CN101772368A - 浓缩设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于干物质含量低于15％的疏浚物质浓缩设备，包括设置有至少一个疏浚物质输入导管(5)、用于净化水的第一出口(8)和用于淤泥的第二出口(9)的罐(2)；所述罐进一步包括混合室(3)，疏浚物质输入导管(5)通向此，以及沉降室(4)，其内设置有第一出口(8)和第二出口(9)。混合室(3)和沉降室(4)的流体相通。

Description

浓缩设备和方法
技术领域
本发明涉及一种干物质率低于15％的疏浚(dredged)物质浓缩设备，包括设置有至少一被污染疏浚物质输入管、用于清水的第一出口和用于淤泥的第二出口的罐。所述罐还包括有混合室，混合室内设有用于导入疏浚物质的入口和沉降室，沉降室内设有第一和第二出口，混合室和沉降室的流体相互连通。
背景技术
考虑到疏浚物质的沉积和破坏作用，环境调节越来越困难，因此，港口、河床、冷却池、沉淀池等对疏浚物质的快速、高效浓缩的需求也随之增长。疏浚液流中的干物质率一般为1～10％，而本发明涉及能排除清水并将干物质率提高到10-30％的设备。浓缩后的疏浚物质可以被填埋或进一步处理。
显然每小时能浓缩的体积数越多，浓缩处理的成本越低，设备越有优势。为了实现大流量处理，杂质的快速絮凝和絮凝后杂质的快速沉降是至关重要的。因此如果絮凝剂可以快速、有效地与污染水混合，也是有利的。在强紊流之下将污染水和絮凝剂可以实现快速、高效的混合。然而，如果处于紊流的水在沉降区可以快速的静止，使絮凝的污染物沉降到沉降区底部也是有利的。
尽可能避免使用昂贵，也许甚至是对环境危害更大的化学品以及保持添加剂的量尽可能低，同样也是有利的。进一步的，如果浓缩设备的造价可以保持在低水平，并且坚固，运行时中断尽可能少也是一个优势。
浓缩设备易于移动将是一个进一步的优点。例如，当一个被污染港口的疏浚物质浓缩完了，设备可以被移动到下一个被污染的港口。这样降低了浓缩设备空转的风险，同时使得设备可能在适当位置进行浓缩，否则它将不具有经济上的可能性。
造价和运行成本越低，同样也是一个优势。
美国专利US7001525、US5730864及US7014776披露了用于净水，包括有沉降区的设备例子。
发明内容
本发明的目的在于提供一种干物质率低于15％的疏浚物质的浓缩设备。
本发明所采取的技术方案是：
本发明所述设备包括设有至少一个用于污染疏浚物质的输入导管、用于清水的第一出口和用于淤泥的第二出口的罐。淤泥经第二出口排出后可填埋或进一步处理。罐还包括有混合室和沉降室，用于疏浚物质的输入导管通向混合室，沉降室内设有第一和第二出口。混合室和沉降室的流体互相连通。输入导管优选在罐外具有用于连接外部的水管等的接头以及连接到混合室的开口的管状导管。输入导管进一步包括用于添加至少一种絮凝剂的接头。混合室还设有紊流装置，用于在混合室内产生紊流，将输入的疏浚物质和至少一种絮凝剂混合。
紊流装置优选为具有突起/多个侧面的盘式结构，安装在混合室中央，距流体出口有预定距离，当疏浚物质进入喷射到紊流设备后，在混合室内产生紊流，以致污染疏浚物质和添加的所述至少一种絮凝剂能很好的混合。
本发明的优势还表现在本发明进一步的改进：
紊流设备外环绕有一开放圆筒且紊流设备为盘状，大致与圆筒的径向平行安装。优选的，圆筒同样环绕输入开口。
管状导管的末端收缩。
混合室明显较沉降室小，优选小于沉降室大小的1/10，更佳小于1/20。
用于淤泥的第二出口设在沉降室底部，沉降室还设有将沉降物输送到第二出口的设备。优选的，沉降物输送设备由至少一个纵向设置在沉降室底部的纵向传送螺杆组成，更为优选的为至少三个纵向传送螺杆，进一步优选的为至少五个纵向传送螺杆。
沉降室为长条形，其长度至少为沉降室内正常水位的四倍才是合适的，混合室设置在沉降室的纵向末端，第一出口设置在沉降室对面末端的上部。
沉降室的第二出口包括处于沉降室底部呈圆锥形缩小的锯齿状凹陷，锯齿状凹陷底部设置有第一横向传送螺杆，用于将淤泥经污泥阀排出。
第二出口上方设置有用于测量淤泥累积量的液面指示器。
管状导管上絮凝剂接头的上游设有干物质率指示器，用于测量管状导管内输入污染疏浚物质的干物质率。
设备还设有控制器，控制器根据从干物质率指示器获得的数据，确定在絮凝剂接头处加入输入污染疏浚物质内至少一种絮凝剂的量；根据从液面指示器获得的数据，同时调节第一横向设置的传送螺杆和污泥阀的开放和闭合。
添加的至少一种絮凝剂为液态聚合物；
混合室底部设有第二横向出口螺杆，用于经第三出口清除混合室底部较大的物体比如石子和砂砾；
设备是可移动的；
设备设有用于清除混合室底部较大物体如石子和砂砾的排空装置。
排空装置为混合室底部的第二出口螺杆，用于经罐的第三出口将较大物体如石子和砂砾从混合室底部移除。
第二出口螺杆斜向上朝向第三出口。
进一步的，提供一种浓缩疏浚物质的方法，本方法中污染疏浚物质经管道泵入罐中，方法包括以下步骤：
测量管状管道内输入污染疏浚物质的干物质率；
在管道内的输入污染疏浚物质中加入至少一种絮凝剂，添加量由步骤a)的测量值确定；
在混合室内将污染疏浚物质和添加的至少一种絮凝剂的混合，混合通过将添加有至少一种絮凝剂的污染疏浚物质喷射至紊流工具，在混合室产生紊流；
将步骤c)的混合物在与混合室流体相通的沉降室内沉降；
将沉降物经沉降室底部的第二出口排出；
将沉降室上部清洁的表层水经第一出口排出。
本发明所述的浓缩和净化干物质含量低于15％的污染疏浚物质的设备，将拥有上述优点中的至少一种。
附图说明
图1是本发明所述浓缩设备优选实施例的侧面结构示意图；
图2是上述优选实施例的俯视结构示意图；
图3是本发明浓缩设备混合室、控制和调节单元的截面图；
图4是朝向本发明浓缩设备前端的污泥出口截面图；
图5是本发明浓缩设备设有混合室的前端的局部放大图；
图6是本发明优选实施例分散盘的示意图。
具体实施方式
图1-5表示的是一浓缩和净化污染疏浚物质的设备1，设备1包括具有圆断面的横向长管状罐2。罐安装在具有轮26且可以与卡车(如运罐卡车)相连的拖车上，以便重新定位。
竖直壁31将罐2分为3，29：4，22两节。在第一节3，29内，罐2第一末端36和竖直壁31之间，调节单元29的上方设有混合室3，这样混合室底板37就是控制和调节单元29的顶板；在第二节4，22内，竖直壁31和罐2的第二末端35之间设有沉降室4和紊流弱化通道22，紊流弱化通道22连通混合室3和沉降室4。如图所示，罐2的第二节4，22比第一节3，29大约长5-10倍。
竖直壁31在混合室3和紊流弱化通道22之间设有一上开口。紊流弱化通道22由竖直壁31和分配板32限制的空间构成，通过分散流体弱化紊流。
分配板32向罐底板34延伸，大致延伸到罐顶板33和底板34的中间，分配板32设有通向沉降室4的下开口22b。第二上开口22d位于罐2的顶板33和分配板32之间，同样连通紊流弱化通道22和沉降室4。分配板32还设有多个三角形开口22c，用于分散水流和弱化紊流。图4显示的是两排平行排列的开口，每排5个三角形开口22c，开口之间呈水平分布。在紊流弱化通道22设有多个斜板23，向下以引导紊流弱化通道22内的流体。
沉降室4在罐2的另一末端35设有用于清水的第一出口8。第一出口8位于末端35与罐内的设计水位相平的上部。防止潜流的装置，例如挡板25，防止第一出口8吸取下部的水，这意味着只有清洁的表层水可以流出罐2。沉降室4为长条形，其长度优选为至少是其直径的3倍，更佳的至少是4倍。
通向沉降室4的观察窗标记为24。
沉降室4的底部设有第二出口9，由圆锥状收缩的锯齿状凹陷组成，锯齿状凹陷的底部设有第一横向外排螺杆13，用于通过污泥阀14排放沉降物。第一横向外排螺杆13由第一外排螺杆引擎15驱动。液面指示器16从罐2的顶板向下延伸到圆锥状收缩的锯齿状凹陷上方，确定到沉降物的距离，如到圆锥状收缩的锯齿状凹陷处沉降物堆积的高度。液面指示器16将沉降物浓度数据发送到控制器18，控制器18根据这些数据发送控制信号到污泥阀14和第一螺杆引擎15，调节沉降物的外排速度。
沿着沉降室4的底部，出口9的各个侧面平行分布着的5个纵向螺杆11以及相应的外罩28。纵向螺杆11由马达驱动，在设备1运行时，以恒定的速度旋转。当然，这一速度同样可以设为可变的。
为了阐明传送螺杆11的功能，人为将其分为11a、11b和11c三节。第一节11a紧固在直壁31上，连接至控制和调节室29，在控制和调节室29内与其驱动器相连。节11a设有大量螺纹，当输送螺杆11旋转时，将沉降物传向第二出口9。输送螺杆11的第二节11b在第二出口9的上方。11b这一节没有螺纹，但是最靠近出口的两个输送螺杆11在此处有一轴向延伸的矩形部12，将沉降物推向第二出口9处的锯齿状凹陷。第三节11c从出口9向后延伸到另一末端35并固定在其上。节11c同样设有大量螺纹，当输送螺杆11旋转时，将沉降物推向第二出口9。需要注意的是，第一节11a和第三节11c的螺纹方向相反，因为他们将沉降物推向相反的两个方向。两个安装在最靠近出口的输送螺杆11选择不同的方向旋转更为合适，这样可以将沉降物推向中央。必然的，这样节11a和11c的螺纹方向相反。
进一步的，输送螺杆11的部分螺纹上固定有硬塑料片40。硬塑料片40从螺纹向外延伸几厘米，作为一种防摩保护层。沿着整个输送螺杆11连续固定上这种延伸的塑料片40是可以做到的，但是只要如图5所示，沿着输送螺杆11连续设置半米，接下来是一个1米的间隔等，已经能起到足够的保护作用了。
从罐2外接入的输入导管5，穿过控制和调节室29，最后进入混合室3，在混合室3内设有导管5的外排开口5b。输入导管5在罐2外设有接头5a，用于连接可能的污水和沉降物输入管。
输入导管5还设有用于向导管5内输入流体添加液态聚合物的接头5c。接头5c可以是，例如1个或多个输入导管5上设有阀门可以调节絮凝剂的流量的开口。盛放液态聚合物的容器30通过管道连接到接头5c，也可以用泵泵入导管5。
控制和调节单元18采集与干物质率指示器17的相关数据，如通过测量导管5内液体的密度，根据那些数据调节注入输入导管5中流体内液态聚合物的量，并且将需要的控制信号发送到接头5c处的聚合物泵和阀门。与输入导管内液体的流速相关的数据可以用于确定需要添加的液态聚合物的量。干物质率指示器17优选设置在接头5c之前(与流向有关)。
外排出口5b处的输入导管5较窄，使流体指向设置在对面的分配盘6。分配盘6是圆盘，对面是导管出口5b，与出口5b有一设定的距离，这样它与液体流向相垂直。分配盘6大致位于混合室3的中央，固定在从罐顶板34延伸出来的棒27上。
圆筒7末端开放，环绕导管5的开口和分配盘6。与输入流接触的分配盘6表面，有两个从分配盘6垂直延伸S形的外罩(图6)，将分配盘6分为4个大小相等的区域。曲罩6从区域的中间延伸到盘的边缘，并弯向外排出口5b。当流体冲向分配盘6时，在圆筒7产生紊流并扩散到整个混合室3。接收输入流时S形外罩会产生漩涡。但是需要说明的是，其它的类型的外型同样可以用于引起紊流，例如不规则表面，甚至一个平面也已足够。
混合室3的底部设有排空装置19，21，用于清除混合室底部较大的物体；在这里以导管21内的第二横向外排螺杆19的形式存在。导管21就在其设置处：混合室的底部边角设有开口21a。导管21沿着混合室底板37，以大约30度的倾角向上延伸出罐2并在此处设有外排出口21b。螺杆19的设置在于清除大的物体例如石子，而且螺杆19的陡角使水回流而不会旋出，只有大的物体被旋转排出。螺杆通过马达20控制。
输入导管5内的流量通常为50-150L/s，当水流有力地喷射到分配盘6，由输入流和分配盘6的外罩产生的力，在混合室内引起紊流。这样添加的液态聚合物能与污染水更加完全高效的混合。石子、砂砾、金属部件等沉到混合室的底部，在那，第二交叉设置地螺杆19缓慢的旋转，将其从设备中旋转排出。
接下来混合物流入罐2较大的那一部分：沉降室4，在通过紊流弱化通道22时，混合物被斜片23分散。聚合物带电微螺线的吸力影响区域内所有颗粒，形成小块，小块进一步变重沉降。
沉降室4底部的5个纵向螺杆11将沉降物推向第二出口9，进一步集中并排出填埋。几乎100％的清水都将从罐的后上部排出，循环到自然环境中。
对于本领域的熟练技术人员而言，本发明的改进不局限于上述实施例是显而易见的，在权利要求的范围内，改进的形式是可以变化的。
例如，即便文件中只描述注入输入导管5内的输入流体中为液态聚合物，本领域技术人员也会意识到也可以使用其它絮凝剂。
罐2还可以有长方形或正方形的截面。
即使显示的导管21向上的倾斜角大约为30度，但是同样可以使用其它倾斜角，但是倾斜角优选为至少10度，更佳的为至少20度。

Claims (23)

1.一种设备(1)，用于干物质含量低于15％疏浚物质的浓缩，包括设有至少一个疏浚物质输入导管(5)、用于清水的第一出口(8)和用于淤泥的第二出口(9)的罐(2)；所述罐还设有混合室(3)以及沉降室(4)，疏浚物质输入导管(5)通向混合室(3)，沉降室(4)内设有第一出口(8)和第二出口(9)。混合室(3)和沉降室(4)的流体相通；
输入导管(5)在罐外设有与外管相连的末端(5a)，在混合室(3)内设有出口(5b)；
输入导管(5)还设有将至少一种絮凝化学制剂注入输入导管(5)的注入接头(5c)，特征在于：
混合室(3)内设有紊流装置(6)，引发紊流，将输入的疏浚物质和至少一种絮凝化学制剂混合。
2.根据权利要求1所述的设备，特征在于紊流装置(6)为对着出口的表面，所述表面至少有一突出。
3.根据权利要求1或2所述的设备，特征在于紊流装置(6)设置在混合室的中央，与出口(5b)有一预定距离。
4.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于紊流装置(6)外环绕有开放、大体为圆柱形的物体(7)。
5.根据权利要求4所述的设备，特征在于紊流装置(6)呈盘状，与圆筒径向基本平行。
6.根据权利要求4所述的设备，特征在于圆筒(7)还环绕出口(5b)。
7.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于输入导管(5)在出口(5b)处缩小。
8.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于混合室(3)明显小于沉降室(4)，优选小于沉降室(4)大小的1/10，更佳小于1/20。
9.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于用于淤泥的第二出口(9)位于沉降室(4)的底部，沉降室(4)还设有用于将沉降物移向第二出口(9)的装置(11)。
10.根据权利要求9所述的设备，特征在于所述用于移动沉降物的装置由位于沉降室底部的至少1个纵向螺杆(11)组成，优选为至少3个纵向螺杆(11)组成。
11.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于沉降室(4)为长形，其长度至少比沉降室(4)内的正常水位高度长3倍才合适。
12.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于沉降室(4)的一个纵向末端设有混合室(3)，对面末端的上部设有第一出口(8)。
13.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于沉降室内的第二出口(9)由沉降室底部的圆锥形缩小锯齿状凹陷组成，锯齿状凹陷底部安装有纵向外排螺杆(13)，用以将沉降物通过污泥阀(14)传送出去。
14.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于第二出口的上方设有测量沉降物累积度的液面指示器(16)。
15.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于输入导管(5)上的絮凝化学制剂接头(5c)之前(与流向有关)设有干物质率指示器(17)，用于测量输入导管(5)内输入污染疏浚物质干物质率。
16.根据权利要求14或15所述的设备，特征在于所述设备还设有控制单元(18)，控制单元(18)根据从干物质率指示器(17)获得的数据，确定添加到输入的疏浚物质的至少一种絮凝化学制剂的量。
17.根据权利要求16所述的设备，特征在于所述控制单元(18)还根据从液面指示器(16)获得的数据，控制第一交叉设置的外排螺杆(13)的速度以及污泥阀(14)开放和关闭。
18.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于添加的所述至少一种絮凝化学制剂为液态聚合物。
19.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于设备还设有用于清除混合室底部较大物体如石子和砂砾的排空装置(19，21)。
20.根据权利要求19所述的设备，特征在于所述排空装置为混合室(3)底部的第二外排螺杆(19)，用以将混合室底部较大的物体如石子和砂砾通过第三出口(21b)移出罐(2)。
21.根据权利要求20所述的设备，特征在于第二外排螺杆(19)向上倾斜指向第三出口(21b)。
22.根据以上任意权利要求所述的设备，特征在于所述设备是可移动的。
23.浓缩疏浚物质的方法，所述方法中，疏浚物质通过导管(5)泵入罐(2)，所述方法包括以下步骤：
a)测量导管(5)内输入污染疏浚物质的干物质率；
b)向导管(5)内的输入污染疏浚物质添加至少一种絮凝化学制剂，添加的量由步骤a)中测量的数据确定；
c)在混合室(3)内，将污染疏浚物质和添加的至少一种絮凝化学制剂混合，混合通过将添加的至少一种絮凝化学制剂的污染疏浚物质喷向混合室内的紊流设备(6)，并引起混合室(3)产生现紊流实现；
d)在与混合室(3)液体相通的沉降室(4)内，沉降步骤c)中的混合物；
e)通过沉降室(4)底部的第二出口(9)将沉降物排出；
f)通过第一出口(8)将表层水从沉降室(4)排出。
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