本發(fā)明領(lǐng)域是污水處理部門中通常使用以分離混合物的液相和固相的水力旋流器的設(shè)計和制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水力旋流器通常在一些污水的處理過程中使用以進(jìn)行固液分離。

本申請人例如在應(yīng)用以為名商業(yè)化的其水處理工藝時使用工業(yè)水力旋流器。這些相同的水力旋流器用于其他的水處理或者工業(yè)污水處理工藝中。

型水處理工藝包括載體絮凝工序，在載體絮凝工序的過程中，預(yù)先混凝和/或絮凝的水與載體例如細(xì)砂接觸，以在后繼沉淀工序時快速沉淀其含有的絮凝物。

該沉淀工序?qū)е庐a(chǎn)生至少部分處理過的水和沉淀污泥與載體的混合物。

為保持這種處理工藝的性能水平，載體濃度必須在處理過程中保持基本不變。

為確保性能水平的保持同時限制載體消耗、從而降低運(yùn)營成本，載體在處理過程中進(jìn)行再循環(huán)。為此，污泥和載體的混合物向水力旋流器輸送，在水力旋流器內(nèi)，載體組成的固相基本上與液相分離。

液體、污泥和載體形成的混合物側(cè)向地在壓力下輸入到水力旋流器主體內(nèi)，該主體具有截圓錐形的內(nèi)腔，內(nèi)腔直徑向水力旋流器的下溢口減小。在供給壓力作用下，在內(nèi)腔內(nèi)形成旋流，旋流趨向于使固相貼靠內(nèi)腔周壁。因此，固相向水力旋流器的底流口流動，而液相向水力旋流器的溢流口上升。

砂、少量液體和污泥的混合物在底流口排出，以至少部分地再循環(huán)而在工藝中再輸入載體。液體、污泥和少量載體的混合物在溢流口排出。

使用這種水力旋流器可有效回收載體以在工藝中再循環(huán)所述載體。因此，其使用有助于降低載體消耗以及降低其固有成本。

為確保水、污泥和載體的混合物中的液相與固相有效分離，這種混合物必須以一般約為2巴的高壓輸入到水力旋流器中。為此，必須使用大功率泵。但是，這種泵能耗高。

另外，目前的水力旋流器易受待處理水的懸浮物(mes)濃度變化的影響。因此，待處理水的懸浮物量在一年中變化很大。在待處理水具有高濃度懸浮物時期的期間，水力旋流器的底流口勢必趨向于受到阻塞。則水力旋流器難以在底流口排出污泥和載體的混合物：這種現(xiàn)象稱為“堵塞”。一部分污泥和載體則在溢流口與已處理水一起排出，從而導(dǎo)致載體損失并已處理水質(zhì)量降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的尤其是提供一種解決這些不同問題中的至少一些問題的有效解決方案。

特別是，根據(jù)至少一種實(shí)施方式，本發(fā)明的目的是提供一種水力旋流器，其不易受待處理污水的懸浮物濃度變化的影響。

尤其是，根據(jù)至少一種實(shí)施方式，本發(fā)明的目的是提供不易受堵塞現(xiàn)象影響的這樣一種水力旋流器。

根據(jù)至少一種實(shí)施方式，本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種水力旋流器：其至少與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水力旋流器比較起來能耗低。

特別是，根據(jù)至少一種實(shí)施方式，本發(fā)明的目的是提供一種水力旋流器，其至少與現(xiàn)有技術(shù)的水力旋流器比較起來，能以低供給壓力有效地工作。

根據(jù)至少一種實(shí)施方式，本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種水力旋流器：其設(shè)計簡單和/或可靠和/或耐用。

發(fā)明概要

為此，本發(fā)明提出一種水力旋流器，其具有：

-主體，主體限定中空的內(nèi)腔，中空的內(nèi)腔具有呈圓柱形截面的圓柱形上部部分和呈截錐形截面的截錐形下部部分，圓柱形上部部分由截錐形下部部分延長，截錐形下部部分的直徑朝所述主體的下部部分的方向減??；

-用于固液混合物的入口，入口通到圓柱形上部部分中；

-底流口，用于排出與液體基本分離的固體，與所述內(nèi)腔的下端連通；

-溢流口，用于排出與固體基本分離的液體，與所述內(nèi)腔的上端連通；

其中，所述底流口從呈截錐形截面的截錐形下部部分的下端延伸并具有截錐形部，截錐形部的直徑朝所述水力旋流器的下部部分的方向增大。

因此，根據(jù)本發(fā)明的該方面，使用呈截錐形截面的其直徑向水力旋流器下部擴(kuò)大的底流口，有助于保持流體的渦旋運(yùn)動。

這有利于水力旋流器內(nèi)液相與固相的分離，還有利于限制水力旋流器底流口的堵塞現(xiàn)象。因此，根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器不容易受待處理污水的懸浮物濃度變化的影響。

這還可降低供給壓力，同時保持混合物的液相與固相分離的良好程度。因此，能耗降低，采用水力旋流固液分離法固有的成本降低。

根據(jù)一實(shí)施例，所述底流口的輪廓具有至少一個螺旋形槽，螺旋形槽的環(huán)繞方向與所述內(nèi)腔內(nèi)液體的環(huán)繞(或循環(huán))方向相同。

使用這種槽允許維持流體在水力旋流器的下部部分中的旋轉(zhuǎn)。這有助于避免水力旋流器底流口堵塞，有助于使之不容易受待處理污水的懸浮物濃度變化的影響。

根據(jù)一實(shí)施例，所述至少一個螺旋形槽部分地延伸到所述內(nèi)腔的截錐形下部部分的輪廓上。

這還可維持水力旋流器下部部分中流體的旋轉(zhuǎn)，有助于避免水力旋流器底流口堵塞，有助于使之不容易受待處理污水的懸浮物濃度變化的影響。

根據(jù)一實(shí)施例，螺旋形槽形成凹陷部。

這可確保水力旋流器內(nèi)流體的良好導(dǎo)向。在一實(shí)施例中，所述槽還可在內(nèi)腔內(nèi)形成凸起。

根據(jù)一實(shí)施例，底流口的長度大于水力旋流器的內(nèi)腔的截錐形下部部分與底流口之間接合處的直徑的三倍。

優(yōu)選地，所述底流口的長度小于或等于水力旋流器內(nèi)腔的截錐形下部部分與水力旋流器底流口之間接合處的直徑的十倍。

較短的長度會導(dǎo)致限制了采用截錐形底流口預(yù)期的效果即：改善固液分離，使水力旋流器對待處理污水的懸浮物濃度變化敏感性較低，同時降低供給壓力。但是，過大的長度則會導(dǎo)致嚴(yán)重的壓頭損失。

根據(jù)一實(shí)施例，底流口的截錐形部相對于其回轉(zhuǎn)軸線的角α為10°至25°之間。

根據(jù)一實(shí)施例，溢流口具有截錐形管，截錐形管在圓柱形上部部分的延長部分中延伸，截錐形管的直徑朝所述水力旋流器的上部部分的方向增大。

這有助于降低供給壓力，有助于維持水力旋流器內(nèi)流體的旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)一實(shí)施例，所述截錐形管具有與所述內(nèi)腔連通的入口和通到設(shè)于所述主體中的周邊殼體內(nèi)的出口，所述溢流口還具有排出管，排出管側(cè)向于主體延伸，所述排出管具有與所述周邊殼體連通的入口和通到所述主體之外的出口。

根據(jù)該實(shí)施例，水力旋流器的溢流口是外溢式出口。實(shí)際上，來自內(nèi)腔的液相外溢流入構(gòu)成收集箱的周邊殼體內(nèi)，再通過側(cè)向排出管從其流出。這允許保持各向異性，從而保持溢流口處溢流旋轉(zhuǎn)。污泥具有各向異性流動性，即其隨測定這種流動性的水力旋流器部位而不同(方向和速度方面)。這尤其源于水力旋流器內(nèi)污泥的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和污泥特性(不完全均勻的多層)。如果排出部不同于溢出部(例如導(dǎo)管)，則會強(qiáng)制流動，會限制希望保持的渦流。而因此，外溢箱(外溢收集箱)允許不會限制流動。

根據(jù)一實(shí)施例，溢流口的截錐形管相對于其回轉(zhuǎn)軸線的角β為10°至30°之間。

這允許溢流口的壓頭損失低，同時保持旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

根據(jù)一實(shí)施例，所述入口具有入料管，入料管沿圍繞所述主體的縱向軸線的螺旋線延伸。

這允許增大混合物送入內(nèi)腔內(nèi)的輸入速度，提高離心效應(yīng)。相反，為了獲得等同的離心效應(yīng)水平，供給壓力和供給流量可以減少。

根據(jù)一實(shí)施例，所述入料管在所述主體的1/4至3/4圈的長度上沿所述螺旋線延伸。

這允許賦予固液混合物速度良好的加速水平，提高水力旋流器內(nèi)的離心效應(yīng)。

根據(jù)一實(shí)施例，所述入料管向所述主體的下部傾斜地延伸。

這允許使混合物一旦輸入到水力旋流器中就向底流口取向。因此有利于固體向水力旋流器的下部部分循環(huán)，從而降低供給壓力，而無損于固液分離。

根據(jù)一實(shí)施例，所述入料管相對于所述主體的橫向軸線的傾斜角小于或等于30°。

根據(jù)一實(shí)施例，所述入料管的與所述內(nèi)腔的圓柱形上部部分的連接部切向地實(shí)現(xiàn)。

這允許混合物一旦輸入到水力旋流器中就貼靠內(nèi)腔周壁，提高固液分離，降低供給壓力。

根據(jù)一實(shí)施例，所述入料管的截面朝所述圓柱形上部部分的方向逐漸減小。

這允許加速混合物的流動，有助于使混合物一旦輸入到水力旋流器中就貼靠內(nèi)腔周壁，提高固液分離，降低供給壓力。

根據(jù)一實(shí)施例，所述入料管的最大截面為所述圓柱形上部部分的截面的30％至50％之間，所述入料管的最小截面為所述圓柱形上部部分的截面的20％至30％之間。

根據(jù)一實(shí)施例，所述入料管具有圓形截面，所述入料管的與所述內(nèi)腔的圓柱形上部部分的連接部以橢圓形的方式實(shí)現(xiàn)。

這還有助于使混合物一旦輸入到水力旋流器中就貼靠內(nèi)腔周壁，提高固液分離，降低供給壓力。

根據(jù)一實(shí)施例，橢圓形的連接部的最小半徑與最大半徑之比為1至2之間。

根據(jù)一實(shí)施例，從所述入料管的圓形截面到入料管的與內(nèi)腔的所述圓柱形上部部分的連接部的橢圓形狀的過渡逐漸進(jìn)行。

這有助于降低水力旋流器的供給壓力。

根據(jù)一實(shí)施例，所述內(nèi)腔的圓柱形上部部分的上部輪廓以與所述內(nèi)腔內(nèi)液體的循環(huán)方向相同的環(huán)繞方向螺旋狀延伸。

這允許流體一旦輸入到水力旋流器內(nèi)就維持其旋轉(zhuǎn)，使流體流向底流口取向，消除在圓柱形部分上部的死容積，因而有利于水力旋流器內(nèi)固液分離，限制水力旋流器的底流口堵塞的現(xiàn)象。因此，水力旋流器不易受待處理污水的懸浮物濃度變化的影響。這還可降低水力旋流器的供給壓力。

根據(jù)一實(shí)施例，所述內(nèi)腔的圓柱形上部部分的上部輪廓從橢圓形的連接部的上部至下部螺旋狀延伸。

這允許采用內(nèi)腔的螺旋形的上部輪廓的作用最大化。

根據(jù)一實(shí)施例，水力旋流器具有在截錐形下部部分與底流口之間的接合處將工業(yè)水注入內(nèi)腔中的注入裝置。

這種注入裝置可在極限情況下水力旋流器發(fā)生堵塞時作為疏通流起作用。

附圖說明

通過閱讀參照附圖對作為說明和非限制性簡單例子給出的具體實(shí)施方式的下述說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將體現(xiàn)出來，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器的正視圖；

圖2表示沿經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器的排出管的軸線和水力旋流器縱向軸線的平面的剖面圖；

圖3表示根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器的圓柱形截面上部部分和入料管的內(nèi)部輪廓的局部示意圖；

圖4表示根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器的圓柱形截面上部部分和入料管的俯視示意圖；

圖5表示根據(jù)本發(fā)明的其上部部分略去的水力旋流器的俯視圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器的底流口的透明側(cè)視圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器的一實(shí)施例的正視圖，其入料管傾斜。

具體實(shí)施方式

結(jié)構(gòu)

圖1至7中示出根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器的示例。

如這些附圖中所示，這種水力旋流器具有主體10，主體沿縱向軸線延伸。該主體10具有中空的內(nèi)腔11。

該中空的內(nèi)腔11具有：

-呈圓柱形截面的圓柱形上部部分110，以及

-呈截錐形截面的截錐形下部部分111，該截錐形截面部分布置在圓柱形截面部分向水力旋流器下部延伸的延長部分中。

這里，截錐形截面部分是回轉(zhuǎn)錐體的截錐部分。其直徑趨向于朝水力旋流器下部的方向減小。

水力旋流器具有入口12，用于輸入固液混合物，例如水、沉淀污泥和載體的混合物。

該入口12具有入料管120。入料管具有圓形截面。該入料管120的軸線相對于水力旋流器的主體的橫向軸線、即相對于與主體10的縱向軸線正交的軸線，向下傾斜小于或等于30°的角β(參見圖7)。因此，該管120的入口高于其出口。在一實(shí)施例中，入料管可以不傾斜(參見圖1和2)。在這種情況下，其沿與主體10的縱向軸線正交的軸線延伸。

入料管120圍繞主體10的縱向軸線形成螺旋。該螺旋在主體10的1/4至3/4周沿上延伸。

入料管120的與內(nèi)腔10的圓柱形部分110的連接部17切向?qū)崿F(xiàn)。

入料管120的截面朝圓柱形部分110的方向逐漸減小。

入料管的最大截面，即其入口截面，為圓柱形部分110的截面的30％至50％之間，入料管120的最小截面為圓柱形部分110的截面的20％至30％之間。

入料管120具有圓形截面。優(yōu)選地，其與內(nèi)腔10的圓柱形部分110的連接呈橢圓形實(shí)現(xiàn)。換句話說，連接部17呈橢圓形。

入料管120與圓柱形部分110之間的橢圓形連接部17的最小半徑與最大半徑之比為1至2之間。

從入料管120的圓形截面到其與內(nèi)腔11的圓柱形部分110的連接部的橢圓形狀的過渡是逐漸進(jìn)行的。

內(nèi)腔11的圓柱形部分110的上部輪廓112以與內(nèi)腔11內(nèi)液體的循環(huán)方向相同的環(huán)繞方向螺旋狀延伸，優(yōu)選地，從入料管120與圓柱形部分110之間的橢圓形連接部17的上部171直至下部172螺旋狀延伸。

水力旋流器具有底流口13，用于排出與通過入料管120輸入到水力旋流器中的混合物中的液體基本分離的固體。底流口13與內(nèi)腔11的下端連通，更準(zhǔn)確的說，與截錐形部分111的下端連通。

底流口13從呈截錐形截面的下部部分111的下端延伸。底流口具有截錐形部130，截錐形部的直徑朝水力旋流器的下部部分的方向增大。在該實(shí)施方式中，該截錐形部是回轉(zhuǎn)錐體的截錐部分。其通到主體10外。

底流口13的長度l大于水力旋流器內(nèi)腔的截錐形下部部分與水力旋流器底流口之間的接合處的直徑的三倍。底流口13的截錐形部130相對于其縱向軸線或回轉(zhuǎn)軸線的角α為10°至25°之間。

底流口13具有至少一個螺旋形槽14，螺旋形槽的環(huán)繞方向與內(nèi)腔11內(nèi)液體的循環(huán)方向、即與輸入到水力旋流器內(nèi)部的由固體和液體組成的液態(tài)混合物的循環(huán)方向相同。槽數(shù)優(yōu)選為偶數(shù)。例如，槽數(shù)可等于兩個或者四個。槽均勻分布在底流口13的截錐形部130的周沿上。所述槽優(yōu)選凹陷地布置于底流口13的截錐形部130的表面?？蛇x地，槽可在底流口的截錐形部的表面形成凸起，即在底流口13內(nèi)形成加厚部分。

所述槽14部分地延長到內(nèi)腔的下部部分的輪廓上。

水力旋流器具有溢流口15，用于排出與通過入料管輸入到水力旋流器中的混合物的固體基本分離的液體。該溢流口與內(nèi)腔11的上端連通，更準(zhǔn)確的說，與圓柱形上部部分110的上端連通。

溢流口15具有在圓柱形部分110的延長部分中延伸的截錐形管151。截錐形管的直徑朝水力旋流器的上部部分的方向遞增大。在該實(shí)施方式中，其構(gòu)成回轉(zhuǎn)錐體的截錐部分。

溢流口15的截錐形管151具有入口1510和出口1511，入口1510與內(nèi)腔11連通，這里與其圓柱形上部部分110連通，出口1511通到設(shè)于主體10中的周邊殼體16中。該周邊殼體構(gòu)成收集箱。溢流口15還具有排出管152，其沿與主體10的縱向軸線基本正交的軸線側(cè)向于主體10地延伸。該側(cè)向排出管152具有與周邊殼體16連通的入口1521、以及通到主體10之外的出口1522。溢流口15構(gòu)成外溢出口，因?yàn)閬碜越劐F形管151的液體溢到周邊殼體16中并流到排出管152中。

溢流口的截錐形管151相對于其軸向或回轉(zhuǎn)軸線的角度為10°至30°之間。

根據(jù)一實(shí)施例，水力旋流器具有在截錐形下部部分與底流口之間的接合處將工業(yè)水注入內(nèi)腔中的注入裝置。例如，所述注入裝置可具有工業(yè)水注入管道60。

在截錐形下部部分與底流口之間的接合處注入工業(yè)水，可在極端情況下水力旋流器發(fā)生堵塞時作為疏通流起作用，因而可疏通水力旋流器。

工作情況

根據(jù)本發(fā)明的水力旋流器通?？捎糜谑够旌衔铩⒗绾休d體的水與沉淀污泥的混合物的液相與固相實(shí)現(xiàn)分離。

為此，這種混合物在優(yōu)選為0.3至1.5巴之間的低壓下，通過入料管120輸入到水力旋流器內(nèi)。

由于該入料管的螺旋形狀，流體在入料管內(nèi)加速，離心效應(yīng)增強(qiáng)。相反，對于相同的離心效應(yīng)，供給流量和壓力損失可以較小。因此，可降低供給壓力。

由于入料管截面減小，因而流體加速，從而產(chǎn)生與前段所述效應(yīng)相同的效應(yīng)。離心效應(yīng)趨向于使固體貼靠外壁。

入料管朝向水力旋流器的底流口傾斜。因此，流體自進(jìn)入水力旋流器中，就沿其在水力旋流器的內(nèi)腔11內(nèi)流動的方向取向。這還可降低供給壓力，避免內(nèi)腔上部出現(xiàn)截留固體及有損分離質(zhì)量的“死容積”。

流體流經(jīng)過入料管120與圓柱形上部部分之間的橢圓形連接部，進(jìn)入圓柱形上部部分110內(nèi)。此外，該連接部以與圓柱形上部部分110的內(nèi)周輪廓呈切向的方式實(shí)現(xiàn)。由于該連接部的幾何特征，固體和液體一旦輸入到內(nèi)腔11中就保持貼近內(nèi)腔的內(nèi)壁。

流體沿內(nèi)腔11的圓柱形部分110的上部輪廓112流動，所述上部輪廓112從入料管120與圓柱形部分110之間的橢圓形連接部的上部向下部、以與內(nèi)腔11內(nèi)液體的循環(huán)方向相同的環(huán)繞方向螺旋狀延伸。這可避免在圓柱形上部部分110的上部區(qū)域中出現(xiàn)死區(qū)，可使流體朝水力旋流器的底流口的方向循環(huán)及降低供給壓力。

流體在內(nèi)腔11內(nèi)繼續(xù)流動，流到截錐形下部部分111中。固相于是向水力旋流器的底流口13流動，而液相向水力旋流器的溢流口15上升。

固相從截錐形下部部分111向底流口13流動。固相于是沿槽14流動，槽14延伸到截錐形部分111的下部區(qū)域的周邊輪廓上。在該區(qū)域中使用槽14，可維持流體旋轉(zhuǎn)，降低水力旋流器對輸入其中的混合物的懸浮物量的敏感性。

流體中的固相部分在底流口13的截錐形部130內(nèi)流動。使用其直徑向下擴(kuò)大的呈截錐形截面的底流口，可在其中避免誘導(dǎo)流，從而保持流體在水力旋流器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。這允許降低供給壓力。

截錐形部130內(nèi)的槽14可維持流體旋轉(zhuǎn)，因而使水力旋流器不容易受輸入其中的混合物的懸浮物量變化的影響。

液相在內(nèi)腔11內(nèi)上升，從截錐形下部部分111流向圓柱形上部部分110，然后流到溢流口15的截錐形管151。

使用其直徑向上擴(kuò)大的截錐形管151，可保持溢流口處溢流的各向異性。這允許保持流體旋轉(zhuǎn)。這還允許降低供給壓力。

接著，液體從截錐形管151的上部溢出到周邊殼體16內(nèi)部。接著，液體從周邊殼體16流到排出管152內(nèi)。

液相從截錐形管151溢出到周邊殼體16內(nèi)，允許保持溢流口中低而恒定的水高度，從而不對底流口流動造成約束。

優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)允許以獨(dú)立或者結(jié)合采用的下述方式方便流體在水力旋流器內(nèi)旋轉(zhuǎn)并保持這種旋轉(zhuǎn)：

-入料管傾斜；

-圓柱形上部部分的上表面呈螺旋形狀；

-底流口具有截錐形部；

-溢流口具有截錐形管；

-液相外溢排出；

-底流口的截錐形部內(nèi)開槽；

-內(nèi)腔的截錐形下部部分的下部區(qū)域中開槽；

所有這些方式都有利于水力旋流器內(nèi)液相與固相分離，及有利于限制水力旋流器底流口的阻塞現(xiàn)象。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)可通過獨(dú)立或者結(jié)合地采用下述方式降低水力旋流器的供給壓力：

-入料管呈螺旋形狀；

-入料管與圓柱形上部部分之間進(jìn)行橢圓形和切向連接；

-入料管的截面朝內(nèi)腔方向減小；

-入料管及其與內(nèi)腔的連接部之間的形狀從圓形逐漸改變到橢圓形；

-入料管傾斜；

-圓柱形上部部分的上表面呈螺旋形；

-底流口具有截錐形部；

-溢流口具有截錐形管；

-液相外溢排出。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)可通過獨(dú)立或者結(jié)合地采用下述方式，減小水力旋流器對輸入其中的混合物的懸浮物量變化的敏感性，從而限制底流口阻塞的現(xiàn)象：

-在底流口的截錐形部內(nèi)開槽；

-在內(nèi)腔的截錐形下部部分的下部區(qū)域中開槽；

-液相外溢排出。