CN102405192A - 刮出漂浮层的方法和装置 - Google Patents

Abstract

能够分离水面漂浮的东西，如污泥，的装置和方法已经被说明了。它利用高速气流的动力来提升并把漂浮污泥吹入吸入口。它被制成能在吸入口的全程均匀吸风。它还有一个可调节的装置，控制吸入口处的风速能周期性地变化。

Description

刮出漂浮层的方法和装置

技术领域

这个发明是关于“气泡云吸附悬浮杂质的上浮澄清法”(Dissolved Air Flotation)，简称DAF澄清法。更具体的讲，本发明是一个刮出水面漂浮层的装置。

背景技术

目前有几种方法可以去除水体中的悬浮杂质，其中之一就是DAF澄清法。简单地讲，DAF澄清法就是在污水池中加入气泡云，气泡云是通过超饱和的空气从水中析出而产生。然后，这些大量微小气泡吸附在水中悬浮杂质之上使之上浮到水面，这样就在水面形成漂浮层，从而水体得到澄清。现有的从水面上刮出漂浮层的装置，例如美国专利5863441，都是采用刮板，刮耙和大勺之类的机械方法来刮出漂浮层。它们都是复杂的机械装置，包含许多运动部件。这样就容易引起麽损和故障。进一步讲，制造它们也费时，费工，成本高。其他类似的装置，例如美国专利3760944和1366767，利用负压空气吸出液体表面的油层和泡沫层。但是，它们不能用于吸出液体表面的漂浮层。因为，虽然漂浮层看上去浮在液体表面，但其主体仍然淹没在液体表面之下，并没有与液体分离。而油层和泡沫层，则浮在液体表面之上，与液体有分离界线。

所以，为了从液体表面刮出漂浮层，人们就仍然希望找到一个更简便的方法。

附图说明

图1A表明了一例漂浮层刮出器安放在DAF池中。

图1B表明了图1A中这个漂浮层刮出器的截面。

图1C是图1A中这个漂浮层刮出器的正立面。

图1D是图1A中这个漂浮层刮出器和DAF池的截面图。它是沿Fig.1C所示截面线A-A截取的。

图1E是图1A中这个漂浮层刮出器和DAF池的截面图。它是沿图1D所示截面线B-B截取的。

图2是另一例漂浮层刮出器安放在DAF池中。

图3A是图2所示漂浮层刮出器的风机和风管的正视图。

图3B是图3A所示漂浮层刮出器的风机和风管的横截面俯视图。

图4A是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线A0-A0截取的。

图4B是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线A1-A1截取的。

图4C是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线A2-A2截取的。

图4D是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线A3-A3截取的。

图4E是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线A4-A4截取的。

图4F是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线A5-A5截取的。

图5A是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线E0-E0截取的。

图5B是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线E1-E1截取的。

图5C是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线E2-E2截取的。

图5D是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线E3-E3截取的。

图5E是图2中这个漂浮层刮出器的截面图。它是沿图3A所示截面线E4-E4截取的。

图6是又一例漂浮层刮出器安放在DAF池中。

具体实施方式

结合图示，将对上述几例漂浮层刮出器予以详细说明。

申请人已经认识到现有漂浮层刮出器的缺点。利用高速气流的动力，并且能够沿长条型吸入口均匀吸风，这个新发明克服了现有漂浮层刮出器的缺点。在这个长条型吸入口处，可以安设一个调节装置，它可以控制气道中气流的速度。控制气流速度的快慢，就可以控制吸入漂浮层的工作周期(即，可以给漂浮物在吸入口之前积累的时间)。而均匀吸风和周期性地控制风速，就可以减少被吸入漂浮层的含水率。

图1A是一张透视图，图中表示了一个DAF池110和漂浮层刮出器120，它是本发明的一个例子。此例中的DAF池110有池壁111，用来滞留含悬浮杂质的液体115。仅为举例，从近壁114到远壁116，这个DAF池可以是20英尺长。它有8英尺宽和4英尺深。这个池中的悬浮杂质可以是生物污泥，或者是藻类，或者是纤维，或是其它污染物。这些悬浮杂质产生于各种各样的过程，例如造纸厂废水。一根或几根进水管112安装在DAF池110的近壁114附近。它们连续向池中注入污水和气泡云。气泡云中的大量微小气泡吸附在悬浮杂质的表面，使之上浮到液体115的水面，从而在水面形成杂质漂浮层。悬浮层刮出器120设置在DAF池的远壁116附近。它负责刮出池水115表面的漂浮层。漂浮层刮出器120可以安置在池侧壁113和119之上，用螺栓固定并且能调整高度。刮出器120含有一个圆型风管121。它的首端联接鼓风机122。鼓风机产生负压从而通过吸风管121抽吸空气流。仅为举例，鼓风机122可以是NYB生产的鼓风机(20系列，194DH，1980立方英尺/分，2英寸水柱压，11马力)。漂浮层刮出器120还有一个分离室126。它的一端安装一台污泥泵128，用来排出被收集的漂浮层。仅为举例，污泥泵128可以是气动力污泥泵，例如商家McMaster-Carr销售的产品，(货品号9948K11)。污泥泵128联接出泥管129，通过它将泥水排到外界储泥罐，(未在图中展示)。沿分离室126的纵向设置一块吸入口下板127。当刮出器120安置在DAF池中时，吸入口下板127的表面平行于水体115的表面，并且明显高于水面。这样，仅凭重力，水将不能流过吸入口下板127。在一个较好的例子中，吸入口下板127会安装在高于水面1/8英寸(大约3.2毫米)的位置。当然，它也可以再低一点或再高一点。吸入口下板127的里面位于吸风管121的下方，这样它们就造成了一个吸入口123。通过这个长条形吸入口，被气流提起的漂浮层将被吹入刮出器120之中。在吸入口下板127和吸风管121之间存在一个最小距离(在图Fig 1D中，如D1所示)，它决定了气流通过吸入口123的最快流速。仅为举例，D1可以是0.5英寸(约1.27厘米)。在最小距离D1之上的这部分吸风管121可以视为吸入口123的的一部分。吸风管121也被利用作为分离室126的一部分。同时，吸风管121也被设计制作成能够沿吸入口123均匀吸风的装置。例中的这个刮出器120还有一块吸入口上板124，它把吸入口123延伸。仅为举例，这个吸入口上板124用合页或类似装置连接在吸风管121上，并且能转动。刮出器120可以有两个或几个工作状态。对于每个状态，吸入口上板124都会转到一个特定角。仅为举例，所希望的两个工作状态可以是：“刮出”和“等待”。当刮出器120处于“刮出”的工作状态时，吸入口上板124向水面转动。从而使吸入口123的气道变窄了。并且吸入口上板124的外段已经超出了吸入口下板127的外段，直接置于水面115的上方。这样，吸入口123气道中的气流速度就加快了，(包括上板124之下的水面部分)。在吸入口123的气道中，高速气流会产生负压。挡在吸入口下板127前的漂浮层就被这个负压提起然后被吹入分离室126。当刮出器120处于“等待”工作状态时，上板124向远离水面的方向转动，从而使吸入口123的气道变宽了，这样，吸入口123气道中的气流速度就降低了。吸入口上板124的这种转动，造成吸入口123的气道周期性地变窄和变宽，这样就能控制吸入口123的气流速度及负压。刮出器120还有一只动力装置125。仅为举例，动力装置125可以是一个直线运动的气缸或液压缸，它连接吸入口上板124的上表面。同时动力装置125的另一端连接到一个支持结构上，如图1A所示，它有一个横杆132和两个竖杆131。这两个竖杆131可以分别固定在DAF池体111的侧壁113和119上。这个动力装置125可以由一个外部自控设备来操作(未展示)。动力装置125负责吸入口上板124的转动。应该这样理解，任何一个机械装置，只要能够操控吸入口123气道的风速，都应被视为属于本发明的理念。如箭头117所示，液体115从DAF池111的近端114流向远端116。液体115的流动，就不断地把漂浮层运送到刮出器120的吸入口下板127的前面。本例的DAF池110还有几块导流板134，引导漂浮层流向吸入口123。如之前的讨论，吸入口上板124的转下转上，可以周期性地改变吸入口123的气道宽窄，从而控制吸入口123气道内的气流速度。根据液体115的流量大小或根据漂浮层在吸入口下板127聚集所需时间的长短，动力装置125可以周期性地调节吸入口上板124的位置。动力装置125也可以由计时器和传感器来操作，例如用光电传感器来探测吸入口下板127之前的漂浮层数量。然后传感器把信号送到一个自控装置(图中未示)，并由这个自控装置决定何时转下(刮出)或何时转上(等待)吸入口上板124。在DAF池110的远端116，设有一个清水堰118。它从DAF池体111的侧壁113一直延伸到侧壁119，并且安置在一个适当的高度，可以收集已经流过刮出器120的清水。然后这些清水经水管送到另一个清水池(图中未示)。

现在看参考图1B，它也是一张透视图，用来展示图1A中的DAF池和刮出器120的一个截面。如图所示，漂浮层142浮在液体115的上面。当足够大的负压存在时，吸入口下板127前的局部悬浮层142就会被提起并经过下板127，被吹入分离室126。箭头144就表示了这部分漂浮层被吹入分离室126的运动路径。污泥被收集在分离室的底部如146所示。污泥泵128(如图1A所示)周期性地把分离室中收集的污泥146排出。图1B中，还有一个箭头147，它表示气流经吸风管121流向鼓风机122。请注意，这根吸风管121中的风速是变化的，离风机越远风速越小。这是因为沿风管121均匀收集进气流，所以管内气流量连续积累不断增大，而管径不变。如图所示，风管121上开了一个连续条孔148。如箭头149所示，从分离室126，再往前，也就是从刮出器120的进气道123，经过这个连续条孔148，气流被均匀地吸入风管121。条孔148可以是这样一个形状，它沿风管121的纵向开设并且离风机122越远宽度越大。这是为了补偿风管内的气流速度，离风机越远速度越小，从而做到沿进气道123的纵向均匀吸风。请注意，尽管在这个例子中，均匀吸风是通过改变条孔148的宽度来实现的，但它不是唯一的方法，采用其它方法也可以实现这个目的。其它方法包括风管121采用锥形风管，或者在风管的另一端再用一个或多个鼓风机。那些选项也许不如开条孔148来的便宜。

现在来看图1C，它是图1A所示DAF池110和刮出器120的正立面图。如图所示，分离室126的两端用侧板136封堵。刮出器120还有一根连接管150，它安装在侧板136的下部。通过连接管150，泥水泵128可以把分离室126中的泥水排出。

现在来看图1D，它是从图1C的截面线A-A处截取的截面图。如图所示，箭头161表示气流经由吸入口123进入分离室126。箭头162表示气流从分离室126流向条型口148。箭头149表示气流经由条型口进入风管121。条型口148的形状决定了气流可以沿吸入口123的纵向全程均匀地进入。因为在吸入口下板127前，漂浮层142有均匀分布的趋势，所以能沿吸入口123的纵向全程均匀地刮出漂浮层就有好处，那就是会减少随污泥一同吸入的水(液体)量。维持高浓度就会减少刮出物的体积，从而减少后续污泥脱水设备的负荷。在特殊情况下，如果在吸入口下板127前，漂浮层142分布不均匀。那么，条型口148的形状可以被调整，来控制气流分布，以适应吸入口下板127前，漂浮层142的分布状况。图1D还显示了漂浮层下，液体的流动情况。如箭头163所示，液体从DAF池的近端114流向它的远端116并从漂浮层刮出器120的下面流过。如图所示，在刮出器120之后，漂浮层142已经被刮出，清水就翻过水堰118。然后，清水可以经过连接管，从DAF池流入另外一个清水池(未展示)。仅为举例，分离室126和吸入口下板127可以用1.6mm金属板卷制而成，两侧用板136封堵。仅为举例，侧封钢板136的厚度可以是6.4mm。在每块侧板136的上部，切一个半圆弧，用来承接吸风管121。侧板136可以焊接于卷制板的两端，这样就制成了分离室126和吸口下板127。分离室126和吸风口下板127也可以分别制作，然后连接在一起，例如焊接在一起。吸风管121也可以用薄金属板，例如1.6mm，卷制，并沿接缝137安装在分离室126上。吸风管121可以用一个或多个螺栓固定在分离室126上，并可拆卸。把吸风管121放置在侧板136的半圆口上时，也许会用到橡胶密封条(图中未示)，以防止漏风。

图1D还显示了合页机构165，用它连接吸风管121和吸风口上板124，使上板124可以转动。请注意，多个合叶165可被采用。合叶机构165使吸入口上板124可以围绕在风管121的一段转动，从而使吸入口123的延伸段变宽或变窄(如前所述，吸入口123的延伸段包括上板124的下方区域)。在本例中，动力装置125拉动上板124，被设计的在两个位置之间运动。第一个位置，称作等待位置，第二个位置，称作刮出位置。图中实线的上板124处在等待位置，它与漂浮层的夹角是A1。图中虚线的上板124处在刮出位置，它与漂浮层的夹角是A2。等待位置的夹角A1必须足够大，即便鼓风机122正在吸风，也能防止漂浮层和液体被风提起并高过吸入口下板127。仅为举例，夹角A1可以是60度。刮出位置的夹角A2这样确定，在吸入口下板127的外端，当鼓风机122正在吸风时，气流速度必须足够快，使漂浮层被提起并高过吸口下板127进而经吸入口123被吹入分离室126。仅为举例，夹角A2可以是15度。请注意，夹角A2还与其它因素有关，如鼓风机122的流量和漂浮层的厚度。因为夹角A2可调整，所以刮出器120被安装前，唯一要确定的就是鼓风机122的最大流量。在安装了刮出器120之后，再调整夹角A1和A2到合适的角度。确定鼓风机最大流量的因素包括，漂浮层厚度，吸入口123的长度和它的高度D1。可采用如下公式(1)，来计算鼓风机122所需的最大流量.

Q＝Ax V_max           (1)

在公式(1)中，Q代表鼓风机的流量；A代表吸入口123的截面，它等于吸入口123的长乘高D1；V_max代表吸入口123的最大风速。根据伯诺里方程(BernoulliEquation)，所需最大风速V_max可以被算出来：

H＝(V_max/4005)²      (2)

在公式(2)中，H代表漂浮层142需要提起的高程，单位英寸；V_max代表为提升H所需的风速，英尺/分；如前所述，因为夹角A2可以变化，根据漂浮层142的深度，可以在现场调整吸入口上板124的夹角A2。动力装置125控制吸入口上板的位置。在运行时，根据水体115的流量或漂浮层在吸入口下板127前聚集所需要的时间，动力装置125可以周期性的上升和下降，运动在刮出和等待位置之间。这个周期可以在刮出器120安装在DAF池之后调整。

现在来看图1E，这是一个图1A所示之DAF池110和刮出器120的截面图，它是在图1D所示的截面线B-B处截取。图1E展示了条形口148的宽度变化，它负责沿刮出器120之吸风口123的全程均匀吸风。如图所示，条形口148之首端172的宽度较小(接近鼓风机122)，朝尾端174方向，宽度逐渐增加。仅为举例，这个吸风管121也许6英尺长(大约1.8米)，直径11英寸(大约28厘米)。条形口148的首端172之宽度可以是0.8英寸(大约2厘米)，尾端174的宽度可达5英寸(大约12.7厘米)。

这个条形口148的宽度可用下面的公式(3)计算：

W_L＝R/V_L             (3)

这里，W_L代表在长L处的开口宽度。R代表沿程吸风率，单位：立方英尺/分/英尺，沿吸风管121，R是常数。V_L代表在长L处管内风速，单位；英尺/分。

现在来看图2，这张透视图所示的DAF池210和刮出器220是本发明的另一个例子。如图所示，例中的DAF池210有池体211，用来盛装污水215，其中的悬浮杂质希望被去除。污水215中的悬浮杂质可以是生物污泥，藻类，纤维或其它杂质，产生于各种生产过程如造纸厂废水。在DAF池210的近端214，安装了一根或几根进水管(未展现)。它们的功能是向DAF池210中输送污水和气泡云。这些气泡吸附在悬浮杂质表面并使之上浮到水体215的水面，形成漂浮层242。刮出器220被安装在DFA池的远端216附近，它负责从水体215的表面刮出漂浮层242。刮出器220上有一根圆柱型吸风管221，它的功能是能沿吸风口223的全程均匀吸风。吸风管221的一端连接鼓风机222，它负责造成负压，从而经吸风管221吸入气流。刮出器220还有一个分离室226，用来收集污泥。分离室226的一端连接污泥泵228。污泥泵228连接一根输出管229，把污泥排到外界储泥罐(未展示)。分离室226的纵向连接吸入口下板227。当刮出器220安装在DAF池210上时，吸入口下板227的上表面应平行于水体215的表面。同时它还须明显高于水面，以防止仅在重力作用下，水能经吸入口下板227之上流入。吸入口下板227的里边，位于吸风管221的下方，这样就形成了吸入口223。通过它，被提起的，水体表面的，漂浮层会被吸入刮出器220。吸风管221和吸入口下板227之间最小距离决定了经吸入口223的最大风速。仅为举例，这个距离也许是0.5英寸(大约1.27厘米)。与最小距离有关的这一段吸风管221，可以看作是吸入口223的上部。而吸入口下板227，可以看作是吸入口223的下部。如图所示，吸入口下板227的外端超出了吸入口223的上部。吸入口下板227和分离室226可以一起制作成一个部件或分别制作成几个部件，类似于图1A所示的例子。刮出器220还可以有可以转动的吸入口上板224，这样就延长刮出器220的吸入口223的风道。仅为举例，吸入口上板224可以用合页或其它机械装置连接吸风管221。刮出器220可以有两个以上工作状态。每个工作状态，吸入口上板224都会转到一个特殊角度。仅为举例，想要的工作状态包括刮出状态和等待状态。当刮出器220处于刮出工作状态时，每块吸入口上板224都会朝水面115转来，这样就会收窄吸入口223的延长段。当处于刮出工作状态时，吸入口上板224的外端就会超过吸入口下板227的外端，并直接置于水体215的表面之上。这样一来，吸入口223的延伸段之风速就增快了(包括吸入口上板224外端之下的区域)。在吸入口223的延伸段，加快风速就会产生负压。这个负压就会把吸入口下板227之前的污泥提起，并吹入分离室226。当刮出器220处于等待工作状态时，吸入口上板224会背向水面115转开，这样一来，吸入口223的延伸段之风速就减慢了。仅管图2中只展示了两块吸入口上板224，但应该理解为，如有特殊需要，如为刮出器220的长度或为灵活操控，可以设置更多块吸入口上板224。吸入口上板224的这样转动，就使吸入口223的延伸部可以周期性地变宽和变窄。这样使得吸入口223延伸段的风速和由风速产生的负压得到控制。在刮出器220的吸入口223的纵向全程，采用多块吸入口上板224，可以更灵活地控制风速。这个例子中的刮出器220有多个动力装置225。仅为举例，这些动力装置225可以是直线动力装置如连接于吸入口上板224的气缸或液压缸。尽管本例中只显示了两个动力装置225，但应理解为，根据吸入口上板224的数量，可以采用更多数量的动力装置225。每个动力装置225还要连接一个支撑结构，如图2中的横梁232和其两端的竖向支柱231。竖向支柱231可以分别固定于DAF池体211的侧壁212和213上。动力装置225可由外面一个自动控制机构(图中未示)来操控。可以这样理解，任何一个机械装置只要能改变吸入口223的风速就仍然属于本发明之理念和范围。如箭头217所示，水体215从DAF池体211的近端214流向远端216。水体215的这种运动，就使得漂浮层242聚集到吸入口下板227之前。本例中DAF池210还可以有一个或多个导流板234，以引导漂浮层242流向吸入口223。动力装置225负责吸入口上板224的转下转上。根据池水215的流量或根据，在吸入口下板227前，漂浮层聚集所需时间，动力装置225可以采用周期方式工作。它也可采用计时器和转感器来控制工作，例如用光电转感器来探测吸入口下板227前的漂浮层。在这种方式下，传感器向外部控制装置(图中未示)传送信号，由它来决定每一块吸入口上板224何时降低(刮出)或何时升高(等待)。这个DAF池210，在它的远端216处，设有一道清水堰218。清水堰218从侧壁212连续设置到另一侧壁213，用来收集流过刮出器220的清水。

现在来看图3A和图3B，它们是，图2中的，吸风管221和鼓风机222的立面图和俯视图。吸风管221的一段302连接鼓风机222，鼓风机在吸风管中产生空气流。仅为举例，这个鼓风机222可以是NYB鼓风机厂的产品(20系列，194DH，1980立方英尺/分，2英寸水柱压，11马力)。如前所述，吸风管221基本上是圆柱形。仅为举例，吸风管221可以是10英尺长(大约3米)，直径11英寸(大约0.28米)，用0.0625英寸厚的金属板卷制。在吸风管221上，有一条开口306，它负责延吸入口223的全长均匀吸风。开口306是沿吸风管221的纵向而开。在这个例子中，在第一段320，从首端302到中途点308(距首端6英尺)，口宽逐渐增加。开口306用这个方式取得了在吸入口223的相应段均匀吸风。这是因为，从首端302到中途点308，气流的流速逐渐降低，而口宽逐渐增加就是为补偿流速的降低。借助图4A到图4F，可以讨论开口306段的宽度变化，以及相应的吸风管221的，320段的气流流速的变化。

图4A到图4F是图2中的，吸风管221的320段的，六张截面图，它们的截面位置如图3A所示。如图所示，从截面A5-A5(位于吸风管221的首端302的附近)到截面A0-A0(位于吸风管221的中段点308的附近)，管内风速从4172英尺/分钟(FPM)降低到1845FPM。为了补偿风速的降低，条形开口306的宽度，从0.8英寸(大约2厘米)，图4F的截面A5-A5，增加到2英寸(大约5厘米)，图4A的截面A0-A0。其它截面图A4-A4，A3-A3，A2-A2和A1-A1，分别示于图4E，4D，4C和4B中，用来表示管内风速和开口306宽度的关系。

再看图3A和图3B，在这个例子中，为在刮出器220的吸入口223全程，取得均匀吸风，开口306还可以结合另一个气流控制装置共同工作。这个气流控制装置是一块导流板310，如图3A所示，它插入吸风管221的尾端304。仅为举例，导流板310可以是椭圆型。在吸风管221的一段，导流板310减小了管内气流通过截面，如图3B中314所示。朝吸气管221的尾端304方向，管内气流通过截面逐渐减小。借助图5A到图5B，在吸气管221的330段，管壁开口306的宽度变化与管内风速的变化将被讨论。

图2中的刮出器220的，在如图3A所示330段，图5A到图5B展示了5个截面图。如前面的讨论，从吸风管221的首端302到尾端304，管内风速逐渐减小。为补偿风速的减小，在吸风管221的前段320，条形开口306逐渐增加宽度。但是，因为插入了导流板310，从吸气管221的中点308到尾端304，管内风速增加了。所以，本例中的吸气管221的330段，条型开口306就不须要增加宽度。从E4-E4截面(位于吸气管221的中点308，如图5A所示)到E1-E1截面(位于吸气管221的尾端304附近，如图5D所示)管内风速从1018英尺/分(FPM)增加到1292FPM。导流板310之所以能做到增加风速，是因为它向尾端304方向逐渐减小过流面积。在截面E4-E4，如图5A所示，条型开口宽度大约2英寸(5厘米)它逐渐减小，在截面E0-E0，如图5E所示，开口宽度大约0.9英寸(2厘米)。在图5B，5C和5D中所示的截面E3-E3，宽度的关系。对于任意一个刮出器，由于吸风管直径，其条型开口的最大宽度受到限制。对于较长的刮出器，仅增加开口宽度也许不能有效地控制吸风的均匀。请注意，只要能补偿风速减小，其它方法都可以采用。这些方法包括，把吸风管改成椎型，或在吸风管的另一端再安装鼓风机。这些方法既可以单独使用，也可以和条型开口或导流板联合使用。

现在来看图6，它是DAF池610和刮出器620的透视图，它是本发明的又一个例子。如图所示，本例中的DAF池610有池体611，用来盛装水体615，其中就含有需要去除的悬浮杂质。水体615也许是污水，或包含生物污泥，或藻类，或纤维，或其它污染物。污水来自于各种各样的生产过程，如造纸废水。一根或几根进水管被安装在DAF池610的近端614附近(图中未示)。进水管负责向DAF池610中送入污水和气泡云。这些微小的气泡吸附在悬浮杂质上，使之上浮，并在水体615的表面形成漂浮层642。漂浮层刮出器被安装在DAF池610的远端616附近，用来刮出漂浮层642。刮出器620有吸风管621，它负责延吸入口623的全程均匀吸风。吸风管621的首端651连接鼓风机622。鼓风机产生负压，使吸风管621沿全程吸风。从首端651到尾端652，吸风管621连续减小横截面，这样一来，管内各段风速基本相同。沿吸风管621全长提供均匀风速，如前所述，也就提供了沿吸入口623全长均匀吸风。如图所示，仅为举例，吸风管621是根长管，具有矩形横截面。在首端651，吸风管621具有一个正方形的基面，连接鼓风机622。吸风管621还有一个底板，从首端651延伸到尾端652。并且，吸风管621的底面与分离室626的顶面相配。吸风管621还有一个顶板，它从首端651向下斜坡到尾端652。吸风管621还有一双平行的，三角形的侧板，用于连接它的顶板和底板。吸风管621的横截面，从首端651到尾端652，逐渐减小。在尾端，它的顶板和底板相遇。

吸风管621上，任意一点的横截面的面积，可以用下面公式(4)来计算：

A_x＝(D²/L)X              (4)

在公式(4)中，A_X代表在长度为X点的截面面积，平方英尺。长度X是从吸风管621的尾端量起，英尺。D代表吸风管621的宽度，同时，也是首端正方形的高度，英尺。L代表吸风管的全长，英尺。

如图所示，吸风管621的底板上也有一个条型开口648。箭头649表示分离室中的气流经开口648被吸入风管621，向上游追溯，气流是经刮出器620的吸入口623被吸入。在吸风管621上，开口648是一个纵向条型口，全长宽度相同。

吸风管621上的，条形开口的宽度可用公式(5)计算求得：

W＝f(D²/L)              (5)

在公式(5)中，W代表条型开口648的宽度，英尺；f是条型开口处压力损失系数。它由试验得到，大约是0.7。请注意，它的范围也可以在0.5-0.9。D代表吸气管621的宽度，或吸气管首端正方形的高度，英尺；L代表吸气管621的长度，英尺。

请注意，吸风管621的横截面可以变换其它形状(如椭圆，半椭圆或多边型)并且从吸风管621的首端到尾端逐渐减小面积。对于每一个形状，都有一个相对应的条型开口，它使刮出器620的吸入口623可以全程均匀吸风。

刮出器620还有一个分离室626用来收集污泥。分离室626的一端连接一台污泥泵(图中未示)。污泥泵连接排泥管629，并通过排泥管，污泥泵把污泥排到另外一个污泥罐(图中未示)。分离室626也有一块带条型开口653的顶板。这个条型开口653与吸风管621的条型开口648相配。分离室626的顶部还有两个斜向支撑654，它们的一端连接条型开口653的边缘，另一端支撑在分离室626的内墙上。这两个斜向支撑654，为分离室的顶板提供足够的强度，以承受吸风管621的重量。仅为举例，吸风管621可以用螺栓或其它简单的方式固定在分离室顶部。分离室626还连一个长条型的吸入口下板627。当刮出器620安装在DAF池610上时，吸入口下板627的顶部要平行于水面615。如图所示，吸入口下板627也可以是曲面，因降低阻力，以便从水体615的表面吸入漂浮层。曲面向下弯。吸入口下板627的顶部也必须高于水体615的表面，以防止仅在重力作用下水流流过去。吸入口下板627的远端位于吸风管621之下，造就出吸入口623，通过它，漂浮层就是从水体615的表面被提起并被吹入刮出器620。吸入口下板627和分离室626可以是一次成型，也可以，如对图1A中的例子的讨论，分别制作再联成一体。

刮出器620还有一块或几块吸入口上板624，它延伸了吸入口623。仅为举例，吸入口上板624可以采用合叶或类似机构连接在分离室626上。吸入口上板624有一块平的上板，还有一块曲面下板。这样的构造有些好处，包括增加强度。曲面下板可以减少对气流的阻力，有利于从水体615的表面吸入漂浮层。

仅为举例，分离室626和吸入口下板627可用1.6毫米的金属板制作，两端用侧壁636封闭。仅为举例，侧壁636可用6.4毫米的金属板制作。侧壁636可以焊接在卷板的两端，制成分离室626和吸入口下板627。分离室626和吸入口下板627也可分别制作，然后，再连接到一起，如焊到一起。吸风管621也可以用金属板制作，如1.6毫米板。吸风管621可以用螺栓(图中未示)固定在分离室626上，以可拆卸。安装吸风管621到分离室626上时，可采用橡胶密封条(图中未示)，以防漏风。

刮出器620可以有两个或更多的工作状态。当吸入口上板624的下曲面转向吸入口下板627时，进入吸入口623的最大风速取决于它们之间的最小距离。对于每个工作状态，吸入口上板624都有一个特定转角。仅为举例，所需的工作状态可以包括一个刮出状态和一个等待状态。当刮出器620处于刮出工态，每块吸入口上板624都转向水体615的表面，这样，就收窄了吸入口623的延伸段。在刮出工作状态，吸入口上板624的外端超出了吸入口下板627的外端，直接置于水面之上方。这样一来，吸入口623的延伸段的风速就增加了(包括吸入口下板624外端下的水面)。高风速就在吸入口623的延伸段中产生负压。负压就把吸入口下板627前的漂浮物提起并吹入分离室626。当刮出器620处于等待状态时，吸入口上板624转离水面，这样就扩大了吸入口623的延伸段的过流截面，从而降低了延伸段的风速。尽管图6中仅显示了两块吸入口上板624，但应理解为，如有需要，如因刮出器620太长或需操作灵活，可以采用更多块上板624。吸入口上板624的转动，使得吸入口623的延伸段放宽或收窄，从而使得风速和由风速产生的负压受到控制。本例中的刮出器620还有一个或几个动力机件625。仅为举例，动力机件625可以是直线运动的气缸或液压缸，安装在吸入口上板624的上面。尽管本例中仅显示了一个动力机件625，但它寓意，根据吸入口上板624的数量，可以采用更多个动力机件625。如图6所示，动力机件625还要连接在一个支撑结构上，它包括一根横杆632和两根竖杆631。竖杆631分别固定在DAF池611的侧壁612和613上。动力机件625可以由一个自控装置来操作(图中未示)。应该这样理解，任何一个装置，只要能改变吸入口延伸段内的风速，都没有超出本法明的核心精神和范围。如箭头617所示，水流615从DAF池体的近端614，流向远端616。水流615的这种运动，就会把漂浮层642带到吸入口下板627之前。动力机件625负责吸入口上板624的开合转动。根据水流615的流速或根据漂浮层在吸入口下板627之前聚集所需时间，可以设置动力机件625的工作周期。动力机件625也可以用计时器和传感器联合工作，例如用光电传感器探测聚集在吸入口下板627前的漂浮层。这样，传感器就向外部控制装置(图中未示)提供信号，它能自动决定何时降下(刮出)吸入口上板624，或何时升上(等待)。在DAF池610的远端616，也有一个出水堰618。出水堰从DAF池的左侧壁612一直延伸到右侧壁613，用来收集从刮出器620之下流过来的清水。

操作刮出器

举例的刮出器120可以按下述方式操作。如图1A所示，刮出器120首先安装在DAF池110上。安装时一定要把吸入口下板127放置在靠近水体115的表面。请注意，水体115的表面与污泥漂浮层的表面几乎是同一表面，因为漂浮层几乎全部淹没在水面下。吸入口下板127的上表面一定要明显高出水面，以防止仅在重力作用下水和污泥流入分离室126。下一步，动力机件125拉起吸入口上板124，到等待位置。这样，当开动鼓风机122时，吸入口下板127前的风速够慢，就不足以立即把水提起。再下一步，开动鼓风机122，就把周围的空气经吸入口123吸入。接下来，动力机件125把吸入口上板124推下到刮出位置。此刻，可以采用两个计时器，来交替计时。第一个计时器设定刮出所用时间，在这段时间里，刮出器120可以把吸入口下板127前的污泥刮出去。当吸入口上板124处于刮出位置，吸入口123的延伸段内的风速就达到足够快，就能提起漂浮层污泥，并经吸入口123被吹入分离室126。当污泥进入分离室，因风速骤降，在重力作用下，污泥落到分离室底部，而空气继续前进，经条型开口148，进入吸风管121，再经鼓风机122，回到大气中。当“刮出”计时器达到设定值，动力机件125就把吸入口上板124拉起到等待位置。同时，“等待”计时器开始计时。等待的时间是这样设定的，在等待期间吸入口下板127之前，将会聚集大量漂浮层污泥。请注意，可以预设“刮出”时间和“等待”时间，也可以在把刮出器120安装在DAF池110之后，经试验运行，来设定。在“等待”结束时，动力机件125推下吸入口上板124到达“刮出”位置。同时，“刮出”计时器开始计时。前述的“刮出”和“等待”过程就这样重复下去，直到所有漂浮层污泥都被刮出，自动或手动停车。在另一个例子中，采用传感器来探测吸入口下板127前的漂浮层数量，并且把信息传给外部控制系统，用来决定何时拉起或推下吸入口上板124。这个传感器可以是光电传感器。在刮出器120运行期间，根据需要，污泥泵128断续工作，或开或停，把分离室126中收集的污泥排出去。图2中的例子，也用类似的方法操作。多个吸入口上板224和相应的动力机件225，为操作者，在吸入口223的全程，提供更好的控制。

这样，水面漂浮层，如污泥，的刮出方法和装置已经阐明。对比以前的漂浮层刮出装置，本发明装置具有运动部件少，维护简单和制造成本低的优点。本发明是利用高速气流的动力，把污泥吹进吸入口的装置。它被制成能沿吸入口全程均匀吸风。它还有一个可调节机构，能周期性地利用风速把水面漂浮层提起。这个均匀性和周期性，使它能够收集到高浓度的污泥。

尽管用几个例子来说明本发明，但在发明的精神(原理)内，还会有很多的变化。所以，所有这些变化都包含在本发明的权利要求范围内。

Claims (30)

1.一种刮出器包含：

一个或多个出口，用来连接鼓风机；

一个长型的吸入口；

一个气流分配机构，用来为长型吸入口均匀吸风；

一个分离室，用来收集经吸入口进来的物质。

2.如权利要求1所述的刮出器，所说的长型吸入口，它拥有上部和下部。

3.如权利要求2所述的刮出器，进一步包含：

吸入口上板，它在长型吸入口下部的上方。

4.如权利要求2所述的刮出器，所说的下部，它有一个，相对水平面，向下弯曲的上表面。

5.如权利要求3所述的刮出器，所说的吸入口上板，它有一个平的上面板和一个弯曲的下面板。

6.如权利要求3所述的刮出器，所说的吸入口上板，它用铰接在刮出器上，可以转动。

7.如权利要求6所述的刮出器，进一步包括：吸入口上板的转动机构，并可以改变吸入口上板之下的风速。

8.如权利要求6所述的刮出器，可调节的吸入口上板是这样安装的，向吸入口下部转动，可以增加吸入口上板之下的风速。

9.如权利要求7所述的刮出器，至少有一个动力机构用来驱动吸风口上板，这个动力机构的一端连接吸风口上板另一端连接外部支撑结构。

10.如权利要求1所述的刮出器，还包括一台水泵，它连接分离室并负责排除分离室内所收集的污泥。

11.如权利要求1所述的刮出器，所说的气流分配机构，至少有一个带条型开口的风管，开口风管的形状使它能够延吸入口均匀吸风。

12.如权利要求11所述的刮出器，所说的风管至少有一个出口，条型开口的宽度可以沿长度变宽。

13.如权利要求1所述的刮出器，所说的分离室是一个长条型的，它进口连接长条吸入口，它的出口连接吸风管的长条型开口。进口和出口的位置安排，使得从长条吸入口吸进的物质，在重力作用下落到分离室底部，而从长条吸入口吸进的空气能经分离室导向吸风管的条型开口。

14.如权利要求13所述的刮出器，所说的进口其位置低于出口，而且所说的分离室也低于吸入口。

15.如权利要求1所述的刮出器，所说的气流分配机构包含，至少有一个开口的吸风管，并且，吸风管的形状能够提供条型吸入口全程均匀进风。

16.如权利要求15所述的刮出器，所说的吸风管，它的首端至少有一个出口，并且，它的横截面从首端到尾端逐渐减少。

17.如权利要求16所述的刮出器，所说的吸风管，至少有一个条型开口，它的宽度全程相同。

18.如权利要求1所述的刮出器，所说的长条吸入口包含上部和下部，而且在下部之上有一块吸入口上板，它必须足够大，不仅覆盖下部还要超出下部。

19.如权利要求1所述的刮出器，还包含：

一台或几台鼓风机，它或它们能在长条型吸入口处产生足够的风速，从而能把东西吸入分离室。

20.一种从液体表面刮出污泥的方法包括：

提供一台刮出器，这台刮出器有：

一个刮出器机体，这个机体有：

一个或多个出风口，用来连接鼓风机；

一个长条型吸入口，它有上板和下板；

一个气流分配机构，它能取得在长条型吸入口处均匀吸风；

一个分离室，用来收集从吸入口吸进来的东西；

一个吸入口上板，安装在吸入口下板之上，并且它的面积足够大，能盖过吸入口下板；

把上述刮出器这样安装在水池中，它的吸入口下板的表面刚刚高于水面；

把吸入口上板调整到位置1，这样吸入口下板前的，水面上的，风速就足够慢，就能防止把水和污泥提起并超过吸入口下板；

开动鼓风机，在长条型吸入口前造成负压；

当吸入口下板前的污泥积累到程度1时，

把吸入口上板调整到位置2，这样吸入口下板前的，水面上的，风速就足够快，就能把污泥提起并超过吸入口下板，然后被吹入分离室；

当吸入口下板前的污泥减少到程度2时，吸入口上板反还到位置1；

重复上述的位置调整，直到水面的污泥都被刮出去。

21.如权利要求20所述的方法，污泥积累程度1是由预估的时间1来决定的，在这段时间1内，积累的污泥覆盖了水面，使得在刮出污泥时，能不必大量带水。

22.如权利要求20所述的方法，污泥积累程度1和程度2是由操作人员决定。

23.如权利要求20所述的方法，污泥积累程度1是由合适的传感器决定。

24.如权利要求20所述的方法，污泥减少程度2是由预估的时间2来决定的，在这段时间2内，大量污泥被刮出。

25.如权利要求20所述的方法，污泥减少程度2是由合适的传感器决定。

26.一种能从DAF池中刮出漂浮污泥的装置包含：

一个刮出器机体，它有：

一个或多个出风口用来连接鼓风机；

一个长条型吸入口，它有下板和可以调节的上板，在位置1和位置2之间，调节上板可以引起下板之前风速的变化；

一个吸风管，它至少带有一个开口，这个开口的形状能为吸入口提供全程均匀进风；

一个分离室，它第一连接吸风管，第二连接长条吸入口，使得从吸入口吸进的污泥落到分离室底部，而从吸入口吸入的风经分离室导向吸风管的开口。

27.如权利要求26所述的刮出器，所说的吸入口上半部，包含一个或几个吸入口上板，它们铰接在刮出器的壳体上。

28.如权利要求27所述的刮出器，所说的吸入口上板是这样安排的，当它向吸入口下半部转动时，延深了吸风道，使得吸入口下板前的风速加快。

29.如权利要求26所述的刮出器，所说的吸风管，在它的一端还有一个椭圆型的导流板，用来控制管中风速。

30.如权利要求26所述的刮出器，还有：

一台或多台鼓风机连接与刮出器，并能在条型吸入口处提供足够的风速，把东西吸入分离室。

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