TWI694864B - 具洩壓閥裝置的微浮選設備及操作微浮選設備的方法 - Google Patents

Abstract

一種微浮選設備，其具有：浮選槽，其具有佈置有洩壓閥裝置的分散進水管，調節裝置，其用於調節該洩壓閥裝置的流量，以及電子控制器，其與該調節裝置連接，其中，該洩壓閥裝置下游佈置有用於偵測氣泡粒徑之分佈的測量裝置及該電子控制器與該測量裝置連接並構建為，根據用該測量裝置所測得的粒徑分佈來調節流量。

Description

具洩壓閥裝置的微浮選設備及操作微浮選設備的方法

本發明係有關於一種具浮選槽的微浮選設備，透過佈置有洩壓閥的分散進水管將填充有氣體的分散水導入該微浮選設備中。在對該分散水洩壓時形成微氣泡，其緩慢升高至浮選槽中且積聚在雜質上，並將其運輸至該浮選槽的表面上。此類微浮選設備適用於淨化不同的廢水且原則上具有基本免維護且低成本工作的特點。

在多數已公開的微浮選設備中，透過對洩壓閥進行一次性設置來調節輸入浮選槽之分散水的量。標準值為，為達到滿意的淨化效果，每千克固體含量的廢水必須輸入約10升分散水。

編號為5,693,222的美國專利提出，測量用微浮選設備淨化過的廢水之渾濁度，並在渾濁度較大時如此地控制洩壓閥，使得輸入更多氣體。用此種方式實現最佳的氣體-固體比例。

有鑒於此，本發明之目的在於提供一種微浮選設備，其在不同的工作條件下可獲得最佳淨化效果且同時極有效率地工作，以及一種操作微浮選設備的相對應方法。

本發明用於達成上述目的之解決方案為具有申請專利範圍第1項之特徵的微浮選設備。有利設計方案參閱附屬項。

該微浮選設備具有：●浮選槽，其具有佈置有洩壓閥裝置的分散進水管，●調節裝置，其用於調節該洩壓閥裝置的流量，以及●電子控制器，其與該調節裝置連接，其中，●該洩壓閥裝置下游佈置有用於偵測氣泡之粒徑分佈的測量裝置及●該電子控制器與該測量裝置連接並構建為，根據用該測量裝置所測得的粒徑分佈來調節流量。

在該微浮選設備工作時，透過分散進水管將分散水輸入該浮選槽中。其中該分散水係指在增大之壓力下且溶有氣體的水，其理想情況下具有飽和濃度。該氣體尤指空氣。該分散水透過洩壓閥裝置流至進入該浮選槽的路徑上，其中該壓力降低至基本與環境壓力相同，此點可實現期望的氣泡形成。

藉由調節裝置可調節經由分散進水管的分散水的流量。此調節會對在洩壓過程中產生之氣泡的粒徑大小產生顯著影響。若該等氣泡大部分具有約20μm至約50μm間的直徑，則此點對很多應用範圍而言具有優勢。但實際上，可調節的粒徑大小受到多個波動中且難以偵測之參數的影響。其中特別包括製造分散水所用水之PH值、鹽含量、油脂/油含量、化學需氧量(CSD)、渾濁度、氧化還原電位、氧含量及固體含量。通常將此種水自該浮選槽的清水出水口排出，因此，待處理廢水的組分可能對該水的上述特性產生影響。上述參數例如可透過以下方式直接或間接地對氣 泡之粒徑分佈產生影響：或多或少地降低或增強氣體在水中的溶解性。

在本發明中，在該洩壓閥裝置下游佈置有測量裝置，其用於偵測氣泡之粒徑分佈。電子控制器根據所測得的粒徑分佈對流量進行調節。透過此種方式便能對粒徑分佈的有害變化(例如可由於待淨化的廢水的組分發生變化而出現)進行抑制。如此便能始終用可達到最佳淨化效果與最高效率的氣泡之粒徑分佈來操作該微浮選設備。

氣泡之粒徑分佈係指不同氣泡粒徑的相對頻率。此外亦可偵測不同粒徑之氣泡的絕對頻率及/或氣泡總容積。在此情況下，亦可偵測且視情況調節總體導入之氣體量，以達到最佳的淨化效果及效率。

在一種設計方案中，該電子控制器構建為，當粒徑分佈超過規定的粒徑大小時降低流量。粒徑大小係指所測得的粒徑分佈的不同統計參數，如氣泡粒徑的平均值、粒徑分佈的中值或粒徑分佈寬度的一個統計值。該設計方案基於以下認識：若在製備分散水時出現過飽和，則特別是會產生過大的氣泡。透過降低流量便能抑制該效應，因為洩壓閥裝置上游的壓力-特別是在製備分散水所用反應器容器中-會有所增大，從而使得水能夠吸收更多的氣體。其結果是避免了分散水的過飽和且所產生的氣泡之粒徑分佈向著更小的氣泡移動。

在一種設計方案中，電子控制器構建為，透過控制流量將粒徑分佈調節至規定的額定粒徑大小。例如可預先規定氣泡粒徑的額定平均值或中間值或其他的粒徑分佈統計值。基於所測得的粒徑分佈確定該粒徑大小的實際值並將其與額定粒徑大小作比較。透過相對應的控制流量來抑制偏差。透過此種方式便能用一最佳的氣泡之粒徑分佈來操作該浮選設 備，此點同樣可增加淨化性能及效率。

在一種設計方案中，該測量裝置具有顆粒計數器。顆粒計數器已被其他工業應用領域所揭露，其可用於偵測顆粒(即液體或氣體中的固體)之粒徑分佈。同樣可偵測分散水中精細液滴之粒徑分佈。發明人認識到，此種顆粒計數器亦可用於偵測液體中的氣泡之粒徑分佈。在使用顆粒計數器的情況下，可低成本且可靠地按期望方式偵測氣泡之粒徑分佈。

在一種設計方案中，該測量設備構建為，藉由雷射繞射偵測粒徑分佈。為此，用雷射光照射導入的帶氣泡的分散水並偵測繞射圖。可透過對該繞射圖進行數學分析來算出粒徑分佈。按照此原理工作的市售測量裝置為英國供應商Malvern Instruments Ltd.(馬爾文儀器有限公司)的工藝粒徑測量儀“Insitec Wet”。

在一種設計方案中，該測量裝置佈置於該洩壓閥裝置與該浮選槽的分散進水口之間。此點可特別有效力地定性氣泡，因為無需將其與浮選槽內待淨化的廢水混合。但原則上亦可將該測量裝置佈置在該浮選槽內。

在一種設計方案中，該分散進水管具有用來導引分散水的分流的分支管路，以及，該測量裝置佈置於該分支管路中。此舉可有針對性地將特別是用於測量所導入的分散液的流速及流動橫截面與該測量裝置的最佳測量範圍相匹配，且可簡化對粒徑分佈的偵測。該分支管路在該洩壓閥裝置的下游自該分散進水管分岔出來。在佈置於該分支管路的測量裝置的下游，該分支管路可直接與該浮選槽連通。該分支管路可替代地在測量裝置的下游與佈置於分支管點下游的分散進水管的管路段再次聯合，從而 將主流與分流共同透過分散進水口導入浮選槽。在此情況下，該分支管路構成一支路。

在一種設計方案中，該微浮選設備具有反應器容器，其具有進水口且構建為，在增大之壓力下為經由該進水口輸入的水填充氣體，並在與該分散進水管連接的分散出水口上，提供如此形成的分散水。透過此種方式將分散水的製備納入該微浮選設備。

在一種設計方案中，洩壓閥裝置具有開口程度可調節的洩壓閥以及該調節裝置具有用於調節開口程度的傳動裝置。該傳動裝置例如可為步進馬達。該洩壓閥例如可為錐形閥。透過此種方式便能用簡單的構件精確且可靠地調節流量。

本發明用以達成上述目的之另一解決方案為具有申請專利範圍第10項之特徵的方法。該方法的有利設計方案參閱附屬項。

該方法用於操作微浮選設備，包括以下步驟：●透過洩壓閥裝置將分散水輸入浮選槽，●用測量裝置偵測該洩壓閥裝置下游之氣泡的粒徑分佈，●根據所測得的粒徑分佈來自動控制該洩壓閥裝置的流量。

該方法可特別是用於操作具有申請專利範圍第1至9項中任一項之特徵的微浮選設備。參照針對該微浮選設備的前述之相對應說明來對該方法的特徵及優點進行闡述。特別是可將每個與該微浮選設備相關的特徵與該方法相結合。

對洩壓閥裝置之流量的自動控制指的是，可在較長一段時間內毋需手動干預地對流量進行選擇性控制，特別是用上述的電子控制器進 行控制。

在一種設計方案中，當粒徑分佈超過規定的粒徑大小時降低流量。為此可參照此前對該微浮選設備之相對應特徵的闡述。

在一種設計方案中，透過控制流量將粒徑分佈調節至規定的額定粒徑大小。為此可參照此前對該微浮選設備之相對應特徵的闡述。

在一種設計方案中，將該輸入的分散水劃分為分流與主流，以及，在該分流中偵測粒徑分佈。為此可參照此前與該分支管路相關的相對應闡述。

在一種設計方案中，為偵測粒徑分佈而對雷射繞射圖進行分析。為此亦可參照此前對該雷射繞射的闡述。

下面結合附圖所示實施例對本發明進行詳細說明。

10:微浮選設備

12:反應器容器

14:進水口

16:氣體管路

18:分散出水口

20:清水出水口

22:浮選槽

24:泵

26:分散進水口

28:洩壓閥裝置

30:分支管路

32:測量裝置

34‧‧‧污水進水口

36‧‧‧清水出水口

38‧‧‧電子控制器

40‧‧‧清潔裝置

42‧‧‧氣墊

44‧‧‧分散進水管

46‧‧‧調節裝置

圖1為本發明之微浮選設備的示意圖；及圖2為測得之所產生的氣泡之粒徑分佈的圖表。

圖1中之微浮選設備10具有反應器容器12，透過進水口14將水導入其中。此外透過氣體管路16將氣體，特別是空氣導入該反應器容器12中。在增大之壓力(例如1.5bar至4bar的範圍內)下的反應器容器12中，將氣體與水混合，從而使得氣體溶於水。在所顯示的水平面上方佈置氣墊42。理想狀態下氣體飽和的水被稱為分散水，可透過分散出水口18將其自反應器容器12排出。

進水口14透過一管路與該微浮選設備之浮選槽22的清水出水口20連接。在該管路中佈置有泵24。此外該浮選槽22具有分散進水口26，其透過佈置有洩壓閥裝置28的分散進水管44與該反應器容器12的分散出水口18連接。透過此種方式將該分散水導入浮選槽22中。

流過洩壓閥裝置28時發生洩壓從而形成微氣泡，其緩慢地在浮選槽22中上升，積聚在雜質上並將其運輸至表面上。用清潔裝置40將以此種方式形成的浮選雜質自該表面吸出。

透過污水進水口34將待淨化的污水導入該浮選槽22中。為進一步使用該污水，可透過另一清水出水口36將已淨化的廢水自該浮選槽22中排出。

在本發明中，在洩壓閥裝置28下游佈置有用於偵測所形成之氣泡的粒徑分佈的測量裝置32。該測量裝置32具有未顯示的顆粒計數器，其藉由雷射繞射偵測氣泡的粒徑分佈。

該測量裝置32佈置於分支管路30中，其在洩壓閥裝置28下游自分散進水管44分岔出來。在該測量裝置32的下游，將該分支管路30與分散進水管44再次聯合，其在該二連接點間用分支管路導引該分散水的主流。透過分散進水口26將該分散水的分流與主流導引入該浮選槽22。

測量裝置32與電子控制器38連接。該洩壓閥裝置28具有調節裝置46，其同樣與該電子控制器38連接。上述該二連接用虛線表示。

該電子控制器38構建為，根據用測量裝置32所測得的氣泡之粒徑分佈來調節洩壓閥裝置28的流量。

圖2為用測量裝置32所測得的所產生的氣泡之粒徑分佈的 示例圖表。在橫軸上，氣泡的直徑以微米表示。左縱軸為圖表內以實線繪製的曲線，其以百分比表示氣泡之累積量。例如可自該曲線中看出，直徑為50μm或更小的氣泡佔據整個氣泡體積的約50%。

右縱軸為圖表內所繪的柱子，其以百分比表示氣泡的容積率。圖表中縱向所示的柱子表示，X軸上配屬於該柱子的直徑範圍內的氣泡具有約24%的容積相關頻率。

該圖表顯示，藉由該測量裝置──本實例中亦使用傳統之顆粒計數器──便能有效力地定性氣泡的粒徑分佈。

10‧‧‧微浮選設備

12‧‧‧反應器容器

14‧‧‧進水口

16‧‧‧氣體管路

18‧‧‧分散出水口

20‧‧‧清水出水口

22‧‧‧浮選槽

24‧‧‧泵

26‧‧‧分散進水口

28‧‧‧洩壓閥裝置

30‧‧‧分支管路

32‧‧‧測量裝置

34‧‧‧污水進水口

36‧‧‧清水出水口

38‧‧‧電子控制器

40‧‧‧清潔裝置

42‧‧‧氣墊

44‧‧‧分散進水管

46‧‧‧調節裝置

Claims (14)

1. 一種微浮選設備，其具有：浮選槽(22)，其具有佈置有洩壓閥裝置(28)的分散進水管(44)，調節裝置(46)，其用於調節該洩壓閥裝置(28)的流量，以及電子控制器(38)，其與該調節裝置(46)連接，其特徵在於，該洩壓閥裝置(28)下游佈置有用於偵測氣泡之粒徑分佈的測量裝置(32)，及該電子控制器(38)與該測量裝置(32)連接並構建為，根據用該測量裝置(32)所測得的粒徑分佈來調節流量。
2. 如申請專利範圍第1項之微浮選設備(10)，其中，該電子控制器(38)構建為，當粒徑分佈超過規定的粒徑大小時降低流量。
3. 如申請專利範圍第1或2項之微浮選設備(10)，其中，該電子控制器(38)構建為，透過控制流量將粒徑分佈調節至規定的額定粒徑大小。
4. 如申請專利範圍第1或2項之微浮選設備(10)，其中，該測量裝置(32)具有顆粒計數器。
5. 如申請專利範圍第1或2項之微浮選設備(10)，其中，該測量裝置(32)構建為，藉由雷射繞射來偵測粒徑分佈。
6. 如申請專利範圍第1或2項之微浮選設備(10)，其中，該測量裝置(32)佈置於該洩壓閥裝置(28)與該浮選槽(22)的分散進水口(26)之間。
7. 如申請專利範圍第1或2項之微浮選設備(10)，其中，該分散進水管(44)具有用來導引分散水的分流的分支管路，以及，該測量裝置(32) 佈置於該分支管路中。
8. 如申請專利範圍第1或2項之微浮選設備(10)，其包含反應器容器(12)，其具有進水口(14)且構建為，在增大之壓力下為經由該進水口(14)輸入的水填充氣體，並在與該分散進水管(44)連接的分散出水口(18)上，提供如此形成的分散水。
9. 如申請專利範圍第1或2項之微浮選設備(10)，其中，該洩壓閥裝置(28)具有開口程度可調節的洩壓閥，以及該調節裝置(46)具有用於調節該開口程度的傳動裝置。
10. 一種操作微浮選設備(10)的方法，包括以下步驟：透過洩壓閥裝置(28)將分散水輸入浮選槽(22)，用測量裝置(32)偵測該洩壓閥裝置(28)下游之氣泡的粒徑分佈，根據所測得的粒徑分佈來自動控制該洩壓閥裝置(28)的流量。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，當粒徑分佈超過規定的粒徑大小時降低流量。
12. 如申請專利範圍第10或11項之方法，其中，透過控制流量將粒徑分佈調節至規定的額定粒徑大小。
13. 如申請專利範圍第10或11項之方法，其中，將輸入的分散水劃分為分流與主流，以及，在該分流中偵測粒徑分佈。
14. 如申請專利範圍第10或11項之方法，其中，為偵測粒徑分佈而對雷射繞射圖進行分析。

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