CN102958577A - 切向流颗粒分离器和其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于包含颗粒物质的流体的颗粒分离设备、用于处理来自加工厂的废水的处理系统和一种从流体分离颗粒的方法。处理容器具有用于注入包含颗粒物质的流体的入口和多个出口，所述多个出口用于一方面独立地排出分离自流体的上清液，另一方面独立地排出分离自流体的颗粒。外部环形处理区域用于接收从所述入口切向地注入到所述处理容器中的流体，并将所述流体引导成容器中围绕其中心轴线的横向层流。内部颗粒分离区域与外部处理区域连通，但是通过挡板与其分离，以允许注入的流体以保持流体的层流的径向汇聚的方式从横向流逐渐地进入。流体最终位于处理容器的中央，以便在内部颗粒分离区域中最佳地停留。挡板减少外部环形处理区域中的成角度流体运动对内部颗粒分离区域中的流体的影响。下部颗粒收集区域与外部处理区域和所述内部颗粒分离区域的下部连通，用于从具有较高比重的流体接收分离的颗粒。上部上清液分离区域与内部颗粒分离区域的顶部连通，用于从流体排出上清液以供提取。挡板具有从入口后面的其悬垂端打开并且跨越大约90°的扇形的凹入部分。

Description

切向流颗粒分离器和其方法

技术领域

本发明涉及颗粒分离和处理容器、其方法和系统。

这样的容器在工业中更特别地已知为净化器，并且对废水处理具有特别的、但是非专有的应用。本发明更特别地涉及在处理容器中将颗粒从流体中分离，所述流体包括流体的切向流。

在说明书和权利要求书中，除非上下文需要，否则词语“包括”或其变型，例如“包含”或“含有”，将被理解为暗指包括指定的事物或事物的组，但是未排除任意其它的事物或事物的组。

背景技术

下面的背景技术的讨论仅旨在易于理解本发明。应当理解的是，该讨论不承认或认可所提到的内容中的任一个是本申请的优先权日时的公知常识。

过去，在废水处理领域中已经存在多个与颗粒分离有关的问题，这些问题还缺乏现成的解决方案。

一个这样的问题是在本领域被称为处理容器或净化器的“污泥积累（sludging-up）”问题。采用化学凝聚和絮凝以促进颗粒的分离时，在净化器中随着时间的过去会发生污泥积累，其中稠密颗粒倾向于在净化器容器的邻近下部出口的下壁周围充入或填入净化器。当污泥增加时，会发生被称为“鼠洞（rat-hole）”效应的问题。鼠洞效应在积聚的较不稠密的颗粒朝向容器的低压力区域向上移动的情况下发生。这些积聚的较稠密的颗粒排出到这些低压力区域中，会将容器的功效减小到变得无用的点。

与现有技术的处理容器有关的另一个问题是其尺寸。这样的容器的体积相对很大，因此在原地建造。这引起双重问题。首先，当投入使用和停止使用利用这样的容器的处理系统时，部件的运输、安装和拆卸相对昂贵。第二，容器的大尺寸意味着流动速度相对较慢，这加剧了“污泥”的问题。

与现有技术的处理容器有关的一个进一步的问题是其效率低的设计特性。在切向流分离中，用于絮凝的区域的相对尺寸应当被最大化，并且层流需要被最优化。许多现有技术的设计包括具有径向壁的顶舱，径向壁使顶舱与主絮凝区域分开，并且具有挡板，该挡板轴向延伸一较大距离到处理容器中，以便产生外部环形区域和内部柱状区域，从而促进层流。絮凝区域的尺寸减小使颗粒分离处理的效率降低（如果絮凝区域较大则可获得该效率），但是具有使容器的外部环形区域与内部柱状区域分离的优点，在该外部环形区域中存在较大的成角度的流体流动，而该内部柱状区域促进絮凝区域中的流体停留时间。

但是，这样的设计导致如何将流体引入容器的问题。理论上，流体需要进入环形区域，以促进环形流动。但是，采用恰好在流体入口下面终止的悬垂（depending）挡板，净化器的目的倾向于无法实现，该目的依赖于较不稠密的被净化流体上升、较稠密的分离颗粒下降的原理。此外，由于流体通过在外部环形区域中发生的凝聚和絮凝过程净化，因此需要向下移动，以在能够进入主絮凝区域以便随后提取出上清液之前，清洁挡板的悬垂边缘（dependingedge）。选择性地，如果流体在挡板的下面进入，以允许被净化流体更容易地进入柱状区域，那么不能有效利用挡板产生层流，并且较不稠密的流体倾向于困在环形区域的上部界限中，而不能进入容器的主絮凝处理区域。

在任一种情况下，这些设计倾向于对于大体积的废水处理是效率低和无效的。

发明内容

本发明试图通过提供一种新的类型的颗粒分离设备和在流体处理系统中操作该设备的方法，而解决和减轻前面提到的与现有技术有关的一些或全部问题。

在本发明的第一方面，提供了一种用于包含颗粒物质的流体的颗粒分离设备，包括：

处理容器，具有用于注入包含颗粒物质的流体的入口和多个出口，所述多个出口用于一方面独立地排出分离自流体的的上清液，另一方面独立地排出分离自流体的颗粒；

外部环形处理区域，用于接收从所述入口切向地注入到所述处理容器中的流体，并将所述流体引导成容器中围绕其中心轴线的横向层流；

内部颗粒分离区域，与外部处理区域连通，以允许注入的流体以保持流体的层流的径向汇聚的方式从横向流逐渐地进入，以最终位于处理容器的中央，以便在内部颗粒分离区域中最佳地停留，同时减少外部环形处理区域中流体的成角度运动对内部颗粒分离区域中的流体的影响；

下部颗粒收集区域，与外部处理区域和所述内部颗粒分离区域的下部连通，用于从具有较高比重的流体接收分离的颗粒；和

上部上清液分离区域，与内部颗粒分离区域的顶部连通，用于从流体排出上清液以供提取。

优选地，颗粒分离设备包括圆柱形挡板，所述圆柱形挡板使外部环形处理区域与内部颗粒分离区域和上部上清液分离区域完全分离；所述挡板具有轴向延伸的凹入部分，所述凹入部分：（ⅰ）从挡板的悬垂端打开；（ⅱ）在入口的轴向位置的附近限定顶点；和（ⅲ）恰好在入口的后部跨越挡板的横向部分。

优选地，凹入部分跨越挡板的大约90°的扇形。

优选地，凹入部分是抛物线形状的。

优选地，从与相对于入口的后部是远端的挡板的悬垂端处的凹入部分的拐点近似对齐的轴向范围直到顶点，挡板的横向延伸圆弧的半径逐渐减小，以便轴向沿挡板将流体的层流从外部环形处理区域保持和引导到内部颗粒分离区域中。

优选地，颗粒分离设备包括上清液排出室，用于从上部上清液分离区域接收排出的上清液，并允许上清液从其中排出。

优选地，外部环形处理区域在其顶部关闭，以收集漂浮的颗粒。

优选地，上部上清液分离区域包括堰，以允许接收的上清液通过其排出以供收集，和保持来自流体的具有较低的比重的漂浮颗粒以供最终提取。

在一个实施例中，上部上清液分离区域可包括沉积室，以在排出上清液以供提取之前，从内部颗粒分离区域的顶部接收上清液。

在该实施例中，优选地，上部上清液分离区域包括流动换向器，以产生上清液从内部颗粒分离区域的顶部流动到沉积室中的弯曲路径。

在本发明的另一个方面，提供了一种处理来自加工厂的废水的处理系统，包括：以受控方式采用试剂对废水配量的试剂配量台；包括如本发明的先前方面所限定的一个或多个设备的颗粒分离台；使分离的颗粒从分离设备返回到加工厂以供处理或提取的颗粒排出台；使从分离设备提取的污泥返回加工厂以供处理或提取的污泥排出台；和从分离设备收集上清液以供随后使用的上清液收集台。

在本发明的一个进一步的方面，提供了一种从流体分离颗粒的方法，包括：在固定位置将流体切向引入层流；从固定位置后面的区域以保持层流的涡流方式径向向内逐渐引导所述流体，直到流体到达最佳停留的中心，在该中心，横向流减少，经受重力的轴向流增加；使具有在固定位置附近的成角度流体运动的流体的外部环形处理区域与具有较少成角度流体运动的流体的内部颗粒分离区域分离，以使内部颗粒分离区域中的流体不受外部环形处理区域中的成角度流体运动的影响；朝向顶部积聚具有低比重的流体，和朝向底部收集颗粒和具有高比重的流体；和从顶部径向向外排出流体，以从中提取上清液。

优选地，该方法包括在底部缓慢地搅动收集的颗粒和流体以减少其上升。

优选地，从顶部排出被提取的上清液包括使具有较低比重的漂浮颗粒与上清液分离。

在一个实施例中，该方法可以包括使流体通过流动换向器，以在排出流体之前进行沉积好从中提取上清液。

附图说明

如下是用于执行本发明的最佳模式的下面的描述的附图：

图1是按照用于执行本发明的最佳模式的颗粒分离设备的处理容器的优选实施例的不完全侧部正视图，示出了台架上的罐；

图2是图1中的罐的顶视图；

图3是与图1相似的视图，但是切掉了外部罐壁的一部分，以示出罐的某些内部部件；

图4是图1的部分剖视图，以示出罐的大多数内部部件；

图5是通过图4的剖面A-A截取的罐的顶视图，示出了台架腿的布置；

图6包括示出V-槽堰和挡板单元的不同方面的三个视图，其中：

图6a是单元的平面图；

图6b是V-槽堰的顶部的一部分的不完全侧部正视图；和

图6c是整个单元的顶部透视图；

图7包括示出形成到罐的入口的入口管的两个不同的视图，其中：

图7a是以平面示出连接法兰的入口管的端视图；和

图7b是示出当连接至外部容器壁的内部时管的内部端，和连接法兰的末端布置的侧视图；

图8是示出通风孔和环形槽的相对位置的罐的一部分的剖视图；

图9包括示出上清液排出装置的出口流水槽的两个视图，其中：

图9a是示出定位在罐的外部的流水槽的外部径向视图；和

图9b是图9a的剖面B-B的剖视图；

图10是示出漂浮物出口管与外部环形处理区域和挡板的截头圆锥部分的相对位置的罐的一部分的不完全侧视图；

图11是示出罐的主要部件和流体在其中的流动方向的示意图；

图12是包括在任一个实施例中描述的颗粒分离设备的流体处理系统的平面和信息附图；

图13是图12的在原地的流体处理系统的平面图；

图14是按照用于执行本发明的另一个模式的颗粒分离设备的处理容器的第一实施例的部分剖视图，示出了罐的大部分内部部件，其中除去了设备的刮具和电动机；

图15是图14的平面图，其中除去了盖子；

图16是按照用于执行本发明的其它模式的处理容器的第二实施例的剖面侧部正视图，其中除去了设备的刮具和电动机；

图17是图16的平面图；

图18包括示出盖的不同视图的两个附图，所述盖关闭图16的容器的上部上清液处理区域，其中：

图18a是盖的剖面侧部正视图；和

图18b是盖的顶视图；

图19是按照用于执行本发明的进一步模式的处理容器的一个实施例的剖面侧部正视图；

图20是按照用于执行本发明的进一步模式的处理容器的另一个实施例的剖面侧部正视图。

具体实施方式

用于执行本发明的最佳模式在图12和13中所示种类的流体处理系统中。

流体处理系统11特别设计用于处理来自加工厂（未示出）的废水，所述废水位于一系列沉积池13a-13b中，所述沉积池13a-13b提供废水的初始处理和废水中的颗粒分离。因此，在本发明描述的背景中，在废水通过一系列沉积池13得到初始处理之后，流体处理系统构成废水的后续处理。因此，最后的沉积池13b形成颗粒流体的储存室，一个或多个馈入泵15从该储存室将颗粒流体形式的废水17从沉积池抽吸到流体处理系统11。

流体处理系统11主要包括多个台（station），每一个台构成随后的废水处理过程中的不同阶段。这些阶段通常包括：在试剂配量台19处提供的试剂配量阶段；在颗粒分离台21处提供的颗粒分离阶段；在初级上清液处理台23处提供的初级上清液处理阶段；在上清液取样台27处提供的上清液取样阶段；在增稠台29处提供的污泥增稠阶段；在污泥排出台31处提供的污泥排出阶段；在次级返回台33处提供的次级上清液返回阶段；和在颗粒返回台35处提供的颗粒返回阶段。

沉积池13b中的废水17通过主隔离阀37与流体处理系统11隔离。

试剂配量台19包括一系列存储罐41a、41b、41c，每一个存储罐与配量泵43a、43b、43c联结，以如图12中所示在连续的位置将不同的试剂45a、45b、45c注入到来自最后的沉积池13b的主入流47中。

试剂包括凝结剂、絮凝剂和pH调节剂，每一个试剂通过一列（in-line）静态混合器49a、49b、49c被引入并且适当的混合到流体流中，所述静态混合器在本发明的实施例中是简单的挡板类型的设计。pH计51a和51b在第一和第二试剂的注入之后被包括在入流中，并且根据需要，在系统的多个阶段中可以包括其它的pH计，以提供pH调节剂注入的反馈，以便保持系统在规定的范围内操作。

主入流流体流47在通过试剂配量台之后，被输入到颗粒分离台21中。颗粒分离台21包括一系列颗粒分离净化器53a、53b，所述颗粒分离净化器被设计为彼此并行地操作。这些净化器53中的每一个被设计为按照生化需氧量（BOD）≤20操作，并且包括处理容器55，该处理容器包括罐57和台架59。处理容器55的设计在每种情况下本质上是相同的，但是被单独调节，以便允许流体的最佳停留时间。

随后将对颗粒分离净化器53的设计和操作进行更具体地描述。

在系统水平下，主入流流体流47分成平行流47a、47b，所述平行流47a、47b通过隔离阀63a和流量计63b分别连接至每个分离净化器的输入管路61a、61b。每个分离设备具有多个出口管路65，用于引导来自罐57的不同类型的分离流体和颗粒的流动。这些出口管路包括：颗粒排出管路65a；上清液返回管路65b；和污泥返回管路65c。

颗粒排出管路65a被提供用于将分离的漂浮物和颗粒从罐57引导向主返回管路67，该主返回管路周期性地打开，以使分离的颗粒返回初级处理阶段的起始（head），这在该实施例中是第一沉积池13a。

上清液返回管路65b被提供用于将分离的上清液从罐57引导到主上清液出流68，到达上清液处理台23。

各个污泥返回管路65c位于每个罐57a、57b的底部，并将残留的污泥从罐引导向污泥泵69a、69b，所述污泥泵69a、69b通过相应的泵隔离阀71a、71b与每个处理容器55a、55b联结。每个泵隔离阀71具有与其联结的相应的旁通阀73a、73b。

污泥泵69被选择性地操作，以将污泥从各个罐57抽吸向增稠台29。

上清液处理台23包括分隔的收集槽81和另一个pH调节器，所述pH调节器具有存储罐75、配量泵77和试剂注入管路79。试剂注入管路79选择性地将试剂引入收集槽的第一舱81a，其中上清液出流68进入该第一舱。该第一舱81a具有来自上清液出流68的足够的湍流，以适当地混合上清液和试剂，以便根据需要提供pH校正。

然后，具有校正的pH的上清液流动到收集槽81的第二舱81b，上清液停留在该第二舱中，以易于采用pH探测器83对pH的检测。

上清液通过管路85流出收集槽，以被引导至上清液取样台27，在上清液取样台27中，上清液被容纳在上清液取样槽87中。上清液可以在取样槽处被取样，以进行BOD或其它的测量，以便允许在91处排出之前的进一步调节。

在本发明的实施例中，具有BOD≤20的被净化的上清液在大多数情况下将被引导回来，用于在加工厂中的再利用。

污泥泵出口管路93a、93b连接到初级污泥管路95，初级污泥管路95通过隔离阀97将初级污泥输入向增稠台29。

增稠台29包括一系列污泥增稠罐99a、99b，每一个污泥增稠罐具有其自身的入口100a、100b以将污泥输入到罐中，和具有其自身的污泥泵101a、101b和隔离阀103a、103b，以从位于每个增稠罐99底部的污泥出口105a、105b抽吸污泥。

在第一污泥增稠罐99a的情况下，入口100a从初级污泥管路95接收初级污泥，并通过污泥泵101a将次级污泥抽吸至次级污泥增稠罐99b的入口100b。

次级污泥增稠罐在其入口100b通过隔离阀107接收次级污泥。

每个污泥增稠罐99具有次级上清液返回管路109a、109b，所述次级上清液返回管路连接到主次级上清液排出管路111中，以形成次级上清液返回台33。

主次级上清液排出管路111又将次级上清液引导至最后的沉积池13b，以便由流体处理系统11进行后续处理。

次级污泥增稠罐99b最终从其污泥泵101b将污泥抽吸至槽排出出口112。

流体处理系统11提供了两个取样点SP:1和SP:2，以测试这些点处的BOD。第一取样点被布置在主入流47中，试剂配量台19的上游，以检查BOD是否小于200。第二取样点SP:2被布置在上清液取样台27处，以保证BOD≤20。

图13示出如何将流体处理系统11实际布置在原地。系统的全部台（station）以紧密的方式定位在基坪25，例如混凝土板上。系统的多个仪表和控制阀为了安全的目的被容纳在设备间89中，并且罐、管路和槽如图所示在设备间的外部，位于基坪25上的适当位置处。

处理系统11的操作在本领域对于具有适当技能的流体处理人员来说是已知的，并且将不进行进一步的描述。

下面将参照附图的图1-11对按照执行本发明的最佳模式的流体分离净化器53的设计进行描述。

用在执行本发明的最佳模式中的流体分离设备53具有一个优选的实施例。

随后将参照几个特定的实施例对用于执行本发明的其它模式进行描述。

在第一实施例中，如图1中所示，处理容器55包括罐57，罐57具有上部圆柱形壁部123a和以大约60°倾斜的下部圆锥形壁部123b，两个壁部限定了罐的中心轴。圆锥形壁部123b的倾斜需要是大约60°或更大，以保证污泥落在罐的内侧壁上，以便减轻前文描述的鼠洞效应。处理容器55还包括台架59和刮具单元60，刮具单元60安装至罐的顶部。

如图5中更好地示出，台架59包括六个腿部113，六个腿部113被焊接至由RJS钢制成的环形基部114。环形基部114形成穴部，圆锥形部分123b位于该穴部中，并且上部圆柱形部分123a被紧固至该穴部。腿部113按照标准的结构设计由交叉支撑113a稳定住。

罐57包括主入口连接器115和连接法兰119，主入口连接器115具有向内延伸的管部117。罐还包括多个出口121。这些出口121包括：漂浮物出口121a、上清液121b和污泥121c；每一个出口分别连接至颗粒排出管路65a、上清液返回管路65b和污泥返回管路65c。内部颗粒连接器121d和外部颗粒连接器121e也连接至颗粒排出管路65a，以在罐57中从不同的位置提取沉积的颗粒。

罐57的圆柱形壁部123a的内部由内部圆柱形挡板125分成不连续的横向区域，该挡板与圆柱形壁部123a同心地布置。如图6中最佳地示出，挡板125具有：(ⅰ)半径比罐小的悬垂圆柱形裙部125a；(ⅱ)从悬垂圆柱形裙部125a的顶部向罐的圆柱形壁部123a的内壁延伸的中部截头圆锥裙部125b；和ⅲ形成罐的顶部的上部圆柱形裙部125c。

挡板125在罐中的布置产生外部环形处理区域127和内部颗粒分离区域128。外部环形处理区域布置在悬垂圆柱形裙部125b和圆柱形壁部123a的内壁之间，并由于中间截头圆锥裙部125b而在顶部闭合。内部颗粒分离区域128布置在挡板中，形成罐中的内部圆柱状区域，通过挡板的悬垂圆柱形裙部125a和截头圆锥裙部125b将该内部圆柱状区域与外部环形处理区域127隔离，但是这允许流体根据其特定重力在其中自由的轴向移动。

环形槽130在罐57的上部外周上形成，这样，上部圆柱形裙部125c限定了内部堰，该内部堰允许流体从内部颗粒分离区域128的顶部溢出到槽中。

上部圆柱形裙部125c由具有“V”槽的上部边缘126a形成以限定“V”槽堰部分，该“V”槽堰部分的作用为允许流体从上部圆柱形裙部125c的内部通过“V”的底部进入环形槽130。

悬垂裙部125a形成为具有轴向延伸的凹入部分129：(ⅰ)从其悬垂端126b打开；(ⅱ)在入口的轴向位置的附近限定顶点129a；和（ⅲ）恰好（immediately）在向内延伸管部117进入罐内部的进入点后面跨越挡板125的横向部分。

在本发明的实施例中，凹入部分129跨越挡板125的大约90°的扇形，并且是抛物线形状的。从与挡板125的悬垂端126b处的凹入点的拐点129b（其相对于向内延伸管部117进入罐的进入点的后部是远端的）近似对齐的轴向范围（axial extent）直到顶点129a，挡板的横向延伸弧具有与挡板的剩余扇形相比逐渐减小的半径，以便轴向沿挡板125将流体的层流从外部环形处理区域127保持和引导到内部颗粒分离区域128中。

向内延伸管部117沿悬垂圆柱形裙部153a与罐的内壁成切向地位于中间轴向位置，稍微位于凹入部分的顶点129a的下面，但是预先成角度地位于裙部的周围，这样，向内延伸管部117的进入点位于圆柱形裙部125a是全轴向范围（full axial extent）的位置处。采用该方式，裙部125使进入内部环形处理区域127的流体的切向流偏向成绕中轴线的层流横向流，并逐渐允许流体排出，以朝向裙部径向向内汇聚，并最终进入内部颗粒分离区域128，而不会干扰层流。

如图7a中所示，主入口连接器115的管117沿切向方向向罐的圆柱形的壁部123a内部延伸。管117的内部端对角地切掉，以在罐的内部上形成锥形内部117a，该锥形内部117a有利于在外部环形处理区域127中以层流引导进入罐的流体。

如图7b中所示，锥形内部117a具有覆盖管117的顶部的罩118，以帮助进入层流的入口流体的雾沫夹带（entraining），并防止低比重的颗粒在进入罐时立即向上羽流的趋势。罩118以虚轮廓线示出，以便显示管117的锥形内部117a。

如前面描述的，环形槽130形成上清液排出装置的一部分。如附图的图8中所示，通风孔163提供在中部截头圆锥裙部125b的最上面区域内，邻近于中部截头圆锥裙部125b与上部圆柱形裙部125c的连接部位。通风孔升高到足以高于在“V”槽堰部的上边缘126a，以清洁收集在环形槽130中的上清液，并排出在外部环形处理区域127中产生的气体。如附图的图4中所示，提供了多个通风孔163。

如图9中所示，上清液排出装置还包括流水槽159，流水槽159通过通道161接收收集在槽130中的上清液。流水槽159为上清液连接器121b提供了方便的位置，上清液连接器121b沿下游方向布置在流水槽159上。上清液连接器121b通过一对支撑托架157固定地位于罐的侧部。

如图10中更详细地示出，漂浮物管121a也通过一对托架158固定至罐的外部，并具有连接至外部环形处理区域127的顶部的入口131，入口131刚好位于中部截头圆锥裙部125b和罐的圆柱形壁部123a的内壁之间的连接点下面。采用该方式，可以排出上清液和相对低比重但为固态的漂浮物，所述上清液可以作为絮凝的结果收集在外部环形处理区域中并且避免进入内部颗粒分离区域。

罐57的下部圆锥形壁部123a形成下部颗粒收集区域164，该下部颗粒收集区域164与外部处理区域127和内部颗粒分离区域128的下部连通。采用该方式，从流体接收具有较高比重的分离的颗粒，这些颗粒在重力的影响下最终下沉到罐的底部。这些颗粒倾向于汇聚并形成污泥。因此，污泥出口连接器121c被布置在下部圆锥形壁部123a的底部，并具有与下部颗粒收集区域连通的孔133，以从其去除污泥。

罐57还具有一对防涡器（vortex breaker）165，每个防涡器165包括一系列叶片167，以限制内部颗粒分离区域128的顶部和下部圆锥形壁部123b的顶部的流体的横向流动。

如图4和5中最佳地所示，上部防涡器165a具有叶片167a，叶片167a连接至中心衬套（bush）169a，沿内部颗粒分离区域的顶部径向延伸，并在悬垂圆柱形裙部125a的圆周周围的不连续的横向位置邻接其内壁。下部防涡器165b相似地具有叶片167b，叶片167b连接至中心衬套169b，在内部挡板125的下面沿下部圆锥形壁部123b的顶部径向延伸，以在下部圆锥形壁部123b的圆周周围的不连续的横向位置邻接其内壁。

衬套169与罐的中心轴线同轴地对齐，并容纳刮具单元60的轴135。轴135从电动机137向下延伸到一对刮具叶片139，所述电动机137安装在罐57的顶部，所述一对刮具叶片139布置在罐的下部圆锥形壁部123b的底部中。

刮具单元60的电动机137被安装在子框架上，子框架包括一对平行间隔的RSJ梁141，RSJ梁141高出上部圆柱形裙部125c的V型槽堰部的顶部126a。用于电动机的矩形安装板143被固定至梁141的顶部，并具有中心孔145以容纳轴135和支承（bearing）装置147。

刮具叶片139的角度被设置为与圆锥形壁部123b的倾角相对应，并且刮具叶片139被布置为在每个叶片的底部边缘和圆锥形壁部的内表面之间提供最小的间隙。电动机137以低转矩操作，以在分离处理中连续地但是慢速地使罐中的轴135和刮具叶片139旋转。采用该方式，污泥被搅动和分散，这样它可以通过污泥连接器121c周期性地完全排出，以其它方式，污泥将在圆锥形壁部123b的壁上积累并产生鼠洞效应。

下面特别地参照附图的图11描述处理容器55的操作方法。

将理解的是，必须采取启动步骤以使罐57充满流体，并采用正确剂量的试剂化学地调节，以保证从引入容器的流体最佳的分离颗粒。这全部被认为是采用所描述的通常种类的处理厂的颗粒分离领域中的知识的一部分，并且将不进一步描述。

在用于执行本发明的最佳模式的本发明的实施例中，当系统和处理容器被安装好时，流体被切向地引入外部环形处理区域127，以便在其中保持流体的层流。在这一方面，罩118提高了进入罐中的流体层流中的入流流体的雾沫夹带，并在一段时间内减少了低比重颗粒的羽流，直到层流起作用。

切向流沿着罐的轮廓变成横向的，并沿外部环形处理区域127前进，直到在不同的阶段，由于抛物线凹入部分129的特别构造以及邻近凹入部分129的引导性（leading）悬垂圆柱形裙部125a的减小的半径和增大的曲率的影响，切向流逐渐进入内部颗粒分离区域128。当流体靠近罐的中心轴移动时，它较少受由于流体切向进入罐而形成的旋涡的影响，并变得更能经受试剂和随着重力的分离的影响。因此，具有高比重的颗粒和流体将倾向于在罐中下沉，而具有低比重的流体和颗粒（漂浮物）将倾向于在罐中上升。

当被净化的流体在内部颗粒分离区域128中向上移动时，上部防涡器165a保证全部横向移动减少，这允许流体在低比重的情况下轴向向上移动，在高比重的情况下轴向向下移动。被净化的上清液在罐的顶部积聚，并最终通过V槽堰126A径向向外移动，并进入槽部130。最后，被净化的上清液将在流水槽159处通过上清液连接器121a排出。

具有高比重的大部分颗粒将朝向罐57的下部区域向下移动。这些颗粒将收集在罐的下部圆锥形部分123b中并形成污泥，其中通过刮具单元60的作用防止鼠洞效应。周期性地，通过污泥连接器121c的打开和与特定的处理容器连接的污泥泵69的操作，从下部圆锥形部分123b的底部抽取污泥。

在用于执行本发明的最佳模式的一个选择性的实施例中，流体分离净化器与之前的实施例基本上相同，除了挡板的悬垂圆柱形裙部具有恒定的半径，并且在凹入部分之前不逐渐减小。

在不增加直径变化的挡板部分的制造花费的情况下，采用该实施例仍然能够获得层流。

按照用于执行本发明的另一种模式，下面将对两个实施例进行描述。

第一实施例涉及一种流体分离净化器53’，该净化器与在用于执行本发明的最佳模式中描述的净化器具有大致相似的设计，但是在内部颗粒分离区域的顶部具有附加的腔室，以便进一步净化驻存的流体。

如图14和15中所示，内部圆柱形的挡板125’的顶部和罐57’本身具有不同的设计。在本实施例中，罐的内部由内部截头圆锥裙部129’分成不连续的轴向区域，如图14中所示，内部截头圆锥裙部129’在由此限定的圆柱体的上半部（top half）中从圆柱形壁部123a’向内延伸，并通过挡板125’，沿向上倾斜的方向以向上翻转的齿形唇部131’终止。截头圆锥裙部129’将圆柱形壁部123a’的内部和挡板125’的外部之间的环形区域分隔，以使内部环形处理区域127’与环形槽130’分离。

齿形唇部131’形成一座（seat），截头圆锥罩133’高于（surmount）该座，截头圆锥罩133’具有内部圆柱形法兰部分135’，与挡板125’的上部具有共同边界（co-extensive）。内部圆柱形法兰部分135’延伸通过挡板125’的开口，这样，圆柱形法兰部分135’的上部边缘135a’在比“V”槽堰部分的上部边缘125a’稍高的位置处终止。

采用该方式，（ⅰ）布置在挡板125’的外部的截头圆锥裙部的外部129a’形成罐的外部环形处理区域127’的倾斜顶部和上清液排出装置的环形槽形成部的基部；和（ⅱ）布置在挡板125’的内部的截头圆锥裙部的内部129b’和截头圆锥罩133’组合形成内部颗粒分离区域128’的顶部的积聚室137’和挡板125’的内部的环形沉积室139’。

罩133’的基部形成有悬垂唇部141’，并且具有比内部截头圆锥裙部129’的顶部稍大的直径。因此，悬垂唇部141’覆于齿形唇部131’上方，并且尺寸经相对设置以在悬垂唇部141’的末端和内部截头圆锥裙部129’的终端之间形成间隙，由此产生流动换向器143’。采用该方式，齿形唇部141’的齿形成一系列通道，以允许位于积聚室137’中的流体进入流动换向器143’，从而产生低比重的流体流动通过并进入环形沉积室139’的弯曲路径。

最后，被净化的上清液将通过槽159’处的上清液连接器121a’排出。

按照用于执行本发明的其它模式的流体分离净化器53”的第二实施例在图16-18中示出，该实施例与第一实施例非常相似，所以相同的附图标记将用于表示相同的元件，而不再次描述整个设备，但是将采用”符号表示与第二实施例有关的部件。

第二实施例的流体分离设备53”之间的主要区别是，第二实施例的处理容器55”包括罐57”，而其中内部截头圆锥罩133”的上端关闭，以在稍低于内部裙部125”的上部边缘125a”的高度处形成关闭积聚室137”的顶部的盖171”。因此，内部截头圆锥罩133”不具有内部圆柱形法兰部分135’，而是具有关闭罩133”的顶部171a”。

如图18中所示，盖171”具有中心孔173”，中心孔173”形成用于容纳刮具的轴和其电动机（未示出）的衬套。还包括易于将电动机安装至其的突起175”。

在该实施例中，漂浮物出口连接器121a”的管145”仍然径向向罐的内部延伸，并恰好在盖的顶部171a”的下方具有入口147”，入口147”在积聚室137”的顶部中终止，以从其去除漂浮物。

其它方面，处理容器55”和罐57”的操作与第一实施例中相同。

第一实施例相对于第二实施例的优点是，顶部将附加的重量添加至罐。在罐的尺寸非常大的情况下，材料中的重量节省是特别重要的。

用于执行本发明的一种进一步的模式在图19和20中示出。在图19中示出的实施例中，处理容器55’”具有与之前的实施例不同形式的罐57’”，由此，内部裙部125’”与内部截头圆锥挡板部分129’”整体地形成，并从其悬垂而不是通过其延伸。

代替内部截头圆锥罩133’，盖177’”具有悬垂唇部141’”，悬垂唇部141’”位于由内部截头圆锥挡板部分129’”的齿形唇部131’”形成的座上，以形成流动换向器143’”。

当内部裙部125’”不延伸通过内部截头圆锥挡板部分129’”时，环形沉积室139’”由圆柱形壁部123a’”的上部和内部截头圆锥挡板部分129’”形成。此外，圆柱形壁部123a’”的上部边缘179’”开槽，以便形成“V”槽堰部分181’”，并且环形槽部分130’”周向地（peripherally）安装至圆柱形壁部123a’”的外部，以收集通过“V”槽堰部分181’”的上清液。

用于漂浮物、上清液、污泥121c’”和颗粒121e’”的出口连接器121’”位于适当的位置处。

在图20示出的实施例中，处理容器55””恢复到与在用于执行本发明的第一模式中描述的罐相似的罐57””，但是采用盖177””的设置来替代内部截头圆锥罩133’。在该设置中，内部裙部125””延伸通过内部截头圆锥挡板部分129””，以与在其它模式中相同的方式形成环形沉积室139””和环形槽130””。

应当理解的是，对实施例的多种修改将其自身呈现给本领域的技术人员，其包括在多种模式和实施例中描述的创新的部件的不同组合。因此，可以想象的是，这些部件的不同组合被认为落在本文限定的本发明的精神和范围内，并且未损害它。例如，在本发明的第二模式中，代替提供平面的盖，可以提供凹面的盖，以允许漂浮物积聚在积聚室的顶部并易于从其提取。选择性地，仍然可以提供罩来代替盖，但是具有与悬垂唇部邻近的圆柱形法兰部分，而不是截头圆锥部分。

Claims (19)

1.一种用于包含颗粒物质的流体的颗粒分离设备，包括：

处理容器，具有用于注入包含颗粒物质的流体的入口和多个出口，所述多个出口用于一方面独立地排出分离自流体的的上清液，另一方面独立地排出分离自流体的颗粒；

外部环形处理区域，用于接收从所述入口切向地注入到所述处理容器中的流体，并将所述流体引导成容器中围绕其中心轴线的横向层流；

内部颗粒分离区域，与外部处理区域连通，以允许注入的流体以保持流体的层流的径向汇聚的方式从横向流逐渐地进入，以最终位于处理容器的中央，以便在内部颗粒分离区域中最佳地停留，同时减少外部环形处理区域中的成角度流体运动对内部颗粒分离区域中的流体的影响；

下部颗粒收集区域，与外部处理区域和所述内部颗粒分离区域的下部连通，用于从具有较高比重的流体接收分离的颗粒；和

上部上清液分离区域，与内部颗粒分离区域的顶部连通，用于从流体排出上清液以供提取。

2.如权利要求1所述的颗粒分离设备，其中所述颗粒分离设备包括圆柱形挡板，所述圆柱形挡板使外部环形处理区域与内部颗粒分离区域和上部上清液分离区域完全分离；所述挡板具有轴向延伸的凹入部分，所述凹入部分：（ⅰ）从挡板的悬垂端打开；（ⅱ）在入口的轴向位置的附近限定顶点；和（ⅲ）恰好在入口的后部跨越挡板的横向部分。

3.如权利要求2所述的颗粒分离设备，其中所述凹入部分跨越挡板的大约90°的扇形。

4.如权利要求2或3所述的颗粒分离设备，其中所述凹入部分是抛物线形状的。

5.如权利要求2至4中的任一项所述的颗粒分离设备，其中从与相对于入口的后部是远端的挡板的悬垂端处的凹入部分的拐点近似对齐的轴向范围直到顶点，挡板的横向延伸圆弧的半径逐渐减小，以便轴向沿挡板将流体的层流从外部环形处理区域保持和引导到内部颗粒分离区域中。

6.如前述权利要求中的任一项所述的颗粒分离设备，包括上清液排出室，用于从上部上清液分离区域接收排出的上清液，并允许上清液从其中排出。

7.如前述权利要求中的任一项所述的颗粒分离设备，其中所述外部环形处理区域在其顶部关闭，以收集漂浮的颗粒。

8.如前述权利要求中的任一项所述的颗粒分离设备，其中所述上部上清液分离区域包括堰，以允许接收的上清液通过其排出以供收集，和保持来自流体的具有较低的比重的漂浮颗粒以供最终提取。

9.如前述权利要求中的任一项所述的颗粒分离设备，其中所述上部上清液分离区域可包括沉积室，以在排出上清液以供提取之前，从内部颗粒分离区域的顶部接收上清液。

10.如权利要求9所述的颗粒分离设备，其中所述上部上清液分离区域包括流动换向器，以产生上清液从内部颗粒分离区域的顶部流动到沉积室中的弯曲路径。

11.如前述权利要求中的任一项所述的颗粒分离设备，包括连续地刮擦下部颗粒收集区域的内壁的刮具，用于搅动处理容器底部的被收集的颗粒和流体。

12.一种用于包含颗粒物质的流体的颗粒分离设备，其大致如本文中适当地参照附图在任一实施例中所描述的。

13.一种处理来自加工厂的废水的处理系统，包括：以受控方式采用试剂对废水配量的试剂配量台；包括如权利要求1至12中的任一项所述的一个或多个设备的颗粒分离台；使分离的颗粒从分离设备返回到加工厂以供处理或提取的颗粒排出台；使从分离设备提取的污泥返回加工厂以供处理或提取的污泥排出台；和从分离设备收集上清液以供随后使用的上清液收集台。

14.一种处理来自加工厂的废水的处理系统，其大致如本文中适当地参照附图在任一实施例中所描述的。

15.一种从流体分离颗粒的方法，包括：

在固定位置将流体切向引入层流；

从固定位置后面的区域以保持层流的涡流方式径向向内逐渐引导所述流体，直到流体到达最佳停留的中心，在该中心，横向流减少，经受重力的轴向流增加；

使具有在固定位置附近的成角度流体运动的流体的外部环形处理区域与具有较少成角度流体运动的流体的内部颗粒分离区域分离，以使内部颗粒分离区域中的流体不受外部环形处理区域中的成角度流体运动的影响；

朝向顶部积聚具有低比重的流体，和朝向底部收集颗粒和具有高比重的流体；和

从顶部径向向外排出流体，以从中提取上清液。

16.如权利要求15所述的分离颗粒的方法，包括在底部缓慢地搅动收集的颗粒和流体以减少其上升。

17.如权利要求15或16所述的分离颗粒的方法，其中从顶部排出被提取的上清液包括使具有较低比重的漂浮颗粒与上清液分离。

18.如权利要求15至17中的任一项所述的分离颗粒的方法，包括使流体通过流动换向器，以在排出流体之前进行沉积好从中提取上清液。

19.一种从流体分离颗粒的方法，其大致如本文中适当地参照附图在任一实施例中所描述的。

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