CN109607659A - 水体杂质分离系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水体杂质分离系统及方法，其中所述系统包括：气浮分离水槽、浮球、进水管和出水管、斜管、置于所述水槽外部的引水泵、气液混合泵。本发明所述水体杂质分离系统，通过将从水槽中引出后经过气液混合泵后再将带有微气泡的水由喷嘴重新扩散回所述水槽内的方式，使微气泡和附着在斜管管壁上的杂质，例如固体杂质、溶解性杂质和油脂性杂质，都有更多被微气泡附着的机会，其中比重小于水比重的杂质，和比重和水比重接近的杂质，在和微气泡附着后漂向水面，达到水体杂质分离的效果。进一步，通过增设电解离子发生器的方式，使得微气泡表面附着有电解离子，增加其吸附溶解性杂质的能力。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种水体杂质分离系统及方法。
背景技术
工业废水或饮用水中含有固体杂质、溶解性杂质和油脂性杂质，需要分离或者减少水体中溶解物后才能排放或者饮用。
例如自来水的加氯消毒，实际作业时含氯量一般在0.3-0.7毫克/升之间。氯进行消毒杀菌后，剩下的游离氯称为余氯，包括次氯酸、氯气、次氯酸根等，在到达居民用户时，含氯量一般仍在0.3-0.4毫克/升，对人体健康有一定的影响，尤其是氯受热后与水中有机质产生三氯甲烷等致癌物质。若长期用余氯高的自来水洗澡，人体致癌率也会增加30%。为此，在居民用户供水作业时，可以考虑用活性碳及逆渗透来去除余氯，但在大型作业时，因操作成本高，难以实施。
工业废水中常见的是经过初步处理的工业废水、养殖废水或是生活废水，在总氮，氨氮，或总磷上超标，采用活性碳，逆渗透、离子交换树脂等，皆因操作成本过高而不可行。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种水体杂质分离系统及方法，以克服现有技术的缺陷，通过物理方式分离水中污染物，以净水水质。成本低，不但适用于小型作业，也适用于大型作业。
于是，本发明提供了一种水体杂质分离系统，包括：用于盛装待处理水的气浮分离水槽、设置在所述水槽中用于限制水位的浮球、设置在所述水槽中下部且相对设置的进水管和出水管、置于所述水槽中且在浮球下方进水管上方区域内的斜管、与出水管连接置于所述水槽外部的引水泵、以及与引水泵连接的气液混合泵，待处理水进入所述水槽中并由引水泵将其从出水管处引入到气液混合泵中，待处理水在气液混合泵中形成带有微气泡的水由所述进水管以及与进水管连接的喷嘴重新扩散回所述水槽内，通过所述浮球下方水表面附近设置的阀门排放掉水表面漂浮的带气泡的水，通过设置在斜管下方的阀门排放掉所述水槽中间处理过的水，通过设置在所述水槽底部的阀门排放掉所述水槽底部的废水。
其中，所述斜管垂直于水平面设置、或与水平面夹角不超过30度。
所述斜管为六边形直管、四边形直管、或者三角形直管。
所述斜管为塑料管、金属管、或者木料。
在所述引水泵和气液混合泵之间设有一电解离子发生器。
在所述电解离子发生器的管壁内层和外层分别贴附金属片。
所述金属片为含铜金属片、含铂金属片、或者含钛金属片。
本发明还提供了一种水体杂质分离方法，包括：
将待处理水引入到气浮分离水槽中并由引水泵将其从设置在所述水槽中下部的出水管处引入到气液混合泵中；
待处理水在气液混合泵中形成带有微气泡的水后，由设置在所述水槽中下部的进水管以及与进水管连接的喷嘴重新扩散回所述水槽内，所述进水管和出水管相对设置，所述水槽中设有用于限制水位的浮球、以及置于所述水槽中且在浮球下方进水管上方区域内的斜管；
通过所述浮球下方水表面附近设置的阀门排放掉水表面漂浮的带气泡的水，通过设置在斜管下方的阀门排放掉所述水槽中间处理过的水，通过设置在所述水槽底部的阀门排放掉所述水槽底部的废水。
其中，所述斜管垂直于水平面设置、或与水平面夹角不超过30度。
所述斜管为六边形直管、四边形直管、或者三角形直管。
本发明所述水体杂质分离系统及方法，通过在气浮分离水槽内设置斜管、在气浮分离水槽外设置引水泵和气液混合泵、并将从所述水槽中引出后经过气液混合泵后再将带有微气泡的水由喷嘴重新扩散回所述水槽内的方式，使微气泡和附着在斜管管壁上的杂质，例如固体杂质、溶解性杂质和油脂性杂质，都有更多被微气泡附着的机会，其中比重小于水比重的杂质，和比重和水比重接近的杂质，在和微气泡附着后漂向水面，达到水体杂质分离的效果。
进一步，通过在引水泵和气液混合泵之间增设电解离子发生器的方式，使得微气泡表面附着有电解离子，增加其吸附溶解性杂质的能力。让众多的微气泡漂浮在水面，浮力及附著力都增加，使各种杂质和水面的微气泡牢固的混合在水面，达到分离的效果。
附图说明
图1为本发明实施例所述水体杂质分离系统的结构示意图；
图2为图1所示斜管区域的局部放大图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本实施例提供了一种水体杂质分离系统10。待处理水自箭头12处流入气浮分离水槽14。流入的待处理水量直到水位线16为止。通常是在水位线16附近装上一浮球17。当水升到水位线16时，浮球17提供信息来停止进水。气浮分离槽14本身可以是圆柱形，正方形或长方形，而它的底部可以是锥形或三角形，或弧线平底均可。
待处理水中若有固体杂质，且其比重明显大于水比重时，则当进入气浮分离水槽14的水经过斜管18后，固体杂质会滞留在气浮分离水槽14的底部。若水中的固体杂质，其比重明显小于水比重时，则这些固体杂质将漂浮在水面上。若水中的固体杂质，其比重与水的比重相当时，则这些固体杂质会在气浮分离水槽14内到处浮游。其中，斜管18置于气浮分离水槽14内、浮球17的下方、出水管20和进水管26的上方。
待处理水中若有溶解性杂质或油脂性杂质，其在水中的分布情况和固体杂质类似。若溶解性杂质或油脂性杂质的比重明显大于水比重的，则滞留在气浮分离槽14的底部。若溶解性杂质或油脂性杂质的比重明显小于水比重时，则因浮力的作用漂浮在水面。若溶解性杂质或油脂性杂质的比重与水的比重相当时，则会在气浮分离水槽14内到处扩散，由于若斜管18的材料是塑料、玻璃纤维、木料等，则这些材料会和溶解性杂质或油脂性杂质产生静电吸力，因此，一大部分的杂质因静电吸力而附着在斜管18区域的管壁上。
出水管20位于斜管18区域的下方，将气浮分离水槽14内的水引出。水经引水泵22输送经过电解离子发生器23，而后送至气液混合泵24，气液混合泵24，气液混合泵24有两个进口端，一个进口端接引水泵22输出的水，另一个进口端25把四周的空气吸入，两个进口端的水和气在气液混合泵24内叶片高速旋转作用下，在水里形成许多微气泡。微气泡是指直径100微米以下的微小气泡。
气液混合泵24输出的含有微气泡的水，再经由气浮分离水槽14的进水管26、及进水管26的接口喷嘴27扩散回流到气浮分离水槽14内。出水管20和进水管26在气浮分离槽14的位置是相对设置，约在气浮分离水槽14的横段切线面上，一出一进。因此引水泵22和气液混合泵24运行时，在气浮分离水槽14内形成水流28。从进水管26导入的水，起初顺着水流28的方向前进，微气泡因浮力的关系，逐步向上浮而进入斜管18区域。水流28下方，仍可让气浮分离水槽14内的比重较大的固形物沉淀到水流28下方的槽底部。
斜管18区域是指许多和斜管18相同的管排列在一起。斜管18的管形结构通常是采用六边形的直管，而别的管形状结构，例如四边形直管，三角形直管等亦可。斜管18的摆设位置，可以是垂直于水平线，或稍为倾斜，而倾斜的斜角不超过30度的斜角，因此称此设备为斜管。斜管的材料可以是塑料，金属材料，木料等。
图2是斜管区域的局部放大图。其中第一斜管30内，有一固体杂质物32，一些微气泡附着在固体杂质物32的表面。当足够数量的微气泡附着在固体杂质物32的表面，使整体的比重小于水比重时，固体杂质物32开始上浮至水面。
但是，原先在水体内的溶解性杂质和油脂性杂质，他们的分离方式和固体杂质的分离方式不尽相同。如图2所示，第二斜管33附件有一油脂性杂质物34，因静电吸力的关系，油脂性杂质物34的一角黏附在第二斜管33的壁上。多个微气泡在第二斜管33内行进，其中多个微气泡接触并静电吸附到油脂性杂质物34的一端。通常微气泡对油脂性杂质物34的分子吸引力，或以所产生的力量强度来比较，较油脂性杂质物34对第二斜管33的分子吸引力的力量强度为强。这里所提的力量强度是指每单位体积所产生的吸附能力。这是因为微气泡的气膜表面有较大的表面积，因此单位体积的吸附能力高。若单独一个微气泡在附着到油脂性杂质物34后，若其浮力够，则可把油脂性杂质物34剥离第二斜管33的表面继续上浮。若单一微气泡不够，后续进来上浮的微气泡，结合原来的微气泡，使原来的微气泡得到足够的浮力，因而使油脂性杂质物34脱离斜管的管壁而上浮。
微气泡对溶解性杂质的分离方式和对油脂性杂质的分离方式类似，但溶解性杂质的尺寸较小，通常远小于微气泡的尺寸，如图2所示，当溶解性杂质物36附着在第三斜管35的管壁时，微气泡在上浮行进时，若碰撞到溶解性杂质物36，则溶解性杂质物36附着在微气泡表面而上浮。因此对溶解性杂质物36而言，若附着在一斜管壁上，而微气泡能不断地供应，此溶解性杂质物在统计的概率下，早晚都会被附着到微气泡的表面而上浮。
因斜管18区域提供大量的管壁面积，所以有足够的管壁面积，水中溶解性杂质和油脂性杂质能附着在管壁上，而微气泡的引入，不断地从各斜管的底部上浮。在微气泡上升移动的过程，若附着到溶解性杂质物或油脂性杂质物，因为微气泡的气泡表面形成的表面张力，具有较强的静电力量强度，一个或多个微气泡结合的力量，可以把杂物脱离管壁，黏附在微气泡表面而上浮。
如图1所示，本发明所述的水体杂质分离系统，除在气浮分离水槽14的下半部产生水流28，比重明显大于水比重的杂质，在重力的作用下，加速向气浮分离水槽14底部最低点靠拢。
相较于传统的气浮系统，本系统10的优势是漂浮在斜管18区域内或附着在各斜管管壁上的各种杂质，无论是固体杂质、油脂性杂质、和溶解性杂质，在微气泡的作用下逐步上浮分离。斜管内部提供局限的空间及许多的管壁面积，使暂时附着在管壁的杂质，都有更多被微气泡附着的机会，达到分离的效果。
如图1所示，气浮分离作业经过一段时间的操作后，大部分的杂质，这里指的是比重小于水比重的杂质，和比重在和水比重接近的杂质，均和微气泡混合漂浮在水面。众多的微气泡漂浮在水面，浮力及附著力都增加，使各种杂质和水面的微气泡牢固的混合在水面，达到分离的效果。然后开启设置在水表面附近的阀门40，把此部分含杂质废水排放掉。再开启设置在斜管18区域下方的阀门42，把中间处理过的水排放做其他用途。最后开启设置在气浮分离水槽14底部的阀门44，把底部含固体杂质的废水排放，另行处理。阀门40、42和44开启并完成排放后关闭，整个水体杂质分离系统10重新自箭头12流入待处理的水。
一般工业废水，常见的化学盐有亚硝酸盐氮，硝酸盐氮，氨氮，总氮等不同形式。本水体杂质分离系统10针对加强溶解性杂质的分离，采用带电解离子的微气泡方式。
因此，本实施例还可以增加一电解离子发生器23，如图1所示，离子发生器23设置在引水泵22和气液混合泵24之间，在其管壁的内层和外层分别贴附有金属片，这些金属片材料可以用铜，铂，钛等。外层的金属片通上直流电后即感应内层金属的极性。即金属片51接到直流电源的正极，而金属片52则感应成为负极；金属片53接到直流电源的负极，而金属片54则感应成为正极。当经过引水泵22的水含有电解质时，进入电解离子发生器23内的水，一小部分水分子在电解下形成氢离子和氢氧离子，之后经过气液混合泵24后，生成带电解离子的微气泡。
本系统10的另一优势是以带电解离子的微气泡来加强对溶解性杂质的分离。例如一部分微气泡的膜表面带有负电价的氢氧离子，可以吸附水中的氨离子，或是一部分微气泡的膜表面带有正电价的氢离子，可以吸附水中的硫酸根离子。
本系统10还有一优势，是电解离子的产生是对应感应方式的，即在正极金属片54和负极金属片52之间的固定电压下，若水中的电解质愈多，代表水中溶解性杂质相对地愈多，這些电解质促使正极金属片54和负极金属片52产生较多的电解离子。若水中的电解质愈少，則代表水中溶解性杂质可能相对地愈少，這些少量的电解质促使正极金属片54和负极金属片52产生较少量的电解离子。 因此电解离子的产生是对应感应方式的。即水中的电解质愈多，代表水中溶解性杂质相对地愈多，即正极金属片54和负极金属片52对应感应产生较多的电解离子。 若水中电解质低，即代表水中溶解性杂质相对地较少，即正极金属片54和负极金属片52对应感应产生较少的电解离子。
实际上传统单一电解片的电解离子发生器，即只有金属片52和54，分别联接直流供电的负极和正极，也可以达到对应感应的效果。即电解质愈多，对应感应产生的电解离子愈多。
综上所言，本发明所述的水体杂质分离系统10，可适用于分离多种杂质，比重明显大于水比重的杂质，由底部阀门44排放分离，比重小于水比重的杂质，由上部阀门40排放分离，而原本在水中四处游动的固体杂质，溶解性杂质和油脂性杂质，经斜管管壁的附着定位，而在操作时段内不停地提供微气泡，使这些附着在斜管管壁的杂质能被附着分离到水面，并使各种杂质和水面的微气泡牢固的混合在水面。并在加强对溶解性杂质分离方式，以对应感应方式来产生电解离子，而带电解离子的微气泡可增强溶解性杂质的分离。
本实施例在实际作业中，效果明显，例如：金属表面处理的锌镍废水，它的化学需氧量COD超过10000 mg/L，氨氮值超过500 mg/L。经本系统10若单独加微气泡的处理作业，COD降低了73%，而氨氮值降低了44%；经本系统10若采用带电解离子的微气泡进行处理作业，COD降低了82%，而氨氮值明显地降低68%。另一个禽畜养殖废水，在经本系统10的处理后，溶解性杂质，如总氮、总磷的含量皆可以分离达到超过50%的减量。
使用上述水体杂质分离系统10，本实施例还提供了一种水体杂质分离方法，包括：
将待处理水引入到气浮分离水槽中并由引水泵将其从设置在所述水槽中下部的出水管处引入到气液混合泵中；
待处理水在气液混合泵中形成带有微气泡的水后，由设置在所述水槽中下部的进水管以及与进水管连接的喷嘴重新扩散回所述水槽内，所述进水管和出水管相对设置，所述水槽中设有用于限制水位的浮球、以及置于所述水槽中且在浮球下方进水管上方区域内的斜管；
通过所述浮球下方水表面附近设置的阀门排放掉水表面漂浮的带气泡的水，通过设置在斜管下方的阀门排放掉所述水槽中间处理过的水，通过设置在所述水槽底部的阀门排放掉所述水槽底部的废水。
其中，所述斜管垂直于水平面设置、或与水平面夹角不超过30度。
所述斜管为六边形直管、四边形直管、或者三角形直管。
综上所述，本发明实施例所述水体杂质分离系统及方法，通过在气浮分离水槽内设置斜管、在气浮分离水槽外设置引水泵和气液混合泵、并将从所述水槽中引出后经过气液混合泵后再将带有微气泡的水由喷嘴重新扩散回所述水槽内的方式，使微气泡和附着在斜管管壁上的杂质，例如固体杂质、溶解性杂质和油脂性杂质，都有更多被微气泡附着的机会，其中比重小于水比重的杂质，和比重和水比重接近的杂质，在和微气泡附着后漂向水面，达到水体杂质分离的效果。
进一步，通过在引水泵和气液混合泵之间增设电解离子发生器的方式，使得微气泡表面附着有电解离子，增加其吸附溶解性杂质的能力。让众多的微气泡漂浮在水面，浮力及附著力都增加，使各种杂质和水面的微气泡牢固的混合在水面，达到分离的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水体杂质分离系统，其特征在于，包括用于盛装待处理水的气浮分离水槽、设置在所述水槽中用于限制水位的浮球、设置在所述水槽中下部且相对设置的进水管和出水管、置于所述水槽中且在浮球下方进水管上方区域内的斜管、与出水管连接置于所述水槽外部的引水泵、以及与引水泵连接的气液混合泵，待处理水进入所述水槽中并由引水泵将其从出水管处引入到气液混合泵中，待处理水在气液混合泵中形成带有微气泡的水由所述进水管以及与进水管连接的喷嘴重新扩散回所述水槽内，通过所述浮球下方水表面附近设置的阀门排放掉水表面漂浮的带气泡的水，通过设置在斜管下方的阀门排放掉所述水槽中间处理过的水，通过设置在所述水槽底部的阀门排放掉所述水槽底部的废水。
2.根据权利要求1所述的水体杂质分离系统，其特征在于，所述斜管垂直于水平面设置、或与水平面夹角不超过30度。
3.根据权利要求1所述的水体杂质分离系统，其特征在于，所述斜管为六边形直管、四边形直管、或者三角形直管。
4.根据权利要求1所述的水体杂质分离系统，其特征在于，所述斜管为塑料管、金属管、或者木料。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的水体杂质分离系统，其特征在于，在所述引水泵和气液混合泵之间设有一电解离子发生器。
6.根据权利要求5所述的水体杂质分离系统，其特征在于，在所述电解离子发生器的管壁内层和外层分别贴附金属片。
7.根据权利要求6所述的水体杂质分离系统，其特征在于，所述金属片为含铜金属片、含铂金属片、或者含钛金属片。
8.一种水体杂质分离方法，其特征在于，包括：
将待处理水引入到气浮分离水槽中并由引水泵将其从设置在所述水槽中下部的出水管处引入到气液混合泵中；
待处理水在气液混合泵中形成带有微气泡的水后，由设置在所述水槽中下部的进水管以及与进水管连接的喷嘴重新扩散回所述水槽内，所述进水管和出水管相对设置，所述水槽中设有用于限制水位的浮球、以及置于所述水槽中且在浮球下方进水管上方区域内的斜管；
通过所述浮球下方水表面附近设置的阀门排放掉水表面漂浮的带气泡的水，通过设置在斜管下方的阀门排放掉所述水槽中间处理过的水，通过设置在所述水槽底部的阀门排放掉所述水槽底部的废水。
9.根据权利要求8所述的水体杂质分离方法，其特征在于，所述斜管垂直于水平面设置、或与水平面夹角不超过30度。
10.根据权利要求8所述的水体杂质分离方法，其特征在于，所述斜管为六边形直管、四边形直管、或者三角形直管。
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