CN1044202C - 液体处理装置和从液体中分离固体或液体粒子的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种从液体本体中分离悬浮固体粒子和/或流体液滴的方法，其中令流体流过由数个锥形螺旋板的轴向相对表面之间构成的至少一条螺旋流路。较好的是，一基本上竖直的圆形截面流道(1)，其内设置至少一个直径基本上等于流道直径的锥形螺旋板，该一至多个锥形螺旋板在流道中同轴安置并在板的轴向相对表面之间构成至少一条与流道同轴的螺旋流路。这一至多个板较好能绕流道轴线旋转，且可以使其被驱动而旋转的速度相当于、大于或小于流体的流量。

Description

液体处理装置和从液体中分离固体或液体粒子的方法

本发明涉及从一种流体中分离掉悬浮物或不混溶液滴，而尤其涉及从生活污水中分离掉悬浮污泥颗粒和油滴。

斜板分离器，其中待分离液态悬浮系被迫使流过一个斜板阵列。乃是分离液体中悬浮固体的一种熟知的典型构造。英国专利申请2,046,609描述一种液体处理装置，其中采用多排向铅垂方向倾斜的平板，从液态本体中分离掉悬浮固体。

斜板分离器的主要缺点是，液体通过的平板阵列需要很大的水平面积才有良好的效果，而且随平板阵列深度增加，各板两侧需留有大置未利用的空间。本发明的一个目的是提供一种水平尺寸缩小的斜板分离器，以例斜板分离器的优点能在紧凑设计的分离装置中得到发挥。

按照本发明的第一个方面，用于从液体本体分离出悬浮固体颗粒和/或流体液滴的分离器包括至少一个锥形螺旋板，其螺旋轴线沿铅垂方向沿伸，锥形螺旋板以其朝上和朝下的表面之间的空间构成至少一条螺旋流路。

较好有多条同轴螺旋板，譬如说六条，最好呈缠结的多螺旋构形，以构成多条螺旋流路。这种螺旋的节距可以等于或大于螺旋直径，但是较好是小于其直径，这样每条螺旋板便可绕螺旋轴线缠许多圈。

在沿半径向外的方向上，这些板既可以朝上也可以朝下倾斜，但是在较好实例中，沿半径向外的方向上这些板较好向下倾斜。

在盛于一容器内的待处理液体本体中，可安装一个或多个分离器，让分离器旋转以便产生沿螺旋流路的轴向液流。这种轴向流的方向取决于液体是在液体本体顶部还是在底部加入容器中的。当液体是从底部加入容器并从顶部抽出，以去除密度较大的固体或液体杂质时，分离器的旋转应能诱导出一股由下至上流经分离器的流。反之，当液体是从顶部加入容器并从底部抽出，以去除轻固体或轻液体杂质时，分离器的旋转应能诱导出一股经分离器的向下流。

较好的是，把分离器布置在一个基本垂直的圆形截面流动通道(流道)中，而且板的螺旋轴线与流道同轴，分离器的直径基本上等于流道的直径。沿流道，故而也是沿螺旋流路的轴向液流是借助在流道内沿轴向呈一定间距之处设置进、出口手段而产生的。当分离器被围在流道中时，最好这种分离器还能绕螺旋轴线旋转。

这种螺旋板的旋转可以通过液体沿螺旋流路流动诱导产生，也可以通过驱动马达或其他驱动手段强迫螺旋板转动而产生。板或板组件的旋转速度可以是，令液体沿流道的轴向流速等于螺旋节距和转速的乘积，然而也可以安排板和板组件旋转速度低于或高于上述速度。

按照本发明的第二个方面，一种流体处理装置包括一容器，其中布置了数个分离器，每个分离器包含一个或多个构成至少一条螺旋流路的锥形螺旋板，且其中设有进口手段，向容器的第一部分供入未经分离的流体，同时其中还设有出口手段，把处理后流体从容器的第二部分抽出，其布置方式是，流体在进、出口手段之间沿轴向流经分离器的螺旋流路。

该容器较好是一个紧密包围分离器的圆柱形容器，且流体的轴向流动是由进、出口手段的轴向布置所造成的。

另一种情况，也可以在非圆形容器内设置数个分离器，轴向流动是由分离器的旋转造成的。

较好地，使未分离流体向下流动通过一个环绕分离器轴线的管状壁，从而供入容器下部，而分离器板则自管状壁沿半径向外延伸。

下面，结合附图详细说明本发明的具体实施方案，其中：

图1是用于从液体分离悬浮固体的第一种处理装置的纵剖面示意图；

图2为图1所示处理装置斜板分离器元件的侧视图；以及

图3是用于从液体分离悬浮固体的第二种处理装置的剖面示意图。

现在来看附图，在图1中看到一种水处理装置，它包括最大直径为D的一个圆柱形容器1，和一个锥形下部区2，其下端中心为污泥出口3。

容器1圆柱壁上部边缘做成溢流堰4，而围着堰4有一环形流出渠5，用以收集澄清液。进口管6在容器下部，2处插入容器并向内延伸到容器轴线。而后进口管还包括一个垂直上升段7，该段把待处理液排到容器1的圆柱形部分的上部区域。

环绕上升管7并与之保持一定间距设有圆柱形管状壁8，直径为d，它从高出液面9的高度处一直延伸到大约容器圆柱部分1的中部。直径d较好约为容器直径D的1/3。

管状壁8的外表面支撑一系列锥形螺旋板，从管状壁8向外向下延伸，而且自管状壁8沿圆周方向伸展成一种缠结螺旋形状。这些板10，沿径向一直伸展至邻近的容器1圆柱壁为止。板的倾斜度，即板面径向线和螺旋轴线所夹的锐角，在所示实例中为40°，然而预计从约10°到80°之间的各种不同角度可能应用于从液体本体分离固体和不混溶流体。已发现，60°是有利的。

板10和管状壁8可绕容器轴线旋转，且可以在流动流体作用下自由旋转，或可由外部驱动手段驱动，以预定速度旋转。管状壁8和板10可悬挂在横架在容器顶部的桥上，或者可以由浸没于液体中的浮子支撑。进一步的方案是，管状壁8和板10可以从下面由一个置于容器内部的轴承支撑。

运行时，污染液经进口管6流入并沿上升段7向上流，在管状壁8内液面或接近液面高度排出。可以理解，管状壁8内的液面9a与容器其余部分的液面9稍有差距，后者由堰4调节。

污染液随后沿轴线在管状壁8内向下流，直达管状壁8最底部。然后流向折返，液体顺螺旋板阵列1.0向上流。

随着液体顺螺旋板10向上流动，细小颗粒状物质将分离出来，沉积在板10的上表面。这些粒状物质将凝聚并随后沿板的上表面向下并沿径向朝外移动，在贴近容器圆筒壁1处被排出。该凝聚粒状物质继而沉入容器的锥形段，被导向污泥出口3 。

经螺旋板10上升的液流较好伴随以螺旋板10的旋转，旋转速度和螺旋板节距较好设计成与液体流动垂直速度相对应(即“无旋流速度”)。流体将以此“无旋流速度”沿基本上垂直的路径流经容器。然而可能有利的是，驱动螺旋板阵列以稍稍超前或稍稍滞后于垂直向上流速的速度旋转，以便赋予经板阵列上升的液体本体一个不大的周向速度。如果板10以稍稍超过“无旋流速”的速度旋转，便会在容器1内产生一股环流，该环流又造成一种径向朝外流动，随着液体被外加的过量旋转经板组件提升，径向朝外流便沿板的径外边缘产生一个下降环状流体幂。这种效应加强了容器径向最外区域凝聚粒状物的向下流动，并阻止了可能引起部分流体经该区域绕过分离器板10短路而形成向上的流动。当板组件以“无旋速”的约100％到约120％的速度旋转时是最为有利的，但是从60％到140％“无旋速”证明是满意的，而高达300％的速度并非不行。

举例说，如果一个截面为10m²的容器要处理每小时200m³流体，则流体朝上的流速计为20m/h，而一个节距为3m的螺旋板阵列将须以6.33转/时旋转才能达到“无旋速”。故而最佳旋转速度将为6.33到7.6转/时。实验表明，6-12m/h的轴向流速获得了满意结果，而6-60m/h的轴向速度仍属预料之中。

在一个较好实例中，在容器内设有板阵列10以及管状壁8，且二者由浸没在液体中的浮子支撑，管状壁8和板10在穿过螺旋板间向上流动的液体作用下旋转。

作为所示板构型的一个替代方案，板的倾斜方向布置可以是，板自管状壁8朝上朝外延伸，而不是如图1所示朝下朝外。在此种结构中，必须在板的径向内边缘开若干孔，以便让凝聚粒子经板下落。然而在此种安排中，可能出现的问题在于，未处理液流将必须通过凝聚粒子下落的区域才能到达螺旋板阵列。此种困难可以通过沿容器周边，而不是在其中心处，设置进口手段来加以解决。

如果在图1所示分离器板10的恰好或接近其径向内边缘处开若干孔，这将使凝聚的漂浮流体液滴得以径向地向内向上沿板的下表面迁移，在螺旋板阵列顶端贴近管状壁8处排出。可以在管状壁8的外表面装一环形收集装置(未表示)，以收集分离出的漂浮流体或颗粒，单独排放。这些开孔也可提供清洗设备如水喷射器的入口，并可按轴向排列。

该装置的主要设计用途是处理污染水，从污染水中去除象污泥这样的粒状物和悬浮轻流体例如油类。但是，可以预见，可以使用固定或旋转螺旋板阵列从任何其他液体中分离悬浮的较重或较轻的固体或者不混溶液滴。

管状壁8和板10可以用金属，较好用耐腐蚀金属，或用带或不带增强添加剂如玻璃或碳纤维的塑料制成。螺旋板最好分段制成桨叶状，这些桨叶可沿径向伸展的边缘连接成螺旋板。可以采用诸如销钉、承插或榫槽结构的结合方式，以保证各段桨叶的对齐。在相互咬合模块构成螺旋板的端部，可以使沿径向伸展的边缘变得圆顺，以防止截留固体物，这可以通过磨锐端部段也可以借助在外露径向边处镶上适当外形的边条来实现。

在较好实例中，容器的圆柱形壁1和锥形下部2位于或低于地面标高，但也可以预期，整个装置可以安装于地面以上标高，或甚至可以座落地面标高的支撑结构上。容器1的高度可以增加到远比平板阵列可能达到的深度，但其高度较好约为其直径的1.5到2倍。

该容器可以是从上到下一样粗，而不象图1看到的那样，带锥形部分。此种上下一般粗容器的基础可以是锥形的，以径向地向外导引沉积污泥，且还可以带一个旋转污泥刮板手段，以收集污泥并将之移向排出口。最好是，旋转污泥刮板可以与螺旋板相同速度旋转，并且二者共亨一个驱动装置。

在图3中看到的是另一种处理装置的断面示意图。在该装置中，容器20在其顶部周边设有堰21及连接清液排出口23的收集渠22。容器20可以带任何一种操作平台，例如矩形、多角、三角形等等。在容器20内，设置了数个分离器24，它包括管状壁25以及自壁25径向地向外向下伸展的螺旋板26。分离器24由容器20内部的支撑手段(未画出)支撑并由一驱动电机和变速箱(未面出)驱动，绕其纵轴旋转。进口手段27将待处理液送至管状壁25的顶端，由此，流体下流至容器20的下部。

驱动手段使分离器24旋转，产生一种穿过螺旋板26的向上液流，较好调节分离器旋转速度和液体穿过容器的流量，使分离器产生的向上流动稍稍超过通过容器的液体总流量，以便在相邻分离器之间产生一股微弱的向下流动。这种向下流起到防止未处理液避开分离器短路的作用。

澄清液经堰21流入渠22，然后进入出口23。

图4表示一三角形容器20的平面图，内装有3个分离器24，向分离器壁25内中心空间供液的进口管27。但应理解，容器20可具有任何要求的平面投影形状，且可内装填充块以占据至少一部分容器内分离器24之间的容积。

澄清液经堰流出容器进入渠，然后流进排出口，如图3中21、22和23所示。

Claims (15)

1．一种液体处理装置，包括容器(1)，该容器为圆形截面的一个基本上垂直的流道；分离器(10)，该分离器包括一个或多个锥形螺旋板(10)，所说螺旋板为在板(10)轴向相对表面之间至少有一个螺旋流道，该分离器在流道中以同轴布置，分离器(10)的直径基本上等于流道直径；和一个设置为向容器(1)底部加入未经分离的液体的进口装置(6,7)，和设置为从容器(1)顶部将处理后的液体引出容器的出口装置(4)，此设置为使液流在进口装置(6,7)和出口装置(4)之间垂直地通过分离器(10)的螺旋流通，其特征在于分离器(10)能绕流道的轴旋转。

2．根据权利要求1的液体处理装置，其特征在于圆柱形管状壁(8)包围螺旋轴线并保持某一距离，而板(10)从圆柱形管状壁(8)沿径向向外伸展，而其中容器(1)内的液体具有一自由表面(9)，而管状壁(8)在自由表面(9)之上伸展，和进口装置(6,7)的设置以加入未分离的液体到管状壁(8)内的容器部分，其中设置有从容器(1)项部周边将处理后的液体引出的出口装置(4)。

3．根据权利要求1或2，其特征在于单个的锥形螺旋板(10)为在其上、下表面的彼此相对部分之间构成单条螺旋流路。

4．根据权利要求1的液体处理装置，其特征在于数个同轴的互缠的锥形螺旋板(10)为在其轴向相对表面之间构成相应数目的螺旋流路。

5．根据权利要求1或2的液体处理装置，其特征在于板(10)是自螺旋轴线径向地向外向下展开的。

6．根据权利要求1或2的液体处理装置，其特征在于分离器(10)是借助流经流道的液体的作用而可旋转的。

7．根据权利要求1或2的液体处理装置，其特征在于分离器(10)是靠一驱动手段而可旋转的。

8．根据权利要求7的液体处理装置，其特征在于分离器(10)的转速为选择性地可控。

9．一种液体处理装置，包括容器(20)，该容器为一个基本上垂直的流道；至少一个分离器(24)，该分离器包括一个或多个锥形螺旋板(26)，所说螺旋板为在板(26)轴向相对表面之间至少有一个螺旋流道，该分离器在流道中以同轴布置；和一个设置为向容器(20)顶部加入液体到容器(20)底部的进口装置(27,25)，和设置为从容器(20)顶部将处理后的液体引出的容器出口装置(21,22,23)，此设置为使液流在进口装置(27,25)和出口装置(21,22,23)之间垂直地通过分离器(24)的螺旋流通，其特征在于容器(20)为非圆形的和分离器是可旋转以促使液体轴向向上地流过分离器的螺旋流路。

10．根据权利要求9的液体处理装置，其特征在于容器(20)内液体具有一自由表面(21)，而管状壁(25)在自由表面之上伸展，和进口装置(27)的设置以加入未分离的液体到管状壁(25)内的容器部分，其中设置为从容器(20)项部周边将处理后的液体引出的出口装置(22)。

11．根据权利要求9或10的液体处理装置，其特征在于容器的平面投影为多角形，和填充块至少占容器内分离器(24)之间的部分容积。

12．一种从液体中分离固体或液体粒子的方法，其中液体被迫使以预定流量流过圆截面的垂直流道，在流道中置有至少一个直径基本上等于流道直径的锥形螺旋板(10,26)，上述一至多个锥形螺旋板(10,26)与流道同轴布置，且在其轴向相对的板面之间构成至少一条与流道同轴的螺旋流路，其特征在于锥形螺旋板是绕其轴线旋转的。

13．根据权利要求12的方法，其特征在于螺旋板(10,26)的旋转速度和节距是这样安排的：让液体轴向流速为螺旋节距与分离器旋转速度乘积的60％到140％。

14．一种从液体中分离固体或液体粒子的方法，其中液体被迫使以预定流量垂直流方向流到容器(20)，其中置有至少一个锥形螺旋板(26)，上述一至多个锥形螺旋板(26)与流道同轴布置，且在其轴向相对的板面之间构成至少一条与流道同轴的螺旋流路，其特征在于该个或各个锥形螺旋板是绕其轴线旋转以促使液体沿着螺旋形轨道流动，并使在容器(20)的区域内的板(26)之间逆流以防止未处理的液体绕过板(26)。

15．根据权利要求13或14的从液体中分离固体或液体粒子的方法，其特征在于液体轴向流速为螺旋节距与板(26)旋转速度乘积的100％到120％。

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