CN1228359A - 装填液体的浮选净化装置 - Google Patents

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Abstract

一种浮选法净化含有固体物质的液体净化装置,包括一个接纳待净化液体的箱体(10),其特征在于:许多没在箱体(10)内U形部件(11,20),它们大致平行配置并相互间隔一距离,并可相对水平面倾斜;“U”部件的开口朝上;并在底部区域容纳一个入口或出口收集器(12,26)。本发明作了两种净化方案的优化设计,使其兼顾其优点且结构紧凑。

Description

装填液体的浮选净化装置
本发明涉及一种采用层式浮选的净化装置。如果液体中的悬浮物质的密度小于液体的密度，那么利用本发明的装置能通过自然浮选法来加速分离液体中的悬浮物质，在下文中，将悬浮物质简写为MIS。本发明还可与采用溶解空气的浮选技术结合使用。在这两种应用中，所使用的本发明的装置具有相同的结构与工作原理。
一般称这种利用浮选法和层选技术的净化方法为斜板浮选或层式浮选。
在这里所描述的方法和装置被特别设计成可从液体废物中加速分离悬浮物质。
已有的这种类型的装置一般采用如下技术：
A/层式分离技术，当悬浮物质MIS的密度与液体的密度不相同时，利用这种技术来加速从液体中分离悬浮物质。如果悬浮物质的密度小于液体的密度，那么就称这种技术为层式浮选净化技术。对于这种层式分离的基本原理及这种技术的优点，在此将不作描述，因为这些被认为是公知的。
B/利用溶解空气的浮选技术。
这种技术经常与层式分离技术结合使用。这种技术利用了通过适当的装置可产生小空气泡(式另外气体)的特性，这种特性就是这些小气泡能附着在颗粒上，即附着在液体中的悬浮物质上，并把它们带到液体的表面。在这种情况中，它被称作强迫浮选。
下面将结合图1和图2A-2C，简要描述从液体中进行层式浮选分离的原理：
应该事先指出，在使用溶解空气的浮选技术的例子中，对于用于制造浮选所必需的小空气泡的装置，在此不作描述，因为它被认为是公知的。简单地假设欲将从液体中分离出去的悬浮物质的密度小于液体的密度，或者是由于利用了小气泡来使这些悬浮物质“变轻”，从而使它能漂浮起来。
带有悬浮物质的液体从斜板(1)之间被引入，这些斜板也被称作薄板(见图1)。在各附图中，悬浮物质用一些小圆圈来表示。这些悬浮物质向上运动，直到到达所说薄板的顶板表面。因此，这些悬浮物质沿着每一块薄板向上滑动。滑动的方向如虚线(2)的箭头方向所示，这些悬浮物质滑动到所说的每一薄板的顶端。当到达顶点时，悬浮物质从薄板上分开，并上升到液体表面。于是，那些颗粒所占据的空间被释放，并被已净化的液体所充填。这些被净化了的液体是沿着底板以箭头(3)所指方向滑动的，即，与悬浮物质的向上运动方向相反，也就是从顶部向下滑动的。因此，被净化了的液体与悬浮物质穿过两块薄板之间，从而被分开：悬浮物质位于顶部，而被净化了的液体则位于底部。
根据待净化液体相对于薄板的流入方向，存在三种类型的薄板净化器：
1/相同流向的净化器(图2A)
待净化液体(4)从底部向上流入。在薄板(1)之间，悬浮物质与液体在相同的方向上流动。
从理论上来说，这是一种非常好的技术方案，因为悬浮物质是在相同的方向上流动的，因此，净化液体的流动不干扰悬浮物质的向上流动。而实际上，考虑到在分离被净化了的液体时存在的问题，这种技术方案几乎没在实际中应用过。其中的原因是，悬浮物质与净化液体位于这些薄板的同一侧，它们易于在薄板上部区域重新混合。
2/交叉流向的净化器(图2B)
待净化的液体是从装置的侧面横向流入，流入方向如箭头(4)所示，因此，待净化的液体与悬浮物质的流动方向与液体的流入方向垂直。由于流量的平均分配上存在的问题，使得这种技术中实际中很少被使用。
3/反向流动净化器(图2C)
待净化的液体是从顶部向下沿着箭头(4)所示方向流入的。这种技术是在实际中最常用，因为在这种情况下，悬浮物质与净化液体被明显分开：悬浮物质被分离到薄板的上部，而净化液体被分离到薄板的下部。然而，使用这种技术方案会遇到如下几个问题：
●对于相同的基础表面积，为了增大总的投影表面(TPS)，从而增大浮选的分离能力，就必须：
■减小薄板之间的距离；但是，薄板之间的距离越小，悬浮物质上升所形成的幕帐与下沉的净化液体之间的摩擦就越大，这会对悬浮物质的向上流动产生干扰。
■增大薄板的长度，以便能增大薄板之间的通过率；实际上，薄板的长度取决于有待除去的悬浮物质的量以及悬浮物质的幕帐的聚密性。如果薄板太长，就容易在顶部被漂浮物质所形成的过大的幕帐胀满；
●在位于薄板上部的空间内，在薄板之间浓缩的漂浮物质与待净化的液体相接触。从而，使这些漂浮物质又被液体再稀释，而且其中的一些漂浮物质被薄板之间的液体再次带走，这就减小了分离的效率。
实际上，这些问题反映在可施加的上升极限速度Va=(流速/投影表面)减小了，这个速度是层状漂流相对于竖直漂流的速度。这个上升极限速度的减小取决于以下几个因素：
■颗粒的漂浮速度：漂浮速度越大，层状漂浮的上升极限速度就
越接近竖直流动的漂浮速度；
■MIS的浓度：浓度值越高时，层状漂浮上升的极限速度就相对
垂直上浮流越下降。
■漂浮物质所形成的幕帐的聚密性：漂浮物质越容易聚集，层状漂流的上升速度就越接近竖直流动的上升速度。
这些种种因素的影响导致这种层状净化在其理论上能很好地使用。
作为一种指导，在采用溶解空气的浮选法来净化液体状废物的情况下，最大的理论漂浮速度为18m/h。实际上，对于最先进的结构，竖直流动的漂浮要局限于约8m/h，而某些层状漂浮的制造者被限制在上升极限速度Va仅为2m/h，大概是因为上面所提的流动限制。
从这些各种评论中可以看出，利用同向流动净化法可以快速地分离大量的悬浮物质，但是，另一方面，这种同向流动净化法只能进行粗糙的净化。相比之下，对于小量的悬浮物质而言，反向流动净化法具有良好的净化效果，并且能获得高质量的净化效果。但是，这种净化方法大大地受待处理的废物中的悬浮物质的浓度的影响。
本发明的目的是利用所讨论的这种类型的净化器，在最佳状态下这种净化器能分别利用同向流动与反向流动两种技术，通过对从液体中分离固体悬浮物质的分离能力进行优化，使得该净化器同时能克服上面所提到的以及开始所提到的一些缺陷。
这种净化器包括浸在净化箱内的许多U形部件，所说的这些部件大致相互平行地配置，彼此相隔一定的距离，且相对于水平面是倾斜的，U形部件的开口部分朝上，每个所说的部件在它的基部区域还有一个入口收集器或出口收集器。
通过下面的实施例，并结合附图，可以更清楚地理解本发明的实施方式及其优点，其中的实施例并不是限定性的。
图1是表示浮选层式净化的基本原理。
图2A、2B、2C表示浮选层式净化的三种类型，它们是根据待净化液体的流入方向的不同来划分的。
图3A表示根据本发明中的装置在浮选净化时，待净化液体从U形部件之间流入，并在这些部件的底部内侧除去被净化了的液体的工作原理，
图3B表示根据本发明中的装置在浮选净化时，待净化液体从U形部件底部内侧流入，并在这些部件之间除去这些被净化了的液体的工作原理。
图3C表示与在图3A中所描述的原理相同的原理，但是，在这里U形部件是成竖直排列的。
图3D表示与图3B相同的原理，但是在这个例子中，U形部件是竖直排列的。
图4表示一些可选择利用的部件，这些部件可以与本发明装置结合使用。
图5A表示根据本发明的一部件，它没有侧面挡板。在这个例子中，是利用净化箱的壁面来封闭U形部件的两侧。
图5B表示根据本发明的一个部件，它具有牢固地固定在U形部件上的侧面挡板。
图6A是配备了本发明装置的浮选净化装置的纵向剖面示意图，其中的U形部件是水平排列的。
图6B表示图6A中的装置的横向剖面图。
图7A表示配备了本发明装置的浮选净化装置的另一个实施例的纵向剖面图，其中的U形部件具有竖直排列的。
图7B表示图7A中的装置的横向剖面图。
图7c表示图7A中的装置的一种变型纵向剖面图。
根据本发明的装置，可以同时采用浮选层式的两种技术，首先是同向流动的技术，然后是反向流动的技术。
根据本发明的第一特征，净化器包括多个(至少2个)U形部件(11)，其相对于水平面的倾为α，并被浸没在箱(10)内，这在图3A-3D中清楚可见，于是被定位在液体表面之下了。每个部件(11)都配备一个收集器(12)，这个收集器位于该部件封闭端一侧的底部。这些收集器一般由一个管状部件构成，它沿一条母线敞开着。部件(11)之间相互间隔一定距离并成排地配置。
每个部件(11)的两臂之间的间距是通过选择来确定的，所选的距离能使这个部件足够允许把漂浮物质(5)与净化液体分离开。还应指出的是，尽管两个相邻部件(11)之间的间距不必等于同一个部件两臂之间的间距，但是这个间距也是通过选择出来的，以使部件满足相同的条件，即它足够允许把漂浮物质(5)与净化液体分离开。作为一种指导，实际上，U形部件(11)两臂或称两板之间的间距在5cm至15cm之间。
正如图中可以看到的那样，这些部件可以呈水平排列的结构(图3A,3B)，也可以呈竖直列结构或相邻两个部件之间具有水平偏移的竖直结构(图7C)。
每个部件(11)的封闭端朝下，开口端朝上。
本发明的装置能采用两种结构来运作。
结构1(图3A,3C)：
待净化的液体从部件(11)的封闭端的外部引入。液体以箭头(4)的方向在部件(11)之间渗透，直到这种液体到达部件(11)的底部。在所说的部件(11)之间，漂浮物质(5)向上浮起，直到它接触部件(11)的底外壁，然后沿着所说的壁面向上滑动。当到达部件(11)的顶部时，漂浮物质向位于部件(11)上方的液体表面疏离。这些(完全被净化或被部分净化的)液体又从底部以箭头(3)所示的方向向上流动。在这部分液体通路内，是根据同向流动原理来对液体进行净化的。
接着，(被完全净化或被部分净化的)液体在每个部件(11)内部沿箭头(3)所示的方向从顶部向下下降，在此处根据反向流动原理进行第二次分离。漂浮物质(5)沿着所说部件的顶壁，但仍在每个部件的内部，按箭头(2)的方向向上升起。被净化了的液体由收集器(12)被收集在每个部件(11)的底部，并把净化了的液体从净化箱(10)中排走。其中的部件(11)配置了收集器(12)。
结构2(图3B-3D)
待净化的液体通过收集器(12)从每个部件(11)的内部被引入净化箱(10)内。液体在部件(11)的内部沿箭头(4)的方向从底部向上流动，直到它到达所说部件的顶部。在部件(11)内部，漂浮物质(5)向上浮起，直到到达部件(11)的内壁的顶部，然后沿着所说的壁面滑动。当到达部件(11)的顶端时，漂浮物质就向位于部件(11)上方的液体表面疏离。(被完全净化的或被部分净化的)液体又沿箭头(3)的方向从底部向上流动。在这部分液体通道上，是根据同向流动原理来净化液体的。
接着，(被完全净化的或被部分净化的)液体在部件(11)之间沿箭头(3)的方向从顶部向下下降，在此，根据反向流动原理来进行净化。漂浮物质(5)沿着每个部件的外底壁按箭头(2)的方向向上浮起。净化了的液体被收集在位于部件(11)的封闭端的下方或该侧存在的空间内，并将被净化了的液体从净化箱(10)内撤走。
根据本发明的净化装置的功能与U形部件(11)的结构及使用这种部件密切相关。部件的封闭侧依次地设置在待净化液体的入口侧。部件的底部位于底部，开口侧位于顶部，这在前面已经描述过。位于部件(11)内部的空间在竖直方向上是由构成U形部件的臂的两斜壁构成的，而在横向上是由净化箱(10)的两相对壁面或是由该部件上的壁面来构成的。这样，每个部件包围一个空间，进入这个空间的唯一路径是经过所说部件上方的开口侧。本发明装置的这种部件的配置，可使得净化装置能使液体在部件之间从底部向上流动，然后在每个部件内部从顶部向下流动，如图3A和3D中的结构1。根据图3B和3D所给出的结构2，液体首先在部件内部从底部向上流动，然后在这些部件之间从顶部向下流动。
无论使用哪种结构，它都涉及使用相同净化方法的相同装置。本发明的净化装置按两个方向来运作。
这种倾斜的U形部件可以按如下几种方式使用：它们可被固定到净化箱(10)(图3A、3B、3C、3D)上。每个部件(11)可以独立地被固定在净化箱(10)内。在适当情况下，可用两个或两个以上部件(11)来构成一个组合单元。部件¨还可由净化箱外部的一支撑件支撑。
此外，U形部件(11)可设计成水平结构，在这种结构中，这些部件被设置在净化箱内的相同高度上，并彼此相互平行(图3A、3B、6A)。这些部件也可以被设置成竖直结构，在这种竖直结构中，这些部件被设计成相互平行(图3C,3D,7A)，并一个位于另一个之上。最后，它们可以是一种称之为倾斜的结构配置，其中，它们相互平行定位并一个在另一个上方，同时，沿着一条斜线相互错位一定距离(如图7C)。无论选用何种结构，每个部件的封闭侧总是位于其开口侧的下方。
部件(11)可由金属、塑料、织物、陶瓷或其它平的或能成型的刚性或柔性材料制成。适当时，部件(11)可由几个不同的部分来形成一个组合单元。
每个部件(11)的壁件可以是直的或弯曲的，可以是平行的，也可以不平行。每个部件的壁件可具有相同的长度，也可以长度不同(如图4；L1=L2或L1＜L2或L1＞L2)。
可以在部件之间设置一块或多块平行板(13,14)(图4)。同理，(如图4所示)可在部件的内部设置一块或多块平行板(15,16)。这些板也被设置成与构成部件(11)的臂相平行，设置这些板，目的在于减弱在入口处或部件之间可能发生的横向紊流，并更好地对流动进行导向。
部件(11)相对于水平面倾斜一角度α。适当时，可以将部件竖直设置。利用一个设置在部件内部或简单地连接在部件底部的收集器(12)可把已被净化了的液体收集到每个部件(11)的底部。每个部件(11)的两侧可以是横向开口的(图5A)。在这种情况下，净化箱(10)的壁件本身可用用于把部件的外部空间与内部空间分开。
每个部件(11)在两侧面可用一壁件(17)在侧面上进行封闭，每个部件可包括肋板(18)，也可以不设肋板(18)(如图5B所示)。在这种情况下，可以知道，壁件(17)与净化箱(10)之间的距离应足够小，以便避免液体在壁面(17)与净化箱壁面之间发生流动，从而使得所有的待净化液体从部件(11)之间通过。
图7C表示图7A所示本发明净化器一种变型。相对于后一种净化器而言，可以看出，首先，U形部件的列(20)不是竖直的，而是倾斜的。其次，由一个位于净化箱(21)底部的简单连接件来取代分配收集器(22)。最后，这一部件列(20)在顶部并不受壁件(33)的限制，在这里，壁面(33)可以被移去，从而所有的待净化的液体不是被强制在部件(20)之间流过：事实上，有一部分漂浮物质没有经过部件之间，而是直接浮到液体表面。
部件(11,20)的数目取决于净化器的大小，在这个例子中，部件的数目并不重要。待净化的液体经入口收集器(22)被引入。待净化的液体在所说部件(20)的封闭端一侧经过入口收集器(22)上的开口(23)流入净化箱(21)(图6A,6B,7A)，或直接流入净化箱(21)(如图7C所示)。漂浮物质根据上面结合附图3A和图3C所描述的原理上浮到液体表面。一旦漂浮物质聚集到液体的表面，就将这些漂浮物质例如用一螺旋戽斗(24)排向出口容器(25)。戽斗通过一个外部驱动器(32)来驱动。也可以用一个表面清除器，通过简单地将漂浮物质溢流到排水道中去或其它方式，从而除去漂浮物质。
被净化了的液体在部件(20)内部下降，并通过一个穿有孔的收集器(26)来收集，并被排向出口收集器(27)。净化箱(21)内的液面高度通过一个由压力监测器(29)控制的调节阀(28)来调节。
除了漂浮物质外，如果液体中还包含一些可沉淀的物质，那么可用形成净化箱底部的倒锥形容器(30)来收集这些可沉淀的物质。这个倒锥形容器定期被自动清洗，或用手动阀(31)来定期清空。也可以采用底部清除器或其它装置来收集这些可沉淀的物质。
作为一种指导，图6A和图6B中所描述的净化器的主要尺寸可以采用下面的数量级：
总长度：    3米
总宽度：    2.5米
总高度：    3米
U形部件相对于水平面的倾角为55度。
作为一种指导，图7A、图7B及图7C中所描述的净化器主要尺寸可采用下面的数量级：
总长度：    2米
总宽度：    2.2米
总高度：    4米
U形部件相对于水平面的倾角为50度。
流动可以是自然流动，也可以是强迫流动。在后一种情况中，可以通过在此未描述的外部装置来产生小气泡(空气的或其它气体的泡)，并将这些气泡引入净化装置上游侧的入口收集器(22)内，从而产生强迫流动。
经过一些微小的修改，上面所描述的装置也可以按相反意义来工作，即根据图3B和图3D中所示的结构2来实施。因此，待净化的液体经过收集器(27)被引入，并通过收集器(12)在部件(20)内进行分配，水平调节阀(28)可被安置在收集器(22)上。在这种情况下，部件(20)的底壁要比顶壁短。
通过对液体废物和废水处理的描述，可以清楚地知道本发明净化装置所具有的优点。理由是，除了对净化进行了优化外，它还能显著减小这种装置的体积。

Claims (11)

1、一种通过浮选法来净化含有固体物质的液体的净化装置，包括一个用于接收待净化液体的箱体(10)，其特征在于：它包括许多浸没在箱体(10)内的U形部件(11,20)，所说的部件被设计成大致相互平行，并相互间隔一定的距离，并相对于水平面倾斜，“U”形部件的开口侧朝上，每个所说的部件在其底部区域还容纳一个入口或出口收集器(12,26)。
2、根据权利要求1所述的浮选净化装置，其特征在于：U形部件(11,20)被设置成一列，它们相互平行定位，并在箱体(10)内处于相同的高度上。
3、根据权利要求1所的浮选净化装置，其特征在于：U形部件(11,20)被设置成一垂直列，在这种结构中，在箱体(10)内，这些部件彼此相互平行，并且一个位于另一个之上。
4、根据权利要求1所述的浮选净化装置，其特征在于：U形部件(11,20)被设置成一倾斜的列，在这种结构中，这些部件彼此相互平行，并且一个位于另一个之上，同时沿着一斜线错位一定的距离。
5、根据权利要求1至4之一所述的浮选净化装置，其特征在于：两个连续的U形部件(11,20)之间的间距与构成所说“U”形部件的两臂之间的间距相等。
6、根据权利要求1至5之一所述的浮选净化装置，其特征在于：U形部件(11,20)的两侧面用箱体(10)之壁件在侧向封闭。
7、根据权利要求1至5之一所述的浮选净化装置，其特征在于：U形部件(11,20)的两侧面用设置在所说部件内的壁件(17)来侧向封闭，从而形成一个只在一侧开口的盒子，该开口被设置在水平面(horizontal)的上面。
8、根据权利要求1至7之一所述的浮选净化装置，其特征在于：待净化的液体从U形部件(11,20)的封闭端侧和所说部件的外部被引入箱体(10)，被净化了的液体通过收集器(12,26)被收集到每个部件(11,20)内。
9、根据权利要求1至7之一所述的浮选净化装置，其特征在于：待净化的液体经过收集器(12,26)被引入箱体(10)内的每个U形部件(11,20)内部，其中，每个部件(11,20)设有收集器(12,26)，被净化了的液体被收集在这些部件封闭端侧的部件外部。
10、根据权利要求1至9之一所述的浮选净化装置，其特征在于：U形部件(11,20)是用从这样一组材料中所选出的刚性或柔性材料来制作的：金属、塑料、陶瓷、织物或这些材料的混合物。
11、根据权利要求1至10之一所述的浮选净化装置，其特征在于：它还包括一块或多块附加板(13-16)，这些板被设置在U形部件(11,20)之间，或设置在所说的部件内部。
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