專利名稱：用于絮凝物調(diào)理的螺旋混合器的制作方法
用于絮凝物調(diào)理的螺旋混合器
背景技術(shù)：
常規(guī)水處理的核心要素包括凝聚、絮凝、沉積和物理過(guò)濾的序貫工藝步驟。這些工 藝步驟需要相應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)，例如發(fā)生各個(gè)工藝部分的凝聚池和絮凝池。通常，化學(xué)絮凝劑 用于去除庫(kù)侖排斥(即，中和電荷)和促進(jìn)亞微米顆粒聚集成針絮凝物。聚集所需的時(shí)間 (艮P，聚集時(shí)間)由多個(gè)參數(shù)決定，包括聚集體的濃度和大小。隨后可加入呈長(zhǎng)鏈聚合物形式的絮凝劑以錨接絮凝物，以形成更大的實(shí)體，該更 大的實(shí)體在沉積池中更快沉降。根據(jù)輸入水品質(zhì)和設(shè)備，通過(guò)前3個(gè)階段的液壓滯留時(shí) 間(hydraulic retention time)可為5-10小時(shí)，且需要顯著的物理占地面積(physical footprint)和最初的基礎(chǔ)設(shè)施成本。已在各種申請(qǐng)中教導(dǎo)常規(guī)水處理實(shí)踐的改進(jìn)方法，例如本文引用作為參考的 那些申請(qǐng)。該方法的特征包括高成垢性(scalability)、模塊化、占地面積小、高生產(chǎn) 量、純流體性、連續(xù)流動(dòng)、無(wú)膜化(membrane-less)、尺寸選擇性截流和快速的附聚動(dòng)力學(xué) (agglomerationkinetics)。所述系統(tǒng)可作用于具有任何密度的顆粒，但是特別作用于具有 中性浮力的那些顆粒。這些特征使得絮凝劑劑量降低50%而達(dá)到相同的濁度下降；這點(diǎn)可 歸因于由于流體剪切效應(yīng)引起的針絮凝物的緊密(即，致密)和自限制的窄的粒度分布。組 合效應(yīng)可允許流體結(jié)構(gòu)中微米尺寸針絮凝物的提取，使得可能消除絮凝和沉積步驟，通過(guò) 降低的場(chǎng)地和化學(xué)成本、一般性運(yùn)行費(fèi)用以及從原料到成品水更快的加工時(shí)間，產(chǎn)生明顯 的節(jié)約。如下實(shí)現(xiàn)常規(guī)混合，通過(guò)積極攪拌(例如，使用轉(zhuǎn)子)或迫使水和絮凝劑流動(dòng)通過(guò) 靜態(tài)彎曲通道，以產(chǎn)生無(wú)序流動(dòng)來(lái)促進(jìn)化學(xué)物質(zhì)的湍流分散，以降低接觸時(shí)間(CT)。由于 接觸時(shí)間通常很短，通過(guò)通道的液壓滯留時(shí)間(單位秒)可足以用于有效混合。常規(guī)絮凝 物形成在大池中進(jìn)行，其中異向運(yùn)動(dòng)聚集(擴(kuò)散驅(qū)動(dòng))非常緩慢。同向運(yùn)動(dòng)聚集(剪切驅(qū) 動(dòng))快得多，特別是對(duì)于較大的聚集體，但是，由于大尺寸和需要設(shè)計(jì)對(duì)流流動(dòng)模式，因此 不夠有效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了用于水處理的系統(tǒng)和方法。入口用于接受含有顆粒的源水。具有限 定的螺旋通道的螺旋混合器用于將源水與絮凝劑材料和堿性材料的良好控制的連續(xù)流混 合。設(shè)置螺旋混合器以進(jìn)行絮凝劑和其他化學(xué)物質(zhì)非常快速的在線混合、整個(gè)源水中的初 級(jí)聚集體均勻成核以及引發(fā)這些初級(jí)聚集體在螺旋混合器的螺旋通道內(nèi)成為致密和緊密 的聚集體的受控生長(zhǎng)。緩沖儲(chǔ)罐用于接受致密聚集體，并使得它們進(jìn)一步生長(zhǎng)超過(guò)隨后的 分離器的截流尺寸(cut-off size)。螺旋分離器將緩沖儲(chǔ)罐的內(nèi)容物分離為支流和具有聚 集的絮凝物顆粒的廢水。出口用于為支流提供第一路徑和為具有聚集的絮凝物顆粒的廢水 提供第二路徑。本發(fā)明提供以下(1)_(15)(1).用于水處理的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含
入口，其用于接受含有顆粒的源水；良好控制的連續(xù)投料系統(tǒng)，其用于加入所需的化學(xué)物質(zhì)以引發(fā)顆粒生長(zhǎng)；具有限定的螺旋通道的螺旋混合器，其用于將所述源水與絮凝劑材料和堿性材料 混合，形成所述螺旋混合器，以在限定的螺旋通道內(nèi)進(jìn)行在線凝聚和絮凝工藝來(lái)形成聚集 的絮凝物顆粒；緩沖儲(chǔ)罐，其用于從所述螺旋混合器接受聚集的絮凝物顆粒；螺旋分離器，其用于將緩沖儲(chǔ)罐的內(nèi)容物分離為流出液和具有聚集的絮凝物顆粒 的廢水；和出口，其用于提供用于流出液的第一路徑和用于具有聚集的絮凝物顆粒的廢水的
第二路徑。(2).上述⑴的系統(tǒng)，其中設(shè)置所述螺旋混合器以提供快速混合和定制的剪切速 率，所述剪切速率促使致密且尺寸均勻的聚集體的生長(zhǎng)，所述快速混合如下實(shí)現(xiàn)通過(guò)設(shè)置 具有輸入角度的所述螺旋混合器，以在進(jìn)入的源水撞擊所述螺旋混合器的螺旋通道的較低 的壁時(shí)引起無(wú)序混合。(3).上述(2)的系統(tǒng)，其中所述剪切速率是定制設(shè)計(jì)的剪切速率，選擇所述剪切 速率以限制在源水中產(chǎn)生的絮凝物顆粒為大體均勻的尺寸，并且可改變所述剪切速率以控 制聚集體尺寸。(4).上述⑴的系統(tǒng)，其中所述螺旋混合器是平行地排列和操作的多個(gè)獨(dú)立螺旋 混合器元件。(5).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述螺旋分離器是平行地排列和操作的多個(gè)獨(dú)立螺旋 分離器元件。(6).上述⑴的系統(tǒng)，其中用于在源水中的所述絮凝劑材料和堿性材料的擴(kuò)散的 擴(kuò)散距離大約為所述螺旋混合器的螺旋通道寬度。(7).上述(6)的系統(tǒng)，其中螺旋通道的寬度降低擴(kuò)散時(shí)間，以使化學(xué)物質(zhì)在通過(guò) 所述螺旋混合器設(shè)備的滯留時(shí)間內(nèi)完全混合。(8).上述(1)的系統(tǒng)，其中未使用沉降池和絮凝池。(9).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述螺旋分離器的螺旋通道是會(huì)聚螺旋。(10).上述(1)的系統(tǒng)，其中所述螺旋分離器的螺旋通道是發(fā)散螺旋。(11).用于水處理的方法，所述方法包含通過(guò)入口接受具有顆粒的源水；添加堿性以設(shè)定水的pH ；在螺旋混合器中將源水與絮凝劑材料混合，其中在線凝聚和絮凝在所述螺旋混合 器中發(fā)生，其中設(shè)計(jì)的剪切速率形成絮凝物顆粒的尺寸均勻的聚集；和在螺旋分離器將源水分離為流出液和廢水，所述廢水含有絮凝物顆粒的尺寸均勻 的聚集。(12).上述(11)的方法，其中通過(guò)在混合步驟中實(shí)施定制的流體剪切速率形成所 述絮凝物顆粒的尺寸均勻的致密聚集體。(13).上述(11)的方法，其還包括在混合和分離步驟之間緩沖源水。(14).上述(11)的方法，其中所述混合包括將通過(guò)異向運(yùn)動(dòng)聚集混合定義為約小于1 P m的小顆粒和通過(guò)同向運(yùn)動(dòng)聚集定義為約大于1 P m的大顆?；旌稀?15).用于水處理的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)如下構(gòu)成入口，其用于接受含有顆粒的源水；良好控制的連續(xù)投料系統(tǒng)，其用于加入所需的化學(xué)物質(zhì)以引發(fā)顆粒生長(zhǎng)；具有限定的螺旋通道的螺旋混合器，其用于將所述源水與絮凝劑材料和堿性材料 混合，形成所述螺旋混合器，以在限定的螺旋通道內(nèi)進(jìn)行在線凝聚和絮凝工藝來(lái)形成聚集 的絮凝物顆粒；緩沖儲(chǔ)罐，其用于從所述螺旋混合器接受聚集的絮凝物顆粒；螺旋分離器，其用于將緩沖儲(chǔ)罐的內(nèi)容物分離為流出液和具有聚集的絮凝物顆粒 的廢水；和出口，其用于提供用于流出液的第一路徑和用于具有聚集的絮凝物顆粒的廢水的
第二路徑。


圖1為目前描述的實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖；圖2為用作螺旋混合器的裝置的一個(gè)實(shí)施方案；圖3A和圖3B描述螺旋狀螺旋形式的單個(gè)螺旋裝置，且該螺旋狀螺旋與多個(gè)此類 裝置平行排列布置；圖4描述本實(shí)施方案的螺旋混合和螺旋分離系統(tǒng)的一個(gè)可選的實(shí)施方案；圖5為具有說(shuō)明濁度下降反應(yīng)的三條曲線的圖。
具體實(shí)施例方式目前描述的實(shí)施方案涉及進(jìn)行螺旋混合和螺旋分離程序的系統(tǒng)和方法。螺旋混合 器包括剛好在螺旋裝置之前將絮凝劑(和用于水處理的其他已知的化學(xué)物質(zhì))良好控制地 連續(xù)投料至源水流的裝置。螺旋通道的相對(duì)狹窄的范圍(confine)結(jié)合湍流流動(dòng)條件使得 加入的化學(xué)物質(zhì)非?？焖俜植?，因此，提供了使非常均勻的初級(jí)聚集體成核的環(huán)境。由于在 通道的有限空間內(nèi)的(受控的)高剪切速率，這些初級(jí)聚集體在通道內(nèi)的進(jìn)一步聚集局限 于致密和緊密的聚集體。隨后，這些聚集為均勻尺寸的絮凝物顆?？梢苿?dòng)，且無(wú)需下游沉積 即可容易地分離。分離可使用與螺旋混合器直接流體接觸的螺旋分離器來(lái)實(shí)現(xiàn)。任選地， 可將緩沖儲(chǔ)罐放置在螺旋混合器與螺旋分離器之間，使得聚集體進(jìn)一步生長(zhǎng)超過(guò)螺旋分離 器的截流尺寸。如2008年9月19日提交的題為“Method And System For Seeding With Mature Floe ToAccelerate Aggregation In A Water Treatment Process (在水處理過(guò) 程中使用陳化絮凝物作為晶種加速聚集的方法和系統(tǒng))”的美國(guó)專利第12/234，373號(hào)中所 述，使用另外的大晶種顆?？蛇M(jìn)一步優(yōu)化在該緩沖儲(chǔ)罐中的生長(zhǎng)，該申請(qǐng)全文引用結(jié)合到 本文中來(lái)。概念性實(shí)驗(yàn)的證據(jù)表明，在這些實(shí)施方案中描述的更有效的混合和分離可使絮 凝劑劑量降低50%而達(dá)到與需要延長(zhǎng)的沉積的常規(guī)系統(tǒng)相同的濁度降低能力?，F(xiàn)參考圖1，其描述了根據(jù)本實(shí)施方案的構(gòu)思使用螺旋混合和螺旋分離的水處理 系統(tǒng)100的示意圖。在一些實(shí)施方案中，采用泵將水移動(dòng)至系統(tǒng)100中。因此，在此類實(shí)施 方案中，輸入源水102應(yīng)理解為包括這種設(shè)計(jì)中的泵。
在示例性系統(tǒng)100中，在合適的入口接受來(lái)自輸入源水102的水，在一種形式中， 該合適的入口為篩網(wǎng)過(guò)濾器104。應(yīng)理解的是，設(shè)計(jì)篩網(wǎng)過(guò)濾器104以從輸入源水中過(guò)濾出 較大顆粒。關(guān)于這一點(diǎn)，過(guò)濾器104可由2mm-5mm篩網(wǎng)材料形成。在通過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾器104 過(guò)濾以后，以堿的形式將堿性在線連續(xù)加入到輸入源水中，以在整個(gè)過(guò)程中調(diào)節(jié)PH?？墒褂?任何合適的堿。在加入堿之后并且在于螺旋混合器810中混合之前，將絮凝劑連續(xù)加入到 輸入水中。使用任何合適的絮凝劑。通過(guò)已知的良好控制的投料系統(tǒng)106加入堿性以及絮 凝劑這二者，該投料系統(tǒng)注射已調(diào)節(jié)至源水品質(zhì)的良好限定的連續(xù)流。螺旋混合器108接受經(jīng)堿性和絮凝劑處理的輸入源水。顯示于圖1的螺旋混合器 用于雙重目的。首先，其提供了快速混合功能，其中進(jìn)入的源水在入口處具有一定的角度， 當(dāng)該源水撞擊螺旋混合器108的較低的螺旋通道壁時(shí)，引起無(wú)序混合。其次，通常在通道中 設(shè)計(jì)高剪切驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)速率，以獲得提高致密和緊密的絮凝物顆粒在狹窄但均勻的尺寸 范圍內(nèi)生長(zhǎng)的剪切速率。一般而言，剪切速率越高，則聚集的絮凝物越小。原則是設(shè)計(jì)絮凝 物尺寸超過(guò)下游螺旋分離器的截流尺寸，以實(shí)現(xiàn)高效分離。螺旋混合器108具有連接至(任 選的)緩沖儲(chǔ)罐110的輸出，所述儲(chǔ)罐中聚集體可進(jìn)一步生長(zhǎng)，直至超過(guò)隨后的分離階段的 截流尺寸(例如，在一些情況下，為約4分鐘)。緩沖儲(chǔ)罐110的輸出連接至具有流出液輸出114的螺旋分離器112。流出液輸出 114將從輸入到螺旋分離器的源水分離出的流出液導(dǎo)入過(guò)濾機(jī)構(gòu)116。過(guò)濾機(jī)構(gòu)116的輸 出通常包含可采用多種方式使用的經(jīng)處理的水。例如，過(guò)濾機(jī)構(gòu)116可為用于可飲用水處 理的EPA認(rèn)證(EPA mandated)的物理屏障。螺旋分離器112具有廢水移動(dòng)的第二輸出管 線118。可采用適當(dāng)?shù)姆绞教幚韽U水。螺旋混合器112可采用多種形式，但是，在至少一些形式中，螺旋分離器如下所 述運(yùn)行，例如，2006 年 11 月 20 日提交的題為"ParticleS 印 aration and Concentration System(顆粒分離和濃度系統(tǒng))”的美國(guó)專利第11/606，460號(hào)、2007年11月7日提交的題 為"Fluidic Device andMethod for Separation of Neutrally Buoyant Particles (用于 分離中性漂浮顆粒的流體裝置和方法)，，的美國(guó)專利第11/936，729號(hào)以及2007年11月7 日提交的題為“Device and Method for Dynamic Processing inWater Purification*^ 水純化中用于動(dòng)態(tài)加工的裝置和方法)，，的美國(guó)專利第11/936，753號(hào)。此外，螺旋混合器 108還可作為螺旋混合器-調(diào)理器來(lái)運(yùn)行，其中在等于或超過(guò)臨界迪恩數(shù)(Dean mumber) (等于或大于150)下運(yùn)行的管圈(turn)的通道內(nèi)進(jìn)行混合，且在低于臨界迪恩數(shù)下運(yùn)行的 管圈的通道內(nèi)進(jìn)行聚集調(diào)理。繼續(xù)關(guān)注螺旋分離器112，各種流體結(jié)構(gòu)、儀器和精選的制造技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)建造具 有堆疊和/或平行構(gòu)造的流體分離結(jié)構(gòu)。這些預(yù)期的系統(tǒng)提供待加工流體的有效輸入、改 進(jìn)的生產(chǎn)量以及在一些變體中的可調(diào)節(jié)的且有效的輸出流體處理。應(yīng)理解的是，基于尺寸比例和通道構(gòu)建可實(shí)現(xiàn)這些裝置的變體。但是，預(yù)期本 文所述的實(shí)施方案易于在跨越微規(guī)模(O-lOmL/min)、小規(guī)模(lO-lOOOmL/min)和大規(guī)模 (l-10L/min)單通道流動(dòng)速率下變化規(guī)模。預(yù)期利用允許平行運(yùn)行的便利的堆疊技術(shù)的平面實(shí)施方案。關(guān)于這一點(diǎn)，在 180-360度范圍內(nèi)的圓弧(未完成整個(gè)物理螺旋，但仍然在本文中應(yīng)理解為是指螺旋分離 器)允許橫向流動(dòng)模式展開(transverseflow pattern development)的序貫階段、達(dá)到穩(wěn)態(tài)流動(dòng)速度和在流體流動(dòng)中將顆粒沖掃至期望的位置的若干個(gè)循環(huán)流通的時(shí)間，。本文所 述的其他平面實(shí)施方案包括螺旋狀螺旋。這種預(yù)期的裝置的顯著特征包括方便的入口歧管和出口歧管，該出口歧管包括分 叉機(jī)構(gòu)或分離器以將流體分離成顆粒和流出液流體流。預(yù)期的實(shí)施方案還允許多階段裝 置，其用于輸出極窄的顆粒帶以用于進(jìn)一步處理或加工。因此，預(yù)期其他平行設(shè)置實(shí)施方案 和制造技術(shù)。另外，使用任一種目前描述的實(shí)施方案可實(shí)現(xiàn)反饋和/或控制系統(tǒng)。現(xiàn)參考圖2，示出了單平面螺旋混合器裝置200。裝置200具有入口 202、至少一個(gè) 彎曲或螺旋部分204、以及出口 206、208。流體進(jìn)入螺旋混合器的進(jìn)入角為90度，以在入口 產(chǎn)生足夠的湍流來(lái)提供無(wú)序混合從而將絮凝劑與在未處理的源水中的懸浮顆粒混合。在一 種形式中，該平面多螺旋通道裝置200可由塑料切削。在裝置200的一種變體中，可移動(dòng)接 近入口 202的裝置200的中心區(qū)，以允許下文將描述的入口接頭的接近。裝置的螺旋部分 204可采用多種形式。例如，螺旋部分204可為會(huì)聚的或發(fā)散的。作為其他實(shí)例，出口 206、 208與入口 202的位置可互換以適應(yīng)具體應(yīng)用，例如，用于提高或降低離心力。為了更高的 流體生產(chǎn)量，此處的平面螺旋還可為以平行方式堆疊的多個(gè)混合器裝置200，以允許N-層 (N-Iayers)平行加工。應(yīng)理解的是，單獨(dú)的彎曲或螺旋混合器裝置(例如裝置200)或本文預(yù)期的其他裝 置的基本操作詳述于以上參考的專利申請(qǐng)的所選的部分(這些專利申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合到 本文中來(lái))。因此，這些操作在本文中將不再描述，除非該描述會(huì)增強(qiáng)目前描述的實(shí)施方案 的說(shuō)明?，F(xiàn)參考圖3A和圖3B，示出了下游螺旋分離器的實(shí)施方案。在圖3A和圖3B中，示 出了采用螺旋狀螺旋形式的螺旋分離器裝置300。關(guān)于這一點(diǎn)，裝置304的螺旋主體部分為 具有入口 306、第一出口 308和第二出口 310的螺旋狀螺旋。應(yīng)理解的是，該單通道螺旋狀 結(jié)構(gòu)像具有盤繞彈簧形狀的空心“曲線”型裝置。該裝置可采用多種方式制造，包括在復(fù)數(shù) 個(gè)部分中使用注塑技術(shù)。隨后，在使用前使用已知的方法將這些部分融合在一起。制造該 裝置的另一種方法包括使用擠塑技術(shù)，其中可將擠出的塑料進(jìn)行空氣冷卻或浸泡在液體浴 中，以固化成其期望的形狀和結(jié)構(gòu)。通過(guò)控制擠出芯軸的旋轉(zhuǎn)或冷卻浴的旋轉(zhuǎn)可獲得螺旋 狀盤旋?？墒褂枚喾N不同的材料，包括熱塑料，諸如具有肖氏“A”硬度的PVC、高密度聚乙 烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯。如圖3B所示，例如示于圖3A的螺旋裝置可以平行排列布置，以提高系統(tǒng)的生產(chǎn) 量。如圖所示，螺旋裝置300均與來(lái)自流體歧管的輸入主管320連接，而裝置300的相應(yīng)的 第一出口與第一出口主管322連接。裝置300的第二出口與第二出口主管324連接。關(guān)于這一點(diǎn)，目前描述的實(shí)施方案使用螺旋分離器，該螺旋分離器利用螺旋裝置 的彎曲通道將離心力引入到諸如在流體(例如水)中流動(dòng)的中性漂浮顆粒(例如具有與水 基本上相同密度的顆粒，或顆粒在其中停留的流體)的顆粒上，以促進(jìn)這些顆粒與流體的 改進(jìn)的分離。分離中性漂浮顆粒的技術(shù)在此處特別有用。但是，還預(yù)期其他分離技術(shù)。例如， 這些技術(shù)中的一些利用流體在彎曲的通道中流動(dòng)而產(chǎn)生的力來(lái)分離顆粒，該力例如是通道 的幾何形狀和速度的作用。這些力包括離心力和壓力驅(qū)動(dòng)力(pressure driven force)，等寸。在中性漂浮顆粒的情況下，當(dāng)這些顆粒流動(dòng)通過(guò)通道時(shí)，管狀擠壓效應(yīng)引起顆粒在管狀帶中流動(dòng)。引入的離心力擾亂了管狀帶(例如迫使管狀帶以偏離通道中心的方式流 動(dòng))，導(dǎo)致所述帶朝向通道的內(nèi)壁不對(duì)稱地慣性偏移。該力平衡將懸浮的顆粒集中并壓緊成 窄帶用于提取。本文預(yù)期的分離原理實(shí)現(xiàn)離心力和流體力的平衡，以在內(nèi)側(cè)壁附近達(dá)到不 對(duì)稱的慣性平衡。由于壁摩擦用于附著撞擊流的附壁效應(yīng)，入口流朝向內(nèi)壁有角度地撞擊 還使得較早地形成帶?；谒x的運(yùn)行方式，偏移還可朝向外壁。參考圖4，示出了用于在線絮凝物產(chǎn)生和分離的可選的螺旋混合-螺旋分離系統(tǒng)。 參考系統(tǒng)400，通過(guò)泵403將輸入源水402泵送通過(guò)入口(例如篩網(wǎng)404)。然后，源水402 具有用于堿性材料和絮凝劑流的良好控制的連續(xù)投料系統(tǒng)，所述堿性材料和絮凝劑流在被 提供給螺旋混合器408之前加入到源水402中。在該實(shí)施方案中，螺旋混合器408為具有 多個(gè)堆疊的螺旋混合器元件(例如圖1的螺旋混合器106)的螺旋混合器排列，排列所述元 件以進(jìn)行平行運(yùn)行。這種螺旋混合排列提高混合生產(chǎn)量，因此提高整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)量。與 圖1的構(gòu)思類似，系統(tǒng)400的設(shè)計(jì)和運(yùn)行使得在螺旋混合器408內(nèi)發(fā)生在線凝聚和絮凝，所 述設(shè)計(jì)和運(yùn)行是在源水進(jìn)入螺旋混合器408之前將絮凝劑加入到源水中。為了促使均勻尺 寸的絮凝物顆粒的產(chǎn)生，將螺旋混合器排列408的每個(gè)螺旋混合器元件設(shè)計(jì)為向源水提供 快速混合功能并施加定制的剪切速率，以確保均勻尺寸的絮凝物快速聚集，其中可改變剪 切速率以控制聚集體尺寸?？赏ㄟ^(guò)螺旋混合器的常規(guī)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)改變剪切速率。由螺旋混合器408將已混合的源水提供給緩沖儲(chǔ)罐410。隨后，通過(guò)使用閥411， 使源水受控制地流動(dòng)至螺旋分離器412，所述螺旋分離器位于低于緩沖儲(chǔ)罐410的高度H。 該重力-驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)使得無(wú)需泵送可進(jìn)行運(yùn)行。在螺旋分離器412中，將源水分離并收集 至流出液流和廢液流。流出液流414通過(guò)過(guò)濾排列416進(jìn)一步過(guò)濾，并且將廢液流418適 當(dāng)處理。懸浮物分離試驗(yàn)為用于水行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)方法，用于確定用于凈化源水的化學(xué)劑量。 典型的測(cè)試體積為2升，使用對(duì)應(yīng)于運(yùn)行流動(dòng)速率按比例放大的確定的劑量。標(biāo)準(zhǔn)懸浮物 分離試驗(yàn)的方案包括-2分鐘快速混合；-將2.3ml IN NaOH(作為堿)和110mg/l 明礬(作為絮凝劑)加入到源水中， 初始濁度為26比濁法濁度單位(^phelometricTurbidity Units, NTU)；-28分鐘緩慢混合；和-在30分鐘時(shí)停止混合，讓絮凝物沉降出。
0066]用于測(cè)試目前描述的實(shí)施方案的修改的懸浮物分離試驗(yàn)方案包括在運(yùn)行該方案 的罐中收集之前，將流體通過(guò)螺旋混合器-2分鐘快速混合；-將2.3ml IN NaOH(作為堿)和110mg/l 明礬(作為絮凝劑)加入到源水中， 初始濁度為26NTU ；-28分鐘緩慢混合；和-在30分鐘時(shí)停止混合，讓絮凝物沉降。圖5闡述圖500，繪制了螺旋混合和螺旋分離系統(tǒng)與組合罐測(cè)試的濁度下降比較 的結(jié)果。圖5中的曲線502為標(biāo)準(zhǔn)罐測(cè)試的情況，其中在30分鐘結(jié)束時(shí)在該方案完成后立 即開始沉積。聚集的絮凝物隨時(shí)間沉降出來(lái)，使得濁度下降。圖5中的曲線504為將樣品水流動(dòng)通過(guò)螺旋混合器和螺旋分離器的情況，在輸出罐中收集水，在所述罐中再次監(jiān)測(cè)濁 度隨時(shí)間的變化。與標(biāo)準(zhǔn)罐測(cè)試曲線相比，幾點(diǎn)觀察結(jié)果是顯而易見的(1)由于螺旋混合 器的快速流動(dòng)通道中流體剪切的尺寸限制效應(yīng)，濁度最初的增加較低；和(2) 120分鐘后的 最終的濁度低得多，顯示更有效的混合和更完全的凝聚和沉積。圖5中的第三條曲線506 為劑量減少50%或使用55mg/l絮凝劑的情況。除了由于以上所述的原因使?jié)岫仍黾痈?以外，在120分鐘時(shí)的濁度與標(biāo)準(zhǔn)罐測(cè)試中使用全部劑量的情況相同。該觀察結(jié)果暗示螺 旋混合器不僅能更有效地混合，而且流體剪切還限制了絮凝物形成的速率和尺寸，導(dǎo)致更 有效地聚集的尺寸均勻的致密絮凝物。應(yīng)理解的是，對(duì)于小(微米以下)顆粒，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)(異向運(yùn)動(dòng))聚集比同向運(yùn)動(dòng)聚 集(剪切驅(qū)動(dòng))占優(yōu)勢(shì)。對(duì)于異向運(yùn)動(dòng)類型的動(dòng)力學(xué)，在聚集體(或顆粒)之間的碰撞頻 率由兩個(gè)擴(kuò)散顆粒彼此碰到的速率來(lái)確定。同向運(yùn)動(dòng)聚集速率隨著顆粒尺寸的增加而增加，對(duì)于超過(guò)Iym的顆粒，1/s的典 型剪切速率的所述同向運(yùn)動(dòng)聚集速率超過(guò)異向運(yùn)動(dòng)聚集速率。在大顆粒(> 1 μ m)與小顆粒(< 1 μ m) —起混合的情況下，我們觀察到兩種競(jìng) 爭(zhēng)的聚集動(dòng)力學(xué)。小顆粒在異向運(yùn)動(dòng)聚集速率下一起生長(zhǎng)。同時(shí)，較大的顆粒以同向運(yùn)動(dòng) 聚集速率“掃除”較小的顆粒。目前描述的實(shí)施方案導(dǎo)致至少以下方面 用于均勻尺寸的聚集體的定制設(shè)計(jì)的剪切速率 對(duì)于流動(dòng)速率的可定制的流體設(shè)計(jì) 通過(guò)通道的垂直堆疊的生產(chǎn)量 通道可為會(huì)聚(向內(nèi))螺旋或發(fā)散(向外)螺旋 通道寬度最小化擴(kuò)散時(shí)間，以降低接觸時(shí)間(CT)。螺旋混合器的螺旋通道的寬 度降低擴(kuò)散時(shí)間，使得水中的化學(xué)物質(zhì)在通過(guò)螺旋混合器裝置的滯留時(shí)間內(nèi)充分混合 無(wú)需絮凝池和沉積池的在線凝聚、絮凝和分離水處理系統(tǒng)，并且工藝時(shí)間大幅 減少。
權(quán)利要求
用于水處理的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含入口，其用于接受含有顆粒的源水；良好控制的連續(xù)投料系統(tǒng)，其用于加入所需的化學(xué)物質(zhì)以引發(fā)顆粒生長(zhǎng)；具有限定的螺旋通道的螺旋混合器，其用于將所述源水與絮凝劑材料和堿性材料混合，形成所述螺旋混合器，以在限定的螺旋通道內(nèi)進(jìn)行在線凝聚和絮凝工藝來(lái)形成聚集的絮凝物顆粒；緩沖儲(chǔ)罐，其用于從所述螺旋混合器接受聚集的絮凝物顆粒；螺旋分離器，其用于將緩沖儲(chǔ)罐的內(nèi)容物分離為流出液和具有聚集的絮凝物顆粒的廢水；和出口，其用于提供用于流出液的第一路徑和用于具有聚集的絮凝物顆粒的廢水的第二路徑。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中設(shè)置所述螺旋混合器以提供快速混合和定制的剪切速率， 所述剪切速率促使致密且尺寸均勻的聚集體的生長(zhǎng)，所述快速混合如下實(shí)現(xiàn)通過(guò)設(shè)置具 有輸入角度的所述螺旋混合器，以在進(jìn)入的源水撞擊所述螺旋混合器的螺旋通道的較低的 壁時(shí)引起無(wú)序混合。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述剪切速率是定制設(shè)計(jì)的剪切速率，選擇所述剪切速率 以限制在源水中產(chǎn)生的絮凝物顆粒為大體均勻的尺寸，并且可改變所述剪切速率以控制聚 集體尺寸。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中用于在源水中的所述絮凝劑材料和堿性材料的擴(kuò)散的擴(kuò)散 距離大約為所述螺旋混合器的螺旋通道寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于水處理的系統(tǒng)和方法。入口，其用于接受含有顆粒的源水。螺旋混合器具有限定的螺旋通道，其用于將源水與絮凝劑材料和堿性材料混合。形成螺旋混合器，以在限定的螺旋通道內(nèi)進(jìn)行在線凝聚和絮凝過(guò)程，以形成聚集的絮凝物顆粒。緩沖儲(chǔ)罐，用于接受來(lái)自螺旋混合器的聚集的絮凝物顆粒。螺旋分離器將緩沖儲(chǔ)罐的內(nèi)容物分離為支流和具有聚集的絮凝物顆粒的廢水。出口，其用于為支流提供第一路徑和為具有聚集的絮凝物顆粒的廢水提供第二路徑。
文檔編號(hào)C02F1/52GK101921014SQ20101020858
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者A·R·富爾克爾, A·科爾, J·索, M·H·利恩, N·佩里克 申請(qǐng)人:帕洛阿爾托研究中心公司