CN102056673A - 旋流浮选系统和配备有该旋流浮选系统的水污染防治系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋流浮选分离器，包括：涡流生成体，所述涡流生成体包括入水口、使通过所述入水口所引入的水打旋以产生旋流，并且包括用于排放所述打旋的水的出水口；空气注入单元，用于将空气注入通过所述入水口引入的水中；排水控制单元，用于控制通过出水口所排放的水量，从而使得所述涡流生成体中的水位保持不变；以及悬浮固体去除单元，用于从所述涡流生成体中取出悬浮固体，所述存在的悬浮固体扩散在被供应到所述涡流生成体的水中，然后漂浮并在所述水的旋流和所述水中所充入的气泡的浮力的作用下向水面的涡流的中心聚集。因此，包括所述旋流浮选分离器的所述水污染防治系统能够以较低的成本有效地处理从净化废水、污水、工业水等的过程中产生的悬浮固体。

Description

旋流浮选系统和配备有该旋流浮选系统的水污染防治系统

技术领域

本发明涉及一种用于从液体中分离悬浮固体的旋流浮选分离器(hydrocyclone floating separator)和采用该旋流分离器的水污染防治系统。

背景技术

近来，由于水污染的加剧，在湖泊或河流中产生的藻类越来越多，从而产生各种问题，诸如生态系统受到破坏等。然而，由于藻类的分布非常广并且数量庞大，利用现有的技术彻底地处理藻类是无法想象的。

去除藻类的方法包括使用化学制品来杀死藻类和使用过滤材料来过滤掉藻类。这两种方法是方便的藻类处理方法。然而，对于这两种方法来说，前者会产生有毒化学物质和由于死亡的藻类引起的二次污染的问题，而后者由于处理过程缓慢并且所需的成本高而难以应用。

其它去除藻类的方法可以包括在水中沉淀藻类然后去除沉淀的藻类的凝结沉淀方法，以及使藻类漂浮在水面上以形成浮渣然后去除浮渣的浮选分离方法。凝聚沉淀方法的优点在于，其过程相对容易进行，但是问题在于需要用2到5个小时来沉淀待处理的目标对象，因此增加了工具和设备的规模和成本。浮选分离方法的优点在于需要用20到50分钟来使目标对象漂浮，因此用凝聚沉淀方法中所使用的设备总量的1/5到1/6的设备即可执行所述工作，但是浮选分离方法的问题在于必须额外地设置空气压缩器、浮渣去除装置等等以及在进行所述过程时一部分漂浮的浮渣会浸入水中。

同时，凝聚沉淀方法和浮选分离方法也用于在废水处理过程中分离水中的泥浆。即使在这种情况下，也存在与上述问题类似的问题。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种旋流浮选分离器及利用所述旋流浮选分离器的水污染防治系统，所述旋流浮选分离器用于分离水中的悬浮固体并且能够应用于大规模目标对象。

技术方案

本发明的一个方面提供一种旋流浮选分离器，包括：涡流生成体，所述涡流生成体包括入水口、使通过所述入水口所引入的水打旋以产生旋流，并且包括用于排放所述打旋的水的出水口；空气注入单元，用于将空气注入通过所述入水口引入的水中；排水控制单元，用于控制通过出水口所排放的水量，从而使得所述涡流生成体中的水位保持不变；以及悬浮固体去除单元，用于从所述涡流生成体中取出悬浮固体，所述存在的悬浮固体扩散在被供应到所述涡流生成体的水中，然后漂浮并在所述水的旋流和所述水中所充入的气泡的浮力的作用下向水面的涡流的中心聚集。

这里，所述涡流生成体可以具有圆截面的形状，所述入水口可以是沿着所述涡流生成体的圆周的切线方向设置的给水管的通路，所述出水口可以是设置在所述涡流生成体的底部的排水管的通路。在这种情况下，所述涡流生成体可以设置有多个所述给水管，所述给水管中的每一个都沿着所述涡流生成体的圆周的切线方向布置。此外，所述排水控制单元可以包括阀门。

此外，所述悬浮固体去除单元可以包括悬浮固体回收管，并且所述悬浮固体回收管可以被布置为其入口在所述水面下方与所述旋流的中心相对应。

本发明的另一个方面提供一种水污染防治系统，包括：进水泵，所述进水泵从进水源抽出水并将所抽出的水传送到目标位置；供水线路，通过所述供水线路传送由所述进水泵所抽出的水；化学剂注入单元，所述化学剂注入单元将化学剂注入沿着所述供水线路流动的水中；以及根据权利要求1所述的旋流浮选分离器，所述旋流浮选分离器设置在所述供水线路中并且从与所述化学剂混合的水中分离各种悬浮固体。

所述水污染防治系统还可以包括生物净水单元，所述生物净水单元设置在所述供水线路中并且利用微生物等来生物学地处理沿着所述供水线路流向所述旋流浮选分离器的原水。

有益效果

根据本发明的旋流浮选分离器和使用所述旋流浮选分离器的水污染防治系统的优点在于，能够在工业水、废水、污水的净化过程中有效和快速地去除包含在其中的悬浮固体，诸如藻类、泥浆等，从而降低设备的成本和占用的面积，因此具有经济的优势并且易于操作。具体地，由于旋流浮选分离器的尺寸小，当旋流浮选分离器被设置在船上或浮体上然后工作时，能够在现场的地点直接净化被污染的湖水或河水。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的水污染防治系统的示意图；

图2是示出图1的旋流浮选分离器的透视图；

图3是原理图，用于说明图2所示的旋流浮选分离器中的悬浮固体的浮选的原理；以及

图4是示出根据本发明第二实施例的水污染防治系统的示意图。

附图中主要元件的描述：

1：旋流浮选分离器

10：涡流生成体

12：给水管

14：悬浮固体回收管

16：排水管

18：排水控制单元

30：进水源

32：进水泵

33：生物净水单元

34：供水线路

36：搅动装置

40：淡水蓄水池

50：空气注入单元

51：凝结剂注入单元

52：pH调节化学剂注入单元

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的优选实施例。

图1是示出根据本发明第一实施例的水污染防治系统的示意图。如图1所示，根据本发明第一实施例的水污染防治系统包括：进水泵32，设置在进水源30附近并且抽出进水源30的水(下文中，指原水)；供水线路34，由进水泵32所抽出的原水通过供水线路34被传送到含有该原水的淡水蓄水池40；空气注入单元50、凝结剂注入单元51、pH调节化学剂注入单元52，用于将空气、凝结剂和pH调节化学剂注入到沿着供水线路34流动的原水中；搅动装置36，用于使空气、凝结剂和pH调节化学剂与原水混合在一起；以及旋流浮选分离器1，用于利用浮选法通过搅动装置36将各种悬浮固体(藻类等)从混合有空气、凝结剂和pH调节化学剂的原水分离出去。这个水污染防治系统还可以包括浮渣存储单元56。在这种情况下，进水源30可以是河流或者湖泊，淡水蓄水池40可以是其它河流、湖泊或者人造水池。此外，进水源30可以是淡水蓄水池40。

进水泵32提供将原水从进水源30中抽出所需的压力并且将该原水传送到淡水蓄水池40。

流有原水的供水线路34可以是耐压钢管或上部开口的开口型管(例如，U形管)。

该供水线路34沿着原水的流动方向顺序地与空气注入单元50、凝结剂注入单元51、pH调节化学剂注入单元52、搅动装置36以及旋流浮选分离器1相结合。这里，由图1的点划线所标示的空气注入单元50可以被布置在所述搅动装置与旋流浮选分离器1之间。此外，如果需要的话，所述水污染防治系统可以额外地设置有一个或多个传送泵。

包括空气压缩器、压缩空气存储罐、压力计和流量控制器的空气注入单元50可以提供压缩空气并且易于控制所述压力和所述压缩空气的量。此外，空气注入单元50可以被配置为使得之前溶解有压缩空气的加压水被注入。

凝结剂注入单元51将凝结剂注入到原水中，pH调节化学剂注入单元52将pH调节化学剂注入到原水中。此外，如果需要对原水进行处理，也可以额外设置其它化学剂注入单元。

凝结剂注入单元51可以包括凝结剂溶解罐、凝结剂溶液存储罐和注入泵。在这种情况下，优选地，注入泵可以是定量注入泵。当使用该定量注入泵时，能够提供液体凝结剂，并且能够随意地确定所注入的凝结剂的量。所述凝结剂可以是有机凝结剂或者无机凝结剂，或者是二者的组合。此外，凝结剂注入单元51可以被配置为能够将pH调节化学剂与凝结剂一起注入，而无需额外地设置pH调节化学剂注入单元52。

搅动装置36包括叶轮和用于转动所述叶轮的装置。用于转动所述叶轮的装置包括电动机。作为参考，由于供水线路34中的原水将要处于湍流状态，因此可以将供水线路34的一部分任意地弯折为Z字形，以便加速涡流的形成，并且当涡流被充分形成时，可以不设置搅动装置36。

图2是示出图1的旋流浮选分离器1的透视图。

旋流浮选分离器1用于通过使从空气过饱和的原水中形成的气泡或者被强制充入原水中的气泡吸附悬浮固体从而致使悬浮固体漂浮在原水的表面上，以便将悬浮固体从原水中去除。如图2所示，旋流浮选分离器1包括涡流生成体10、空气注入单元、排水控制单元18和悬浮固体去除单元。

涡流生成体10是截面为圆形的圆柱结构，从而使水以固定方向打旋。沿着涡流生成体的圆周的切线方向设置有给水管12，并且在涡流生成体的底部设置有排水管16。在这种情况下，如果需要的话，可以设置两个或更多的给水管12，以形成稳定的旋流。两个或更多的给水管12以固定间隔沿着涡流生成体10的圆周的切线方向设置。

空气注入单元向被供应到涡流生成体10的原水中注入空气。可以额外地设置该空气注入单元，但是上述空气注入单元50也可以用作该空气注入单元。

排水控制单元18可以是设置在排水管16中的流量控制阀，用于通过控制通过排水管16所排放的水量来保持涡流生成体10中的水位不变。为此目的，如果需要的话，排水控制单元18可以设置有水位传感器。

悬浮固体去除单元用于去除悬浮固体(即，浮渣)，存在的悬浮固体在被供应到涡流生成体10的水中扩散，然后在水的旋流和水中所充入的气泡的浮力作用下漂浮并向水面的涡流中心聚集。悬浮固体去除单元包括悬浮固体回收管14。悬浮固体回收管14被布置为使得其入口在水面下方对应于涡流的中心，其出口穿过排水管16而暴露在外部，并且在其入口与出口之间的部分是直的而且位于旋流的中心。

图3是原理图，用于说明图2所示的旋流浮选分离器1中的悬浮固体的浮选的原理。在下文中，将要描述当通过同时向旋流浮选分离器1供应悬浮固体(下文中，以污泥颗粒为例)和水而生成旋流时，所发生的动态活动。

在生成了旋流的涡流生成体10中，泥浆颗粒M1受到重力Fg和从旋流的旋转中心A向外施加的离心力Fc。因此，泥浆颗粒M1受到两个力向量之和的合力Fv。在这种情况下，由于泥浆颗粒M1在相同的位置受到相同的力，因此如果泥浆颗粒M1的平均密度大于吸附了气泡的水的平均密度，则该泥浆颗粒M1受到与合力Fv相反的方向上的浮力Ff，然后漂向旋流的旋转中心A。由于这个浮力Ff比一般的浮力大Fv/Fg倍，因此泥浆颗粒M1的漂浮速度越来越快。同时，另一泥浆颗粒M2的动作与泥浆颗粒M1的活动相同。即使在此情况下，由于浮力是倾斜地向旋流的旋转中心A施加的，水中的泥浆颗粒最终也会朝向旋流的旋转中心A与水面H交汇的地方聚集。

由于上述原理，旋流浮选分离器1能够容易地在一个地方将扩散在水中的悬浮固体聚集在一起，并且能够容易地通过悬浮固体回收管14将它们排放到外部。

同时，将以这种方式聚集在一起的浮渣存储在浮渣存储单元中，然后直接进行处理或者在集中过程之后最后进行处理。另一方面，将通过从原水中去除悬浮固体所制成的净化处理过的水直接或通过砂滤器或消毒器传送到淡水蓄水池40，随后进行利用。

根据本发明第一实施例的上述水污染防治系统是按照以下方式工作的。进水源30的原水被进水泵32抽出，然后沿着供水线路34被传送到淡水蓄水池40。在此过程中，凝结剂注入单元51将凝结剂注入到所述原水中，pH调节化学剂注入单元52将pH调节化学剂注入到所述原水中。在这种情况下，所注入的凝结剂与包含在原水中的悬浮固体结合以形成絮状物，从而使得悬浮固体更容易漂浮，并且所注入的pH调节化学剂有助于絮状物的形成。空气注入单元50将空气注入到原水中。在这种情况下，过饱和的空气在常压下溶解在沿供水线路34流动的原水中，并且一部分过饱和的空气在所述原水中以小尺寸的颗粒扩散。此后，含有空气、凝结剂和pH调节化学剂的原水被传送所述原水时在供水线路34中形成的涡流搅动，或者被搅动装置36强制搅动(如果需要的话)以形成混合溶液，然后所述混合溶液流向旋流浮选分离器1。

均匀地混合有空气、凝结剂和pH调节化学剂的混合溶液到达旋流浮选分离器1，然后包含以低温和低流速形成在涡流生成体10中的气泡，并且悬浮固体在重力和旋流的旋转力的作用下漂浮在水面上以形成浮渣。所述浮渣聚集在旋流的中心处，然后通过悬浮固体回收管14被排放到浮渣存储单元56，然后分别进行处理。将通过从原水中去除悬浮固体所制成的提纯的净化水直接地或通过砂滤器或消毒器传送到淡水蓄水池40，随后进行利用。

在上面的描述中，原水中的空气与悬浮固体的比率大约为0.05～0.2，涡流生成体的尺寸可以使得所混合的水能在其中存在大约15～25分钟，并且气泡的上升速度可以是大约20～100毫米/分钟。

同时，为了改善含有大量藻类的原水的固液分离效果，优选的是将基于17％溶液的聚合氯化铝以10～20ppm的浓度用作凝结剂。因此，为了提高效率的目的，可以以0.2～1.0ppm的浓度添加高分子凝结剂用于废水处理。此外，可以用性能差但便宜的硫酸铝或氯化铁替代聚合氯化铝来与碱性溶液(诸如苛性钠溶液)一起被引入原水中，以获得所需的效果。就是说，可以用不同的方法实现上述目的。

如上所述，根据本发明第一实施例的水污染防治系统能够有效去除进水源30的原水中所包含的悬浮固体(例如，浮渣)。此外，当根据该实施例的水污染防治系统被直接用于执行水净化处理时，因为其设备的尺寸较小，因此可以装载在移动交通工具上，例如漂浮在河流或湖泊的水上的船(或者是通过浮体漂浮在水面上)。

图4是示出根据本发明第二实施例的水污染防治系统的示意图。根据本发明第二实施例的水污染防治系统是用于防止由受到严重污染的水(诸如废水、污水等等)引起的水污染。如图4所示，将根据第二实施例的水污染防治系统与上述根据第一实施例的水污染防治系统进行比较，所述水污染防治系统的组成和操作相同，但是根据第二实施例的水污染防治系统与上述根据第一实施例的水污染防治系统的区别在于，其进一步包括生物净水单元33，生物净水单元33利用微生物等生物学地处理流到旋流浮选分离器1的原水。在这种情况下，生物净水单元33的例子可以是能够实现活化污泥方法的处理设备。

尽管已经如上所述参照优选实施例描述了本发明，但是本发明不限于本说明书和附图中所公开的实施例。因此，本领域技术人员在本发明的技术思想的范围内，可以对本发明进行各种修改。

例如，上面已经描述了悬浮固体去除单元的悬浮固体回收管14的入口被布置在涡流生成体10中的水面下方，但是悬浮固体回收管14可以被配置为其入口与水面齐平，从而可以利用泵抽取浮渣。

此外，在上面的描述中，利用漂浮原理的旋流浮选分离器1被用作是用于从原水中分离悬浮固体的装置，但是所述用于从原水中分离悬浮固体的装置可以是用于沉淀悬浮固体并用泥浆排放管排放这些沉淀的装置，因而泥浆存储单元可用作浮渣存储单元56。由于这个装置是通过沉淀悬浮固体将其去除的，因此，相对于当包含在原水中的悬浮固体大多是藻类来说，当包含在原水中的悬浮固体大多是诸如混浊水的无机颗粒时，这个装置更适用。

Claims (6)

1.一种旋流浮选分离器，包括：

涡流生成体，所述涡流生成体包括入水口、使通过所述入水口所引入的水打旋以产生旋流，并且包括用于排放所述打旋的水的出水口；

空气注入单元，用于将空气注入通过所述入水口引入的水中；

排水控制单元，用于控制通过所述出水口所排放的水量，从而使得所述涡流生成体中的水位保持不变；以及

悬浮固体去除单元，用于从所述涡流生成体中取出悬浮固体，所述存在的悬浮固体扩散在被供应到所述涡流生成体的水中，然后漂浮并在所述水的旋流和所述水中所充入的气泡的浮力的作用下向水面的涡流的中心聚集。

2.根据权利要求1所述的旋流浮选分离器，其中，所述涡流生成体具有圆截面的形状，所述入水口是沿着所述涡流生成体的圆周的切线方向设置的给水管的通路，所述出水口是设置在所述涡流生成体的底部的排水管的通路。

3.根据权利要求2所述的旋流浮选分离器，其中，所述涡流生成体设置有多个所述给水管，所述给水管中的每一个都沿着所述涡流生成体的圆周的切线方向布置。

4.根据权利要求2所述的旋流浮选分离器，其中，所述排水控制单元包括阀门。

5.根据权利要求1所述的旋流浮选分离器，其中，所述悬浮固体去除单元包括悬浮固体回收管，并且所述悬浮固体回收管被布置为其入口在所述水面下方与所述旋流的中心相对应。

6.一种水污染防治系统，包括：

进水泵，所述进水泵从进水源抽出水并将所抽出的水传送到目标位置；

供水线路，通过所述供水线路传送由所述进水泵所抽出的水；

化学剂注入单元，所述化学剂注入单元将化学剂注入沿着所述供水线路流动的水中；以及

根据权利要求1所述的旋流浮选分离器，所述旋流浮选分离器设置在所述供水线路中并且从与所述化学剂混合的水中分离各种悬浮固体。

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