專利名稱：多功能高速澄清器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工水處理機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及沉砂池、沉淀池、澄清池、氣浮池。
背景技術(shù)：
沉砂池、沉淀池、澄清池、氣浮池是工業(yè)廢水、生活污水處理的基本設(shè)施。
在沉砂池方面有很多專利，比如“旋流曝氣除砂裝置(ZL96206538.2)”、“旋流式沉砂池(ZL01110202.0)”、“一體化旋流除砂裝置(ZL01220262.2)”、“一種旋流沉砂裝置(ZL02220513.6)”、“新型旋流沉砂器(ZL02264340.0)”、“旋流式沉砂池除砂機(jī)葉輪(200320120549.1)”。這些專利有個(gè)共同點(diǎn)，就是沒有改變沉砂池只能分離250微米以上顆粒的不良狀況。
在沉淀池方面則沒有顯著的進(jìn)步，平流斜板沉淀池、輻射流沉淀池一直是主導(dǎo)型式。
在澄清池與氣浮池聯(lián)合方面有專利“多功能氣浮澄清池及其處理工藝(ZL01128850.7)”。
沉淀池的水處理速率很低，占地面積很大，收集污泥需要配備大型的刮泥機(jī)。
澄清池的混合反應(yīng)時(shí)間長達(dá)10分鐘，接觸絮凝循環(huán)量達(dá)到3~4倍的進(jìn)口流量，水處理速率也很低，使機(jī)械攪拌澄清池葉輪的能耗比較大。
氣浮沉淀池常發(fā)生曝氣頭堵塞，水留池時(shí)間過長。有的池可深達(dá)3m，需要配備風(fēng)壓達(dá)到30kPa以上的鼓風(fēng)機(jī)，能耗過大。
海洋油田、船舶等場地對體積小、經(jīng)濟(jì)、高效的固-液分離設(shè)備有很迫切的需求。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的1、加快固-液分離速率，顯著降低可分離顆粒粒徑，縮小設(shè)備尺寸。
2、加快藥液混合速率。
3、消除撇出浮渣時(shí)殘余物外溢，提高輕相分離率。
4、降低氣浮能耗和解決曝氣頭堵塞的問題。
技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案是一種多功能高速澄清器，用于水處理。
該裝置含有一個(gè)筒形倉3、一套傳動裝置1、一套攪拌器、濃縮泥斗9。
筒形倉3內(nèi)壁為近似軸對稱形。傳動裝置1由電機(jī)、軸承箱、傳動軸、聯(lián)軸器、變頻器或變速箱或帶輪組成。攪拌器同軸于筒形倉3。傳動軸延伸至倉內(nèi)中部位置，傳動軸上固定有攪拌器。濃縮泥斗9在下部與筒形倉3連接。
該多功能高速澄清器的特征在于在筒形倉3下部正交或偏心連接至少一個(gè)進(jìn)漿管11，在筒形倉3上部連接一個(gè)夾套形溢流槽2，筒形倉3有多孔與溢流槽2連通。
所述的攪拌器是一種針輪4。它由金屬或非金屬線材呈輻射狀均勻密集排列分層組合固定在輪轂上，且針苗末端自由無約束。針輪4至少有一件。
濃縮泥斗9由兩個(gè)反錐、法蘭、至少一個(gè)排泥口10組成。還可選擇多種其它型式，或者做成單一錐斗狀、或者做成分隔多斗狀，還可做成兩分層結(jié)構(gòu)，分別納入水動力分離器7外、內(nèi)卸下來的泥漿。這時(shí)，外泥斗內(nèi)粗顆粒比較多，有機(jī)物比較少，利于分類處置。
濃縮泥斗9和筒形倉3之間隔有一個(gè)開孔屏蔽板8。屏蔽板8上與針輪4同軸或近似同軸地座有一個(gè)助旋錐臺12。屏蔽板8的開孔區(qū)落在助旋錐以外，連通濃縮泥斗9?？卓诔叽缭?~200mm?；蛘咴谛D(zhuǎn)方向上孔壁有坡口。
在裝置下部助旋錐臺12與筒形倉3之間有一個(gè)與針輪4同軸或近似同軸的開孔的內(nèi)壁為錐形的水動力分離器7，上部通過高于進(jìn)漿管11口的園環(huán)固定在筒形倉3內(nèi)壁，下部伸及屏蔽板8，錐口向下敞開，孔口大小在2~50mm。
隔開進(jìn)漿區(qū)域的園環(huán)上開孔連通至少一根沉降導(dǎo)料管6，管伸至屏蔽板8附近。
在水動力分離器7之上有與針輪4同軸或近似同軸的主分離錐筒5，錐口向下敞開，下錐口與水動力分離器7連接，上錐口口面外連接一園環(huán)。園環(huán)外緣懸空，起輔助成錐作用。
或者有一個(gè)以上的樁或耳片頂在水動力分離器7或主分離錐筒5與筒形倉3之間。
該澄清器或者在筒形倉3上部溢流孔以下有一個(gè)三次沉降錐13，錐下口接筒形倉3壁，上部有園環(huán)封閉錐口與筒形倉3的間隙。
該澄清器或者在針輪4的上部中央?yún)^(qū)安置有可升降抽吸式或虹吸式或自流式撇出器15。用來撇出浮渣等輕相。
該澄清器或者在助旋錐臺12上部一定區(qū)域開有小孔，孔徑0.1~10mm?？讌^(qū)隔開后接輸入管道，穿過屏蔽板8。用來輸入絮凝劑等藥劑?；蛘哌x擇在水動力分離器7或主分離錐筒5的局部壁面一處或多處開小孔向內(nèi)分散藥劑，孔徑0.1~10mm。相應(yīng)于小孔區(qū)設(shè)有分隔倉并連通輸入管。
該澄清器或者在分隔園環(huán)以上主分離錐筒5與筒形倉3之間區(qū)域內(nèi)環(huán)形布置有曝氣裝置17。曝氣裝置17支在分隔園環(huán)上，曝氣表面大致與轉(zhuǎn)子同軸。用來分離膠質(zhì)顆粒物，加速輕相同步分離，以及增加水中溶解氧。
所述的曝氣裝置17包含多個(gè)環(huán)周大致均勻布置的曝氣頭或者一個(gè)整體曝氣頭。曝氣頭表面宜向心傾斜?；蛘哌€有與曝氣頭表面相當(dāng)?shù)牟迤駯呕蝈F面，用來削弱或整流因安置曝氣頭次生的湍流。
有益效果
1、復(fù)合功能的轉(zhuǎn)子針輪4針苗密度大，啟旋能力強(qiáng)。其針苗末端自由，在輪轂一端為鉸支座約束，故而在環(huán)向能夠隨受力擺動和變形，在軸向也可以有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動和變形。針輪4在轉(zhuǎn)動中能夠自我調(diào)整動平衡。動平衡等級高到可適應(yīng)3000r/min以上高速旋轉(zhuǎn)，具有很大的調(diào)節(jié)空間。葉輪攪拌器只能適應(yīng)100r/min以內(nèi)的轉(zhuǎn)動。
針苗與液體分散系的接觸為微分接觸，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體動能的效率高。能耗可以保持非常經(jīng)濟(jì)的水平。
針輪4旋轉(zhuǎn)形成自下而上的軸流式強(qiáng)制渦旋場。針苗截面尺寸相對于旋流場的尺寸足夠小，針苗背面湍流的尺寸足夠小，湍流趨于均勻化，故可借助渦旋場的離心力實(shí)現(xiàn)固-液分離。而葉輪攪拌器形成的湍流尺寸大，內(nèi)外、上下的顆粒返混均很嚴(yán)重。
2、顆粒沉降機(jī)理多元耦合強(qiáng)化固-液分離性能普通沉砂池為單一的重力沉降。旋流沉砂池以離心沉降為主，因錐面向上，離心沉降和重力沉降有些矛盾。本發(fā)明則采用了多元耦合沉降機(jī)理。
首先，多功能高速澄清器以離心分離為主、水動力分離次之，重力沉降和慣性分離為輔。其次，它采用分步三級沉降模式。
第一步，漿液偏心進(jìn)入下部筒形倉3，環(huán)周布漿后，形成微弱旋流并減速，產(chǎn)生慣性沉降。穿過水動力分離器7孔之前，漿液穿孔湍流的速度矢量與慣性方向大角度相交，一些大顆粒向邊緣運(yùn)動，開始重力沉降。細(xì)顆粒則渦載穿孔。水動力分離器7內(nèi)壁有線速度較大的旋流。它與孔中渦流交融后，一些細(xì)顆粒得到離心作用，或者滯留，或者聚集，有機(jī)會從穿孔渦流中向外析出運(yùn)動。在這種離心力屏障下，有眾多的細(xì)顆粒也在這個(gè)區(qū)域得到分離，加入到大顆粒的重力沉降過程，大量的顆粒沉降在這一區(qū)域發(fā)生。
第二步，細(xì)顆粒進(jìn)入水動力分離器7內(nèi)，受針輪4旋轉(zhuǎn)的影響，顆粒逐漸得到比較大的離心力，再運(yùn)動到達(dá)錐形邊壁。受到壁面上離心力的分力作用，顆粒沿壁加速下滑。這個(gè)區(qū)域主要是離心沉降作用。
第三步，漿液升過針輪4和主分離錐筒5，進(jìn)入完全的自由渦旋區(qū)。細(xì)顆粒繼續(xù)進(jìn)行離心運(yùn)動，到達(dá)三次沉降錐13內(nèi)壁，然后加速下滑到分隔園環(huán)，累積后從沉降導(dǎo)料管6沉入濃縮泥斗9。
針輪4在數(shù)十轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下，在上述三步固-液分離作用下，就可以分離出數(shù)微米的顆粒。而傳統(tǒng)的沉砂池、旋流沉砂池都處于僅僅能分離250微米以上的顆粒的水平。
直徑φ250的針輪4轉(zhuǎn)子在高速(3000r/min)旋轉(zhuǎn)下取得了分離2~7微米的藍(lán)藻和水的效果，兩者的相差只有5kg/m3。
3、大大加快了沉降速率。
傳統(tǒng)的斜板沉淀池就注重縮短顆粒的沉降路經(jīng)。
本發(fā)明水動力分離器7和主分離錐筒5錐面上分解出的離心力加快顆粒沉降是顯而易見的。比增大沉降力更重要更能加快分離速率的是縮短顆粒完成離心分離的必要路徑。顆粒自下進(jìn)入水動力分離器7的半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上部主分離錐筒5的最小半徑。只要針輪4形成的離心作用足以抵制顆粒向心動量，顆粒一進(jìn)入離心區(qū)域就能離心運(yùn)動而得到沉降。
這是所有沉砂池、沉淀池、澄清池都不及的。
沉淀池的表面負(fù)荷小于4m3/m2·h，旋流沉砂池的表面負(fù)荷小于30m3/m2·h。多功能高速澄清器的表面負(fù)荷可以達(dá)到1000m3/m2·h。
4、泥漿濃縮得到加強(qiáng)與沉砂池相比，本發(fā)明利用了新的泥漿濃縮壓力。
在濃縮泥斗9之間有屏蔽板8削弱旋流對泥漿的擾動。通過助旋錐臺12與水動力分離器7的壁面形成了顯著大于重力的顆粒固結(jié)力，加上二者形成的楔形區(qū)域，可以使?jié)饪s泥斗9內(nèi)的含固率顯著提高。
5、浮渣自旋聚集定點(diǎn)撇出，殘余物不外溢傳統(tǒng)沉淀池用滑動刮板清除浮渣或輕相物料。懸空的刮板和驅(qū)動結(jié)構(gòu)十分笨重。
本發(fā)明因旋流離心形成的表凹液面曲率大，浮渣在中央?yún)R集，區(qū)域小而作業(yè)厚度大。定位撇出。撇出殘余物依然停留在中央。保障了排出水的純凈度。同時(shí)，從分離比水輕的藍(lán)藻看，本發(fā)明顯著強(qiáng)化了輕相有機(jī)物的分離。
6、加快了接觸絮凝和提高了混凝效率絮凝劑通過多孔錐臺面分布，在一定的半徑上射出，與旋流交混，傳質(zhì)界面表面積增大，界面更新加快，絮凝劑均勻有層次向外向上推進(jìn)。
若是從水動力分離器7或主分離錐筒5局部側(cè)壁分散輸入絮凝劑，由于水平旋流的轉(zhuǎn)移，界面更新更快，膠質(zhì)顆粒向外運(yùn)動，接觸混凝的幾率顯著提高?；炷饔靡餐瓿珊芸?。
這樣就不需要膠質(zhì)顆粒循環(huán)來接觸絮凝劑。
7、提高了氣浮效率且降低了鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓現(xiàn)有的氣浮技術(shù)中，曝氣頭外氣泡匯合增大嚴(yán)重降低氣浮效率，不得不增大池深。氣浮池表面常伴生大量的泡沫。
在本發(fā)明澄清器內(nèi)，旋流在曝氣頭上部橫斷剖切來自曝氣頭溢出的氣柱，形成尺寸大小與曝氣頭微孔相當(dāng)?shù)臍馀荨Ｍ瑫r(shí)，又及時(shí)地水平轉(zhuǎn)移氣泡。消除了氣泡匯聚的可能，使破碎的氣泡大小可以達(dá)到數(shù)微米的水平，實(shí)現(xiàn)了微小氣泡的批量、持續(xù)生產(chǎn)。
旋流帶動微氣泡環(huán)周多次旋轉(zhuǎn)，循著螺旋向心的路徑運(yùn)行，氣泡運(yùn)行路徑可以達(dá)到成十到百倍的增長。
旋流沒有死角，氣泡的分布面積和均勻度優(yōu)于一切潛水曝氣器，故不需要循環(huán)回流。
在上部中央聚集的浮選物仍然處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。氣從浮選物中析出時(shí)因承受離心壓力而不具備泡沫過度滋生膨脹的條件。
曝氣頭高位安置，埋藏深度可降低至30cm以下。鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓需求降低至3kPa左右。相比傳統(tǒng)曝氣池的鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓需要30kPa以上，風(fēng)機(jī)能耗大幅度降低。
曝氣頭安置在三次沉降區(qū)，能夠沉淀的顆粒量本來就少。曝氣頭面傾斜，加上旋流的清理作用，坡面上很難形成堵塞氣孔的沉積。所以，曝氣頭堵塞的問題不存在了。
8、社會意義與生活污水、工業(yè)廢水處理工藝流程，特別是重金屬處理工藝流程的龐大復(fù)合系統(tǒng)相比，多功能高速澄清器是一個(gè)沉淀、澄清、氣浮、撇出、混凝多功能耦合高速連續(xù)作業(yè)的輕便設(shè)備?？珊喕瘋鹘y(tǒng)沉砂池、沉淀池、澄清池和氣浮池停車、放空、刮泥、吸泥、輸送、濃縮的工序。一種設(shè)備并聯(lián)完成多個(gè)設(shè)施的工藝。為企業(yè)和一些海洋石油、船舶行業(yè)提供了一種最經(jīng)濟(jì)、高效、可船載的水處理工藝方案。
四

圖1是本發(fā)明撇渣澄清器結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明混凝澄清器結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明氣浮澄清器結(jié)構(gòu)圖。
圖中序號對應(yīng)構(gòu)件如下1-傳動裝置；2-溢流槽；3-筒形倉；4-針輪；5-主分離錐筒；6-沉降導(dǎo)料管；7-水動力分離器；8-屏蔽板；9-濃縮泥斗；10-排泥口；11-進(jìn)漿管；12-助旋錐臺；13-三次沉降錐；14-排氣口；15-撇出器；16-加藥口；17-曝氣裝置。
五具體實(shí)施例方式
參見圖1，它是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)計(jì)的一種撇渣沉淀器。它含有一個(gè)直園筒形倉3、一套傳動裝置1、一套針輪4、濃縮泥斗9、屏蔽板8、進(jìn)漿水動力分離器7、主分離錐筒5、三次沉降錐13、撇出器15。
筒形倉3為園筒，上下端有法蘭，下部偏心連接一個(gè)進(jìn)漿管11，上部連有溢流槽2，濃縮泥斗9在上部隔屏蔽板8與筒形倉3連接。屏蔽板8中央上部座有一個(gè)助旋錐臺12。園環(huán)與水動力分離器7隔開進(jìn)漿區(qū)域，園環(huán)上還連接幾根沉降導(dǎo)料管6。有幾個(gè)樁頂在水動力分離器7或主分離錐筒5與筒形倉3之間。
針輪4由U字形線材呈輻射狀均勻密集排列分層組合固定在輪轂上而成。
傳動裝置1經(jīng)有排氣口14的蓋板與筒形倉3上法蘭連接。也可用桁架固定，口面敞開。
濃縮泥斗9由兩個(gè)反錐、法蘭、至少一個(gè)排泥口10組成。
參見圖2，裝置下部助旋錐臺12上部可以開小孔，隔板分隔后連接輸入管，接加藥口16。就成為一種澄清器參見圖3，裝置上部可以安置微孔曝氣裝置17。曝氣面傾斜。就成為一種氣浮沉淀器。
權(quán)利要求
1.一種多功能高速澄清器，用于水處理，它含有一個(gè)筒形倉[3]、一套傳動裝置[1]、一套攪拌器、濃縮泥斗[9]，筒形倉[3]內(nèi)壁為近似軸對稱形，傳動裝置[1]由電機(jī)、軸承箱、傳動軸、聯(lián)軸器、變頻器或變速箱或帶輪組成，攪拌器同軸于筒形倉[3]，傳動軸延伸至倉內(nèi)中部位置，傳動軸上固定有攪拌器，濃縮泥斗[9]在下部與筒形倉[3]連接；該澄清器的特征在于在筒形倉[3]下部正交或偏心連接至少一個(gè)進(jìn)漿管[11]，在筒形倉[3]上部連接一個(gè)夾套形溢流槽[2]，筒形倉[3]有多孔與溢流槽[2]連通；所述的攪拌器是一種針輪[4]，它由金屬或非金屬線材呈輻射狀均勻密集排列分層組合固定在輪轂上，且針苗末端自由無約束，針輪[4]至少有一件；濃縮泥斗[9]和筒形倉[3]之間隔有一個(gè)開孔屏蔽板[8]，屏蔽板[8]上與針輪[4]同軸或近似同軸地座有一個(gè)助旋錐臺[12]，屏蔽板[8]的開孔區(qū)落在助旋錐以外，連通濃縮泥斗[9]，孔口尺寸在5~200mm，或者在旋轉(zhuǎn)方向上孔壁有坡口；在澄清器下部助旋錐臺[12]與筒形倉[3]之間有一個(gè)與針輪[4]同軸或近似同軸的開孔的內(nèi)壁為錐形的水動力分離器[7]，上部通過高于進(jìn)漿管[11]的園環(huán)固定在筒形倉[3]內(nèi)壁，下部伸及屏蔽板[8]，錐口向下敞開，孔口大小在2~50mm；隔開進(jìn)漿區(qū)域的園環(huán)上開孔連通至少一根沉降導(dǎo)料管[6]，管伸至屏蔽板[8]附近；在水動力分離器[7]之上有一個(gè)與針輪[4]同軸或近似同軸的主分離錐筒[5]，錐口向下敞開，下錐口與水動力分離器[7]連接，上錐口口面外連接一園環(huán)，園環(huán)外緣懸空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能高速澄清器，其特征在于，在筒形倉[3]上部溢流孔以下有一個(gè)三次沉降錐[13]，錐下口接筒形倉[3]壁，上部有園環(huán)封閉錐口與筒形倉[3]的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能高速澄清器，其特征在于，在針輪[4]的上部中央?yún)^(qū)安置有抽吸式或虹吸式或自流式撇出器[15]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能高速澄清器，其特征在于，在助旋錐臺[12]上部一定區(qū)域開有小孔，孔徑0.1~10mm，孔區(qū)隔開后接輸入管道，穿過屏蔽板[8]；或者在水動力分離器[7]或主分離錐筒[5]的局部壁面開小孔，孔徑0.1~10mm，對應(yīng)小孔區(qū)設(shè)有分隔倉和連通輸入管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能高速澄清器，其特征在于，在助旋錐臺[12]上部一定區(qū)域開有小孔，孔徑0.1~10mm，孔區(qū)隔開后接輸入管道，穿過屏蔽板[8]；或者在水動力分離器[7]或主分離錐筒[5]的局部壁面一處或多處開小孔，孔徑0.1~10mm，對應(yīng)小孔設(shè)有分隔倉和連通輸入管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能高速澄清器，其特征在于，在助旋錐臺[12]上部一定區(qū)域開有小孔，孔徑0.1~10mm，孔區(qū)隔開后接輸入管道，穿過屏蔽板[8]；或者在水動力分離器[7]或主分離錐筒[5]的局部壁面開小孔，孔徑0.1~10mm，對應(yīng)小孔設(shè)有分隔倉和連通輸入管。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能高速澄清器，其特征在于，在針輪[4]的上部中央安置有可升降抽吸式或虹吸式或自流式撇出器[15]。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7其中之一所述的多功能高速澄清器，其特征在于，在分隔園環(huán)以上主分離錐筒[5]與筒形倉[3]之間區(qū)域內(nèi)環(huán)形布置有曝氣裝置[17]，曝氣裝置[17]支在分隔園環(huán)上，曝氣表面大致與轉(zhuǎn)子同軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多功能高速澄清器，其特征在于，所述的曝氣裝置[17]包含多個(gè)環(huán)周大致均勻布置的曝氣頭或者一個(gè)整體曝氣頭，曝氣頭表面向心傾斜，或者還有與曝氣頭表面相當(dāng)?shù)牟迤駯呕蝈F面。
全文摘要
本發(fā)明屬于水處理機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。包括筒形倉3、傳動裝置1、針輪4、濃縮泥斗9、屏蔽板8、進(jìn)漿水動力分離器7、主分離錐筒5、三次沉降錐13、撇出器15、曝氣裝置17。傳統(tǒng)沉砂池可分離顆粒粒徑很大，沉淀池和澄清池處理速率太小。本發(fā)明采用線材呈輻射狀均勻密集排列分層迭置的針輪4做復(fù)合啟旋轉(zhuǎn)子，依靠水動力分離、旋流離心、離心屏蔽、坡面導(dǎo)料、氣浮多元作用來分步同腔進(jìn)行澄清、氣浮，使輕、重量相分離效率提高，處理負(fù)荷增大10~100倍，處理時(shí)間縮短，借助離心力增加了泥漿濃縮度，設(shè)備尺寸縮小，幾種設(shè)施可歸并。高位超淺池旋流氣浮還大幅度降低了鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓需求。本發(fā)明用于固－液、油脂－水、纖維－水分離。
文檔編號C02F1/24GK1631799SQ200510000060
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月6日
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