CN101422662B - 固液气三相分离装置 - Google Patents

Abstract

一种固液气三相分离装置，适于对一反应槽中含有固液气三相物质的废水进行分离，该装置包括：一第一槽、一第一倾斜沉降元件、一第二槽、一第二倾斜沉降元件及一溢流堰。第一槽配置于该反应槽中，且具有一底板，第一倾斜沉降元件配置于底板外围。第二槽配置于该反应槽中，并位于第一槽上方。第二倾斜沉降元件配置于第一槽与第二槽之间，溢流堰配置于第二槽中，且位于第二倾斜沉降元件上方。通过将固液气三相分离器改用大于75°的倾斜板，改善现有技术固液气分离区的不足，且可在设计时弹性变动倾斜板数量。本发明还将固液分离以两阶段方式进行，可将废水中的固体颗粒彻底分离，提升处理效能。

Description

固液气三相分离装置

技术领域

本发明涉及一种固液气三相分离装置，且特别涉及一种可提供良好的废水处理效能的三相分离装置。

背景技术

固液气三相分离装置用于一般工业的废水处理工程，其中排放的废水必须经过处理将其中的固体及气体分离及净化，以降低排放后对环境造成的危害。由于近年来环保意识增强，废水排放的标准也不断的提升，因此如何提升现有的固液气三相分离装置的效能，有效率地处理废水，使排放的废水能符合更高的环保标准，是现今重要的课题。

图1为中国台湾专利公告第381586号现有的固液气三相分离装置100的示意图，由倾斜板(管)130分成第一槽160及第二槽170，其构造包括：第一槽160底部的带有突缘的底板110、至少一片多孔板120、倾斜板(管)130、溢流堰140、抽泥泵系统150五个部分组成。当底板110下方的含有气体和固体的废水上升至底板110时，因受底板110阻隔而转向流动，此时加速了流体的扰动而形成紊流，固体表面附着的小气泡便容易脱离，达到第一次固气分离的功能。气泡行进至底板边缘，不再受底板110阻隔，气泡会沿底板110端边向上流，当废水穿过气泡而流进多孔板120之前，由于气泡的撞击，造成第二次固气分离，当废水通过多孔板120时由于流速遽增，达到第三次固气分离的功能。进入第一槽160的废水中，较大的固体颗粒向下沉淀，较为细小的固体颗粒随水流进倾斜板(管)130，达到固液分离效果。经过倾斜板(管)130的澄清液经由溢流堰140排出槽外，沉积于第一槽160的底板上的固体物，再由污泥抽泥泵150抽至反应槽外或回流至槽内以补充槽内固体颗粒的浓度。

然而，现有的固液气三相分离装置100受限于倾斜板(管)130设计不佳，无法针对废水中不同的污泥量作调整，造成固液分离的效率不高，使部分固体随液体水流而漂至第二槽170，间接造成污泥堆积而产生气体累积，最终导致污泥上浮，降低废水分离的效能。

发明内容

本发明是一种固液气三相分离装置，适于对一反应槽中含有固液气三相物质的废水进行分离。

本发明提出一种固液气三相分离装置，该固液气三相分离装置包括：一第一槽、一第一倾斜沉降元件、一第二槽、一第二倾斜沉降元件及一溢流堰。第一槽配置于该反应槽中，且具有一底板，第一倾斜沉降元件配置于底板外围，废水流经第一倾斜沉降元件后进入第一槽。第二槽配置于反应槽中，并位于第一槽上方。第二倾斜沉降元件配置于第一槽与第二槽之间，废水流经第二倾斜沉降元件后进入第二槽，溢流堰配置于第二槽中，且位于第二倾斜沉降元件上方。

本发明的一实施例中，上述第一倾斜沉降元件或第二倾斜沉降元件包括多个倾斜板或多个倾斜管。

本发明的一实施例中，上述倾斜板或倾斜管相互平行排列。

本发明的一实施例中，上述第一倾斜沉降元件或第二倾斜沉降元件具有多个倾斜的流道，且上述流道相互平行。

本发明的一实施例中，上述每一流道的宽度为0.1米。

本发明的一实施例中，上述每一流道的长度为1米。

本发明的一实施例中，上述每一流道的延伸方向与水平面所夹的仰角介于75°至90°之间。

本发明的一实施例中，上述每一流道的延伸方向与水平面所夹的仰角为75°。

本发明的一实施例中，固液气三相分离装置包括一泵，该泵连接第一槽，以抽取沉积于第一槽中的固相物质。

与现有技术，本发明将固液气三相分离器改用大于75°的倾斜板，改善现有技术固液气分离区的不足，且随UASB(上流式厌氧污泥床，UpflowAnaerobic Sludge Bed)污泥设计量，可在设计时弹性变动倾斜板数量。本发明还将固液分离以两阶段方式(第一阶段分离高浓度，第二阶段分离低浓度)进行，可将废水中的固体颗粒彻底分离，提升处理效能。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为现有的固液气三相分离装置示意图。

图2是本发明的实施例的固液气三相分离装置示意图。

图3A是本发明的实施例的上方沉淀区设计原理示意图。

图3B是本发明的实施例的三相分离区设计原理示意图。

其中，附图标记说明如下：

200：固液气三相分离装置

210：第一槽

220：第一倾斜沉降元件

230：第二槽

240：第二倾斜沉降元件

250：溢流堰

260：反应槽

270：泵系统

具体实施方式

图2是本发明的实施例的固液气三相分离装置示意图，该装置包括：一第一槽210、一第一倾斜沉降元件220、一第二槽230、一第二倾斜沉降元件240及一溢流堰250。本实施例的固液气三相分离装置200可将废水内所含的固体及气体分离，达到净化废水的效果。反应槽260内的废水碰到第一槽210底部的底板后，流向受底板限制，而往两旁流动，废水中的小气泡因碰撞结合而形成较大的气泡。废水流至底板边缘后因无阻碍，便向上流动而通过第一槽210底板外围的第一倾斜沉降元件220，实现第一阶段固液分离，废水中所含的固体颗粒(如泥沙)向下沉积，而气泡则因浮力而往上移动，并从废水中分离。经过三相分离之后的液体便流入第一槽210中，并利用配置于第一槽210和第二槽230之间的第二倾斜沉降元件240作第二阶段固液分离，分离的固体颗粒向下移动，沉积在第一槽210底部并经由泵270抽取，排出槽外，最后干净的废水则溢流入溢流堰250而排出第二槽230。

在本实施例中，第一倾斜沉降元件220或第二倾斜沉降元件240具有多个倾斜的流道，而为了提升固液分离的效能，这些流道之间以平行排列的方式为最佳。当废水流入这些平行流道时，平行的流道壁面可提供最佳的整流效果，提高废水中固体和液体分离的效率。另外，除了施工成本及便利性的考虑之外，平行流道其壁面可提供较大的沉淀面积，且不易造成沉淀固体颗粒的堆积而影响分离效率。

在实际的制造中，第一倾斜沉降元件220或第二倾斜沉降元件240的倾斜流道可由多个倾斜板或多个倾斜管所构成，所述倾斜板或倾斜管的排列方式以平行排列为最佳。平行排列的方式可使所述倾斜板或倾斜管构成多个倾斜且相互平行的流道，以提高固液分离的效率。

图3A和图3B为本实施例中倾斜沉降元件的设计原理的简单示意图。请同时参考图3A和图3B，第一倾斜沉降元件220或第二倾斜沉降元件240是依照倾斜管沉淀池原理设计。在本实施例中，第一倾斜沉降元件220作为三相分离区，由倾斜板(管)310所构成；而第二倾斜沉降元件240作为上方沉淀区，由倾斜板(管)320所构成。在倾斜板(管)310和320所构成的倾斜流道内，固体颗粒的沉降速度Vs和可容许的废水最大流速V1之间的关系为：Vl＝(L/H′)Vs＝(L×cosθ/H)×Vs，其中L为倾斜板(管)长度；H为倾斜板(管)有效间距；H′为颗粒沉降距离；θ为倾斜板(管)倾斜角度。由上式可发现，当可容许最大流速(Vl)、倾斜板(管)长度(L)和有效间距(H)固定时，倾斜板(管)倾斜角度越大时，沉降速度(Vs)越快，且当倾斜板(管)倾斜角度越大，沉淀的污泥颗粒越不易沉积在倾斜(板)管上，造成流道阻塞。因此在设计倾斜板(管)的倾斜角度时，应以角度最大化为原则。在本实施例中，倾斜板(管)角度选定在75°到90°之间。但是当倾斜板(管)的倾斜角度太大时，固体沉降分离的效果也会变差，此时可针对倾斜板(管)的长度与间距作调整，以改善此现象。

就设计最佳化的观点而言，表1为选定的几种倾斜板(管)角度、倾斜板(管)长度与间距的设计，经过计算之后可得知各组的流速及颗粒沉降速度之比、三相分离区的可容许流速及颗粒沉降速度之比与上方沉淀区的可容许流速及颗粒沉降速度之比。在反应槽260内，为维持颗粒悬浮，固体沉降速度相等于可容许最大流速(Vl/Vs＝1)。此外，在三相分离区内，沉降速度跟可容许最大流速的关系为Vl/Vs>1，以利于悬浮固体颗粒沉降，若同时考虑污泥沉降区及气体通道，假设悬浮固体通道的安全系数为0.1，气体通道的安全系数为0.05，则在三相分离区内的可容许流速和颗粒沉降速度之比需大于1。在上方沉淀区内，若考虑悬浮固体通道的安全系数(0.1)，则上方沉淀区的可容许流速与颗粒沉降速度之比需大于1。在本实施例中，倾斜板(管)角度在75°到90°之间，当同时考虑反应区、三相分离区与上方沉淀区相互配合的需求以及工程需求与施工便利性时，表1内选定的几组设计以倾斜板角度75°、倾斜板长度1.0m，且倾斜板间距0.1m时为最佳。该尺寸的流速及颗粒沉降速度之比、三相分离区可容许流速及颗粒沉降速度之比与上方沉淀区可容许流速及颗粒沉降速度之比经计算后分别为2.51、1.06及1.13，此时的几何尺寸设计兼顾固液分离效率与工程需求，为一优选的设计。本实施例中所定义的倾斜板(管)最佳设计尺寸，即为构成第一倾斜沉降元件220或第二倾斜沉降元件240的多个倾斜平行流道的最佳尺寸，这些倾斜平行流道长度为1m、宽度为0.1m、流道倾斜角为75°。

另外，在本实施例中，经过第一倾斜沉降元件220分离过后的废水会进入第一槽210内，并经过第二倾斜沉降元件240作第二次固液分离，第二次固液分离的固体颗粒会沉积于第一槽210的底板，沉积的固相物质则由连接于第一槽210的泵系统270抽出第一槽210，排出反应槽260外或回流至260内以补充槽内固体颗粒的浓度。

表1

 

倾斜管角度(°)	40	50	60	70	75	76	77	78	79	80
											倾斜管长度(L)	0.6	0.8	0.9	0.9	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
倾斜板间距(H’)	0.13	0.16	0.20	0.29	0.39	0.41	0.44	0.48	0.52	0.57
											流速及颗粒沉降速度比(Vl/Vs)	4.92	4.92	4.33	3.22	2.51	2.35	2.20	2.04	1.88	1.72
三相分离区-可容许流速及颗粒沉降速度比(Vl/Vs/2×0.85)	2.09	2.09	1.84	1.37	1.06	1.00	0.93	0.87	0.80	0.73
											上方沉淀区-可容许流速及颗粒沉降速度比(Vl/Vs/2×0.9)	2.22	2.22	1.95	1.45	1.13	1.06	0.99	0.92	0.85	0.77

综上所述，本发明的固液气三相分离器改用大于75°的增设倾斜板，与现有技术相比，此方式可以改善固液气分离区的不足，将固液分离以两阶段的方式进行。当废水通过第一倾斜沉降元件220时，高浓度的废水先经过第一阶段的固液分离，降低废水中固体颗粒的含量；而经过第一阶段处理的低浓度废水流入第一槽210后，利用第二倾斜沉降元件240作第二次的固液分离，以分离低浓度废水中所含的固体颗粒，此两阶段方式的固液分离，可以使固液分离的更彻底，提升废水处理的效能。另外，本发明可以保留设计时改变倾斜板数量的弹性，即随着UASB污泥设计量的不同而弹性地改变所装设的倾斜板数量。当废水中固体颗粒含量高时，可以增设倾斜板数量，而当固体颗粒含量低时，可以减少所设置的倾斜板数量，此弹性可以达到兼顾成本与废水处理效能的目的。

虽然本发明已通过实施例披露如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应能做出某些更改与修饰，因此本发明的保护范围应以如附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种固液气三相分离装置，适于对一反应槽中含有固液气三相物质的一废水进行分离，该固液气三相分离装置包括：

一第一槽，配置于该反应槽中，且该第一槽具有一底板；

一第一倾斜沉降元件，配置于该底板外围，该废水流经该第一倾斜沉降元件后进入该第一槽；

一第二槽，配置于该反应槽中，并位于该第一槽上方；

一第二倾斜沉降元件，配置于该第一槽与该第二槽之间，该废水流经该第二倾斜沉降元件后进入该第二槽；以及

一溢流堰，配置于该第二槽中，且位于该第二倾斜沉降元件上方。

其中，该第一倾斜沉降元件或该第二倾斜沉降元件包括多个倾斜板或多个倾斜管，所述倾斜板或倾斜管的倾斜角度介于75°与90°之间，所述多个倾斜板或所述多个倾斜管相互平行排列，使得作为三相分离区的所述第一倾斜沉降元件的可容许流速及颗粒沉降速度之比大于1，作为上方沉淀区的所述第二倾斜沉降元件的可容许流速及颗粒沉降速度之比大于1。

2.如权利要求1所述的固液气三相分离装置，其中该第一倾斜沉降元件或该第二倾斜沉降元件具有倾斜的多个流道，所述多个流道由所述多个倾斜板或多个倾斜管所构成。

3.如权利要求2所述的固液气三相分离装置，其中每一所述流道的宽度为0.1米。

4.如权利要求2所述的固液气三相分离装置，其中每一所述流道的长度为1米。

5.如权利要求2所述的固液气三相分离装置，其中每一所述流道的延伸方向与水平面所夹的仰角为75°。

6.如权利要求1所述的固液气三相分离装置，还包括一泵，该泵连接该第一槽，以抽取沉积于该第一槽中的固相物质。

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