作所用的高比重材料9的理想比重范围是2.0-3.0。作为这类高比重材料9，有石榴石、超级灰(由东京市制造)、氧化锆、无烟煤等。此外，可以用例如阴离子型或非离子型的高分子凝结剂，作为助凝剂10。
流动发生器11配置成一种用于形成具有搅拌剪力而不破坏絮状物的紊流区设备。流动发生器11配置成一种用于使微小絮状物与高比重材料9等接触以形成大絮状物的设备。流动发生器11配置成带轴流式搅拌叶片11a的搅拌器。流动发生器11配有驱动轴11b和电动机11c。驱动轴11b从搅拌叶片11a竖直向上延伸。电动机11c推动驱动轴11b旋转。根据设备的情况，驱动轴11b可侧向延伸。轴流式流动发生器11能在小静压下产生大排出量。不仅可以用带轴流式搅拌叶片11 a的搅拌器，而且可以用泵、扇、喷射器等，作为流动发生器11。虽然流动发生器11最好是转速可变型，但它也可以是非转速可变型，这取决于凝结和分离装置的驱动条件。此外，可以用满意地产生涡流的其它设备作为水流发生装置11，例如像循环器这样的喷射发生装置。
在第一个实施例中，集水池12导入从凝结箱1溢出的处理过的水，以便除去被处理的水中的絮状物。处理过的水通过处理过的水出口12a输送到该系统的外面。集水池12可以配有一个过滤装置。该过滤装置可以呈转盘形。可以使用带过滤构件的过滤装置，或带分离膜或滤布的薄膜过滤装置。此外，它可以是适用于被处理的水的特性的水槽，例如沉没型水槽。这种集水池或水槽将在下文再次做说明。
配置淤泥收集盒14的一个目的是，将凝结淤泥从凝结和分离箱1中排出，以便一旦凝结和分离箱1中的淤泥浓度提高，防止淤泥界面K上升。淤泥收集盒14由一个从凝结和分离箱1的底部的外表面向上倾斜和延伸的倾斜壁14a构成。淤泥收集盒14接收从凝结和分离箱1与倾斜壁14a之间的淤泥排放口13排出的凝结淤泥。在第一个实施例中，淤泥收集盒14配置在凝结和分离箱1的下部外侧。然而，位置不限于外侧，只要它不干扰涡流以及如果它适合淤泥凝结。在淤泥收集盒14中，凝结淤泥变稠，以便降低重复使用高比重材料9的循环率，并减少将排放到该系统外面的淤泥量。淤泥收集盒14中的凝结淤泥由输送泵17排出。
淤泥输送管15通过打开和关闭阀16以及输送泵17将凝结淤泥排出淤泥收集盒14。因此，淤泥输送管15控制凝结和分离箱1中的固体密度。淤泥输送管15将排出的凝结淤泥提供给分离器8。淤泥输送管15用来将高比重材料9从凝结淤泥中分离出来，并使分离出来的高比重材料9进行循环。换言之，高比重材料9以某种浓度添加到原水中，以便使高比重材料9促进凝结反应。根据被输送泵17排出的凝结淤泥量，控制该浓度。当然，如果高比重材料9不被重复利用，高比重材料9可以与凝结淤泥一起排放到该系统外面，而不用安装分离器8。
水质测量仪18连续测量凝结和分离箱1中的絮状物的状况。换言之，水质测量仪18监视凝结和分离箱1中絮状物的过度积聚。水质测量仪18可以配置成界面计、浓度计或浊度计等。通常，淤泥界面K随着凝结和分离箱1中絮状物的浓度上升而升高。水质测量仪18通常测量凝结和分离箱1中的淤泥界面K。如果絮状物过度积聚，水质测量仪18自动打开打开和关闭阀16，以便将过多的絮状物作为凝结淤泥排出。因此，水质测量仪18使凝结和分离箱1中的絮状物量平衡，并控制淤泥界面K，以便使絮状物不向处理过的水一侧流出。为了连续观察凝结和分离箱1中絮状物的状况，不仅可以使用测量凝结和分离箱1中絮状物状况的方法，而且可以使用测量被处理的水的浊度和透明度的方法，或者使用将两者相结合的方法。
优选地，控制凝结和分离箱1中的水面与淤泥界面K之间的距离，使其始终保持1.0mm或以上，以便凝结和分离装置能令人满意地工作。合理的是，将淤泥浓度调整到大约7-14％。换言之，优选地，将凝结淤泥的排出量与流入原水的比例设定到大约3-10％。也优选地，将凝结和分离箱1中的浓度设定到大约0.5-3％。为此，一定量的凝结淤泥在相关时间周期内被打开和关闭阀16以及输送泵17排出凝结箱1。此外，一定数量的凝结淤泥通过淤泥输送管15输送到分离器8。然后，高比重材料9在分离器8内从凝结淤泥中分离出来。剩余淤泥被排放到该系统的外面。因此，可以防止絮状物向处理过的水一侧流出。可以防止处理过的水变坏。
接着，将予以说明第一个实施例中的凝结和分离装置的操作。当凝结剂6从凝结剂注入口2b与流入到混合箱2的原水混合时，原水中的悬浮物与凝结剂6发生反应，以致絮凝。这样絮凝的混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)通过原水导入管3流入添加高比重材料的设备4。在这一过程中，滤网7除去原水中的杂质，并防止分离器8关闭。在添加高比重材料的设备4中，高比重材料9从分离器8混合进混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)。然后，包含高比重材料9的混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)流入原水导入管5，在这一过程中，助凝剂10从助凝剂注入口10a混合进混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)。
因此，包含材料9和助凝剂10的混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)从原水导入口5a流入凝结和分离箱1，以便形成需要处理的水。在凝结和分离箱1中，流动发生器11进行工作，在需要处理的水中产生循环流或涡流。涡流总量成为事先在凝结和分离箱1中需要处理的水和从原水导入口5a新添加的原水之和。涡流在凝结和分离箱1的中央成为下降流。然后，涡流在凝结和分离箱1的底部成为水平流(径向流)。在此之后，涡流成为上升流。涡流在淤泥界面K附近进一步成为水平流(向心流)。这样一种涡流使悬浮物与高比重材料9和助凝剂10发生反应，从而有效地产生絮状物。絮状物与高比重材料9相结合，以显示表观高比重。换言之，它在凝结和分离箱1中循环时的沉淀速度比需要处理的水的上升速度快，以形成淤泥界面。然后，下部的凝结淤泥通过淤泥排放口13流出到淤泥收集盒14中。上部的处理过的水溢出到集水池12中。因此，絮状物的形成和固液分离在凝结和分离箱1中同时进行。
在这一过程中，淤泥收集盒14中的凝结淤泥通过淤泥输送管15流入分离器8，而水质测量仪18测量凝结和分离箱1中淤泥界面K上的水质，向打开和关闭阀16发出信号。换言之，为了保持高比重材料9与需要在凝结和分离箱1中处理的水的浓度比例，水质测量仪18改变打开和关闭阀16的开度，以便将凝结和分离箱1中过多的絮状物作为凝结淤泥排出，从而平衡凝结和分离箱1中的絮状物量。分离器8将高比重材料9从凝结淤泥中分离出来。分离器8将高比重材料9送回添加高比重材料的仪器4。
第一个实施例的凝结和分离装置利用凝结剂6形成絮状物，并利用流动发生器11产生的涡流。因此，凝结和分离装置能够在一个凝结和分离箱1内连续进行絮状物的分离过程。因此，除了普通的凝结反应箱之外，不需要固液分离箱。可以减少必要的空间。在这一配置中，因为配有用于将凝结剂6混合进原水的混合箱2，所以可以有效和迅速地使凝结剂6与原水混合，从而使原水稳妥地絮凝。此外，因为滤网7配置在添加高比重材料9的上游，所以有可能防止分离器8堵塞和稳定地提高凝结和分离箱1中的凝结效率。因为分离器8配置成水力漩流器，所以有可能抑制设备成本的提高。因为高比重材料9添加到混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)中，所以有可能形成大絮状物和提高处理速度。
第二个实施例
图2是表示根据本发明的凝结和分离装置的第二个实施例的流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图1中所示的实施例相同的部分。在根据第二个实施例的凝结和分离装置中，在凝结和分离箱1的中央配置引流管21。靠近淤泥界面处水平布置多孔构件22。此外，在多孔构件22的下面，在凝结和分离箱1的内表面设置导板23。凝结和分离箱1的箱形是矩形。
在第二个实施例中，流动发生器11的竖直位置在引流管21的中央。搅拌叶片11a的水平位置在引流管21的底部。高比重材料9必须在其在引流管21中被搅拌之前提供。因此，原水导入管5的原水导入口5a最好设置在引流管21的里面或直接在引流管21的上方，以便包含高比重材料9和助凝剂10的混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)容易地在引流管21中运动的涡流中悬浮。然而，如果原水容易地在涡流上悬浮，则原水导入管5的原水导入口5a的位置可以在引流管21中，在引流管21的下侧区域，或在引流管21的上侧区域。除此之外，原水导入管5的原水导入口5a可以从流动发生器11的驱动轴11b穿过多孔构件22的割出部分导入。
引流管21的形状为圆柱形，在竖直方向开口，因为容易制造和成本低。详细地说，引流管21由锥形圆管构成，在该锥形圆管上，引流管21下部的开口直径大于其上部的开口直径。换言之，它由具有锥状外形的圆管构成，以致容易将涡流从下降流改变为水平流(径向流)。如果引流管21内侧的水平截面与引流管21外侧的水平截面相同，则有可能形成稳定的涡流且令人满意地促进固液分离。如果引流管21具有的结构能够将涡流从下降流容易地改变为水平流(径向流)，即其结构能够帮助液体的流动产生涡流，引流管21的形状不受限制。它可以是一个中心井管或套管等，一个近似于圆形的多边形，或者一个向着其下部变宽和变厚的锥状外形。
凝结和分离箱1的底面与引流管21的底面之间的距离最好为流动发生器11的搅拌叶片11a的直径的大约75％。流动发生器11的搅拌叶片11a的竖向位置最好不从引流管21中伸出，虽然如上所述它位于引流管21的下部。然而，如果流动发生器11的搅拌叶片11a产生有效的涡流，它的竖直位置不受限制。
多孔构件22例如具有许多孔的板可以取代第一个实施例中的水质测量仪18。安装多孔构件22用于稳定地形成淤泥界面，防止絮状物向上流出，克服无序的被处理的水以便产生直线的流动，从而能够获得优质和稳定的处理过的水。换言之，多孔构件22在竖向上分隔凝结和分离箱1的内部，容易在多孔构件22上方产生平直的流动，并且容易在其下方产生絮状物形成区(淤泥区)。可以用冲孔金属、网状物、直线流动的板、倾斜板、狭长切口、蜂窝形构件等，作为这类多孔构件22。
如果所述板、网状物或冲孔金属用作多孔构件22，则可以不连续地配置一个以上的多孔构件22。虽然多孔构件22配置成一个平面，但可以使用其它形状例如凸面或凹面。此外，可以改变多孔构件22的开度，与原水的特性相一致。如果多孔构件22的开度是例如50％，则集水池12的水槽的设备场地最好是多孔构件22的设备场地的1/2或以下。换言之，通过多孔构件22的被处理的水的流速可以与上升到除了水槽或下方之外的水面的被处理的水的流速相同。
导板23通过折流作用把在凝结和分离箱1的内表面与引流管21的外表面之间上升的上升流顺利改变成水平流(向心流)。导板23是从凝结和分离箱1的内表面水平突出的环形平板。在第二个实施例的凝结和分离装置中，可以只通过流动发生器11产生涡流。然而，为了有效地产生可靠和稳定的涡流，可以配置引流管21和导板23。尤其是如果凝结和分离箱1具有带有角部的形状，例如四边形，则导板23最好配置成水平导板23。如果凝结和分离箱1呈圆形，则最好配置用于稳定地产生涡流和防止涡流共同旋转(co-rotation)的导板23。此外，最好在水平方向和竖直方向上配置导板23。这类导板23可以是曲面板，而不是平面板。
接着，将予以说明第二个实施例中的凝结和分离装置的操作。从原水导入口5a流入引流管21的原水，即需要处理的与凝结剂6、高比重材料9和助凝剂10混合的原水，立即由流动发生器11进行搅拌。然后，引流管21中的流动发生器11搅拌需要处理的水，以便形成紊流状态。因此，形成高比重絮状物。然后，需要处理的水流在引流管21的下部成为下降流，在其下端变成水平流(径向流)，在凝结和分离箱1的内表面与引流管21的外表面之间变成竖直上升流。在引流管21的上端与多孔构件22之间，上升流被引流管21中产生的下降流变成水平流(向心流)。絮状物在这一涡流中悬浮，并再次输送到引流管21中。在这一过程中，导板23帮助涡流从上升流容易地改变成水平流(向心流)。这样，淤泥界面形成。处理过的水通过多孔构件23，并溢到集水池12中。
因此，假定通过多孔构件22的被处理的水的流速是V。在凝结和分离箱1中以流速V上升的需要处理的水的下面，如果产生流速大于流速V的水平流或下降流，甚至沉淀速度低于流速V的絮状物悬浮在水平流或下降流上。因为絮状物的流速高，所以它难以悬浮在上升流上。换言之，因为絮状物接收来自涡流的大的力量，所以它离开上升流。因此，即使絮状物以低于上升流速V的沉淀速度移动，它仍可以进行固液分离。有可能在小型的凝结和分离箱1中分离絮状物。
为了利用涡流进行有效的固液分离，优选地形成小而重的絮状物，即具有大质量和流阻小的重絮状物。在第二个实施例中，因为高比重材料9和助凝剂10添加进混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)，所以固液分离的效率提高。因为絮状物重，所以在凝结和分离箱1的下部的絮状物浓度变高。絮状物之间的碰撞次数和原粒子与凝结部分中的絮状物之间的碰撞次数增加。凝结效果增强。有可能使装置最小化。
因此，第二个实例的凝结和分离装置可以促进固液分离过程，而不利用重力使絮状物沉淀。这可以通过提高由流动发生器11的搅拌引起的涡流的流速来实现，即相对于使需要处理的水上升的流速提高在凝结和分离箱1的内表面与引流管21的上端之间产生的水平流(向心流)。此外，包含高比重材料9和助凝剂10的需要处理的水只是在流入凝结和分离箱1之后才被搅拌。然后，可以均匀分布助凝剂10。添加高比重材料9使在需要处理的水中的胶质或悬浮物，形成为围绕着高比重材料9的大絮状物。因此，可以更有效地进行固液分离。此外，可以在2-3分钟内达到除去率为80％或更高的除去效果。在这种情况下，必须以相对流入水(原水，不含凝结剂6的需要处理的水)一定的浓度在絮状物内包括高比重材料9。因此，与流入水量之比的添加浓度最好设定到3000-5000mg/L。然而，可以改变添加浓度，这取决于水质或特征，例如水的粘度。
第三个实施例
图3是表示根据本发明的凝结和分离装置的第三个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图2中所示的实施例相同的部分。在第二个实施例中使用水力漩流器作为分离器8，与第一个实施例相同。然而，第三个实施例中的分离器31通过重力作用将高比重材料9从淤泥输送管15排出的淤泥中分离出来，并将高比重材料9送回添加高比重材料的设备4。分离器31配有箱32，用于接收淤泥输送管15排出的淤泥。在箱32中，淤泥输送管15流出的淤泥中的较重重量的高比重材料9通过重力作用沉淀。较轻重量的高比重材料9从箱32的上部溢出。在箱32中沉淀的高比重材料9供应给添加高比重材料的设备4。从箱32溢出的淤泥输送到该系统的外面。在第三个实施例的分离器31中，高比重材料9的沉淀速度大约为70m/h，而淤泥的沉淀速度大约为3-4m/h。与淤泥的沉淀速度相比，高比重材料9的沉淀速度特别大。因此，可以在大约5分钟的短时间内，通过重力作用分离高比重材料9。甚至在第三个实施例的凝结和分离装置中，也可以得到与第二个实施例的效果相同的效果。
第四个实施例
图4是表示根据本发明的凝结和分离装置的第四个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图2中所示的实施例相同的部分。在第四个实施例中，导板23的内端布置得高于其外端。因此，在根据第四实施例的凝结和分离装置中，可以得到与第二个实施例相同的效果。此外，可以将引流管21的外表面与凝结和分离箱1的内表面之间的上升流顺利地改变成水平流(向心流)。
第五个实施例
图5是表示根据本发明的凝结和分离装置的第五个实施例的流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图2中所示的实施例相同的部分。在第五个实施例中，高比重材料9在助凝剂注入口10a的下游一侧注入原水导入管5。因此，第二个实施例中的添加高比重材料的设备4设置成只有滤网7的原水接收箱4A。甚至在第五个实施例的凝结和分离装置中，也可以得到与第二个实施例的效果相同的效果。添加助凝剂10的位置可以在混合液体流入凝结和分离箱1之前。然而，在刚刚将混合液体导入之后，混合液体可以在凝结和分离箱1中的原水导入口5a附近，与助凝剂10混合。
第六个实施例
图6是表示根据本发明的凝结和分离装置的第六个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图2中所示的实施例相同的部分。在第六个实施例中，高比重材料9直接倒入凝结和分离箱1。在这种情况下，提供来自分离器8的高比重材料的开口8a设置在原水导入管5a附近，以致高比重材料9将稳妥地悬浮在引流管21中的涡流上。为此，添加高比重材料的设备4设置成只有滤网7的原水接收箱4A。甚至在第六个实施例的凝结和分离装置中，也可以得到与第二个实施例的效果相同的效果。
第七个实施例
图7是表示根据本发明的凝结和分离装置的第七个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图2中所示的实施例相同的部分。在第七个实施例中，原水导入管5的中间部分5b在流动方向上往下倾斜。此外，高比重材料9和助凝剂10提供到原水导入管5的中间部分5b的最下端。因此，第二个实施例的添加高比重材料的设备4设置成只有滤网7的原水接收箱4A。第七个实施例的凝结和分离装置可以得到与第二个实施例的效果相同的效果，并可以通过原水导入管5的倾斜中间部分5b加快原水流动，从而加快引流管21中涡流的流速。
第八个实施例
图8是表示根据本发明的凝结和分离装置的第八个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图2中所示的实施例相同的部分。在第八个实施例中，原水导入管5的原水导入口5a从凝结和分离箱1侧向插入引流管21。详细地说，原水导入管5穿过凝结和分离箱的一个侧壁和引流管21的一个侧壁，以致包含高比重材料9和助凝剂10的混合液体(与原水和凝结剂6混合的液体)将稳妥地悬浮在引流管21中的涡流上。在第八个实施例的凝结和分离箱中，可以得到与第二个实施例的效果相同的效果。除此之外，它可以防止侧向导入的原水短路而流出，却不充分形成絮状物。
第九个实施例
图9是表示根据本发明的凝结和分离装置的第九个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图1中所示的实施例相同的部分。在第九个实施例中，只有引流管21增加到第一个实施例的凝结和分离装置上。在这种情况下，原水导入管5的原水导入口5a的位置和流动发生器11的位置与第二个实施例的这两个位置相同。在第九个实施例的凝结和分离装置中，可以得到与第一个实施例的效果相同的效果。除此之外，可以通过引流管21令人满意地形成涡流。
第十个实施例
图10是表示根据本发明的凝结和分离装置的第十个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图1中所示的实施例相同的部分。在第十个实施例中，只有引流管21增加到第一个实施例的凝结和分离装置上，而第一个实施例的水质测量仪18被省略。此外，配置了管41、箱42和管43。管41用来排出淤泥，以控制淤泥界面K的高度。箱42用来通过重力作用分离从管41中流出的淤泥。管43用来将在箱42中获得的浮在表面上的水送回凝结和分离箱1。因此，管41的内端被布置成排出淤泥界面K上的淤泥，并将在箱42中沉淀的淤泥排放到该系统的外面。甚至在第十个实施例的凝结和分离装置中，也可以得到与第一个实施例的效果相同的效果。除此之外，可以通过引流管21令人满意地形成涡流。
第十一个实施例
图11是表示根据本发明的凝结和分离装置的第十一个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图1中所示的实施例相同的部分。在第十一个实施例中，只有引流管21增加到第一个实施例的凝结和分离装置上。此外，带过滤装置的集水池12A设置在凝结和分离箱1中，代替第一个实施例的集水池12。甚至在第十一个实施例的凝结和分离装置中，也可以得到与第一个实施例的效果相同的效果。除此之外，可以通过引流管21令人满意地形成涡流。此外，可以通过集水池12A除去劣质的处理过的水。
第十二个实施例
图12是表示根据本发明的凝结和分离装置的第十二个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图1中所示的实施例相同的部分。在第十二个实施例中，只有引流管21增加到第一个实施例的凝结和分离装置上。带过滤装置的集水池12A设置在凝结和分离箱1的外面，代替第一个实施例的集水池12。甚至在第十二个实施例的凝结和分离装置中，也可以得到与第一个实施例的效果相同的效果。除此之外，可以通过引流管21充分地形成涡流。
第十三个实施例
图13是表示根据本发明的凝结和分离装置的第十三个实施例的主要流程图。重复说明将予以省略。相同的附图标记指示与图2中所示的实施例相同的部分。在第十三个实施例中，设置了管线混合器51，代替第二个实施例的混合箱2。管线混合器51由管和螺钉构成。例如在管内径上，该管与原水流入口2a或原水导入管相同。该螺钉布置在该管内。只须将凝结剂6注入原水，便可形成絮状物，甚至管线混合器51只配备管而不配备螺钉。然而，为了令人满意地形成絮状物，最好使用结构简单的静态混合器，在其里面产生涡流，以便为了促进混合搅拌。作为这样一个实例，可以配置由NIHONINKA有限公司制造的Model2800型WESTFALL-INKA静态注入混合器。甚至在第十三个实施例的凝结和分离装置中，也可以得到与第二个实施例的效果相同的效果。
因此，已经说明，在第三个至第十三个实施例中，引流管21主要配置在圆形的凝结和分离箱1中。然而，如图14所示，可以连续地配置多个矩形的凝结和分离箱1A，并在每一个凝结和分离器1A中再配置引流管21。因此，一种装置可以应付独立反应或流入改变的情况。此外，如图15所示，可以将四个矩形凝结和分离箱1A布置成矩形结构。也可以在每一个凝结和分离箱1A中布置引流管21。此外，如图16所示，可以线性地布置多个八角形凝结和分离箱1B。如图17所示，可以用蜂窝状方法布置多个六角形凝结和分离箱1B。此外，可以在一个凝结和分离箱1B中布置多个引流管，以便它们将不会互相干扰，虽然这种配置未表示。在这种情况下，它们需要与流动发生器等的特性加以平衡。
在第二个至第八个和第十三个实施例中，已经说明，导板23水平地或大致水平地设置。然而，导板23的形状或方向不限于上面所述，只要导板23能够有效地产生涡流。尤其是，如果凝结和分离箱1具有圆柱形状或与圆柱形状特别相似的形状，则优选地竖直配置多个导板23A，以便防止涡流共同旋转，如图18所示。换言之，优选地，在圆形凝结和分离箱1的内表面上以有规则的间隔水平配置多个，例如四个，导板23A。在这种情况下，导板23A通过挡板作用将流动发生器11的搅拌作用所产生的水平涡流改变成竖向流，以便使需要处理的水流在向上的方向上变直。可以将这类竖直导板23A以及水平导板23配置给一个凝结和分离箱1。在这种情况下，可以通过竖直导板23A帮助上升流变直，并可以通过水平导板23帮助水平流(向心流)变直。然而，如果凝结和分离箱1是多边形，因为内表面限制共同旋转，所以有时不必配置竖直导板23A。
如果沉没型水槽用于第一个至第十三个实施例中的集水池12，则可以使用在三角形管61a的上部具有纵向延伸的开口61b的水槽61，如图19所示。此外，可以使用在圆形管62a的上部具有纵向延伸的开口62b的水槽62，如图20所示。此外，可以使用在圆形管63a的上部具有纵向线性布置的许多小孔63b的水槽63，如图21所示。此外，可以采取这样一个结构，以致多个三角形水槽64结合起来，如图22所示。或者，可以使用带倾斜面65a的水槽65，如图23所示，虽然它不是沉没型。
如果原水浓度等特性的变化特别大，并且如果根据测量淤泥界面K以及凝结和分离箱1中的浓度处理变得不稳定，则可以使用集水池12b。在集水池12b中，过滤材料66c或图中未显示的矫直板等安装在具有竖直面66a的盒66b上，如图24所示。或者，可以使用集水池12C。在集水池12C中，过滤材料67c安装在具有倾斜面67a的盒67b上，如图25所示。此外，通过配置过滤材料66c、67c，也可以在集水池12上提供过滤功能，如图24、25所示。在这种情况下，可以将比重为1.0或以下的球形过滤材料用于过滤材料66c、67c。然而，即使过滤材料具有1.0或更大的比重，通过在过滤材料的下部布置滤网等，这种过滤材料仍然同样可以使用。优选地，通过利用空气提升作用等，连续进行循环冲洗，将截住的淤泥作为洗涤污水排放到该系统的外面。另一方面，如果原水的特性变化不大，可以使用具有与集水池12相同布置的竖直或倾斜平板的矫直板，取代过滤材料66c、67c。通常，用水槽61-65从水或水面收集上清水是合适的，如图19-23所示。或者，使用图中未显示的导管是合适的。它们可以根据原水的特性等加以使用。
实例
第一个实例
实施图1所示的凝结和分离装置的第一个实施例。作为一项实施条件，将污水处理厂内的第一个沉淀池的流入水用作原水。将PAC以10mg/L的添加率添加到原水中(被Al2O3l转换)，以形成凝结剂(无机凝结剂)6。砂子以3000mg/L的浓度添加到原水中，以形成高比重材料9。高分子凝结剂以1mg/L的浓度添加到原水中，以形成助凝剂10。在这一条件下，取得了有关流入水量、在装置中的停留时间、原水SS、处理过的水SS、SS除去率、淤泥浓度和排出淤泥量之间的关系的结果，如表1所示。从表1看到，在装置中停留10分钟时间内，SS除去率变为80％或更高。因此，可以获得优质处理过的水。在以80％或更高的SS除去率除去时，在装置中的停留时间变短。这是因为水质测量仪18平衡淤泥表面，同时添加高比重材料9有效地促进凝结，以形成重絮状物，从而在短时间内涡流形成淤泥界面K。
表1
图1的装置的结果
  流入水量(m3/h)   在装置中的停留时间(min)   原水SS(mg/l) 处理过的水SS(mg/l)   SS除去率(％)   淤泥浓度(mg/l)   排出淤泥量(m3/h)
  12.5   30   231 32   86   3628   0.75
  37.5   10   304 52   83   4532   2.25
  75   5   253 76   70   3306   4.5
第二个实施例
实施图2所示的凝结和分离装置的第二个实施例。实施条件与第一个实施例的实施条件相同。在这一条件下，取得了有关流入水量、在装置中的停留时间、原水SS、处理过的水SS、SS除去率、淤泥浓度和排出淤泥量之间的关系的结果，如表2所示。从表2看到，在装置中停留3分钟时间内，SS除去率变为80％或更高。因此，可以获得优质处理过的水。在以80％或更高的SS除去率除去时，在装置中的停留时间变短。这是因为引流管21有效地促进絮状物的凝结，以形成重絮状物，从而在短时间内涡流形成淤泥界面K。
表2
图2的装置的结果
 流入水量(m3/h)  在装置中的停留时间(min)  原水SS(mg/l) 处理过的水SS(mg/l)  SS除去率(％)  淤泥浓度(mg/l)  排出淤泥量(m3/h)
 37.5  10  303 18  94  5040  2.25
 75  5  212 19  91  3507  4.5
 125  3  193 21  89  3159  7.5

Claims (11)

1.一种凝结和分离装置，它包括：
凝结和分离箱，用于盛装包含原水和凝结剂的液体混合物；
流动发生器，用于使所述液体混合物运动，以便在所述凝结和分离箱内产生所述液体混合物的涡流；以及
淤泥输送装置，用于输送凝结淤泥。
2.根据权利要求1的凝结和分离装置，其特征在于，在所述凝结和分离箱内设置引流管，并且所述流动发生器放置在所述引流管内，以使所述液体混合物产生涡流。
3.根据权利要求1或2的凝结和分离装置，其特征在于，高比重材料被供给到所述凝结和分离箱。
4.根据权利要求3的凝结和分离装置，其特征在于，所述淤泥输送装置与分离器连接，所述分离器用于将高比重材料从所述凝结淤泥中分离出来。
5.根据权利要求2的凝结和分离装置，其特征在于，在所述凝结和分离箱内的所述引流管的上方设置有多孔构件。
6.根据权利要求2或5的凝结和分离装置，其特征在于，配置有用于将所述液体混合物送入所述引流管的管道。
7.根据权利要求1-6中任何一项权利要求的凝结和分离装置，其特征在于，所述流动发生器是具有轴流式搅拌叶片的搅拌器。
8.根据权利要求1-7中任何一项权利要求的凝结和分离装置，其特征在于，在所述凝结和分离箱的底部设置有淤泥收集盒，用于使所述凝结淤泥浓缩或变稠。
9.根据权利要求1-8中任何一项权利要求的凝结和分离装置，其特征在于，配置有管线混合器，用于使凝结剂与原水混合，以形成所述液体混合物。
10.根据权利要求1-9中任何一项权利要求的凝结和分离装置，其特征在于，在凝结分离箱上配置有水质测量仪。
11.根据权利要求1-10中任何一项权利要求的凝结和分离装置，其特征在于，在所述凝结和分离箱的上部配置有集水池，用于汇集在所述凝结和分离箱内处理过的水，并将这种处理过的水排出所述凝结和分离箱。
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