CN113856321B - 离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，包括设置在入水管道上的水泵、底部与入水管道出口连通的离心沉降装置以及分别设置在离心沉降装置顶部的自清洁滤管和过滤水排水管，所述的自清洁滤管的进水口与离心沉降装置顶部外缘连通，出水口与过滤水排水管连通，与现有技术相比，本发明具有扩展性强、离心过滤组合处理、清洁过滤效果好、过滤效率高、自清洁等优点。

Description

离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元

技术领域

本发明涉及远洋船舶压载水处理领域，尤其是涉及一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元。

背景技术

船舶压载水主要指的是为了控制船横倾、纵倾、吃水、稳性或应力而加装到船上的水和悬浮物质(包括外来生物)，但是大量微生物、杂质以及外来生物会随船舶压载水被运到世界各地，压载水排放带来的外来有害物种加剧了海洋生态系统和自然环境的恶化。

为此，国际海事组织牵头制定了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》，要求所有国际营运船舶的压载水排放都必须符合公约D-2排放标准。

当前船舶通过安装压载水处理设备来满足压载水排放标准，目前国内外采用的压载水设备主要采用物理法、机械法进行处理，一般通过过滤、紫外线以及超声波结合的方式对船舶压载水进行处理，但是目前国内外采用的压载水处理装备面临的主要问题是无法适应低洁净度水体(例如长三角地区)。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，用以有效地适应低洁净度压载水处理要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，包括设置在入水管道上的水泵、底部与入水管道出口连通的离心沉降装置以及分别设置在离心沉降装置顶部的自清洁滤管和过滤水排水管，所述的自清洁滤管的进水口与离心沉降装置顶部外缘连通，出水口与过滤水排水管连通。

所述的离心沉降装置为一圆柱体水箱，其底部中心与入水管道出口连通，并在底部进水口位置上方设有一通过电机驱动转动实现压载水离心运动的浆叶。

所述的圆柱体水箱顶部中心处开设一个与过滤水排水管连通的第一出水口，并且在圆柱体水箱顶部边缘处沿周向均匀开设多个分别与自清洁滤管连通的第二出水口，所述的第一出水口与第二出水口间通过一环形分隔板实现分隔。

所述的环形分隔板呈倒锥形台状，其直径由下至上逐渐增大。

所述的自清洁滤管沿周向均匀设有多条，并且每条自清洁滤管在水流方向上沿周向均匀交错分布有多个半封闭式自清洁滤网组件。

每个半封闭式自清洁滤网组件均由设置在自清洁滤管内壁处的滤网、与滤网连通设置在自清洁滤管外壁处排污口以及用以实现排污口启闭的阀门。

所述的滤网开口朝向水流方向，且纵向截面为四分之一椭球面状。

所述的离心沉降装置的工作步骤具体为：

步骤11、压载水通过水泵抽取从底部流入离心沉降装置，通过电机驱动桨叶使进入的压载水进行离心运动，在空间上分离较大颗粒的杂质和较洁净的压载水；

步骤12、处于离心沉降装置内部靠近外侧的含杂质、泥沙及较大粒径微生物的污水与中心处较洁净的压载水分别通过环形分隔板实现分隔，其中，污水流入自清洁滤管进行进一步处理，较洁净的压载水直接通过过滤水排水管排出后进行其他处理。

所述的自清洁滤管的工作步骤具体为：

步骤21、经过离心沉降装置处理排出的污水进入自清洁滤管内，当滤管内排污口的阀门关闭时，水流流经管内不同位置的滤网，完成过滤，此时水流中杂质、泥沙以及较大粒径微生物附着在滤网上，并集中在滤网末端；

步骤22、当滤网末端积累杂质较多，滤网上附着杂质堵塞滤网影响过滤效率时，打开排污口阀门，水流将滤网末端杂质冲进排污口，并且水流流速较快从滤网内表面流入排污口时，将滤网上杂质冲刷进排污口实现自清洁功能。

所述的离心沉降装置和自清洁滤管均为金属材质。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)利用现有的过滤处理单元+紫外处理单元可以较好地满足海洋压载水的处理需求，因此本发明主要考虑低洁净度水体相对于海水压载水处理时的难点，低洁净度水体的压载水处理设计的受众是部分航线在内陆的船舶，因此本发明设计为独立单元，可以加装在海水压载水处理设备上做功能拓展。

(2)在过滤单元之前利用离心沉降原理对低洁净度压载水做旋离处理的操作，分离出低洁净度压载水中的泥沙等杂质，为后续的过滤单元降低工作压力，离心沉降装置的处理速度极快，并且能将泥沙含量较大的污水再处理进行排放。

(3)离心沉降装置内水流流向通过选择从下至上的方式，可以降低水流速度，压载水在该装置内更快地进入离心状态，使得该装置内部压载水可以更好的与杂质分离，处理效果更好；并且从下到上的流向需要的单元体积更小，节省了该装置的体积，可以适配于更多的船舶。

(4)低洁净度压载水初步进行离心沉降处理后，从管道(经过初步处理后不经过其他装置直接从管道排出)排出污浊的压载水体积较大，如果将该杂质水体直接收集，可能需要很大的存储装置，不利于船舶作业，因此本发明考虑将初步处理的更浑浊的压载水排入后续的自清洁滤管进行再次处理，集中处理泥沙等杂质，并排出较为洁净的水体。

(5)本发明的自清洗滤管的滤网并非采用封闭式，而是采用半封闭式滤网，压载水可以从一边更快的流入滤网，滤网遍布管内不同的角度，由四分之一椭球面形状安装在管内，滤网末端连接排污口，由阀门控制排污口开闭，采用半封闭式滤网的好处是可以同时在水管的不同角度设计多个滤网同时工作，提高了过滤效果；并且单个滤网的工作压力较小。

(6)每个滤网末端设置排污细管道，两个管道接口处设计阀门控制开闭，阀门关闭时水流只能经过滤网，泥沙等附着在滤网上，实现低洁净度压载水的过滤净化，阀门打开时，压载水流入排污口的同时，较快的水流顺着排污口方向流动可以冲刷滤网上的泥沙，和压载水一起排入排污口达到实时自清洗滤网的效果。

(7)根据不同的水域洁净度，在选择该设备时可以选择滤网的安装密度、自清洗滤管的长度等来匹配相应处理能力的要求，并且在实际处理的过程中可以通过实际的浑浊度测试反馈到阀门上，控制阀门的开闭时间达到更好的控制效果。

附图说明

图1为本发明的离心沉降装置示意图。

图2为本发明的自清洁滤管示意图。

图3为本发明的自清洁滤管排污口阀门关闭示意图。

图4为本发明的自清洁滤管杂质过滤效果示意图。

图5为本发明的自清洁滤管排污口阀门打开排污示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明提供一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，包括离心沉降装置和自清洁滤管两部分，用以适应低洁净度水体的压载水处理，洁净度指水体中所含杂质、泥沙量多少的程度，在一般的情况下，是指单位体积的水体中所含大于等于某一粒径粒子的数量。低洁净度水体即单位体积水体中杂质、泥沙含量较高的水体，本发明中主要指相较于海洋压载水而言泥沙含量较高的水体(例如长三角地区)。

如图1所示，离心沉降装置工作分为两个步骤：

步骤11：压载水通过水泵抽取从进口流入，通过电机使进入的压载水进行离心运动，在空间上分离较大颗粒的杂质和较洁净的压载水；

步骤12：处于离心沉降装置内部靠近外侧的含杂质、泥沙及较大微生物的污水和内部较洁净的压载水通过半径由下至上逐渐增大的环形分隔板实现分隔，其中污水流入自清洁滤管进行进一步处理；洁净度较高的压载水直接排出进入后续其他处理单元。

如图2-4所示，自清洁滤管工作分为两个步骤：

步骤21：经过离心沉降装置处理排出的污水进入自清洁滤管内，当滤管内排污口阀门关闭时，如图3所示，水流流经管内不同位置的滤网，完成过滤。此时水流中杂质、泥沙以及较大微生物附着在滤网上，并集中在滤网末端，如图4所示。

步骤22：当滤网末端积累杂质较多，滤网上附着杂质堵塞滤网影响过滤效率时，打开排污口阀门，水流将滤网末端杂质等冲进排污口，并且水流流速较快从滤网内表面流入排污口时，可以将滤网上杂质冲刷进排污口实现自清洁功能。

本发明的工作原理如下：

该处理单元工作时，由进口入水管道处水泵将压载水抽入处理单元内部，自下方流入该处理单元圆柱体水箱(离心沉降装置)内的压载水由电机带动浆叶高速旋转，水箱内部压载水进入处理单元的同时进行离心运动，利用离心沉降原理使得压载水中的泥沙等杂质(特别是颗粒状沙粒)运动在水箱内侧表面附近，水箱中心泥沙含量在短时间内大幅度降低，达到该处理单元内杂质在一定空间内集中的效果，然后由环形的分隔板进行半分离，分别使得杂质较多、较为浑浊的压载水进入滤管进行再处理，中部泥沙含量极低(洁净度提高)的压载水直接排出；然后污水经过自清洁滤管再处理后和中间洁净度较高的水体一同排出，进入过滤处理单元进行下一步处理。

经过离心沉降装置处理后，由外侧排出的洁净度极低的泥沙水需要进一步处理，再将泥沙和压载水进一步分离。存在的问题是：需要处理的该部分压载水洁净度更低，流量较大，流速较快，如果采用滤网直接处理无法冲洗滤网，本发明的设计可以解决上述问题，既能保证在流速较高的情况下处理速度较快，也能利用压载水自身较高的流速实现实时清洗管内滤网并收集泥沙等杂质。当排污口阀门关闭时，半开放式滤网主要进行过滤处理，压载水流穿过滤网，压载水中的杂质附着在滤网上，通过管道内部不同角度的滤网可以实现压载水的粗滤处理，即使前端的部分滤网因为杂质太多完全堵塞，中部和后端的滤网仍然可以进行实时处理；当滤网上杂质堆积较多时，泥沙等杂质附着在滤网上，并且根据物质特性，泥沙等压载水中的杂质会累积在排污口，此时打开排污口出阀门，滤网末端处排污口突然打开并且滤网附着物较多的情况下，水流会极快的流入排污口，流速较快时冲刷滤网上的杂质达到冲刷的效果，从而起到自清洗的作用，等到滤网再次恢复清洁时，关闭阀门再进行压载水的过滤预处理，由此循环处理离心沉降单元排出的较浑浊的压载水，经过处理排出洁净度较高的压载水至下一单元处理。

Claims (5)

1.一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，其特征在于，包括设置在入水管道上的水泵、底部与入水管道出口连通的离心沉降装置以及分别设置在离心沉降装置顶部的自清洁滤管和过滤水排水管，所述的自清洁滤管的进水口与离心沉降装置顶部外缘连通，出水口与过滤水排水管连通，所述的离心沉降装置为一圆柱体水箱，其底部中心与入水管道出口连通，并在底部进水口位置上方设有一通过电机驱动转动实现压载水离心运动的桨 叶，所述的圆柱体水箱顶部中心处开设一个与过滤水排水管连通的第一出水口，并且在圆柱体水箱顶部边缘处沿周向均匀开设多个分别与自清洁滤管连通的第二出水口，所述的第一出水口与第二出水口间通过一环形分隔板实现分隔，所述的自清洁滤管沿周向均匀设有多条，并且每条自清洁滤管在水流方向上沿周向均匀交错分布有多个半封闭式自清洁滤网组件，每个半封闭式自清洁滤网组件均由设置在自清洁滤管内壁处的滤网、与滤网连通设置在自清洁滤管外壁处排污口以及用以实现排污口启闭的阀门构成，所述的滤网开口朝向水流方向，且纵向截面为四分之一椭球面状。

2.根据权利要求1所述的一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，其特征在于，所述的环形分隔板呈倒锥形台状，其直径由下至上逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，其特征在于，所述的离心沉降装置的工作步骤具体为：

步骤11、压载水通过水泵抽取从底部流入离心沉降装置，通过电机驱动桨叶使进入的压载水进行离心运动，在空间上分离较大颗粒的杂质和较洁净的压载水；

步骤12、处于离心沉降装置内部靠近外侧的含杂质、泥沙及较大粒径微生物的污水与中心处较洁净的压载水分别通过环形分隔板实现分隔，其中，污水流入自清洁滤管进行进一步处理，较洁净的压载水直接通过过滤水排水管排出后进行其他处理。

4.根据权利要求1所述的一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，其特征在于，所述的自清洁滤管的工作步骤具体为：

步骤21、经过离心沉降装置处理排出的污水进入自清洁滤管内，当滤管内排污口的阀门关闭时，水流流经管内不同位置的滤网，完成过滤，此时水流中杂质、泥沙以及较大粒径微生物附着在滤网上，并集中在滤网末端；

步骤22、当滤网末端积累杂质较多，滤网上附着杂质堵塞滤网影响过滤效率时，打开排污口阀门，水流将滤网末端杂质冲进排污口，并且水流流速较快从滤网内表面流入排污口时，将滤网上杂质冲刷进排污口实现自清洁功能。

5.根据权利要求1所述的一种离心沉降和自清洁滤管组合式低洁净度压载水处理单元，其特征在于，所述的离心沉降装置和自清洁滤管均为金属材质。

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