CN102512857B - 多级集成化流体动力旋流分离器 - Google Patents

Abstract

一种多级集成化流体动力旋流分离器，包括柱形壳体和连接在柱形壳体上的切向进水管、出水管，所述柱形壳体由顶盖、底板和侧壁组成，其中顶盖为可拆卸盖板或局部开孔盖板；所述柱形壳体的内侧上部中心处设有柱形导流板并且该柱形导流板通过柱形导流板支撑架连接在柱形壳体的侧壁上，柱形导流板的下端连接有直径上大下小的锥形导流板，锥形导流板与侧壁之间的空腔中设有分离室倾斜挡板，锥形导流板的下方、柱形壳体的侧壁上设有沉积物储存室分隔挡板。本旋流分离器具有三级分离室，并集成于一体，与现有流体动力旋流分离器相比，对于颗粒的去除效果及有效处理能力明显提高。

Description

多级集成化流体动力旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种用于雨水处理的流体动力旋流分离器，特别是一种用于雨水径流中固体悬浮物及漂浮物的净化处理或雨污合流制排水系统固体悬浮物控制及其污水处理工艺的前置预处理的流体动力旋流分离器。

背景技术

流体动力旋流分离器在国外的发展历史可以追溯到1960年代，Bernard Smisson在英国的布里斯托尔建造并测试了旋流分离设施的效果，并用于处理合流制管道的溢流污染控制。第一代的水力分离器能够有效滞留70%的污染总量(Smisson, 1967)。经过1980年代以来的发展和商业化，流体动力旋流分离器已在欧洲、北美、日本等区域进行实验和应用。(Brombach, 1992; Hedges et al., 1993; Averill et al., 1997; Arnett and Gurney, 1998; and Okamoto et al., 2002)。其性能评价主要包括入流颗粒物的粒径、密度、沉降性能等方面，强调了污水特性（尤其是颗粒物沉降速度分布）与设施处理效果之间的联系及重要性。目前，流体动力旋流分离器的应用范围包括合流管线的水质控制措施、废水处理，以及雨水处理。其中，应用于雨水处理的流体动力旋流分离技术中， CDS®和Vortechs ^TM 具有较强的代表性。

由澳大利亚CDS公司开发的CDS旋流分离器，在传统流体动力旋流分离器的基础上添加了椭圆形孔口-环向筛网截留功能，并采用了切向内分离室进料，外分离室出料的方式。该技术的运行机理是将雨水径流或合流系统污水导流入CDS旋流分离器，利用旋流和环形筛网的共同作用，实现截留和旋流分离，处理后的水通过油脂挡板后进入出流管。此流体动力旋流分离器主要由切向进水管、溢流堰、环向筛网、截油板、沉淀物储存室、切向出水管构成。CDS旋流分离器对塑料袋、烟头、树叶等漂浮物及较大粒径的颗粒物有较好的截留效果，此外截油板及油脂吸附材料的设置也在一定程度上改善了油脂的去除效果。但是，由于环向筛网上的筛孔尺寸受到堵塞问题的影响，无法保证细颗粒的去除效果。

由波兰Vortechnics公司制造的Vortechs雨水处理系统，在高流速状态下，用于分离和滞留漂浮物及沉淀物。该系统由柱形旋流沉砂池作为分离主体，通过平缓的旋流运动来促进沉淀污染物迁移至沉淀池中心并沉积。漂浮污染物则浮在液面之上，并高于竖向挡墙底部而被滞留。Vortechs雨水处理系统主要由切向进水管、旋流沉砂池、储油仓、竖向挡墙、溢流堰构成。Vortechs雨水处理系统在处理小降雨事件时，沉淀物和悬浮物的去除效果非常高。但是，在大、中型降雨事件中，沉底物和油脂的去除率非常低，之前被截留的污染物在沉砂池中会出现再悬浮。

发明内容

本发明的目的是提供一种实用且处理效果优化的多级集成化流体动力旋流分离器，要解决传统的用于雨水处理的流体动力旋流分离器分离效果差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多级集成化流体动力旋流分离器，包括柱形壳体和连接在柱形壳体上的切向进水管、出水管，其特征在于：所述柱形壳体由顶盖、底板和侧壁组成，其中顶盖为可拆卸盖板或局部开孔盖板；所述柱形壳体的内侧上部中心处设有柱形导流板并且该柱形导流板通过柱形导流板支撑架连接在柱形壳体的侧壁上，柱形导流板的下端连接有直径上大下小的锥形导流板，锥形导流板与侧壁之间的空腔中设有分离室倾斜挡板，锥形导流板的下方、柱形壳体的侧壁上设有沉积物储存室分隔挡板；所述切向进水管穿过柱形壳体的侧壁、连接在柱形导流板上，所述出水管连接在分离室倾斜挡板上方的柱形壳体的侧壁上。

所述沉积物储存室分隔挡板包括再悬浮控制罩和半隔离倾斜挡板，所述再悬浮控制罩通过再悬浮控制罩支撑架连接在侧壁上并且再悬浮控制罩由中心向四周向下倾斜，所述半隔离倾斜挡板连接在侧壁上并且半隔离倾斜挡板由四周向中心向下倾斜。

所述再悬浮控制罩的倾斜角度可为15°～45°，半隔离倾斜挡板的倾斜角度可为30°～60°。

在所述切向进水管的下方、所述锥形导流板的内侧壁上可设有螺旋导流板。

所述螺旋导流板的倾斜角度可为5°～15°。

所述分离室倾斜挡板可连接在柱形壳体的侧壁上，并且倾斜挡板由四周向中心向下倾斜。

所述分离室倾斜挡板的下端可设有裙边。

所述分离室倾斜挡板的倾斜角度可为15°～30°。

所述切向进水管的出水口的水平位置低于出水管的进水口的水平位置。

所述锥形导流板的锥角可为5°～10°。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明是一种分离非均相混合物的设备，可以实现雨水径流中粗颗粒沉淀物的分离，以及细颗粒物、油脂及漂浮物的滞留，可应用于市政雨水管道、合流制排水管道系统，以及湿地保护和过滤等设施的预处理。

本发明具有三级分离室，并集成于一体，具有不耗能、占地面积小、便于安装及调控、便于集中清淤等特点，同时，与现有流体动力旋流分离器相比，对于颗粒的去除效果及有效处理能力有明显提高，具体来说，具有以下特点：1、由于采用分段多级设计，每一级都有其专门针对的去除目标及机理，防止了二次携带及不同性质污染物之间的干扰作用，各粒级范围的颗粒及漂浮物的去除效率有了整体性的提高，并且在各级分离室构型、大小设计上也有其合理性。2、一级锥段分离室的边界构型采用底部缩口的锥形设计，这种构型设计有效减少了流体能量的损耗，保证了旋流的充分性；同时，底部的缩口造成了细颗粒及混杂在流体中的漂浮物产生回流。3、相对于一级锥段分离室，二级柱段分离室内的旋转流体直径更大，柱段构型设计更易于流体能量的散失，从而降低二级柱段分离室内流体旋转的速度，提高稳定性，延长停留时间。4、三级柱段分离室是所有分离室中流体运行空间最大的，并有效降低了高流量时一级锥段分离室中高强度旋流的干扰，为粗、细颗粒的再沉降提供了有效的场所。5、再悬浮控制罩和半隔离倾斜挡板的搭配，有效防止了强劲旋流对底部沉积物的干扰。6、锥形导流板侧壁上螺旋导流板的设置，有效提高了高流量时流体旋转的稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图１是本发明的结构示意图。

图2是图1中A-A剖面的示意图。

图3是图1中B-B剖面的示意图。

图4是图1中C-C剖面的示意图。

图5是螺旋导流板的示意图。

图6是柱形壳体的顶盖打开时的示意图。

附图标记：1－漂浮物储存室、2－一级锥段分离室、3－二级柱段分离室、4－三级柱段分离室、5－沉积物储存室、6－柱形壳体、6.1－顶盖、6.2－底板、6.3－侧壁、7－切向进水管、8－出水管、9－柱形导流板、10－锥形导流板、11－螺旋导流板、12－分离室倾斜挡板、12.1－裙边、13－再悬浮控制罩、14－半隔离倾斜挡板、15－再悬浮控制罩支撑架、16－柱形导流板支撑架。

具体实施方式

实施例参见图1-6所示，这种多级集成化流体动力旋流分离器，包括柱形壳体6和连接在柱形壳体6上的切向进水管7、出水管8。所述柱形壳体6由顶盖6.1、底板6.2和侧壁6.3组成，其中底板6.2与侧壁6.3之间为固定连接。

所述顶盖6.1为可拆卸盖板或局部开孔盖板。所述可拆卸盖板是指顶盖6.1与侧壁6.3之间为可拆卸连接，即可拆卸盖板与侧壁6.3之间为可拆卸连接。所述局部开孔盖板是指顶盖6.1上开有检修清淤孔，检修清淤孔开在漂浮物储存室的上方的顶盖上，即局部开孔盖板上开有检修清淤孔。参见图6，本实施例选用了可拆卸盖板。

顶盖6.1设计成可拆卸盖板或局部开孔盖板的目的是为了方便本发明的安装、维护和清掏内部杂物。具体来说，就是经过一段时间运行以后，通过拆卸掉柱形壳体6的可拆卸盖板，或者打开局部开孔盖板上的检修清淤孔，就可以轻松的检修柱形壳体的内部或清理柱形壳体内部的漂浮物和沉积物了。

所述柱形壳体6的内侧上部中心处设有柱形导流板9并且该柱形导流板9通过柱形导流板支撑架16连接在柱形壳体的侧壁6.3上，柱形导流板9的下端连接有直径上大下小的锥形导流板10，锥形导流板10与侧壁6.3之间的空腔中设有分离室倾斜挡板12，锥形导流板10的下方、柱形壳体的侧壁6.3上设有沉积物储存室分隔挡板；所述切向进水管7穿过柱形壳体的侧壁6.3、连接在柱形导流板9上，所述出水管8连接在分离室倾斜挡板12上方的柱形壳体的侧壁6.3上。所述切向进水管7的出水口的水平位置低于出水管8的进水口的水平位置。

作为优选的实施例，本实施例中的锥形导流板10的锥角为5°～10°。在所述切向进水管7的下方、所述锥形导流板10的内侧壁上设有螺旋导流板11，螺旋导流板11的倾斜角度为5°～15°。

作为优选的实施例，本实施例中的分离室倾斜挡板12连接在柱形壳体6的侧壁6.3上，并且倾斜挡板12由四周向中心向下倾斜。分离室倾斜挡板12的下端设有裙边12.1，分离室倾斜挡板12的倾斜角度为15°～30°。

作为优选的实施例，本实施例中的沉积物储存室分隔挡板包括再悬浮控制罩13和半隔离倾斜挡板14，所述再悬浮控制罩13通过再悬浮控制罩支撑架15连接在侧壁6.3上并且再悬浮控制罩13由中心向四周向下倾斜，再悬浮控制罩13的倾斜角度为15°～45°。所述半隔离倾斜挡板14连接在侧壁6.3上并且半隔离倾斜挡板14由四周向中心向下倾斜，半隔离倾斜挡板14的倾斜角度为30°～60°。

所述柱形导流板9的内侧空间为漂浮物储存室1，位于漂浮物储存室1的下方并与漂浮物储存室1连通的锥形导流板10的内侧空间为一级锥段分离室2，位于一级锥段分离室2底部外侧并与一级锥段分离室2连通的锥形导流板10的外侧空间为二级柱段分离室3，位于分离室倾斜挡板12的上方、并与二级柱段分离室3连通的空间为三级柱段分离室4，位于再悬浮控制罩13和半隔离倾斜挡板14的下方、并与二级柱段分离室3连通的空间为沉积物储存室5。漂浮物储存室1与一级锥段分离室2相连通，二级柱段分离室3与一级锥段分离室2相连通，二级柱段分离室3与三级柱段分离室4、沉积物储存室5相连通。柱形导流板9、锥形导流板10、倾斜挡板12、再悬浮控制罩13、半隔离倾斜挡板14将整个柱形壳体6的内部分成三级分离室、漂浮物储存室1和沉积物储存室5。所述二级柱段分离室3至三级柱段分离室4的出水口位于二级柱段分离室3的中心附近，可有效控制二级柱段分离室3内的粗颗粒沉淀物的流失。所述漂浮物储存室1使得漂浮物在进入一级锥段分离室2前被截留。

所述锥形导流板10从其外侧向其中央向下倾斜，使得锥形导流板10内侧的一级锥段分离室2的空间上大下小，成为一锥形空间，这样不但可以提高旋流效果及稳定性，还可以将流入到柱形导流板9内部并螺旋向下运动的雨水径流引导至二级柱段分离室3，同时，这种构型设计，在提高旋流效果的同时，增大了二级柱段分离室3、三级柱段分离室4的分离空间。还有，雨水中分离出的漂浮物滞留在一级锥段分离室2的上部，即柱形导流板9的内部、漂浮物储存室1中，这样可以防止漂浮物对锥形导流板10内的旋流效果造成影响。此外，锥形导流板10的底部收口设计，使得螺旋向下运动的雨水径流中的漂浮物及细颗粒形成反转向上的回流，在一级锥段分离室2的下部，即在锥形导流板10的内侧，细颗粒及漂浮物在接近一级锥段分离室1的出口时形成回流，并最终滞留在旋流体的中心附近，由此实现了细颗粒及漂浮物的滞留。

所述螺旋导流板11设置在切向进水管7与柱形导流板9的切向接口的下方，与锥形导流板10的内壁连接，可约束流体轨迹、提高涡流流型、降低流场扰动、引导流体的稳定流动，所以提高了高流量时流体旋转的稳定性。

所述二级柱段分离室3主要完成雨水径流中的粗颗粒沉淀物的去除，二级柱段分离室3的柱段构型设计降低了流体旋转的速度，延长停留时间。

此外，在高流量下，二级柱段分离室3容易产生跑粗现象，设置三级柱段分离室4，主要就是可以防止因流量过大而形成的跑粗现象，即三级柱段分离室4可以抵抗高流量时一级锥段分离室2中的高强度旋流的干扰，三级柱段分离室4是一个较大的、流态稳定的缓冲空间，可为高流量的雨水提供充分的停留时间。

所述倾斜挡板12位于所述锥形导流板10的底部出口的上方，可防止短流现象的发生，倾斜挡板12从其外侧向其中央向下倾斜，并在底部设置有裙边12.1，可控制二级柱段分离室3中液体向三级柱段分离室4的流出，倾斜挡板12底部的裙边12.1，可对漂浮物起到再次滞留作用，同时能有效防止跑粗。

所述再悬浮控制罩13从中央向外侧向下倾斜，顶部封口，底部开口，位于锥形导流板10的底部出口的下方，并由支撑架15支撑，可防止一级锥段分离室2的较强旋流对底部沉积物造成扰动，有效控制再悬浮；此外，再悬浮控制罩13的底部开口设计，能够对沉积物储存室5中的漂浮物及颗粒物起到一定滞留作用。所述隔离倾斜挡板14设置在再悬浮控制罩13的下方，可将沉淀物引导至沉积物储存室5中，并且可以与再悬浮控制罩13联合防治扰动及再悬浮。再悬浮控制罩13和半隔离倾斜挡板14的搭配，可防止强劲旋流对底部沉积物的干扰，并且，沉积物储存室5内的沉淀物，通过再悬浮控制罩13和半隔离倾斜挡板14的遮挡措施，可防止高流量下的再悬浮。

所述柱形壳体6可用于固定内部构件。所述切向进水管7连接至柱形导流板9并延伸到柱形壳体6外部，雨水径流通过切向进水管7流入到柱形导流板9内部；由于切向进水管7是沿切向连接至所述柱形导流板9，所以使得雨水流入到柱形导流板9内部并围绕一级锥段分离室2的中心轴线旋转。所述出水管8连接至柱形壳体6并延伸至柱形壳体6的外部，雨水通过出水管8排出。

本发明的工作过程如下：混杂悬浮物、漂浮物和粗颗粒沉淀物的雨水由切向进水管7进入柱形导流板9内部，并形成旋流，在离心力、向心浮力以及流体曳力的共同作用下，密度小于水的混杂悬浮物和漂浮物，在水平方向将朝旋转流场的中心移动，最终在进入一级锥段分离室2前被截留至漂浮物储存室1中。此外，在竖向将旋转向下至锥形导流板10底部出口的位置，部分流体挟带混杂悬浮物和漂浮物反转向上做往复循环运动。

所述粗颗粒沉淀物则被剩余流体挟带进入二级柱段分离室3，在二级柱段分离室3中，雨水向上流出的力度小于粗颗粒沉淀物从锥形导流板10底部向下流出的惯性力量，使大部分的粗颗粒沉淀物作180°的逆行，并最终沉至沉积物储存室5，即混有粗颗粒沉淀物的径流通过一级锥段分离室2的出口，并在二级柱段分离室3的稳定、慢速旋转下，沉淀至底部的沉积物储存室5内。

经过二级柱段分离室3处理后的雨水则越过倾斜挡板12，进入三级柱段分离室4并进行末处理，最后通过柱形壳体上部的出水管8外排。

本发明在模拟暴雨污染径流控制中的应用实例：本发明中的柱形导流板内径为250mm，高度为250mm；锥形导流板锥角为7°，高度为500mm，上口直径250mm；螺旋导流板倾斜角度为11°，宽度为60mm，高度为250mm；半隔离倾斜挡板倾斜角度为45°，高度为150mm，上口直径为450mm；再悬浮控制罩倾斜角度为30°，高度为50mm，上口直径为50mm；倾斜挡板倾斜角度为23°，高度为50mm，上口直径为550mm，底部裙边直径为220mm，高度为30mm；切向进水管直径为65mm，出水管直径为100mm。分离效果：在入口中位径D50变化范围在45～61μm之内时，对粒径在0～45μm的固体颗粒的去除效率为25.79～38.66%，对粒径在45～125μm的固体颗粒的去除效率为48.41～69.18%，对粒径在125μm以上的固体颗粒的去除效率达到了86.31～96.80%。

Claims (8)

1.一种多级集成化流体动力旋流分离器，包括柱形壳体（6）和连接在柱形壳体（6）上的切向进水管（7）、出水管（8），其特征在于：所述柱形壳体（6）由顶盖（6.1）、底板（6.2）和侧壁（6.3）组成，其中顶盖（6.1）为可拆卸盖板或局部开孔盖板；所述柱形壳体（6）的内侧上部中心处设有柱形导流板（9）并且该柱形导流板（9）通过柱形导流板支撑架（16）连接在柱形壳体的侧壁（6.3）上，柱形导流板（9）的下端连接有直径上大下小的锥形导流板（10），锥形导流板（10）与侧壁（6.3）之间的空腔中设有分离室倾斜挡板（12），锥形导流板（10）的下方、柱形壳体的侧壁（6.3）上设有沉积物储存室分隔挡板；所述切向进水管（7）穿过柱形壳体的侧壁（6.3）、连接在柱形导流板（9）上，所述出水管（8）连接在分离室倾斜挡板（12）上方的柱形壳体的侧壁（6.3）上；

所述沉积物储存室分隔挡板包括再悬浮控制罩（13）和半隔离倾斜挡板（14），所述再悬浮控制罩（13）通过再悬浮控制罩支撑架（15）连接在侧壁（6.3）上并且再悬浮控制罩（13）由中心向四周向下倾斜，所述半隔离倾斜挡板（14）连接在侧壁（6.3）上并且半隔离倾斜挡板（14）由四周向中心向下倾斜；

在所述切向进水管（7）的下方、所述锥形导流板（10）的内侧壁上设有螺旋导流板（11）。

2.根据权利要求1所述的多级集成化流体动力旋流分离器，其特征在于：所述再悬浮控制罩（13）的倾斜角度为15°～45°，半隔离倾斜挡板（14）的倾斜角度为30°～60°。

3.根据权利要求1所述的多级集成化流体动力旋流分离器，其特征在于：所述螺旋导流板（11）的倾斜角度为5°～15°。

4.根据权利要求1所述的多级集成化流体动力旋流分离器，其特征在于：所述分离室倾斜挡板（12）连接在柱形壳体（6）的侧壁（6.3）上，并且分离室倾斜挡板（12）由四周向中心向下倾斜。

5.根据权利要求4所述的多级集成化流体动力旋流分离器，其特征在于：所述分离室倾斜挡板（12）的下端设有裙边（12.1）。

6.根据权利要求4所述的多级集成化流体动力旋流分离器，其特征在于：所述分离室倾斜挡板（12）的倾斜角度为15°～30°。

7.根据权利要求1所述的多级集成化流体动力旋流分离器，其特征在于：所述切向进水管（7）的出水口的水平位置低于出水管（8）的进水口的水平位置。

8.根据权利要求1所述的多级集成化流体动力旋流分离器，其特征在于：所述锥形导流板（10）的锥角为5°～10°。

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