專利名稱：污水除砂方法和設(shè)備的制作方法
污水除砂方法和設(shè)備交叉引用數(shù)據(jù)本申請(qǐng)要求2008年12月1日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/200, 560的常規(guī)優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
在污水處理廠里，叫做"砂礫"的重礦物質(zhì)形成需要處理并與其它流體材料分離的流體的一部分。砂礫主要由砂子和土壤組成，但是還可以包括煤渣、咖啡渣、籽粒、谷粒及其它粗顆粒。由于砂礫不能通過(guò)濾水方法進(jìn)行處理、減小尺寸或消除，所以需要物理地去除。由于砂礫是硬的并且有研磨作用，所以給廢水處理帶來(lái)了問(wèn)題；它會(huì)磨損泵及其它機(jī)械裝置；砂礫較重并積聚在凈化器、處理池、消化池及其它設(shè)備中，在這些地方往往必須通過(guò)手工將其去除。1988年8月30日公布的、Smith&Loveless公司的美國(guó)專利No. 4，767，532公開(kāi)了一種具有上部沉降室和下部砂礫儲(chǔ)存室的砂礫分選器。沉降室通過(guò)位于中間過(guò)渡面上的開(kāi)口與砂礫儲(chǔ)存室連通。進(jìn)水槽將進(jìn)入液體引到沉降室的下部。出水槽從沉降室上部回收流出液體。進(jìn)水槽和出水槽具有共同的中心線，出水槽在正視圖中位于進(jìn)水槽上方。擋板元件延伸到沉降室內(nèi)用于將流入液流向外引導(dǎo)至沉降室的周向的下部。進(jìn)入液體以切向方式強(qiáng)行流入沉降室，引起沉降室內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)。轉(zhuǎn)動(dòng)葉片維持最初由切向進(jìn)入的液體流帶來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)。在重力作用下將砂子及其它砂礫材料大部分清除到底部砂坑中，同時(shí)當(dāng)再次處于切向流動(dòng)偏壓作用下時(shí)水流出。這種現(xiàn)有技術(shù)中除砂設(shè)備的問(wèn)題涉及如下設(shè)計(jì)限制，與進(jìn)水槽污水流動(dòng)通道相比，從設(shè)備沉降室引出的出水槽流動(dòng)通道的方向和尺寸上都有限制。具體地，設(shè)計(jì)承受流量負(fù)荷極限要求1.出水槽流動(dòng)通道的內(nèi)徑基本上與進(jìn)水槽流動(dòng)通道的內(nèi)徑相同；和2.出水槽流動(dòng)通道的大體定向和流動(dòng)方向與進(jìn)水槽流動(dòng)通道相同，也就是說(shuō)，為了保持現(xiàn)有技術(shù)中除砂設(shè)備的運(yùn)行，不允許進(jìn)水槽流動(dòng)通道的流動(dòng)方向相對(duì)于出水槽流動(dòng)通道的流動(dòng)方向有角度偏差(例如直角偏差)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于將砂礫從液體污水中分離同時(shí)保持有機(jī)固體懸浮的設(shè)備，其包括允許液體污水進(jìn)入所述設(shè)備的進(jìn)口裝置、用于從所述設(shè)備排出已經(jīng)與砂礫分離的液體的出口裝置、以及用于將分離后的砂礫從所述設(shè)備去除的裝置，所述設(shè)備進(jìn)一步包括_限定出底端部分、頂端和周向壁的圓柱形砂礫沉降主室；-砂礫儲(chǔ)存副室，其位于所述主室的底端部分下方，使得從液體沉出的砂礫將沉在所述副室內(nèi)，所述副室包括穿過(guò)所述主室的底端部分的中心砂礫沉降通道頂部開(kāi)口 ；-居中地位于所述主室和所述副室中的豎軸，所述豎軸具有縱向軸線；-使所述豎軸繞所述縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置；-在所述頂端和所述底端中間與所述頂端和所述底端間隔開(kāi)的橫向延伸通過(guò)所述主室的隔板，其中在所述主室內(nèi)的所述隔板上方形成上部子室且在所述主室內(nèi)的所述隔板下方形成下部子室，所述液體污水進(jìn)口裝置與所述下部子室直接流體連通，所述液體出口裝置與所述上部子室直接流體連通，所述隔板具有以基本上流體密封的方式一體地安裝到所述主室的所述周向壁上的周向邊緣；所述隔板包括容納所述軸的底部中心孔，所述隔板的底部中心孔與所述軸間隔開(kāi)以在所述軸和所述隔板之間限定環(huán)形開(kāi)孔，從而提供液體從所述下部子室向所述上部子室的向上流動(dòng)；和位于所述主室內(nèi)并且能夠在所述下部子室內(nèi)形成持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)液體污水第一流體流的機(jī)械裝置，其能夠引起從所述下部子室經(jīng)過(guò)所述隔板環(huán)形開(kāi)孔進(jìn)入所述上部子室的向上的液體第二流體流，以及在所述上部子室內(nèi)形成通過(guò)所述出口裝置流出的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)液體第三流體流，其中所述第三流體流和所述第一流體流之間建立流體流速梯度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述流體流速梯度優(yōu)選地使得所述第三流體流處于比所述第一流體流顯著小的速度，所述第三流體流的流速優(yōu)選地比所述第一流體流的流速小大約四倍。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用于形成所述第二流體流和所述第三流體流的所述機(jī)械裝置包括固定到所述軸上并且能夠與所述軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的多個(gè)葉片，所述葉片位于所述下部子室內(nèi)；其中所述流體流速梯度使得已經(jīng)與砂礫分離的液體能夠從所述上部子室通過(guò)所述出口裝置非定向地沿徑向或切向方向流出，并且進(jìn)一步適應(yīng)所述進(jìn)口裝置和所述出口裝置之間的不同液體流動(dòng)負(fù)載。根據(jù)可替代的實(shí)施例，所述葉片位于所述上部子室內(nèi)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述隔板是向下的凸錐部，其具有在直徑方向上較小的底部開(kāi)口和在直徑方向上較大的頂部開(kāi)口。優(yōu)選地，所述錐形隔板的底部開(kāi)口的直徑為所述錐形隔板的頂部開(kāi)口的直徑的40%到60%之間，并且優(yōu)選地為其50%。所述錐形隔板的角斜度的范圍在15°到30°之間，最佳的值為20°。所述主室的底端部分優(yōu)選地為具有與所述錐形隔板基本匹配的角斜度的漏斗狀， 其優(yōu)選地具有大約20°的角斜度。在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)口裝置包括形成在所述下部子室的周向壁中并通向所述下部子室的入口，以及從所述下部子室沿切向方向伸出的液體污水供給通道，所述供給通道相對(duì)于與所述下部子室的周向壁成直角的平面具有單位在10°到30° (最佳的值為 15° )之間的角斜度?；蛘撸龈舭迨瞧桨?。或者，所述葉片被限制在所述漏斗狀主室的底端部分內(nèi)并安裝到所述軸的對(duì)準(zhǔn)部分上。本發(fā)明還涉及一種用于將砂礫從液體污水中分離同時(shí)保持有機(jī)固體懸浮的方法， 其包括允許液體污水進(jìn)入所述設(shè)備的進(jìn)口裝置、用于從所述設(shè)備排出已經(jīng)與砂礫分離的液體的出口裝置、以及用于將分離后的砂礫從所述設(shè)備去除的裝置，所述方法包括下列步驟_提供圓柱形砂礫沉降主室、砂礫儲(chǔ)存副室和豎軸，所述圓柱形砂礫沉降主室限定出底端部分、頂端和圓周壁，所述砂礫儲(chǔ)存副室位于所述主室的底端部分下方，使得從液體沉出的砂礫將沉在所述副室內(nèi)，所述副室包括具有頂部開(kāi)口的周向壁；所述豎軸居中地位于所述主室和所述副室中，所述軸具有縱向軸線；-使所述豎軸繞所述縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；-提供在所述頂端和所述底端中間與所述副室間隔開(kāi)的橫向延伸通過(guò)所述主室的隔板，其中在所述主室內(nèi)的所述隔板上方形成上部子室且在所述主室內(nèi)的所述隔板下方形成下部子室，其中所述液體污水進(jìn)口裝置與所述下部子室流體連通，并且所述液體出口裝置與所述上部子室流體連通，所述隔板具有一體地安裝到所述主室的所述周向壁上的周向邊緣；所述隔板包括容納所述軸的底部中心孔，所述底部中心孔與所述軸間隔開(kāi)以在所述軸和所述隔板之間限定環(huán)形開(kāi)孔，從而提供液體從所述下部子室向所述上部子室的向上流動(dòng)；-在所述下部子室內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)液體污水第一流體流；-引起從所述下部子室經(jīng)過(guò)所述隔板環(huán)形開(kāi)孔進(jìn)入所述上部子室中的豎直向上的液體第二流體流；-維持所述上部子室內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)液體第三流體流以通過(guò)所述出口裝置流出；和-在所述第三流體流和所述第一流體流之間建立流體流速梯度。優(yōu)選地，在所述第三流體流和所述第一流體流之間建立流體流速梯度的步驟是其程度使得第三流體流的速度相對(duì)于所述第一流體流的速度下降大約75%。優(yōu)選地，進(jìn)一步包括步驟使液體通過(guò)所述出口裝置從所述上部子室沿徑向流出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的除砂設(shè)備的實(shí)施例的俯視平面圖；圖2-4是圖1所示設(shè)備的三個(gè)不同角度的正視圖；圖5-6分別是圖1和3的放大圖，進(jìn)一步顯示了細(xì)節(jié)；圖7A、7B和7C是與圖2類似的視圖，但是具有放大比例并且示出了相對(duì)于錐形隔板位于豎軸上的三個(gè)不同的可替代流體推進(jìn)器臺(tái)架；圖8和9是與圖1類似的俯視平面圖和與圖3類似的正視圖，不過(guò)顯示了隔板是平板的本發(fā)明的替代實(shí)施例；圖10到13是與圖1類似的視圖，但是具有放大比例并且顯示了除砂設(shè)備當(dāng)前設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的液體出口裝置通道的四個(gè)不同可替代定向；圖14是圖6中間部分的放大剖視圖，顯示出錐形隔板如何固定地連接到砂礫沉降主室的周向壁上；圖15是與圖7A類似的視圖，但是具有稍微放大的比例并且進(jìn)一步顯示了本發(fā)明中推進(jìn)器葉片安裝在沉降室底板的漏斗中的實(shí)施例；圖16是與圖14類似的視圖，但是進(jìn)一步顯示了安裝到砂礫沉降室頂端的軸；和圖17是對(duì)比效率曲線，顯示出與現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備相比，本發(fā)明的除砂設(shè)備相對(duì)于增大的砂礫尺寸的性能。
具體實(shí)施例方式圖1-6和14顯示了用于從夾砂污水中分離砂礫的設(shè)備100的第一實(shí)施例。設(shè)備 100包括圓柱形主沉降室102，其位于下部的直徑較小的圓柱形砂礫儲(chǔ)存副室104的緊上方并與該砂礫儲(chǔ)存副室104同心。底部砂礫儲(chǔ)存室104用于儲(chǔ)存在離心力和重力作用下從已經(jīng)進(jìn)入沉降室102的夾砂污水流體中去除的砂礫。室102限定出豎立的周向壁106、頂壁 108和底壁110。漏斗狀底板112安裝在底壁110上方，具有通過(guò)底板110中的連通孔IlOA 與砂礫儲(chǔ)存室104對(duì)準(zhǔn)并且開(kāi)口到砂礫儲(chǔ)存室104中的、漏斗狀底板112的在直徑方向上較小的底部開(kāi)口 112A，以及與壁106結(jié)合的、漏斗狀底板112的在直徑方向上較大的頂部開(kāi)口 112B。優(yōu)選地，漏斗狀底板112的斜度的范圍在15°到30°之間，最優(yōu)選為大約20°的
最佳值。在圖1-6和14所示的優(yōu)選實(shí)施例中，向下凸出的錐形隔板114在底板112上方和主室頂壁108下方間隔地安裝到主室102內(nèi)。錐形隔板114限定主錐形體116，具有頂部環(huán)形凸緣118和由底部環(huán)形緣122環(huán)繞的底部開(kāi)口 120。優(yōu)選地，隔板底部開(kāi)口 120的直徑介于頂部凸緣118的直徑的40%到60%之間，最佳值為大約50%。頂部凸緣118以基本上流體密封的方式固定地連接到豎立壁106上，其中底部開(kāi)口 120形成與主室豎立壁106大致正交的平面。然而，從實(shí)際目的出發(fā)，可以認(rèn)為隔板頂部凸緣118和主室豎立壁106之間的幾毫米的功能性公差對(duì)于安裝目的來(lái)說(shuō)在操作上是能接受的。優(yōu)選地，錐形體116的斜度與漏斗狀底板112的斜度相匹配，最佳值為大約20°。 錐形隔板114的較大角度錐度，例如30°到45°之間，理論上可能是有效的，然而這將在除砂設(shè)備尺寸以及固定成本方面造成大幅度增加，降低或消除與增加除砂能力有關(guān)的成本節(jié)約。因此，上部子室102A形成在隔板114的錐形體116和主室102的頂壁108之間， 而下部子室102B形成在隔板114的錐形體116和室102的漏斗狀底板112之間，其中子室102A和102B僅僅通過(guò)錐形隔板114的沿徑向向內(nèi)的底部開(kāi)口 120流體連通。附接支架 122沿著邊緣固定地設(shè)置在凸緣118上并通過(guò)錨固件124以基本上流體密封的方式錨固到壁102上，使彈性體帶1 卡在支架122的周向腔122A中。因此可以理解的是，錐形隔板114的尺寸與形狀相對(duì)于砂礫沉降室102形成為使得將部分去除砂礫的水的上升流誘發(fā)的所有旋渦都限制到僅在隔板底部中心開(kāi)口 120處的水流中。不允許部分清除砂礫的水在錐形隔板114的密封周向邊緣部分和沉降室102的周向內(nèi)壁106之間向上流動(dòng)，使得子室102A和102B之間的所有水流都僅僅經(jīng)過(guò)中心底部開(kāi)口 120。液體進(jìn)口 1 橫向地穿過(guò)豎立壁106并通向下部子室102B。液體污水進(jìn)口通道 130在一端通向進(jìn)口 128，用于將液體污水引入子室102B。通道130沿切向方向與主沉降室壁106的下部相交，以便使進(jìn)入的污水液體沿切向方向流入下部子室102B。產(chǎn)生離心力以用于進(jìn)入內(nèi)部圓柱形下部子室102B的污水流體，導(dǎo)致污水流體強(qiáng)制性地沿徑向向外掛在室102B的內(nèi)壁上。通道130在其上游端處具有大致為水平的主供給段130A，通過(guò)居中的向下傾斜的肘部130B與通道130連接，其中通道130與壁106形成非正交角值。優(yōu)選地，通道部分130 相對(duì)于與壁106正交的平面的角值介于10°到30°之間，最優(yōu)選為具有15°的最佳值。因此，將液體污水設(shè)計(jì)為以相當(dāng)大的流速流過(guò)進(jìn)口 1 并流入子室102B。流體進(jìn)口 1 的直徑尺寸優(yōu)選為基本上等于錐形隔板114的頂部凸緣118和漏斗狀底板112的頂部開(kāi)口 112B 之間的距離。流體出口 132橫向地穿過(guò)豎立壁106并通向上部子室102A。液體通道134在其一端處橫向地通向流體出口 132，用于將與砂礫分離的液體從上部子室102A引出并引入通道134。正如圖6中建議的，液體泄水通道134的內(nèi)徑可以明顯大于液體進(jìn)口通道130，并且在這種操作設(shè)計(jì)中可以與液體進(jìn)口通道130保持大體相同的方向。
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或者，正如圖10的實(shí)施例所建議的，除砂設(shè)備100'的液體泄水通道134'在操作上可以相對(duì)于進(jìn)口通道130的方向轉(zhuǎn)向180°。此外，還如圖10所示，如同上述實(shí)施例一樣，液體泄水通道134'不需要從壁106'沿切向方向流出，而是可以從該壁106'沿徑向流出并且例如以平行反向流動(dòng)的方式流向通道130，同時(shí)除砂設(shè)備100'保持完全可操作。或者，正如圖11的實(shí)施例所建議的，除砂設(shè)備100〃的通道130" ,140"可以是同軸的。圖12的可替代操作實(shí)施例與圖10類似，只是除砂設(shè)備100'“的通道130'“、 140'“具有基本相同的內(nèi)徑。圖13所示的除砂設(shè)備100"“的可替代實(shí)施例給出了操作設(shè)計(jì)，其中液體出口通道134"“相對(duì)于污水進(jìn)口通道130"“的方向以直角從主室壁 106"“流出。中空軸140以豎立狀態(tài)安裝在主室102內(nèi)，限定出通過(guò)孔108A而軸頸安裝到頂壁 108內(nèi)的頂端部140A，并且其尺寸形成為使其底端開(kāi)口 108B自由地通向砂礫儲(chǔ)存室104，以便能夠?qū)⒋蟛糠稚暗[材料沉積在其中。軸140自由地延伸穿過(guò)錐形隔板114的開(kāi)口 118和 120。承載在壁108上的馬達(dá)142可操作地連接到軸140上并驅(qū)動(dòng)該軸140轉(zhuǎn)動(dòng)。軸馬達(dá) 142的變速箱優(yōu)選地由重型軸承支撐板和結(jié)構(gòu)元件制成。應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成使得齒輪和軸承能夠容易地進(jìn)行油脂潤(rùn)滑。變速箱的下部由防濺板封閉。變速箱包括小齒輪，小齒輪直接安裝在變速箱馬達(dá)輸出軸上并且支配在具有外部傳動(dòng)裝置的例如495mm節(jié)圓直徑的旋轉(zhuǎn)環(huán)上。 優(yōu)選地，馬達(dá)12是等速型馬達(dá)，不過(guò)也可替換成變速型馬達(dá)。流體泵144也由與馬達(dá)142相鄰的頂壁108承載，并且可操作地連接到中空軸140 上并在該中空軸140中產(chǎn)生負(fù)壓以用于經(jīng)過(guò)軸140的中空部分從砂礫儲(chǔ)存室104向上牽拉砂礫材料并且在軸140的頂部開(kāi)口處向外牽拉至通向外部廢品搜集器的通道146。流體泵 144的操作可以是周期性的，例如每小時(shí)15分鐘。具有若干周向地安裝的葉片152的多葉片推進(jìn)器150橫向地固定安裝到軸140上以便繞著位于沉降室102中心的豎直軸線旋轉(zhuǎn)。在圖6所示的優(yōu)選實(shí)施例中，推進(jìn)器150 安裝到下部子室102B內(nèi)，位于漏斗狀底板頂部開(kāi)口 112B上方且位于錐形隔板114底部開(kāi)口 120的下方，與流體進(jìn)口 1 橫向?qū)?zhǔn)，其中來(lái)自通道130的液體污水流沿切向方向被引向推進(jìn)器葉片152。優(yōu)選地，推進(jìn)器150的尺寸形成為使其在直徑方向上與錐形隔板底部開(kāi)口 120的直徑匹配。隔板開(kāi)口 118和120的尺寸應(yīng)該形成為能夠通過(guò)去除主室102的頂壁 108而手動(dòng)地接近推進(jìn)器150。葉片152以略微傾斜的方式安裝，例如相對(duì)于水平面成大約 30°。圖6所示的除砂設(shè)備100的優(yōu)選實(shí)施例可操作地實(shí)現(xiàn)液體出口通道134的不同角度的切向或徑向設(shè)置，尤其是考慮到位于下部子室102B中的推進(jìn)器150的定位。因此推進(jìn)器150在下部子室102B中引起渦輪效應(yīng)，產(chǎn)生上升的中心旋渦(沿著圖15中的箭頭Rl)。 在上升旋渦中，流體的液體部分沿圖15中的箭頭R2上升，而粗糙固體沿著漏斗狀底板112 的向下向內(nèi)傾斜的斜坡滑向底部從而滑向砂礫儲(chǔ)存室104。旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器150的葉片152的切向速度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地與來(lái)自進(jìn)口通道130的液體污水流的切向速度相同，例如大約每秒1 米的流速和每秒1. 2立方米的流量?；蛘?，推進(jìn)器150能夠以比來(lái)自進(jìn)口通道130的污水流大的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，例如高達(dá)來(lái)自進(jìn)口通道130的污水流速的幾倍，同時(shí)仍然保持至少部分有效地增強(qiáng)不僅是液體部分還有具有比砂子更低密度的有機(jī)固體(例如谷粒)的上升渦旋運(yùn)動(dòng)。在通過(guò)錐形隔板開(kāi)口 118和120向上流向上部子室102A并流入上部子室102A(圖15中箭頭舊)之前，粗?？稍谙虏孔邮?02B內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)例如5到6次或更多次，并且推進(jìn)器150 的一個(gè)重要功能是實(shí)現(xiàn)這種上升渦旋流體運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化。推進(jìn)器150的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)與污水液體流動(dòng)方向?yàn)橄嗤姆较颉D7A、7B和7C顯示了推進(jìn)器150的可替代設(shè)置。在圖7A所示的實(shí)施例中，推進(jìn)器150'安裝在上部子室102A中，位于錐形隔板 114上方且位于頂壁108下方。推進(jìn)器150'包括用于每個(gè)葉片152'的搖臂臺(tái)架151，所述搖臂臺(tái)架151使葉片152'能夠從靜止向下延伸狀態(tài)(如圖所示)部分徑向地向外傾斜至部分徑向地向外延伸的操作狀態(tài)，例如直至與水平面成60°。這種葉片搖臂臺(tái)架151的目的是在操作循環(huán)開(kāi)始時(shí)減少拖曳慣性，因此，這種葉片搖臂臺(tái)架151可以僅僅在與上部子室102A對(duì)應(yīng)的環(huán)境下操作。在圖7A的實(shí)施例中，上部子室102A和下部子室102B之間的速度梯度明顯小于圖6中推進(jìn)器安裝在下部子室102B中的實(shí)施例。因此，圖10-13的除砂設(shè)備的實(shí)施例不適宜與圖7A的推進(jìn)器設(shè)置一起使用。在圖7B的第二實(shí)施例中，推進(jìn)器150〃同樣安裝到上部子室102A中，具有與圖7A 類似的限制，只是現(xiàn)在基本上與錐形隔板114的頂部凸緣118共面。在圖7C的第三實(shí)施例中，推進(jìn)器150'“安裝到下部子室102B內(nèi)，只是現(xiàn)在基本上與錐形隔板114的底部開(kāi)口 120共面。關(guān)于速度梯度的限制與圖7A類似。正如附圖的圖17中所示的計(jì)算機(jī)生成的流體動(dòng)力學(xué)模擬曲線所建議的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的除砂設(shè)備本發(fā)明的這種除砂設(shè)備能夠獲得大約10到15%級(jí)別的改進(jìn)效率，尤其是具有向下錐形隔板114和安裝在下部子室102B中間的推進(jìn)器150的實(shí)施例。與出水槽相比，效率水平與進(jìn)水槽中含砂量的差異有關(guān)?；蛘?，如附圖的圖8-9所示，隔板114'可以是平面的，而不是錐形的，只是以增加結(jié)構(gòu)施工苦難為代價(jià)，不過(guò)與現(xiàn)有技術(shù)相比仍有出乎意外的效率改進(jìn)，也就是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的除砂設(shè)備具有大約10到15%的改進(jìn)效率。當(dāng)隔板是錐形114時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)中的除砂設(shè)備相比，得到相當(dāng)出乎意外的10到15%的效率改進(jìn)。這里的重要因素在于具有安裝到除砂設(shè)備沉降室內(nèi)的新隔板，該隔板用于將主沉降室102分成兩個(gè)子室102A和102B 水和含砂污水進(jìn)入的下部子室102B ；和部分地去除砂礫的水流出的上部子室102A，其中能使從下部子室到上部子室的幾乎所有水流僅僅經(jīng)過(guò)隔板114的中心開(kāi)口 118、120。已經(jīng)出乎意料地發(fā)現(xiàn)在上部子室102A內(nèi)部的液體流和下部子室102B內(nèi)部的液體流之間建立流體流速梯度。尤其是，當(dāng)推進(jìn)器150位于下部子室102B時(shí)，得到最佳結(jié)果，其中流體流速梯度使流體能夠從上部子室102A經(jīng)過(guò)出口 132非定向地沿徑向或切向方向流出，并且還適應(yīng)進(jìn)口通道1309和出口通道134之間的不同液體流動(dòng)負(fù)載。對(duì)于最佳值，流體流速梯度使得上部子室102A中的流體流速(圖15中箭頭R3)比下部子室102B中的流體流速(圖15中箭頭Rl)小大約四倍。還要注意到，該速度梯度促進(jìn)偶然進(jìn)入上部子室102A、 經(jīng)過(guò)上升渦旋并且經(jīng)過(guò)隔板中心開(kāi)口 118、120的砂粒最終因重力沉積，由此進(jìn)一步增強(qiáng)該設(shè)備100尋求的砂礫分離效果。還應(yīng)注意到，本設(shè)備100容易適應(yīng)污水流體流速相對(duì)于推進(jìn)器150的恒速有高達(dá) 25%的增加，而沒(méi)有明顯降低除砂的工作效率或沒(méi)有明顯的回流。本設(shè)備對(duì)流體流動(dòng)參數(shù)或流體流出結(jié)構(gòu)的偶然波動(dòng)有很強(qiáng)的適應(yīng)性。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的除砂設(shè)備的另一個(gè)改進(jìn)與主砂礫沉降室102內(nèi)部的液位控制有
10關(guān)。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中，為了避免效率的明顯降低這種控制是至關(guān)重要的?？墒?，在本發(fā)明的設(shè)備中，主砂礫沉降室102中的液位控制就沒(méi)那么重要了。本除砂設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠提供如下性能a)去除至少95%的、尺寸等于或大于300微米的顆粒狀砂礫；b)去除至少85%的、尺寸等于或大于210微米的顆粒狀砂礫；以及最重要的，c)去除至少65%的、尺寸等于或大于150微米的顆粒狀砂礫。本除砂設(shè)備特別適合于廢水處理廠，但不限于此。
權(quán)利要求
1.一種用于將砂礫從液體污水中分離同時(shí)保持有機(jī)固體懸浮的設(shè)備，其包括允許液體污水進(jìn)入所述設(shè)備的進(jìn)口裝置、用于從所述設(shè)備排出已經(jīng)與砂礫分離的液體的出口裝置、 以及用于將分離后的砂礫從所述設(shè)備去除的裝置，所述設(shè)備進(jìn)一步包括-限定出底端部分、頂端和周向壁的圓柱形砂礫沉降主室；-砂礫儲(chǔ)存副室，其位于所述主室的底端部分下方，使得從液體沉出的砂礫將沉在所述副室內(nèi)，所述副室包括穿過(guò)所述主室的底端部分的中心砂礫沉降通道頂部開(kāi)口 ；-居中地位于所述主室和所述副室中的豎軸，所述豎軸具有縱向軸線；-使所述豎軸繞所述縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置；-在所述頂端和所述底端中間與所述頂端和所述底端間隔開(kāi)的橫向延伸通過(guò)所述主室的隔板，其中在所述主室內(nèi)的所述隔板上方形成上部子室且在所述主室內(nèi)的所述隔板下方形成下部子室，所述液體污水進(jìn)口裝置與所述下部子室直接流體連通，所述液體出口裝置與所述上部子室直接流體連通，所述隔板具有以基本上流體密封的方式一體地安裝到所述主室的所述周向壁上的周向邊緣；所述隔板包括容納所述軸的底部中心孔，所述隔板的底部中心孔與所述軸間隔開(kāi)以在所述軸和所述隔板之間限定環(huán)形開(kāi)孔，從而提供液體從所述下部子室向所述上部子室的向上流動(dòng)；和位于所述主室內(nèi)并且能夠在所述下部子室內(nèi)形成持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)液體污水第一流體流的機(jī)械裝置，其能夠引起從所述下部子室經(jīng)過(guò)所述隔板環(huán)形開(kāi)孔進(jìn)入所述上部子室的向上的液體第二流體流，以及在所述上部子室內(nèi)形成通過(guò)所述出口裝置流出的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)液體第三流體流，其中所述第三流體流和所述第一流體流之間建立流體流速梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的除砂設(shè)備，其中所述流體流速梯度使得所述第三流體流處于比所述第一流體流顯著小的速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的除砂設(shè)備，其中用于形成所述第二流體流和所述第三流體流的所述機(jī)械裝置包括固定到所述軸上并且能夠與所述軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的多個(gè)葉片，所述葉片位于所述下部子室內(nèi)；其中所述流體流速梯度使得已經(jīng)與砂礫分離的液體能夠從所述上部子室通過(guò)所述出口裝置非定向地沿徑向和切向方向流出，并且進(jìn)一步適應(yīng)所述進(jìn)口裝置和所述出口裝置之間的不同液體流動(dòng)負(fù)載。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的除砂設(shè)備，其中所述流體流速梯度使得所述第三流體流的流速比所述第一流體流的流速小大約四倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的除砂設(shè)備，其中所述隔板是向下的凸錐部，其限定出在直徑方向上較大的頂部開(kāi)口和在直徑方向上較小的底部開(kāi)口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的除砂設(shè)備，其中所述錐形隔板的底部開(kāi)口的直徑為所述錐形隔板的頂部開(kāi)口的直徑的40%到 60%之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的除砂設(shè)備，其中所述錐形隔板的角斜度的范圍在15°到30°之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的除砂設(shè)備，其中所述錐形隔板的角斜度的范圍在15°到30°之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的除砂設(shè)備，其中所述主室的底端部分為具有與所述錐形隔板的角斜度基本匹配的角斜度的漏斗狀，所述漏斗狀底端部分限定出通向所述下部子室的頂端和與所述副室的頂部開(kāi)口接合的底端。
10.如權(quán)利要求7所述的除砂設(shè)備，其中所述主室的底端部分是具有大約20°的角斜度的漏斗狀。
11.如權(quán)利要求8所述的除砂設(shè)備，其中所述錐形隔板的所述角斜度為大約20°。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的除砂設(shè)備，其中所述進(jìn)口裝置包括形成在所述下部子室的周向壁中并通向所述下部子室的入口，以及從所述下部子室沿切向方向伸出的液體污水供給通道，所述供給通道相對(duì)于與所述下部子室的周向壁成直角的平面具有范圍在10°到30°之間的角斜度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的除砂設(shè)備，其中所述供給通道的角斜度為大約15°。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的除砂設(shè)備，其中用于形成所述第二流體流和所述第三流體流的所述機(jī)械裝置包括固定到所述軸上并且與所述軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的多個(gè)葉片，所述葉片位于所述上部子室內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的除砂設(shè)備，其中所述流體流速梯度使得所述第三流體流的流速比所述第一流體流的流速小大約四倍。
16.如權(quán)利要求2所述的除砂設(shè)備，其中所述隔板是平板。
17.如權(quán)利要求9所述的除砂設(shè)備，其中所述葉片被限制在所述漏斗狀主室的底端部分內(nèi)并安裝到所述軸的對(duì)準(zhǔn)部分上。
18.如權(quán)利要求9所述的除砂設(shè)備，其中所述葉片被限制在所述錐形隔板的底部開(kāi)口內(nèi)并安裝到所述軸的對(duì)準(zhǔn)部分上。
19.如權(quán)利要求9所述的除砂設(shè)備，其中所述葉片被限制在所述錐形隔板的頂部開(kāi)口內(nèi)并安裝到所述軸的對(duì)準(zhǔn)部分上。
20.如權(quán)利要求5所述的除砂設(shè)備，其中所述錐形隔板的底部開(kāi)口的直徑為所述錐形隔板的頂部開(kāi)口的直徑的大約5%。
21.一種用于將砂礫從液體污水中分離同時(shí)保持有機(jī)固體懸浮的方法，其包括允許液體污水進(jìn)入所述設(shè)備的進(jìn)口裝置、用于從所述設(shè)備排出已經(jīng)與砂礫分離的液體的出口裝置、以及用于將分離后的砂礫從所述設(shè)備去除的裝置，所述方法包括下列步驟-提供圓柱形砂礫沉降主室、砂礫儲(chǔ)存副室和豎軸，所述圓柱形砂礫沉降主室限定出底端部分、頂端和圓周壁，所述砂礫儲(chǔ)存副室位于所述主室的底端部分下方，使得從液體沉出的砂礫將沉在所述副室內(nèi)，所述副室包括具有頂部開(kāi)口的周向壁；所述豎軸居中地位于所述主室和所述副室中，所述軸具有縱向軸線；-使所述豎軸繞所述縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；-提供在所述頂端和所述底端中間與所述副室間隔開(kāi)的橫向延伸通過(guò)所述主室的隔板，其中在所述主室內(nèi)的所述隔板上方形成上部子室且在所述主室內(nèi)的所述隔板下方形成下部子室，其中所述液體污水進(jìn)口裝置與所述下部子室流體連通，并且所述液體出口裝置與所述上部子室流體連通，所述隔板具有一體地安裝到所述主室的所述周向壁上的周向邊緣；所述隔板包括容納所述軸的底部中心孔，所述底部中心孔與所述軸間隔開(kāi)以在所述軸和所述隔板之間限定環(huán)形開(kāi)孔，從而提供液體從所述下部子室向所述上部子室的向上流動(dòng)；-在所述下部子室內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)液體污水第一流體流；-引起從所述下部子室經(jīng)過(guò)所述隔板環(huán)形開(kāi)孔進(jìn)入所述上部子室中的豎直向上的液體第二流體流；-維持所述上部子室內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)液體第三流體流以通過(guò)所述出口裝置流出；和 -在所述第三流體流和所述第一流體流之間建立流體流速梯度。
22.如權(quán)利要求21所述的除砂方法，進(jìn)一步包括步驟在所述第三流體流和所述第一流體流之間建立流體流速梯度，其程度使得第三流體流的速度相對(duì)于所述第一流體流的速度下降大約75%。
23.如權(quán)利要求22所述的除砂方法，進(jìn)一步包括步驟使液體通過(guò)所述出口裝置從所述上部子室沿徑向流出。
24.如權(quán)利要求23所述的除砂方法，進(jìn)一步包括步驟使砂礫從所述砂礫儲(chǔ)存副室周期性地泵出，所述砂礫泵出是通過(guò)所述軸中的縱向中空部進(jìn)行的。
全文摘要
用于從液體污水中分離砂礫同時(shí)保持有機(jī)固體懸浮的設(shè)備。該設(shè)備包括砂礫沉降室、位于該沉降室下方的砂礫儲(chǔ)存室和位于該沉降室中央的轉(zhuǎn)動(dòng)豎軸。推進(jìn)器可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在軸附近。錐形隔板橫向穿過(guò)該沉降室的中間部分。液體污水在錐形隔板下面進(jìn)入沉降室下部，與砂礫分離的液體在錐形隔板上方從沉降室上部流出。隔板具有以液體密封方式一體安裝在沉降室周向壁上的外緣并在軸和隔板之間限定中心環(huán)形開(kāi)孔用來(lái)保證液體從下部子室向上部子室的向上流動(dòng)。推進(jìn)器能夠在下部子室內(nèi)形成持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)液體污水第一流體流，引起從所述下部子室經(jīng)過(guò)所述隔板環(huán)形開(kāi)孔進(jìn)入所述上部子室的向上的液體第二流體流，并在所述上部子室內(nèi)形成從所述出口裝置流出的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)液體第三流體流，其中在所述第三流體流和所述第一流體流之間建立流體流速梯度。
文檔編號(hào)B01D21/06GK102224108SQ200980146416
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者K·埃塞米亞尼, M·布呂諾, M·庫(kù)蒂爾, M·貝利沃 申請(qǐng)人:威立雅水務(wù)解決方案與技術(shù)支持公司