CN116528982A - 用于处理水域的微浮选设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微浮选设备，所述微浮选设备具有：用于产生压力水的装置；卸荷阀，所述卸荷阀设置在预先规定的水深处；压力水管道，所述压力水管道将所述用于产生压力水的装置与所述卸荷阀连接；支承结构，所述支承结构将所述卸荷阀保持在预先规定的水深处，其特征在于，所述微浮选设备确定为用于处理水体，并且具有设置在卸荷阀下游的微泡稳定区，所述微泡稳定区域通过底壁和与底壁连接的、环绕的侧壁与周围的水体隔开。

Description

用于处理水域的微浮选设备

技术领域

本发明涉及一种用于处理水域的微浮选设备。

背景技术

微浮选设备主要用于处理工业废水。所述微浮选设备具有浮选池，将要处理的废水导入所述浮选池。在浮选池的内部产生微气泡，所述微气泡附着在污物上并且随污物一起缓慢地向表面上浮。必要时可以添加絮凝剂。在表面上形成的泡沫可以简单地吸出或撇除。为了产生微气泡，将已经处理的废水的一部分以提高的压力加充气体，所述气体在理想情况下一直溶解到达到饱和浓度。这种加压水通过管道到达卸荷阀，在这里，出现冲击式的降压。由于这种降压形成大量微气泡，这种微气泡具有理想地较为均匀的、在约30μm至约50μm的范围的尺寸。

为了处理水域已知的是，在水域的岸上设置这种微浮选设备并且将要处理的水从水域导入浮选池。在文献DE 44 33 634 C2中记载了一个例子，这个例子具体地涉及降低水域的磷酸盐含量并且在这个例子中将浮选池设置在一个容器中。已得到验证的微浮选技术毫无问题地适于这种用途，但在岸上设置微浮选设备连同所需的管道是复杂且灵活性较差的。

由文献DE 10 2010 026 168 A1已知一种设置在船舶舰上的微浮选设备，在这种微浮选设备中，将多个卸荷阀在水面之下设置在水域中。微气泡应在船舶后方上浮并且应利用专门的输送装置将在水面上形成漂浮物输送到船舶中。

由文献EP 3 647 272 A1已知一种微浮选设备，所述微浮选设备具有浮动体并且所述浮动体可以浮动地设置在水域的表面上。在水面下方设置一排卸荷阀。在水面附近设有阻挡结构，漂浮物可以收集在阻挡结构的内部。由文献DE 10 2010 026 168 A1已知一种类似的设备，所述设备在水域上漂浮并且由船舶拖动。

由文献DE 37 33 583 A1已知一种用于由压力充气的液体产生微气泡的装置，所述装置作为卸荷机构具有空心锥形喷嘴和设置在空心锥形喷嘴下游的盖板。

由文献DE 690 03 470T2已知一种具有权利要求1的前序部分的特征的微浮选设备。

发明内容

以此为出发点，本发明的目的是，提供一种用于处理水域的微浮选设备，所述微浮选设备使得能够更高效地产生微气泡。

所述目的通过具有权利要求1的特征的用于处理水体的微浮选设备来实现。所述微浮选设备具有：

用于产生加压水的装置，

卸荷阀，所述卸荷阀设置在预先规定的水深处，

加压水管道，所述加压水管道将所述用于产生加压水的装置与所述卸荷阀连接，

支承结构，所述支承结构将所述卸荷阀保持在预先规定的水深处，其中，

设置在卸荷阀下游的微气泡稳定区通过底壁和与底壁连接的、环绕的侧壁与周围的水域隔开。

用于产生加压水的装置可以具有带有用于水的入流管道和用于气体、特别是空气的供应管道的压力容器。在入流管道中可以设置泵。入流管道的自由端可以设置在水域的水面之下。在用于气体的供应管道中可以设置压缩机。在所述压力容器中将水和气体相互混合。所述气体在提高的压力下溶解在水中，优选直至达到或几乎达到饱和。

作为使用通入压力容器中的用于气体的供应管道的备选方案，可以在用于加压水的入流管道中设置文丘里喷射器，利用所述文丘里喷射器从周围环境吸入空气。在这种情况下，在入流管道中已经发生了水和气体的充分混合。

通过加压水管道可以从压力容器中提取所产生的加压水并将其导向卸荷阀。所述卸荷阀位于预先规定的水深处并且具有至少一个出口，加压水从所述出口流出。在加压水流动通过卸荷阀期间，压力从在卸货阀上游在加压水管道中形成的过压向在出口的周围环境中存在的环境压力(取决于所述水深)降低。在这个降压过程中，形成大量气泡。

所述支承结构将卸荷阀保持在预先规定的水深处。所述支承结构可以选择固定在微浮选设备的浮动体上并且从这里一直向下延伸到希望的水深。备选地，所述支承结构也可以设置在水域的底床上并且从这里向上延伸到希望的水深。所述预先规定的水深可以根据相应的要求来选择。特别是所述支承结构可以具有用于将卸荷阀固定在不同的水深处的调节机构。

本发明基于这样的认知，即，所描述的降压过程在将卸荷阀设置在露天水域中时有效性较差。特别是已经观察到，与导入的加压水量相关地，在很多情况下仅形成很少的微气泡。据猜测，造成这种低效率的原因在于高浓度梯度。由于溶解在水域周围的水中的气体的浓度较低，在降压时形成的、微小气泡的大部分直接溶解在水中。这似乎是快速发生的，从而不能形成稳定的微气泡或仅形成很少稳定的微气泡。与加压水导入较小的浮选池中的传统微浮选设备相反，水域的水体可以吸收大量气体。因为较大量的水持续地与卸荷阀周围环境中的水发生交换，也会出现更强的混合。

在本发明中，通过微气泡稳定区来消除过大的浓度梯度。所述微气泡稳定区设置在卸荷阀的下游，从而气体/水混合物在通过卸荷阀之后流入微气泡稳定区。所述微气泡稳定区的特征在于，所述微气泡稳定区通过底壁和与底壁连接的环绕的侧壁与周围的水域隔开。位于微气泡稳定区中的水特别是由于微气泡稳定区通常是向上敞开的而与周围的水域出于持续的交换中，尽管如此，所述交换通过所述的壁部受到很大的限制并且是在扩散以及流动过程上都受到限制。由此，与周围的水域中相比，在微气泡稳定区快速建立溶解的气体更高的浓度。在降压时形成的微小气泡因此以较小的程度溶解在周围的水中。

由此有足够的时间形成稳定的微气泡，所述微气泡理想地大部分具有在20μm至60μm的范围内，特别是在30μm至50μm的范围内的直径。这个尺寸的微气泡由于其高内压和其相对于表面较大的体积(相对于开始形成的微小气泡)对于溶解在周围的液体中敏感度较低。如果所述微气泡特别是由于其缓慢向上浮起而从微气泡稳定区流出，所述微气泡因此可以如希望的那样附着在水域中所有形式的污物上并将所述污物缓慢地输送到水面上。

所述底壁和侧壁将微气泡稳定区与周围的水隔开，特别是所述微气泡稳定区此外可以向上敞开，由此形成钵状的容器。但朝侧面和朝底部这种分隔结构都不必是完整的，因为与周围的水域有一定的交换可能是可接受的。

在一个设计方案中，所述微气泡稳定区的直径为加压水管道的内径的十倍或更多。所述微气泡稳定区例如可以在约10cm至100cm的范围。微气泡稳定区的高度可以对应于侧壁的高度或者说对应于底壁与侧壁的上边缘之间的间距，微气泡稳定区的高度同样可以在约10cm至100cm的范围内。试验表明，在使用所述尺寸的微气泡稳定区时，实现了特别高效的微气泡生成。可以理解的是，所述微浮选设备可以具有多个卸荷阀。在这种情况下，可以给每个卸荷阀都配设自己的具有底壁和侧壁的微气泡稳定区。同样可以的是，在一个共同的微气泡稳定区内部设置多个卸荷阀。在这种情况下，使用较大的微气泡稳定区是有利的。

在一个设计方案中，所述侧壁具有上边缘，所述上边缘在预先规定的水深处设置在卸荷阀的上方。由此，可以在微气泡稳定区上方实现与周围水体的持续交换。

在一个设计方案中，所述卸荷阀具有出口，所述出口设置在底壁的上侧上。所述出口特别是可以设置在底壁的中央。所述出口可以是卸荷阀的阀间隙。但由于结构类型，所述卸荷阀的阀间隙通常位于卸荷阀的壳体的内部，并且在卸荷阀壳体之内连接一个短的管道段，所述管道段一直分布到所述出口。流出的气体/水混合物理想地应尽可能直接在通过阀间隙之后就流入微气泡稳定区中。将所述出口直接设置在底壁的上侧上或底壁本身中对此是特别有利的。

在一个设计方案中，在所述底壁和/或侧壁中构成至少一个入流口，来自水体的水能通过所述入流口流入所述微气泡稳定区中。受污染的水通过所述入流口适度地流入所述微气泡稳定区中可能是合理的，由此可以提早地使已经稳定形成的微气泡附着在污物上。但入流口应具有这样的尺寸，即，使得与导入微气泡稳定区气体/水混合物的体积流量相比仅有很少的环境水流入。例如所述至少一个入流口的尺寸可以设计成，使得与通过卸荷阀的出口的气体/水混合物大致相同量的环境水流入。否则不能或不能以最佳的程度实现微气泡稳定区的边界的所说明的有利作用。

在一个设计方案中，在底壁中构成多个入流口。由此可以有助于构成总体上从下向上分布的流动。

在一个设计方案中，所述至少一个入流口的尺寸和/或打开的入流口的数量是可调的。由此可以使通过入流口进行的环境水流入与导入的加压水量相协调。

在一个设计方案中，在所述微气泡稳定区中在底壁上方设置撞击板。所述撞击板特别是可以平行于底壁定向。所述撞击板可以使得在微气泡稳定区中构成“内部分区”，所述内部分区设置在底壁与撞击板之间。在所述内部分区中，更为快速地建立溶解的气体的高浓度，由此可以再次提高形成微气泡的效率。同时，撞击板可以防止微气泡过快地上浮。

在一个设计方案中，撞击板与底壁之间的距离为侧壁高度的50％或更小。试验表明，这有助于实现高效生成微气泡。

在一个设计方案中，微浮选设备具有浮动体，所述浮动体与支承结构连接，从而所述微浮选设备能浮动地使用。这样，所述微浮选设备特别是可以在水域表面上浮动，即自由漂浮。但所述微浮选设备也可以保持在确定的位置处或有选择地利用驱动装置移动。

在一个设计方案中，所述微浮选设备具有氢存储器和氢动力的燃料电池。以这种方式，可以以环境相容的方式提供微浮选设备需要的能量(主要是用于使生成加压水的装置运行连续要求的电功率)。甚至根本不会出现例如由于在使用柴油机组时流出的燃料对水域的污染。

在一个设计方案中，氢存储器设置在所述浮动体中或形成所述浮动体。为了船舶的舰上使用，氢存储器可以以耐抗海水的实施形式获得。由于其中存储的氢较小的比重，这种氢存储器理想地适合于用作浮动体。

在一个设计方案中，所述水域是天然水域，特别是湖泊、河流或海洋。对于天然水域使用浮动的微浮选设备是理想的，因为不需要对在很多情况下敏感的生态系统进行持续的介入。特别是水域的岸和底床可以保持基本上不被触动。

在一个设计方案中，所述水域是人工建设的水域，特别是池塘、水渠或用于雨水或洪水的截留调节池。所述人工水域的水体通常具有很大的例如1000m³或更大的体积，这使得有微气泡稳定区根据本发明的构成方案是必要的。

在一个设计方案中，所述微浮选设备具有位置监控系统和行驶驱动器以及与所述位置监控系统和行驶驱动器连接的控制器，所述控制器构造成用于，在预先规定的第一时间段将所述微浮选设备保持在第一位置，接下来使所述微浮选设备移动到第二位置，并且在预先规定的第二时间段将所述微浮选设备保持在所述第二位置。所述位置监控系统特别是可以是卫星导航系统，如GPS。所述行驶驱动器特别是可以是电动行驶驱动器，所述行驶驱动器具有设置在水下的螺旋桨。对于流水，所述第一位置和第二位置可以理解为相对于流动的水的位置。在这种情况下，在预先规定的第一时间段期间，所述微浮选设备随着流动的水域漂浮，以便接下来能够运动到另一个位置。对于静止的水域，第一和第二位置可以相对于水域的水底床确定。在这两种情况下，在相应预先规定的时间段期间净化水体的确定的部分体积。就是说，在两种情况下(流水或静止水域)实现准静止的运行，其中，在预先规定的时间中处理水体确定的部分体积。

附图说明

下面参考在图中示出的实施例详细说明本发明。

图1用示意图示出一个微浮选设备。

具体实施方式

图1的微浮选设备浮动地设置在天然水域中。所述水域具有水体10、水域底床12和水面14。

所述微浮选设备具有两个浮动体16和一个支承结构18，所述支承结构将所述浮动体16相互连接，从而整个微浮选设备能够浮在水面14上。用于产生加压水的装置包括压力容器20，可以经由入流管道22持续地从水体10向所述压力容器供应水，所述入流管道的自由端部设置在水面14之下。为此，可以在入流管道22中设置未示出的泵。此外，仅示意性示出的气体管道24通入压力容器20。在所述气体管道24中可以设置未示出的压缩机。通过所述气体管道24可以持续地向压力容器20供应空气。在压力容器20中存在提高的压力，例如在2bar至10bar范围内的压力，这使得包含在空气中的气体溶解在水中。给所形成的加压水26加充包含在空气中的气体，在理想情况下直至达到饱和浓度。

在水面下方4设置卸荷阀28。所述卸荷阀32通过支承结构指向下面的部段44保持在预先规定的水深处，所述部段与侧壁28连接并且经由所述侧壁与底壁36连接。所述卸荷阀28通过加压水管道30与压力容器26连接。在所述卸荷阀28的内部存在阀间隙32，在所述阀间隙处发生所说明的降压过程。所述阀间隙32在示例性示出的卸荷阀28中由于结构形式而大致位于阀壳体的中央。卸荷阀28的阀壳体在上端部上具有多个出口34，气体/水混合物在降压之后不久就在出口处从卸荷阀28的壳体中流出。

所述卸荷阀28的出口34直接位于底壁36的上方，所述底壁水平设置并且卸荷阀28设置在所述底壁的中央。底壁36的边缘与环绕的侧壁38连接，所述侧壁竖直定向。所述底壁36与侧壁38以其将设置在其内部的微气泡稳定区42与周围的水体10隔开。在底壁36的上方且平行于底壁设置撞击板40，所述撞击板处于与底壁36隔开较小的间距的位置处。所述撞击板的直径大致为底壁36的直径的一半，从而在撞击板40的侧向形成较宽的圆环形的通道。

直接在通过阀间隙32之后，在加压水26中形成微小的气泡。气体/水混合物通过出口34快速流入微气泡稳定区42，在这里在底壁36和撞击板40之间的区域中开始形成稳定的微气泡。这个过程在缓慢上浮通过微气泡稳定区42期间停止，从而在侧壁38的上边缘的高度上提供大量稳定的微气泡，这些微气泡继续向上朝水面14上浮并且此时附着在存在于水体10中的污物上并将所述污物一同携带到水面14。在这里构成的漂浮物可以简单地清除，例如借助于输送装置和/或通过在水面14上进行抽吸来清除。

据猜测，微气泡稳定区通过减小卸荷阀周围溶解的气体的浓度梯度来实现其对形成稳定的微气泡有利的作用。例如，水体中溶解的氧气的浓度在约7mg/l的范围内。在微气泡稳定区中，快速建立例如约为25mg/l的较高浓度。

附图标记列表

10 水体

12 水域底床

14 水面

16 浮动体

18 支承结构

20 压力容器

22 入流管道

24 气体管道

26 加压水

28 卸荷阀

30 加压水管道

32 阀间隙

34 出口

36 底壁

38 侧壁

40 撞击板

42 微气泡稳定区

44 支承结构的部段

46 入流口。

Claims (13)

1.微浮选设备，所述微浮选设备具有：

用于产生加压水(26)的装置，

卸荷阀(28)，所述卸荷阀设置在预先规定的水深处，

加压水管道(30)，所述加压水管道将所述用于产生加压水(26)的装置与所述卸荷阀(28)连接，

支承结构(18)，所述支承结构将所述卸荷阀(28)保持在预先规定的水深处，其特征在于，

所述微浮选设备确定为用于处理水域，并且

具有设置在卸荷阀(28)下游的微气泡稳定区(42)，所述微气泡稳定区域通过底壁(36)和与底壁连接的、环绕的侧壁(38)与周围的水域隔开。

2.根据权利要求1所述的微浮选设备，其特征在于，所述微气泡稳定区(42)具有为加压水管道(30)的内径的十倍或更大的直径。

3.根据权利要求1或2所述的微浮选设备，其特征在于，所述侧壁(38)具有上边缘，所述上边缘在预先规定的水深处设置在卸荷阀(28)的上方。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的微浮选设备，其特征在于，所述卸荷阀(28)具有出口(34)，所述出口设置在所述底壁(36)的上侧上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的微浮选设备，其特征在于，在所述底壁(36)中和/或在所述侧壁(38)中构成至少一个入流口(46)，水能够通过所述入流口流入微气泡稳定区(42)中。

6.根据权利要求5所述的微浮选设备，其特征在于，在所述底壁(36)中构成多个入流口(46)。

7.根据权利要求5或6所述的微浮选设备，其特征在于，所述至少一个入流口(46)的尺寸和/或打开的入流口(46)的数量是可调的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的微浮选设备，其特征在于，在所述微气泡稳定区(42)中在底壁(36)上方设置碰撞板(40)。

9.根据权利要求8所述的微浮选设备，其特征在于，所述碰撞板(40)与所述底壁(36)之间的距离为所述侧壁(38)的高度的50％或更小。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的微浮选设备，其特征在于，所述微浮选设备具有浮动体(16)，所述浮动体与支承结构(18)连接，从而能够浮动地使用所述微浮选设备。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的微浮选设备，其特征在于，所述水域是天然水域，特别是湖泊、河流或海洋。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的微浮选设备，其特征在于，所述水域是人工建造的水域，特别是池塘、水渠或用于雨水或洪水的截留调节池。

13.根据前述权利要求1至12中任一项所述的微浮选设备，其特征在于，所述微浮选设备具有位置监控系统和行驶驱动器以及与所述位置监控系统和行驶驱动器连接的控制器，所述控制器构造成用于，在预先规定的第一时间段将所述微浮选设备保持在第一位置，接下来使所述微浮选设备移动到第二位置，并且在预先规定的第二时间段将所述微浮选设备保持在所述第二位置。