CN1784261A - 用于颗粒浮选和分离的气体能量控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从受污液流分离颗粒的系统，包括用于将液体与一种或多种分离增强添加剂和气体混合的装置。减压装置通过减低液流的压力而接收所混合的液体并产生装载絮状物的气泡，该减压装置包括其内具有限流器元件的扩大管。减压装置置入浮选槽的起花腔内，其中装载絮状物的气泡被向上引导至浮选槽的上部。浮选槽被构造成使装载絮状物的气泡在浮选槽的上部循环直至它们漂浮至上表面，同时已净化的液体流向浮选槽的下部以便除去。撇渣器从浮选槽上表面漂浮将污染絮状物除去，然后该污染絮状物进入脱水装置。

Description

用于颗粒浮选和分离的气体能量控制系统和方法

发明领域

本发明一般涉及液体分离部件、系统和方法。更具体地说，本发明涉及一种液体浮选分离系统，该系统占据非常小的区域并可被调节成适应变化的液流。

背景技术

经常需要从液体中除去污染物。例如，在许多情况下，理想的是需要除去废水中的颗粒、胶体、溶剂和油。

诸如土粒、脂肪、油和油脂等之类的许多废水固渣和乳化组分被充电。将凝结剂和絮凝剂之类的废水处理的化学物品或添加剂加入以便抵消这种电荷并开始成核进而生长成更大的胶体和悬浮颗粒，也称之为絮状物。当凝结和絮凝过程最佳时，絮状物的直径尺寸可以为一毫米至几厘米。太多的化学物品会使絮状物再次被充电，由于过度充电的颗粒或絮状物彼此排斥并倾向于分离，从而导致其破裂和/或永久破坏。

凝结剂是用于抵消粒子电荷的化学制品，诸如无机盐(例如氯化铁)或聚合体(例如阳离子聚酰胺)。絮凝剂是用于将较小的凝结絮状物汇集成大而稳定的絮状物的大分子量聚合物，从而使固体/液体分离。这些大分子经常是盘绕的，而且必定要被展开并与即将被凝结的废水流很好混合。

凝结剂通常为多种化学制品，因此需要足够的混合时间和能量将它们与引入的废水流均匀混合。同样地，将絮凝剂展开并使其与即将被凝结的废水流很好混合需要最佳的混合能量。如果带状聚合物缠绕或“团”在一起，该聚合物仅可附着最小量的废水颗粒。如果进行的混合不是最佳的，欲谋求最大程度的凝结就会将过量的凝结剂或絮凝剂引入受污液体中，因此浪费了有价值且昂贵的凝结剂和聚合物化学制品。然而，如果施加太多的混合能量，就会出现絮状物不可逆地破裂以及无效的固体/液体分离。

溶解空气的浮选(DAF)系统通常用于分离液体例如废水中的颗粒物。这些系统一般采用的原理是：从液体中上升的气泡附着并带走悬浮在液体中的颗粒。当气泡达到液体表面时，所附着的颗粒聚结形成所收集的浮渣。

优选的是，受污液体和处理添加剂形成均匀的混合物，这样当加入溶解的气体并随后允许聚结成气泡时，大量的污染物将会随着气泡带到表面上。如果混合物不均匀，甚至在处理之后仍然会有不能接受的量的污染物保留在液体中。

在过去，人们认为，长时间的强有力混合就可获得最佳混合。然而，本发明人已经发现情况不是这样的。相反，本发明人已经发现某些处理添加剂对于所用的混合能量非常敏感。因此，过分混合以及混合不足都会对添加剂造成有害影响并会改变其状态或效率。为了有效地使用凝结剂和絮凝剂，本发明人已发现，混合时间和能量必须匹配增压和减压能量从而产生尺寸为正好附着于絮状物上的气泡并产生在附着于絮状物之后长成更大气泡的气泡。这确保了絮状物团从水中浮选出来并用空气取代絮状物团中的大量夹带水。

传统的DAF系统选择一小部分步骤来排出液流并利用溶解的气体、一般为大气使该液流再次饱和。这部分液流排入浮选槽的下部，溶解的气泡从液体中上升并附着于液体中的污染物颗粒。附着的概率随着所形成的气泡数目、气泡大小、碰撞角、气泡与颗粒之间存在的疏水引力而变。浮选槽包括出口，已处理的液体以与液体的流入比率一致的流率流经该出口，并且所述的部分排入液流在此循环以便捕集空气。

DAF系统处理时间和污染物去除效率一般取决于气泡在溶液中的滞留时间和气泡/颗粒接触的概率。反过来，滞留时间受气泡大小、气泡浮力、气泡在浮选槽中释放时的深度、以及液体中的湍流量的影响。允许气泡具有足够时间从槽底部上升并到达液体表面需要相对较大的基底面。因此，传统的DAF系统采用较大且成本高的具有相应较大“基底面”的槽。

正是这种系统的尺寸增加了调节控制和效果之间的时间。这是因为通过调节点、例如DAF上游的聚合物入口而流动的水需要在半小时内，并且经常在一小时内，到达DAF的出口处。因此，在调节的效果可被判断从而告知下一步调节之前，基本有延时(也就是，响应时间)。结果，处理过程产生了属于操作要求之外的处理过的废水流，较长的响应时间导致产生与规格不符的许多加仑的废水。

这在DAF系统接收到来自几个不同过程的流量的情况下格外真实。这是普遍存在的。常常，分散的流量补偿那些进入DAF系统的总流量的变化部分。来自封存地面的地面排水管，例如时常会带走相当少量的排泄液体并且在冲洗过程中流量较大。因此，到达DAF系统的混合液体的特征一般可在一分钟内从一种变为另一种。除非对DAF过程进行调节，通常通过调节化学制品剂量，污染物的去除效率将会改变并可降级至规格之下。所以需要能够进行实时或准实时调节，这种调节对应于即将处理的液流的特征的改变。对典型的DAF槽进行这些实时调节的相反结果是槽尺寸较大。

在努力减小DAF系统用的槽尺寸的过程中，美国专利4,022,696所披露的方案采用旋转筒和絮凝物勺。所述筒将入口沿着流程基本水平地定向从而增加气泡行程的路径长度，并相应地增加滞留时间。然而，旋转筒和勺会产生使气泡上升减缓的湍流。遗憾的是，虽然槽尺寸减小被认为是优点，但仍会出现性能受滞留时间约束的问题。

美国专利5,538,631中所披露的另一个方案设法通过结合多个隔开并垂直排列的挡板而解决湍流的问题。挡板包括斜设的各叶片以便把来自槽底部所设的入口的液流改变方向。流经所述槽的液体当横越叶片时向上偏转，据说会减少槽入口附近所产生的湍流的扩展和强度。虽然这种方案旨在减少与气泡滞留时间有关的湍流问题，经改向的液体看起来仍然会影响气泡在槽的其它区域上升。而且，该方案未能解决DAF性能依赖于在气泡上升过程中需要实现气泡-颗粒-附着的基本问题。这使得完成分离所需的滞留时间增加。

在努力克服传统的DAF系统的局限性的过程中，已经提出将喷射空气的水力旋流器(ASH)作为DAF系统的替代物。米勒的美国专利4,279,743中披露了喷射空气的水力旋流器的一种形式。该装置主要结合采用离心力和空气喷射来去除液流中的颗粒。液流在压力作用下提供给具有入口的圆柱腔内，该入口被构造成沿着多孔壁将液流引入一般为螺旋形的轨道内。液体的角动量产生径向定向的离心力，该离心力与流动速度有关并与圆形路径的半径间接有关。多孔壁容纳在气室内，该气室中的气体被加压以渗透于多孔壁中并克服作用在液体上的反向离心力。在操作中，所述系统接收并排出正迅速循环的溶液，同时气体渗透入多孔壁。穿过多孔壁的空气通过迅速移动的液流而被剪切入液流内。由于剪切作用形成的微小气泡与溶液中的颗粒或气体相结合，并且它们作为涡流中的浮渣朝着圆柱腔的中心漂浮。位居中心的涡流浮渣然后由设置在圆柱腔上端的涡流探测器捕获并排出，同时剩余的溶液从腔的底部排出。

然而，在操作中，部分浮渣易于在离开水力旋流器的底端而不是从上端排出的时候被重新夹带入液体中。此外，从上端排出的浮渣通常带有一部分水，这部分水必须进行长久的脱水以便倾析至水力旋流器的工艺上游。

美国专利4,838,434和4,997,549中描述了普通ASH构造的一种变型，它采用位于圆柱腔底端的浮渣基架来帮助经由涡流探测器的浮渣涡流定向。另一种ASH变型是，用设置在圆柱腔底部并具有圆柱形刀刃的固定分离器来替换涡流探测器和浮渣基架。所述刀刃定位成将螺旋流动的溶液分割成由成分比重决定的多种成分。如上所述，ASH系统易于受到一般残留在浮渣中的较大量溶液的损害，相当多的颗粒污染物通常残留在溶液中。在实践中，由于污染物的颗粒尺寸变小，导致轴向和径向速度的矢量力支配着液流中颗粒的定位。这就减少了旋液分离器的有效性，较小的颗粒这时候随机分布在不受比重支配的溶液中。

莫尔斯(Morse)等人在美国专利6,106,711中公开了一种采用不同于上文的水力旋流器的系统，该水力旋流器没有浮渣基架和涡流探测器，而是浮渣和液体一起排出水力旋流器。此外，所述系统依赖具有叶片的下游槽，该叶片从竖直方向倾斜从而将气泡-颗粒聚集体与液流团分开。莫尔斯等还在美国专利6,171,488中披露了一种系统，它所采用的水力旋流器与美国专利6,106,711中的不同，其区别在于水力旋流器使浸没水中的入口处于下游槽内。虽然这两个专利的装置与DAF系统相比较小，并因此提供有准实时控制，但是所述装置是这样一种单一单元，它需要相当大位置并大得需要特殊设备来移动它。而且它不能连续引入多于一种的添加剂，所述的添加剂必须在引入另一添加剂之前完全混合。例如，理想的是在加入聚合的絮凝剂之前调节pH值，从而避免絮凝剂剂量太高。此外，较大量的极细气泡将提高浮选。对于莫尔斯的这些发明，它们没有多个可调节的变量来优化性能，因此，为了处理特定的废水，所述系统经常必须在制造的时候按客户需求设计。

当前技术在对变化的废水流的快速反应能力方面不是令人满意的。化学添加剂的混合经常具有物理破坏性。这种混合并非经常有效而且一般需要较长时间，由此导致实际系统变大且在生产设备中占据着贵重地位。

所以，现有技术没有解决以下的根本问题：较大基底面，过程控制，模块化设计，杂质、添加剂和空气的均匀混合，或通过断开搁板部件处理最小至最大流量的适应性，或就地调节这些部件的能力。还需要一种浮选分离系统，其部件无需彼此接近这样可调节空间约束。同时需要一种方法，在每个絮凝步骤和浮选过程中简单而经济地制造大量所需的最佳尺寸的气泡。另外需要能够容易地改变添加剂的型号和顺序以使剂量最小并与下游的添加剂分界。其它还需要一种分离系统，减少单位体积内待处理液体所需的添加剂的量。需要控制气泡形成的数目、大小、和时限，从而在杂质颗粒与气泡之间产生作用半径很大的疏水力，所有这些都会增加系统的有效性并减少操作成本。本发明的浮选分离系统和方法满足这些需要并提供其它相关的优点。

发明内容

本发明的液体调节系统和方法提供一种处理液体的有效和节约成本的方式。本发明建立一种系统来进行台架试验并提出气体液体和固体混合策略，然后经由模块化系统以任何比例实施，系统被调节成在不使聚合体物理降解的情况下将添加剂均匀混合于液体中，组成气泡(尺寸、数量、浮选时间、循环路径)以便进行有效的气泡/颗粒附着，从而有效地定位所得到的絮凝物，并加速从这些絮凝物中排出水。

这是部分地通过减小作为浮选系统性能的一个因素的气泡滞留时间而实现的。此外，通过使颗粒-气泡最大程度地接触，部分地通过在絮凝和分离步骤中最有效地增加气泡的数目，系统性能增强。减少所需的滞留时间使得浮选容器更小，该浮选容器反过来减少了底面空间和材料造价成本。此外，当过程调节之间根本没有滞留时间(此后为响应时间)时，可获得准实时过程控制。通过唯一的允许部件彼此远离物理的一种设计，还可获得空间适应性。根据废水中的污染物，通过均匀、按顺序进行混合处理，定制混合能量和聚集体受该混合能量影响的持续时间，可基本减少高成本的添加剂的量。

为了实现上述优点，本发明提供一种用于通过浮选从受污液体分离颗粒的系统，和相关方法。首先从受污液体筛选任何尺寸大于本发明所有部件的任何孔的最小尺寸的物体。然后将必要的分离增强化学添加剂添加于受污液流中，并将该受污液体泵送至用于混合化学添加剂和气体的混合装置中。在特定的优选实施例中，该混合装置包括具有注气口和多个液体口的反应器头，该液体口被构造成当液体流向混合装置的下降管时将自旋或螺旋运动传递给该液体。所述液体口被构造成可拆卸地接收限流器，从而允许流经混合装置的液体的速度和体积改变。

然后，所混合的液流流向减压装置，该减压装置与混合装置的出口流体连通。压力传感器可操作地设置在混合装置与减压装置之间，调节阀设置在混合装置和减压装置之间，用于改变到达减压装置的液体的流量。

减压装置使液体中产生装载絮状物的气泡。在特定的优选实施例中，减压装置包括其内具有限流器元件的扩大管。典型地，限流器元件由孔板构成，孔的大小和数目是根据受污液体的预定特征选择的，从而使气泡成形和浮选达到最大程度。

减压装置的出口设置在浮选槽的起花腔(bloom chamber)内，其中在起花腔内装载絮状物的气泡被向上引导到浮选槽的上部。没有完全漂浮至表面的装载絮状物的气泡在浮选槽的分离腔上部循环直至它们上升至浮选槽和液体的上表面。可调壁设置在浮选槽的起花腔与分离腔之间，用于改变浮选槽的体积和液体的循环特征。

已净化的液体流向浮选槽的分离腔下部。优选地，孔壁设置在浮选槽的分离腔内并位于浮选槽的底面上方，以有助于更均匀地除去净化液。净化液腔与浮选槽的下部及净化液出口流体连通。净化液腔包括用于有选择地控制从所述出口除去的净化液体的体积的可调节壁。

像撇渣器之类的机构从浮选槽的上表面除去漂浮的污染絮状物，然而该污染絮状物进入脱水装置，该脱水装置把所除去的污染絮状物脱水。

根据以下参照附图的更详细描述，本发明的其它特征和优点将会更清楚，所述附图通过实例例示了本发明的原理。

附图说明

附图例示了本发明。在这些图中：

图1为本发明的浮选液体净化系统的示意图；

图2为利用台架(bench)试验来确定处理所述液体时所用的化学添加剂的最佳水平的曲线图；

图3为确定处理所述液体时的最佳混合能量或速度的曲线图；

图4为确定处理所述液体时的最佳混合时间的曲线图；

图5为本发明所用的混合装置的局部剖视图；

图6为本发明的混合装置的筒的简图，其中插入限流栓；

图7为顶部剖视图，其示出了混合装置的筒中所形成的切向部分；

图8为图5的混合装置的部件的剖视简图；

图9为曲线图，其示出了所述筒中的开口或孔的最佳数目，从而以指定参数处理所述液体；

图10为根据本发明与减压装置串联的本发明的多个混合装置的简图；

图11为部分液体管路的简图，其示出了本发明中所使用的液体阀、压力传感器和减压装置；

图12为本发明中所使用的孔板的顶视平面图；

图13为确定本发明减压装置的最佳长度和直径的曲线图；

图14为浮选槽中所产生的与液体流量或压力相关的气泡的各种图示；

图15是在给定液压下气泡的滞留时间的曲线图；

图16A-16C为确定本发明最佳参数的简图；

图17为在给定的液体流量和压力下图12的孔板中孔的最佳数目的曲线图；

图18为根据本发明最佳确定压力装置和混合装置的特征的曲线图；

图19为本发明中所使用的固体脱水系统的简图；

图20为在这种脱水系统使用桨轮的简图；

图21为在本发明的脱水系统中使用撇渣器的简图。

具体实施方式

如例示的附图所示，本发明在于一种有效的节约成本的液体处理系统。该系统在图1中示出，并包括与浮选槽14内所设的减压装置12流体相连的混合装置10。这里将更详细描述的混合装置10特别设计成将化学添加剂、气体等与受污液体混合，这样气体以非常小的尺寸被夹带入液体中从而粘附在固体颗粒和絮凝剂上，当液体流经减压装置12时，气泡尺寸增大，絮状物和固体污染物朝着浮选槽14的表面上升。最终，漂浮的颗粒形成泥渣或浮渣16，同时已净化的液体18沉向浮选槽14的底部。浮渣16被移至脱水子系统或装置20，浮渣16在该脱水子系统或装置20中被进一步脱水和处理。

本发明的流体调节设计成以任何比例模块化，它被调节成在没有物理降解聚合体的情况下将添加剂均匀混合于液体中，组成气泡(尺寸、数量、浮选时间、循环路径)以便进行有效的气泡/颗粒附着，从而有效地定位所得到的絮凝物，并加速从这些絮凝物中排出净化液或水。这里要更全面理解的是，本发明显著减小了作为浮选系统性能的一个因素的气泡滞留时间，从而允许浮选槽14更小，该浮选槽14又减小了底面空间和材料造价成本。如这里将更全面解释的，由于所述系统的构件的可调特性以及最小气泡滞留时间，当过程调节可用来处理正在改变的受污液流时，可获得准实时过程控制。所述系统的部件由于可彼此物理远离，也可获得空间和适应性。

现在参照图2-4，为了设计本发明的系统，从潜在的终端用户获取受污液体的样本。一般地，进行瓶式或台架检验需要几夸脱或几加仑的液体。在本领域中众所周知，通过分析部分液体来确定其pH值、悬浮粒子特征等。然后要确定的是改变pH值、凝聚颗粒并产生必要的絮凝剂需要什么化学添加剂。图2为利用磁力混合器进行瓶式检验的曲线图，其中化学添加剂逐渐增加，而所测的浊度用来确定特定受污液流用的化学添加剂的最佳量，每百万80份。

如上所述，按照常规理论，在持续长的时间内减缓混合能量促进最佳混合。但是，如图3和4所示，本发明人已经发现情况不是这样的。相反，给定的受污液流具有最佳混合速度或速度范围，以及最佳混合时间。减少混合能量不会使添加剂和气体在受污液流中完全混合以减少浊度，而过多的混合能量实际上会破坏絮凝剂，如上所述。同样地，已经发现，在把特定的混合能量用于使给定化学添加剂的浊度最佳减少的时间过程中具有“最佳点”。基于台架或瓶式检验中的测定结果，设计并随后微调本发明的系统的个别部件。

当处理受污液体时，首先筛选任何尺寸大于本发明所有部件的任何孔的最小尺寸的物体。在混合装置10的上游或在混合装置10内将必要的分离增强化学添加剂加入受污液流中。在任何情况下，以预定压力将受污液体泵送至混合装置10。

现在参照图5-8，本发明的液体固体气体混合装置10类似于水力旋流器，但不像传统的具有单一开口的水力旋流器，本发明的装置10具有这里将更全面描述的两级输送机构。混合装置10由上部的反应器头22和下部的下降管24组成，混合液体穿过下降管24从其出口26排出。混合装置这样设置使得反应器头22将自旋运动传递给受污液体28从而在下降管24中形成涡流，由此促使添加剂、液体、污染物、和夹带的气体完全并基本均匀地混合。

反应器头22包括形成于其侧壁或气室32上的受污液入口30。基底34和盖36构成外壳。筒38设在反应器头22的外壳内。

筒38与下降管24流体连通。筒38包括多个开口40，该开口贯穿筒体38的壁。开口40被构造成将液体主要沿着切线方向引向筒38的内表面42从而令传递至此的自旋运动在筒38和下降管24内形成涡流，如图5所示。虽然图5，6和8所示的筒38为圆柱形，更典型地，筒体38为多面体形状，如图7所示。筒体38可被构造为六面体、八面体、或任何其它多面结构。开口40形成于其至少一个小平面上，更典型地说是形成于其每个小平面上，如图7所示。小平面与小平面之间的开口40可均匀或交错对齐从而使筒体38的中心自旋气旋腔44内的脊最小。

因此，受污液体经由入口30流入反应器头22并进入接收腔46内，该接收腔46由简体38与气室32、基底34、及盖36之间的空间限定。当液体流动填充接收腔46时，液体经由开口40沿着切向被引导从而形成自旋液体，如先前在上文所述以及图5所示。开口40的数目，尺寸通常基本相等的开口40的直径、以及内壁42或气旋腔44和下降管24的直径，决定了液体自旋和穿过装置10时的速度。

由筒体38和下降管24的内壁限定的中心自旋气旋腔的直径，通过可能影响装置10的流量来确定。虽然，给定直径的装置10可正确控制广泛范围的流量，但当超过所述的流量范围时，装置10将需要用更大或更小直径的腔来代替。例如，直径为一英寸的气旋腔每分钟可处理0.1至10加仑流量。直径为两英寸的气旋腔每分钟可处理5至80加仑的流量。直径为三英寸的气旋腔每分钟可处理70至250加仑的流量。直径为六英寸的气旋腔每分钟可处理500至2000加仑的流量。应注意，这些流率的上限不受气旋腔的限制，但受需要传递所述流量的泵送系统的成本、给定过程的液流的压力需求、以及处理和分离最终液体/固体组分的下游浮选装置的尺寸的限制。

本发明的另一特定唯一方面是开口40适于容纳可拆卸的限流栓48。典型地，该开口通过钻孔而成并具有内螺纹从而包括螺纹50，该螺纹50允许带螺纹的限流栓48借助改锥或其它工具拧入其内。当然，本领域技术人员要理解的是，可采用其它部件可拆卸地将限流栓48插入开口40内。在给定的恒变流速下插入或取出这些栓48，将会增加或减少传递给自旋液体28的能量。这影响了流经所述装置22的液体体积以及流经装置10的液体的压力变化。

如上所述，在现有技术中，本领域技术人员认为最佳絮凝和混合需要的是以低混合能量(机械混合器为30-100RPM)的较长混合时间(1-10分钟)。本发明人已经发现情况不必这样，因为高混合能量(机械混合器为高达4000RPM)的较短混合时间(5-10秒)可以产生易于漂浮的具有较低浊度和较大絮状物的较洁净水。因此，装置10内的离心混合不仅可持续数秒还可产生极佳的混合和絮状物，而不用任何机械预混或潜在聚合物破裂。液体28经过装置10时的混合能量或速度很大程度上由打开以接收液体的开口40的数目来决定。开口40越少，自旋液体28的速度越高。

参照图6，本发明的混合装置10可通过提供限流栓48′和48″进一步调节，该限流栓48′和48″具有穿过其中心的小孔以允许小量液体由此流过。这种穿过栓48的小孔的直径可改变，这样许多栓48可用于终端用户来调节混合装置10。通过修改栓48中所穿凿的孔的大小，在液体28的压力下降/加速期间可获得不同控制度，同时利用固定直径的气旋腔扩大给定装置10的可用流量范围。

参照图9，曲线图中示出了与反应器头22中的开口40的数目相比较时的压差损失，该压力损失与自旋液体的速度或rpm对应。可以看出，开口的数目的初始改变显著影响了压差损失。然而，当打开更多的开口时，压差降低。这可有利地用于影响混合能量和时间。例如，如果某一化学制品需要相对较高的混合能量，反应器头22的筒中被打开的开口40或孔的数目仅为几个。然而，如果化学性质易受到破坏或相反需要低混合能量，就增加开口或孔40的数目从而减小混合装置10中的速度和压差。

一般将pH试剂、絮凝剂、凝结剂等之类的添加剂加入受污液流中以改变其化学性质并使液流28中的悬浮固体结合。虽然这可在装置10的上游完成，但本发明的装置10也可包括在混合之前或过程中立即引入这种添加剂的入口52。注气口54也形成于装置10中，典型地，形成于反应器头22中。优选地，注气口54形成于反应器头22的盖36中，这样由此引入的气体进入中心排空区56，从而自旋液体吸收并夹带该被引入所述装置10的气体。下部的涡流压力空腔56促使所引入的气体随着中心旋转液体旋转进入装置10的下降管24内而与该液体接触。气体可连续或间歇地从注气口54加入。传感器58可用来探测中心气柱56终止的地方，以及通过将更多或更少的气体加入中心涡流56而被控制的涡流的物理形状。这种传感器可通过视觉、声音、电子、或其它方式探测涡流的位置来确定补充气体的量，从而代替被吸入液体28内和移至下游的气体。

现在参照图5和8，在特别优选的实施例中，反应器头22实际上是模块化的，这样盖36可从基底气室32移开以便接近中心筒38及其限流栓48和开口40。典型地，快速释放夹(未示出)将可拆卸的盖36固定至气室32，虽然可采用诸如带螺纹附件等之类的其它部件。衬垫60一般用来将盖36密封于筒38和气室32上。采用可拆卸的盖36，可易于接近中心筒38。筒38可容易地从反应器头22的压力腔拉出以便，添加更多的栓48，或用带钻孔的栓48′替换实心的栓48，或除去可能会累积在开口40或气旋腔44中的大块物质或薄膜矿物组合。对装置10的操作者非常重要的一点是，当中心筒38被提升且无溢出地离开底面时，反应器头22内存在的所有液体28在其中一种调节过程中回落入压力腔/气旋腔内。

因此，随着受污液体源的变化，本发明的混合装置10可改变成根据需要适当混合添加剂和气体。如上所述，打开或关闭某些开口40，降低或增加进气压力可控制混合力的量值。现已发现，多数污染物及其相应的电荷补偿(charge satisfaction)添加剂具有混合能量“最佳点”，其中絮凝性能在该“最佳点”增强。调节混合能量固然重要，但到目前为止，忽略了浮选系统的部件设计和混合方法论。

如图10所示，很少有像单一混合装置10或多个液体串联的混合装置10-10一样可根据最佳分离所需的混合能量和时间的量来使用。多个混合装置10的串联可使每种化学组分单独地以最佳混合能量和时间连续注入化学制品，如果使混有气体的涡流优化的能量由于软(soft)化学混合能量要求等而不足以使液流饱和，溶解于涡流的复合气体就会逸出。本领域技术人员要理解的是，管道62互连每个装置10的出口26和入口30。本领域技术人员应理解，本发明的可调混合装置10使终端用户能够将高混合能量加入其中一个混合装置10内，该混合装置具有相对较少数目的开口40以将高速度赋予受污液体从而有利和有效地混合液体和化学添加剂，然后将第二混合装置用的其它化学制品注入，该第二混合装置具有更软(softer)的化学混合能量要求，该混合装置10具有相对较多数目的开口40来传递相对较慢的每分钟转数(rpm)和较低混合能量。类似地，可串联多个混合装置10而非采用长下降管来延长混合时间。

现在参照图10-12，于是，基本均匀混合的液流从其中一个或多个混合装置10被引向减压装置12，这里称之为成核腔。在特定的优选实施例中，成核腔包括中空管64，该中空管具有设于其中的气穴板66。气穴板66具有预定数目和尺寸的多个孔68，液体必须经过该些孔。限流板66的设计确保了成核气泡以一种尺寸开始成形，该尺寸小得足以产生大范围的疏水力，由此促使气泡/颗粒附着。本发明的成核腔12被设计成在相应的混合环境中产生最佳尺寸和数目的气泡，该混合环境对每种液流是唯一的。

现在参照图13，终端用户将最大受污液流量(用加仑/分钟表示)用于其特定应用。减压成核腔12的尺寸可最佳化从而产生最大数目的气泡。如图13所示，具有适合于给定流量的最佳腔室直径和长度。图13的曲线图中的“英寸可见度(visibility in inches)”是关于浮选槽14中的可见度。参照图14，其示出了一系列流量或压力不同(5-80)的照片，其中浮选槽14的上部相对没有气泡存在，可见度非常高，如流量“5”所例示。然而，当气泡的数量由于减压装置12参数和混合装置10参数最佳而增加时，浮选槽14的上部逐渐充满气泡，如图14的空白所示。理想地，可见度小于一英寸并一般沿着所述槽长度保持一致，如流量“40-70”所示。这代表可附着于悬浮颗粒上的气泡数目相对较多以及用于去除它们的液流的化学性质。这样，一般地，成核腔管64的长度和直径被选定以便减少浮选槽14中液体的英寸可见度。

再次参照图1，成核腔12设在浮选槽14的起花腔(bloomchamber)70内，其中受污液体混合物经由气穴板66的孔68被推动并减压，于是当成核气泡由于减压以及与其它气泡聚结而增大尺寸时，该液体混合物漂浮至表面上。

现在参照图15，曲线图中示出了排出气泡上升给定距离(英寸)所花的秒数。可以看出，如果气穴板66处的液体压力为20至30psi，气泡上升5英寸所花的时间大约为20-30秒。然而，如果，压力增加至假定50-60psi，气泡上升5英寸所花的时间就会超过1分钟。这就是本领域所指的“滞留时间”。一般地，当气泡能够粘附添加于絮状物和颗粒上时，它们在漂浮至表面之前在液体中滞留的时间越长，那么所增加的滞留时间是理想的。20或30秒的滞留时间不可能最佳地除去液体中的颗粒。然而，当前系统的45分钟至1小时的滞留时间对于充分处理正在变化的液流所需的准实时调节是不能实现的。由于本发明的构造和设计，1-2分钟的滞留时间可满意地除去液体中的污染物。

再次参照图10和11，可用各种方法例如改变泵的叶轮尺寸、增加泵转速、或安装阀72和压力传感器74来调节气穴板66处的压力P2，以控制气穴板66处的流量和压力从而使其最佳。

现在参照图16A-16C，图表中例示了气穴板66中的孔68的数目，以1英寸的六十四分几的孔的尺寸，泵Hz，以加仑/分的相对恒定流量，浮选槽14的分离腔76内的最终压力变化和水平方向两英尺的可见度。因此，仔细观察图16A发现，气穴板66的孔68的最佳尺寸为18/64，这可产生1.50英寸的最低可见度。图16A-16C还表明了，孔数越少对于增加气泡数目并因此减少给定流量的可见度是理想的。

现参照图17，曲线图表明了，按照气穴板的所需液压力P2，适合于每分钟几加仑的受污液流量的气穴板66中孔68的必要数目。已经发现，该压力P2最佳为50-60。这样，一旦终端用户确定了流量，可用该曲线图来确定气穴板66的最佳构造。

现参照图18，本领域技术人员应理解，使排放至浮选槽14内的气泡的数目和尺寸最佳的是，微调和考虑混合装置10的可调因素以及可匹配的成核腔12。因而，通过成核腔管64的大小以及气穴板66中的孔68的尺寸和数目，可变更和考虑经过混合装置10的流量以及流经于此的液体速度，从而使浮选槽14中的气泡构成(减小可见度)最佳。

再次参照图1，一旦所混合的液体排出起花腔70中的成核腔12，气泡的尺寸就开始增大并朝着浮选槽14的上部上升。然而，如前所示，不是所有的气泡都立即上升至浮选槽14的液体表面。相反，一些气泡要花更长的时间完全增大和上升。气泡的聚集将加速一些气泡的浮选。如上所述，某一级别或滞留时间对于颗粒从液体最佳浮选是理想的。壁78将浮选槽14的起花腔70与分离腔76分离。这就在浮选槽14的上部产生气泡循环和絮状物。参考标号16表示完全漂浮的气泡颗粒，它们有时指的是集中在液体表面的“浮渣”。然而，从成核腔12连续输入新液体使得浮选槽上部产生漩涡，其中气泡随着时间的流逝而增大和聚结，并且吸引和粘附颗粒和化学制品从而产生絮状物，该絮状物一般在一两分钟的时间内最终到达所述表面。壁78包括可调堰80，用以将浮选槽14上部的水流控制至某一程度，还用以控制循环至起花腔70内的并因此用新气泡/液体稍微补给的液体量。

当水被净化，气泡/颗粒向上漂浮至浮选槽14的液体表面时，较稠的净化液体18沉向浮选槽14的底部。在特定的优选实施例中，浮选槽14包括具有孔或流动口84的限流活底82，净化的液体18经过该孔或流动口84下沉。在净化液体18进入排出腔86之前，活底82使穿过整个槽14底部的流量均衡。可调壁88设在排出腔86内，用以控制从浮选槽14所除去的并由出口90接收的净化液体18的体积。这样，可调节浮选槽14内的液体高度。

浮选槽14上表面的浮游的浮渣泥渣16可排至脱水装置20内。一般地，这可经由撇渣装置92来完成，该撇渣装置中的多片桨叶可用于将絮状浮渣16推向斜坡94并进入脱水装置20的接收部96内。固体脱水装置20利用溶解于水并被絮状物捕获的过量残留气体，与浮渣16中所捕获的极小气泡聚结，这样迫使残留的液体从絮状浮渣16转移。撇渣装置92的桨叶以特定液流的最佳比率除去漂浮的浮渣16。由于浮渣16仅几分钟寿命，液体/絮状物中夹带的气体仍在脱气，这种夹带气体的一部分与浮渣中所捕获的气泡聚结。结果，这些气泡膨胀，但仍被捕获于浮渣内。这种膨胀使得等体积的水从絮状物基体逐出，这就减少了浮渣16的含水量，从而产生更干燥的更多的浮游浮渣。

现在参照图13，固体脱水装置20包括由斜壁98限定的接收腔96。接收腔壁98调节成阻止泥渣或浮渣16排入集水区100。排泄的水或液体下沉至集水区100的底部。周期性地，新泥渣16的重力将旧泥渣16挤过壁98的底部从而使其漂浮在集水区100的上部。新浮渣在残留的液体顶部漂浮直至其落入排出槽102内。周期性地，经脱水的液体从出口104排出，该出口可与泵等相连。如图14和15所示，桨轮106或撇渣器108可用来把已脱水的泥渣16推入收集腔102内。具有上水平传感器112和下水平传感器114的传感装置110一般与泵116相连这样当已脱水的泥渣16到达收集腔102内的某一高度时，启动泵116来去除所述的泥渣以便清除或进一步加工。当下水平传感器114指示收集腔102内的泥渣16的水平已经达到相对低的水平时，泵116可自动关闭。

本领域技术人员要理解的是，本发明的系统具有胜于当前所用的浮选净化系统更多优点。该系统部件可具有选定的某些结构件和特征，并可被控制成在浮选槽14内最佳形成气泡。而且，由于饱和的气泡/液体在浮选槽14中的滞留时间相对较短，准实时调节可用来处理系统的流量、压力、混合速度等从而满足准实时调节过程中污染液流的变化需要。浮选槽14的起花腔70和分离腔76的相互作用使浮选槽14能够具有较小的基底面(传统基底面达到10％)。不像传统的DAF系统，由混合装置10执行的基本完全和均匀的混合促使混合物从减压装置12百分之百排入浮选槽14内，从而每次处理的是全部受污液流而不是一部分受污液流。本发明的其它优点和益处对于本领域技术人员是显而易见的。

虽然为了例示而详细描述了几个实施例，但在不违背本发明的范围和宗旨的情况下可以进行各种改变。相应地，本发明除了附随的权利要求之外不会受到限制。

Claims (47)

1.一种用于通过浮选从受污液流中分离颗粒的系统，包括：

用于将液体与分离加强添加剂和气体混合的混合装置；

与混合装置的出口流体连通的减压装置，用于在液体中产生装载絮状物的气泡；

具有起花腔和分离腔的浮选槽，起花腔与减压装置的出口流体连通，浮选槽被构造成在起花腔内将装载絮状物的气泡向上引导到浮选槽的上部，并使该装载絮状物的气泡在浮选槽的上部内循环直至它们上升至浮选槽的上表面，其中已净化的液体流向浮选槽的分离腔的下部；和

用于从浮选槽的上表面除去漂浮的污染絮状物的机构。

2.根据权利要求1所述的系统，包括压力传感器，其可操作地设置在混合装置和减压装置之间。

3.根据权利要求2所述的系统，包括调节阀，其设置在混合装置和减压装置之间，用于改变流向减压装置的液体流。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，混合装置包括具有注气口和多个液体口的反应器头，该液体口被构造成当液体流向混合装置的下降管时将自旋运动施加给该液体。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，液体口被构造成可拆卸地容纳限流器，在该限流器内可改变流经混合装置的液体的速度和体积。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，减压装置包括其内具有限流器元件的扩大管。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述限流器元件包括孔板。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述孔板中的孔的尺寸和数目是根据受污液体的预定特征选择的。

9.根据权利要求1所述的系统，包括可调节壁，其设置在浮选槽的起花腔和分离腔之间。

10.根据权利要求1所述的系统，包括设置在浮选槽的分离腔内并位于浮选槽的底面上方的孔壁。

11.根据权利要求1所述的系统，包括形成于浮选槽的下部的净化液出口。

12.根据权利要求11所述的系统，包括与浮选槽的下部和净化液出口流体连通的净化液腔，并包括用于有选择地控制通过所述出口除去的净化液体的体积的可调节壁。

13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述除去机构包括撇渣器。

14.根据权利要求1所述的系统，包括相对于浮选槽设置的脱水装置，以接收除去的污染絮状物并将其脱水。

15.一种用于通过浮选从受污液流中分离颗粒的系统，包括：

用于将液体与分离增强添加剂和气体混合的混合装置；

包括扩大管的减压装置，该扩大管内具有限流器元件，该减压装置与混合装置的出口流体连通以便在液体中产生装载絮状物的气泡；

具有起花腔和分离腔的浮选槽，该起花腔与减压装置的出口流体连通，该浮选槽被构造成在起花腔内将装载絮状物的气泡向上引导到浮选槽的上部，并使该装载絮状物的气泡在浮选槽的上部内循环直至它们上升至浮选槽的上表面，其中已净化的液体流向浮选槽的分离腔的下部；

形成在分离腔的下部中的净化液出口；

用于从浮选槽的上表面除去漂浮的污染絮状物的撇渣器；

相对于浮选槽设置的脱水装置，用以接收来自撇渣器的漂浮的污染絮状物，并被构造成将该除去的污染絮状物脱水。

16.根据权利要求15所述的系统，包括压力传感器，其可操作地设置在混合装置和减压装置之间。

17.根据权利要求16所述的系统，包括调节阀，其设置在混合装置和减压装置之间，用于改变流向减压装置的液体流。

18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，混合装置包括具有注气口和多个液体口的反应器头，该液体口被构造成当液体流向混合装置的下降管时将自旋运动施加给该液体。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，液体口被构造成可拆卸地容纳限流器，在该限流器内可改变流经混合装置的液体的速度和体积。

20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，限流器元件包括孔板，该孔板中的孔的尺寸和数目是根据受污液体的预定特征选择的。

21.根据权利要求15所述的系统，包括可调节壁，其设置在浮选槽的起花腔和分离腔之间。

22.根据权利要求15所述的系统，包括孔壁，其设置在浮选槽的分离腔内并位于浮选槽的底面上方。

23.根据权利要求15所述的系统，包括与浮选槽的下部和净化液出口流体连通的净化液腔，并包括用于有选择地控制通过所述出口除去的净化液体的体积的可调节壁。

24.一种用于通过浮选从受污液流中分离颗粒的系统，包括：

用于将液体与分离增强添加剂和气体混合的混合装置；

与混合装置的出口流体连通的减压装置，用于在液体中产生装载絮状物的气泡，所述减压装置包括其内具有孔板的扩大管，该孔板中的孔的尺寸和数目是根据受污液体的预定特征选择的；

压力传感器，其可操作地设置在减压装置和混合装置之间；

调节阀，其设置在减压装置和混合装置之间，用于改变流向减压装置的液体流；

浮选槽，其具有由可调节壁隔开的起花腔和分离腔，起花腔与减压装置的出口流体连通，浮选槽被构造成起花腔内将装载絮状物的气泡向上引导到浮选槽的上部，并使该装载絮状物的气泡在浮选槽的上部内循环直至它们上升至浮选槽的上表面，其中已净化的液体流向浮选槽的分离腔的下部；

形成在分离腔的下部中的净化液出口；

用于从浮选槽的上表面除去漂浮的污染絮状物的撇渣器；

相对浮选槽设置的脱水装置，用以接收来自撇渣器的漂浮的污染絮状物，并被构造成将该除去的污染絮状物脱水。

25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，混合装置包括具有注气口和多个液体口的反应器头，液体口被构造为当液体流向混合装置的下降管时将自旋运动施加给该液体，其中液体口被构造为可拆卸地容纳限流器，在该限流器内可改变流经混合装置的液体的速度和体积。

26.根据权利要求24所述的系统，包括设置在浮选槽的分离腔内并位于浮选槽的底面上方的孔壁。

27.根据权利要求24所述的系统，包括与浮选槽的下部和净化液出口流体连通的净化液腔，并包括用于有选择地控制通过所述出口除去的净化液体的体积的可调节壁。

28.一种用于通过浮选从受污液流中分离颗粒的方法，包括下述步骤：

将液体与分离增强添加剂和气体混合；

利用减压装置减少所述混合液流的压力从而在液体中产生装载絮状物的气泡；

将装载絮状物的气泡向上引导至浮选槽的起花腔内；

使装载絮状物的气泡在浮选槽的分离腔的上部内循环直至它们上升至浮选槽的上表面，其中已净化液流向浮选槽的分离腔的下部；以及

从浮选槽的上表面除去漂浮的污染絮状物。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述混合步骤包括利用混合装置将自旋运动施加给液体，该混合装置具有包括注气口和多个液体口的反应器头，该液体口与混合装置的下降管流体连通。

30.根据权利要求30所述的方法，包括通过限制流经液体口的液体流来改变流经混合装置的液体的速度和体积的步骤。

31.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述产生装载絮状物的气泡的步骤包括使混合的液体经过减压装置的步骤，该减压装置包括其内具有限流器元件的扩大管。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，限流器元件包括孔板。

33.根据权利要求32所述的方法，包括根据受污液体的预定特征选择所述孔板中的孔的尺寸和数目的步骤。

34.根据权利要求31所述的方法，包括监测液流的压力，以及改变流向减压装置的液体流的步骤。

35.根据权利要求28所述的方法，包括对设置在浮选槽的起花腔和分离腔之间的壁进行调节的步骤。

36.根据权利要求28所述的方法，包括使已净化的液体流经孔壁的步骤，该孔壁设置在浮选槽的分离腔内并位于浮选槽的底面上方。

37.根据权利要求28所述的方法，包括通过形成在浮选槽的下部中的出口除去净化液体的步骤。

38.根据权利要求37所述的方法，还包括步骤：使净化液体流经与下部的净化液出口流体连通的腔，并调节该腔内的壁以便有选择地控制通过所述出口除去的净化液体的体积。

39.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述除去步骤包括在浮选槽的上表面进行撇渣的步骤。

40.根据权利要求28所述的方法，包括使除去的污染絮状物脱水的步骤。

41.一种用于通过浮选从受污液流中分离颗粒的方法，包括下述步骤：

利用具有反应器头的混合装置将液体与分离增强添加剂和气体混合，该反应器头具有注气口和多个液体口，该液体口被构造为当液体从反应器头流向混合装置的下降管时将自旋运动施加给该液体；

利用减压装置减少所述混合液流的压力从而在液体中产生装载絮状物的气泡，该减压装置包括其内具有限流器元件的扩大管；

基于对液流的压力的监测来改变流向减压装置的液体流；

将装载絮状物的气泡向上引导至浮选槽的起花腔内；

使装载絮状物的气泡在浮选槽的分离腔的上部内循环直至它们上升至浮选槽的上表面，其中已净化的液体流向浮选槽的分离腔的下部；

通过形成在浮选槽的下部中的出口除去净化液体；

利用撇渣器从浮选槽的上表面除去漂浮的污染絮状物；及

将该除去的污染絮状物脱水。

42.根据权利要求41所述的方法，包括通过限制通过液体口的液体流来改变流经混合装置的液体的速度和体积的步骤。

43.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，限流器元件包括孔板。

44.根据权利要求43所述的方法，包括根据受污液体的预定特征选择所述孔板中的孔的尺寸和数目的步骤。

45.根据权利要求41所述的方法，包括对设置在浮选槽的起花腔和分离腔之间的壁进行调节的步骤。

46.根据权利要求41所述的方法，包括使已净化的液体流经孔壁的步骤，该孔壁设置在浮选槽的分离腔内并位于浮选槽的底面上方。

47.根据权利要求41所述的方法，还包括步骤：使净化液体流经与下部的净化液出口流体连通的腔，并调节该腔内的壁以便有选择地控制通过所述出口除去的净化液体的体积。

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