專(zhuān)利名稱(chēng)：用于工業(yè)分離的平臺(tái)技術(shù)的制作方法
用于工業(yè)分離的平臺(tái)技術(shù)
背景技術(shù)：
常規(guī)大規(guī)模分離方法包括浮選、沉降、離心和過(guò)濾。在微流體中的最新進(jìn)展包括使 用小規(guī)模多物理力用于分離和富集。本發(fā)明提供用于處理流體流的方法和系統(tǒng)。


圖1為螺旋混合器_調(diào)理器；圖2說(shuō)明在圖1的裝置內(nèi)的流體流動(dòng)的速率；圖3描述在圖1的裝置內(nèi)的流動(dòng)的橫向速率矢量；圖4描述剪切速率與聚集體尺寸的關(guān)系的典型曲線；圖5為聚集體尺寸與在螺旋混合器_調(diào)理器內(nèi)的時(shí)間的關(guān)系的特性曲線；圖6是未加工的海水或含鹽水的處理的工序示意圖；圖7未加工的海水或含鹽水的處理的可選設(shè)施的示意圖；圖8是由濃鹽水產(chǎn)生氫氧化物沉淀物的示意圖；圖9是在兩階段沉淀和分離之后，由海水或含鹽水凝聚、絮凝和分離所有其他懸 浮物的示意圖；圖10是由用于膜蒸餾(MD)的海水凝聚、絮凝和分離懸浮的有機(jī)物的示意圖；圖11是在兩階段粗顆粒分離之后，將細(xì)顆粒凝聚、絮凝和分離成中等細(xì)尾料(例 如，尾料池水)的示意圖；圖12是從污水中沉淀、聚集和分離二價(jià)金屬離子的示意圖；圖13是預(yù)處理未加工的海水或含鹽水，以不采用化學(xué)凝聚而直接除去懸浮物的 示意圖；圖14是物質(zhì)中懸浮的有機(jī)物的去除的示意圖；圖15是藻類(lèi)排水的示意圖；圖16為采用圖15的設(shè)施的系統(tǒng)；圖17是凝聚、絮凝和分離生產(chǎn)用水的示意圖；圖18是生產(chǎn)用水的兩階段分離的示意圖；圖19是用于高級(jí)氧化技術(shù)UV滅菌系統(tǒng)的容積分散(volumndispersed)的Ti02納 米顆粒的聚集和回收的示意圖；圖20是廢水處理的示意圖；和圖21是廢水處理的示意圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供以下(1)_(20)(1).通過(guò)流體處理系統(tǒng)處理流體流的方法，所述方法包括向所述流體處理系統(tǒng)的輸入部分輸入流體流；通過(guò)與所述輸入部分可操作地連接地安置的螺旋混合器_調(diào)理器接受所述流體流，所述螺旋混合器_調(diào)理器混合并調(diào)理所述輸入流；在螺旋分離器接受已混合并調(diào)理的所述流體流；將由所述螺旋分離器接受的已混合并調(diào)理的所述流體流分離成至少兩股流體流， 第一流體流中所述輸入流體流中的顆粒被除去，而第二流體流中所述輸入流體流中的顆粒 被濃縮；和從所述螺旋分離器輸出所述兩股流體流。(2).上述(1)的方法，所述方法還包括將物質(zhì)溶解于所述流體流中，致使由已溶 解于所述流體流中的物質(zhì)形成沉淀物和懸浮物并調(diào)理所述已溶解的物質(zhì)。(3).上述(1)的方法，所述方法還包括將納米顆粒和/或亞微米顆粒聚集成較大 的結(jié)實(shí)的聚集體并調(diào)理所述聚集體，以用于通過(guò)所述螺旋分離器的流體動(dòng)力學(xué)分離。(4).上述(1)的方法，所述方法還包括通過(guò)所述螺旋分離器利用流體動(dòng)力學(xué)分離 來(lái)捕獲容積分散的合成顆粒以用于再裝填和再利用。(5).上述(4)的方法，其中所述合成顆粒為官能化的合成顆粒。(6).上述(1)的方法，所述方法還包括利用所述螺旋混合器-調(diào)理器中的通道寬 度和進(jìn)入所述螺旋混合器_調(diào)理器的所述輸入流的速度，以確定所述螺旋混合器_調(diào)理器 中的定制的剪切速率。(7).上述(1)的方法，其中所述輸入流的調(diào)理包括所述輸入流中的顆粒生長(zhǎng)為較 大尺寸的聚集體。(8).上述(7)的方法，其中所述聚集體生長(zhǎng)分為三個(gè)階段進(jìn)行通過(guò)顆粒濃縮和 同向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的脈沖生長(zhǎng)階段、當(dāng)流體剪切速率超過(guò)范德華力時(shí)生長(zhǎng)的聚集體尺寸限制、 和由于次級(jí)效應(yīng)引起的生長(zhǎng)尺寸下降。(9).上述(1)的方法，其中所述流體流為市政水、海水、含鹽水、污水、重盤(pán)式水、 含藻類(lèi)的水、農(nóng)業(yè)用水、攜帶合成顆粒的水或廢水中的一種。(10).上述(1)的方法，其中所述輸入流的混合、調(diào)理和分離達(dá)成以下的至少一 種輸入流中的生物物質(zhì)的檢測(cè)、輸入流的工業(yè)純化、輸入流的矯正、輸入流的油/水分離。(11).通過(guò)流體處理系統(tǒng)處理流體流的方法，所述方法包括向所述流體處理系統(tǒng)的輸入部分輸入流體流；通過(guò)與所述輸入部分可操作地連接地安置的螺旋混合器_調(diào)理器接受所述流體 流，所述螺旋混合器_調(diào)理器混合并調(diào)理所述輸入流；在螺旋分離器接受已混合并調(diào)理的所述流體流；將由所述螺旋分離器接受的已混合并調(diào)理的所述流體流分離成兩股流體流中的 至少一股，第一流體流中所述輸入流體流中的顆粒被除去，而第二流體流中所述輸入流體 流中的顆粒被濃縮；和從所述螺旋分離器輸出所述兩股流體流，其中在所述混合器部分中的所述輸入流 的流動(dòng)等于或超過(guò)臨界迪恩數(shù)150。(12).上述(11)的方法，其中在所述調(diào)理器部分中的所述輸入流的流動(dòng)低于臨界 迪恩數(shù)150。(13).流體流處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括輸入部分，其用于接受流體流；
螺旋混合器_調(diào)理器，其與所述輸入部分可操作地連接地安置，以接受輸入流體 流，所述螺旋混合器_調(diào)理器包括混合器部分和調(diào)理器部分；螺旋分離器設(shè)施，其與所述螺旋混合器-調(diào)理器可操作地連接地安置，以接受已 混合并調(diào)理的所述流體流，所述螺旋分離器包括分離部分和設(shè)置為輸出至少兩股液流的輸 出部分，一股液流中來(lái)自所述輸入流體流的顆粒通過(guò)所述分離部分除去，而第二液流中來(lái) 自所述輸入流體流的顆粒通過(guò)所述分離部分濃縮。(14).上述(1)的方法或(13)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括螺旋混合器_調(diào)理器，所述 螺旋混合器_調(diào)理器的通道寬度與輸入至所述螺旋混合器_調(diào)理器的所述流體流的輸入速 度匹配，以在所述螺旋混合器-調(diào)理器的多個(gè)通道中的至少一些中產(chǎn)生流體流動(dòng)的無(wú)序狀 態(tài)，并在所述螺旋混合器_調(diào)理器的多個(gè)通道的其他通道中產(chǎn)生平衡狀態(tài)。(15).上述(1)的方法或(13)的系統(tǒng)，其中所述螺旋混合器-調(diào)理器具有定制的 剪切速率，選擇所述定制的剪切速率使得所述螺旋混合器-調(diào)理器的調(diào)理部分的運(yùn)行和所 述螺旋分離器的分離運(yùn)行最優(yōu)化。(16).上述(1)的方法或(13)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括沉淀和懸浮機(jī)構(gòu)，用于將可溶 解的物質(zhì)注射至所述流體流中，以誘導(dǎo)由已溶解的所注射的物質(zhì)形成沉淀物和懸浮物，且 調(diào)理所述流體流以用于通過(guò)所述螺旋分離器的流體動(dòng)力學(xué)分離；包括使用常規(guī)剪切速率， 以使得所述螺旋混合器_調(diào)理器的調(diào)理部分和所述螺旋分離器的分離運(yùn)行最優(yōu)化。
(17).上述(1)的方法或(13)的系統(tǒng)，其中選擇所述通道寬度和進(jìn)入所述螺旋混 合器_調(diào)理器的輸入流體流的速度，以在所述螺旋混合器_調(diào)理器的通道中得到預(yù)定的剪 切速率。(18).上述(5)的方法或(17)的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的剪切速率使得在限定所述 螺旋混合器_調(diào)理器的混合器部分的通道中的迪恩數(shù)大于150。(19).上述(5)的方法或(17)的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的剪切速率使得在限定所述 螺旋混合器_調(diào)理器的調(diào)理器部分的通道中的迪恩數(shù)小于150。(20).上述(5)的方法或(17)的系統(tǒng)，其中所述螺旋混合器-調(diào)理器的調(diào)理器部 分促進(jìn)在所述流體流中顆粒的聚集體生長(zhǎng)。以往的螺旋混合器使得注射至流動(dòng)液流的化學(xué)物質(zhì)剛好在混合器入口的90度轉(zhuǎn) 角之前處湍流混合并且在整個(gè)混合器的螺旋通道中湍流混合。在圖1的螺旋混合器-調(diào)理 器100中，向該混合器添加聚集體調(diào)理功能。在圖1中，在螺旋混合器-調(diào)理器100的前兩圈102、104中發(fā)生混合，其中設(shè)計(jì)流 體流狀態(tài)(regime)用于高迪恩數(shù)(Dean number)(即，等于或超過(guò)臨界數(shù)150)操作。在該 狀態(tài)下，通道內(nèi)的橫向流體流動(dòng)不能達(dá)到力平衡，因此顆粒(微粒)懸浮物繼續(xù)螺旋狀渦旋 通過(guò)通道橫截面。對(duì)上述的螺旋混合器的增強(qiáng)包括在相應(yīng)于第106-112圈的通道中的流體 流動(dòng)，使其達(dá)到平衡。迪恩數(shù)為用于通道中的流動(dòng)的無(wú)量綱量，通常用符號(hào)D6表示，且如下 定義ue 一 ^、2R)
，其中，p為流體的密度；i!為動(dòng)態(tài)粘度；V為軸速率；D為水力直徑(其他形狀用等效直徑表示，參見(jiàn)雷諾數(shù))；且R為通道軌跡的曲率半徑。在橫截面中各通道為正方形通道，但是，可使用其他通道橫截面設(shè)計(jì)。同樣，雖然 這是6圈的半圓形螺旋，本文所述的螺旋混合器_調(diào)理器可為阿基米德螺旋且具有更多或 更少的圈(即，n-圈)。流動(dòng)液流在入口 114處流入螺旋混合器-調(diào)理器100，且在出口 116 處流出。提供虛線出口 118用于說(shuō)明可使用兩個(gè)或更多個(gè)出口。在第108圈處在螺旋混合器-調(diào)理器100的通道橫截面內(nèi)的流體流動(dòng)的速率分布 描述于圖2，圖3表示在第108圈中相同通道橫截面的橫向速率矢量。在圖2中，在通道的左手側(cè)的圖像為在第108圈處的正方形通道內(nèi)發(fā)生的流動(dòng)速 率的截面圖200。流動(dòng)的速度(speed)或速率(velocity)用代表高速率的較暗的圖像202 和代表較低或幾乎零速率的較亮的圖像204表示。該流動(dòng)是由于離心力而引起的。該圖像 從通道的左手側(cè)得到，而離心力朝向通道的外側(cè)移動(dòng)。在圖3中，相同流動(dòng)的橫向速率矢量示于300，代表如下設(shè)計(jì)如箭頭運(yùn)動(dòng)302所 示，中性漂浮顆粒沿著速率矢量移動(dòng)(參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利序列號(hào)USSN 11/936，729，該文獻(xiàn)討論 了中性漂浮顆粒的分離)。圖3為橫向視圖，如果獲得該視圖的截面，則可顯示作為沿著通 道前進(jìn)的視圖的雙渦旋。而且，存在橫向速率矢量流動(dòng)的分量，所述分量從圖像的平面向 外，因此，如果跟隨著液流中的顆粒，則螺旋狀軌跡跟隨通道向下。該螺旋混合器-調(diào)理器設(shè)計(jì)為6圈，但是，可存在其他圈數(shù)(n-圈)。在該實(shí)施方案中，設(shè)計(jì)螺旋混合器調(diào)理器的前兩圈和/或操作，以使所得到的迪 恩數(shù)使得在前兩圈102、104的通道中的流體流動(dòng)為湍流狀態(tài)。這意味著，即使存在橫向速 率矢量流動(dòng)的設(shè)置(setting up)，其被設(shè)定為使得力不平衡，且由于該原因，顆粒繼續(xù)環(huán)繞 移動(dòng)而不能達(dá)到平衡。僅在第三圈(即，從第三圈道第六圈)后，通道內(nèi)的力進(jìn)入力平衡 狀態(tài)，使得流動(dòng)中的顆粒更接近一個(gè)側(cè)壁移動(dòng)，并在流動(dòng)軌跡內(nèi)進(jìn)入停滯狀態(tài)(stagnation state)。雖然流動(dòng)在整個(gè)螺旋中看起來(lái)非常相似，差別在于橫向速率的量級(jí)。在前兩圈中， 橫向速率非常大，隨后隨著螺旋超出曲率半徑的流動(dòng)增加，其導(dǎo)致的力下降允許流動(dòng)進(jìn)入 穩(wěn)態(tài)層狀狀態(tài)，其中，采用剪切應(yīng)力來(lái)調(diào)理流動(dòng)內(nèi)的顆粒。在第106-112圈離心力下降，產(chǎn)生力平衡。橫向流動(dòng)矢量用于吹掃中性漂浮顆粒， 并將它們移動(dòng)至平衡位置。達(dá)到期望的平衡是基于離心力的下降。期望的離心力下降對(duì)應(yīng) 于迪恩數(shù)下降低于臨界值150?？刹捎脙煞N方式達(dá)到螺旋混合器_調(diào)理器的調(diào)理(或聚集)功能。第一是通過(guò)改 變螺旋混合器的幾何形狀橫截面。第二是改變流動(dòng)速率。這兩種方法均試圖控制在調(diào)理螺 旋中的系統(tǒng)的剪切速率。剪切速率為橫向速率的梯度，并且是使由混合器_調(diào)理器形成的 聚集體的尺寸與下游分離器的截流尺寸相關(guān)的參數(shù)。圖4有助于說(shuō)明所述構(gòu)思觀念。螺旋混合器_調(diào)理器100設(shè)計(jì)為含有用作混合部分的前兩圈102、104。包括前兩 圈的通道在臨界迪恩數(shù)(即，等于或大于150)之上操作，使得在前兩圈中的流動(dòng)無(wú)序且無(wú) 流動(dòng)平衡。在該無(wú)序狀態(tài)下的混合圈數(shù)可變化，因此，螺旋混合器可包括3圈、4圈或更多混 合圈，只要在這些圈中的流動(dòng)在臨界迪恩數(shù)(即，等于或大于150)之上即可。設(shè)計(jì)螺旋混 合器調(diào)理器100的第106-112圈以達(dá)到所需的剪切速率。例如，基于圖4的曲線選擇剪切 速率，圖4表明，當(dāng)剪切速率提高時(shí)，流動(dòng)中的顆粒的聚集體尺寸下降(S卩，聚集體尺寸基于剪切速率)。通過(guò)提高在所選的通道尺寸內(nèi)的流動(dòng)的速率來(lái)提高剪切速率。隨著剪切速率 的提高，顆粒往往破碎成較小的聚集體。螺旋混合器-調(diào)理器100的結(jié)構(gòu)具有被選擇為在整個(gè)螺旋中尺寸相同的通道寬 度。在這種情況下，將流動(dòng)速率控制為在前兩圈(102-104)中具有超過(guò)無(wú)序值的迪恩數(shù)，而 在螺旋的其余圈(106-112)中的流動(dòng)引起迪恩數(shù)下降至低于臨界值150。該下降是由初始 流動(dòng)速率、通道的尺寸以及螺旋圈106-112的數(shù)量增加引起的。選擇進(jìn)入入口 114的輸入流體的速率，使得在前兩圈102、104中的剪切速率超過(guò) 用于無(wú)序作用的迪恩數(shù)，但是其余圈106-112的剪切速率迪恩數(shù)低于臨界值。圖4說(shuō)明圖形400，其說(shuō)明相對(duì)于聚集體尺寸的剪切速率。從頁(yè)面底部到上部，剪 切速率軸從低剪切速率到高剪切速率變化，而聚集體尺寸軸從左手側(cè)的低聚集體尺寸到右 手側(cè)的較大尺寸變化。曲線402表示結(jié)實(shí)懸浮物的特性，曲線404表示松散懸浮物的特性， 其中標(biāo)記了每種懸浮物的最大剪切速率的軌線。在本申請(qǐng)中的螺旋混合器-調(diào)理器可設(shè)計(jì)為可用于具有許多不同幾何形態(tài)的聚 集體。人們可使用非常結(jié)實(shí)且在粉碎前承受非常高的剪切速率的粘土顆粒，或者人們可使 用蓬松且在非常低剪切速率下易于粉碎的絮凝物。因此，應(yīng)理解的是，這些曲線為表明本發(fā) 明要旨的一般性曲線。相對(duì)于粒徑的剪切速率的實(shí)例包括結(jié)實(shí)聚集體，例如對(duì)高剪切力具有彈性的粘 土顆粒。在剪切速率g= 10，000/秒(g=剪切速率)下，在該范圍內(nèi)的聚集體尺寸為直 徑(d)5i!m。對(duì)于松散懸浮物，該聚集體可為在較低剪切力下成碎片的化學(xué)絮凝物(例如， 經(jīng)明礬處理的膠體污垢)。在剪切速率g = 500/秒下，這些松散懸浮物聚集體具有d = 30 u m-50 u m的聚集體尺寸。在圖4中，考慮結(jié)實(shí)懸浮物的上部曲線402。曲線402通常表示該結(jié)實(shí)類(lèi)型的顆 粒的最大剪切速率的軌線?；旧?，這種類(lèi)型的結(jié)實(shí)顆粒的聚集體沒(méi)有可超過(guò)曲線402的。 曲線404提供了含有松散顆粒的懸浮物的類(lèi)似圖像。如曲線的右側(cè)所示，在低剪切速率下 較大的聚集體保持完整。當(dāng)通過(guò)提高泵送速率來(lái)提高剪切速率時(shí)，那么聚集體將破碎至在 曲線的左側(cè)給出的新剪切速率下穩(wěn)定的尺寸。因此，圖4可用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。給定某一所期 望的粒徑，人們可確定相應(yīng)的適當(dāng)?shù)募羟兴俾?。按照?qǐng)D4所示的曲線，進(jìn)行螺旋混合器_調(diào)理器100的操作和/或設(shè)計(jì)，以在第 106-112圈的通道中具有定制設(shè)計(jì)的剪切速率，來(lái)控制聚集速率和尺寸。未受控的聚集導(dǎo)致 非常疏松結(jié)合的懸浮物快速生長(zhǎng)。較高剪切速率將聚集體破碎至可通過(guò)范德華力而維持的 尺寸。與較低曲線相比，圖4中的較高的曲線意味著更強(qiáng)聚集的懸浮物?？刂凭奂w生長(zhǎng) 和尺寸的經(jīng)設(shè)計(jì)的剪切速率導(dǎo)致致密的均勻尺寸的懸浮物，其適于例如通過(guò)螺旋分離器的 有效的下游流體動(dòng)力學(xué)分離。該調(diào)理(聚集)特征可擴(kuò)展至以下目的1.由已溶解的材料(例如二價(jià)金屬以防止結(jié)垢，例如Mg和Ca(鎂和鈣))誘導(dǎo)沉 淀或懸浮物形成；2.促進(jìn)較小的懸浮物聚集成更大且更結(jié)實(shí)的附聚物(例如二氧化鈦(Ti02)納米 顆粒的聚集，以作為高級(jí)紫外(UV)氧化系統(tǒng)中的光催化劑進(jìn)行再生和再利用)；和3.為了再利用容積分散的載體懸浮物而進(jìn)行捕獲，所述懸浮物被官能化以處理液體中的污染物(例如活性炭顆粒用于吸收有機(jī)物和烴，或官能化的聚苯乙烯珠粒用于選擇 性地捕獲用于威脅試劑的生物檢測(cè)的靶分析物)。懸浮物在聚集儲(chǔ)罐中生長(zhǎng)以達(dá)到適于下游截流分離的尺寸。生長(zhǎng)速率根據(jù)懸浮物 的幾何形態(tài)、化學(xué)性質(zhì)以及材料類(lèi)型而變。如果完全在聚集儲(chǔ)罐中生長(zhǎng)，則某些懸浮物可能 不需要很長(zhǎng)的滯留時(shí)間。圖5說(shuō)明特性聚集尺寸與時(shí)間的關(guān)系，所述時(shí)間分為三個(gè)序貫的 時(shí)程T1、T2、T3，對(duì)應(yīng)于脈沖生長(zhǎng)、聚集體尺寸限制和尺寸下降。典型的曲線具有三個(gè)序貫 的時(shí)程 T1 脈沖牛長(zhǎng)一當(dāng)聚集由顆粒濃縮和同向運(yùn)動(dòng)(對(duì)流驅(qū)動(dòng))來(lái)驅(qū)動(dòng)以提高碰撞 事件概率時(shí)，在窄通道中在快速混合期間發(fā)生； T2 聚集體尺寸限制一當(dāng)流體翦切超過(guò)范德華力時(shí),聚集體尺寸警到限制；和 T3 尺寸下降一由于次級(jí)效應(yīng)引起的聚集體尺寸下降，次級(jí)效應(yīng)可歸因于化學(xué) 消耗、壓實(shí)和聚集體-聚集體相互作用。生長(zhǎng)是指顆粒聚集。特別地，目前在更有限的空間中存在有在狹窄通道中的相同 的流動(dòng)量(包括顆粒)。該變窄提高在下述速率下可能發(fā)生的顆粒碰撞，所述速率中平衡態(tài) 引起所述顆?；蛱囟ò俜直鹊念w粒在脈沖生長(zhǎng)階段(T1)期間粘在一起并生長(zhǎng)為較大的聚 集體顆粒。在T2階段，已形成的聚集體達(dá)到生長(zhǎng)停滯狀態(tài)，根據(jù)幾何形態(tài)(材料的類(lèi)型)和 在通道內(nèi)施用的剪切，顆粒僅抱持在一起。對(duì)于某一種類(lèi)型的材料，當(dāng)剪切速率超過(guò)某一值 時(shí)，通過(guò)剪切速率限制聚集體生長(zhǎng)，從而限制整個(gè)聚集體尺寸。在T3時(shí)，在停滯狀態(tài)之后， 由于次級(jí)效應(yīng)(例如可引起聚集體尺寸從T2狀態(tài)下降多達(dá)10%的其他情況中的系統(tǒng)內(nèi)化 學(xué)消耗、壓實(shí)、絮凝物_絮凝物相互作用)而存在尺寸下降。當(dāng)將顆粒擠壓在一起但實(shí)際上未粘著在一起時(shí)產(chǎn)生壓實(shí)，且擠壓將水從聚集體中 除去，使得它們更緊密(例如，更小)，但是不將單獨(dú)的聚集體結(jié)合在一起。絮凝物-絮凝物相互作用是指聚集體彼此磨耗并且從聚集體的一方或兩方中除 去部分顆粒。上述新型方法可用作用于許多工業(yè)分離的平臺(tái)技術(shù)，包括 市政水處理一該應(yīng)用受益于本發(fā)明的調(diào)理討論 海水和含鹽水脫鹽一用于反滲透(R0)和防垢劑除去(圖6、7、8和9)和膜蒸餾 (圖10)的預(yù)處理 污水一壓裂水(frac water)、流回水、油/水分離(圖11和12) 壓載水一從海水中分離有機(jī)物和其他懸浮物(圖13和14) 藻類(lèi)排水(Algea dewatering)-生物燃料生產(chǎn)和在精煉廢水排放(polished wastewater discharge)前(圖 16) 農(nóng)業(yè)用水一葡萄洗滌水、棕櫚油磨坊流出液(圖17和15) 容積分散的Ti02或官能化的合成顆粒的聚集和回收(圖19)眷廢水處理一將初級(jí)流出液濃縮以進(jìn)行消化，用于提高速率和甲烷產(chǎn)生(圖20和 21)。圖6-21舉例說(shuō)明該技術(shù)的許多不同的應(yīng)用。其他應(yīng)用包括 生產(chǎn)用水一例如清潔乳品廠乳清水
生物流體一藥物加工，例如從RBC中分離WBC、疫苗流體凈化 生物檢測(cè)一用于提高選擇性和靈敏度的高生產(chǎn)量篩分 工業(yè)水純化一例如Si切口(Si kerf)回收 防垢劑除去一發(fā)電廠冷卻，海水預(yù)處理 地下水矯正(remediation)-二價(jià)離子沉淀 石油精煉一油/水分離 膠態(tài)化學(xué)一化學(xué)加工 采礦 食品和飲料。圖6是在使用化學(xué)凝聚的脫鹽配置的反滲透(R0)之前的未加工的海水或含鹽水 處理的示意圖。R0膜需要非常高品質(zhì)的進(jìn)料水以有效操作。系統(tǒng)600包括第一輸入過(guò)濾器602，其可為2-5mm過(guò)濾尺寸的進(jìn)料篩，用于過(guò)濾未 加工的海水。在過(guò)濾器602之后，提供用于進(jìn)一步過(guò)濾的第二過(guò)濾器604，其可為100 y m篩 網(wǎng)過(guò)濾器。將已過(guò)濾的水通過(guò)凝結(jié)劑注射系統(tǒng)606，該凝結(jié)劑注射系統(tǒng)將適當(dāng)類(lèi)型的凝結(jié)劑 注射至水流中。將注射有凝結(jié)劑的水流在螺旋混合器-調(diào)理器608中混合。隨后將螺旋混 合器-調(diào)理器608的輸出移動(dòng)至聚集儲(chǔ)罐610，在這里聚集的顆粒進(jìn)一步生長(zhǎng)，例如，對(duì)于某 一絮凝物，生長(zhǎng)約4分鐘。隨后將含有聚集體的流動(dòng)從聚集儲(chǔ)罐610移動(dòng)至包含流出液輸 出614的螺旋分離裝置612 (其中聚集體已通過(guò)螺旋分離器612除去)，且將該流動(dòng)通過(guò)保 險(xiǎn)過(guò)濾器616進(jìn)一步過(guò)濾并提供作為R0進(jìn)料水618。來(lái)自螺旋分離器612的第二輸出的水 包含已分離出的聚集體，提供所述水作為廢液流620。未加工的海水輸入至系統(tǒng)600中的速 率可通過(guò)箭頭622表示的泵來(lái)控制。系統(tǒng)600使用在線凝聚、絮凝和分離來(lái)預(yù)處理R0進(jìn)料水，且具有以下特性1)聚集亞微米的有機(jī)/無(wú)機(jī)顆粒，用于流體動(dòng)力學(xué)分離，以?xún)艋疪0進(jìn)料水；2)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(即，快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉 降)相比，使用螺旋混合器-調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；3)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；4)快速工序一需要數(shù)分鐘而不是數(shù)小時(shí)；5)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖7是在使用電凝聚的脫鹽配置的反滲透(R0)之前的未加工的海水或含鹽水處 理的示意圖。優(yōu)點(diǎn)為原位產(chǎn)生凝結(jié)劑。系統(tǒng)700與圖6的系統(tǒng)600類(lèi)似。但是，在第二過(guò)濾器604之后，用電凝聚裝置 702代替凝結(jié)劑注射系統(tǒng)606。隨后使用例如示于圖6的元件。其他區(qū)別在于注射防垢劑 氯704，接著通過(guò)保險(xiǎn)過(guò)濾器616進(jìn)行過(guò)濾。在一個(gè)實(shí)施方案中，未加工的海水輸入至系統(tǒng) 700中的速率可通過(guò)箭頭722表示的泵來(lái)控制。系統(tǒng)700可在裝置內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，淤渣體積更小，且不需要不良的化學(xué)物質(zhì)。系 統(tǒng)700使用在線凝聚、絮凝和分離來(lái)利用電凝聚進(jìn)行預(yù)處理R0進(jìn)料水。該方法包括以下特 性1)電凝聚使得化學(xué)物質(zhì)在裝置內(nèi)產(chǎn)生；2)聚集亞微米有機(jī)/無(wú)機(jī)顆粒，用于流體動(dòng)力學(xué)分離，以?xún)艋疪0進(jìn)料水；
3)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(即，快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉 降)相比，使用螺旋混合器-調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；4)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；5)快速工序一需要數(shù)分鐘而不是數(shù)小時(shí)；6)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖8是由濃鹽水產(chǎn)生氫氧化物沉淀物，以防止來(lái)自鹽水濃縮物的多價(jià)金屬產(chǎn)生的 R0膜結(jié)垢。系統(tǒng)800包括反滲透(R0)單元802，其接受R0進(jìn)料水并最終輸出產(chǎn)品水804。來(lái) 自R0單元802的第二輸出包括水流(含有鹽水)，在提供給螺旋混合器_調(diào)理器808之前， 向該水流注射沉淀劑806。液流進(jìn)入聚集儲(chǔ)罐810，使得沉淀物生長(zhǎng)。一旦已進(jìn)行足夠的生 長(zhǎng)，將該液流提供給螺旋分離器812，該螺旋分離器進(jìn)行螺旋分離以分離出沉淀物。流出液 輸出814 (其中沉淀物被除去)可任選在再循環(huán)鹽水回路816中再循環(huán)回R0單元802。來(lái) 自螺旋分離器812的第二輸出為具有沉淀物的廢液流818。在一個(gè)實(shí)施方案中，R0進(jìn)料水 輸入至系統(tǒng)800中的速率可通過(guò)箭頭820表示的泵來(lái)控制。該系統(tǒng)提供沉淀物的形成(例如，氫氧化鎂)和所述沉淀物在R0工序期間從鹽水 濃縮物中的分離。該工序還關(guān)于從含鹽水中除去二價(jià)金屬離子。該方法包括以下特性1)為流體動(dòng)力學(xué)分離而沉淀二價(jià)/三價(jià)金屬離子；2)使用螺旋混合器Ca(0H)2劑量的減少；3)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；4)快速工序一數(shù)分鐘規(guī)模；5)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖9是在兩階段沉淀和碳酸鹽和氫氧化物沉淀物分離之后從海水或含鹽水中凝 聚、絮凝和分離所有其他懸浮物的示意圖。系統(tǒng)900包括輸入過(guò)濾器902，在一個(gè)實(shí)施方案中，其可為具有100 iim尺寸開(kāi)孔的 過(guò)濾器，用于在將液流輸入至第一階段螺旋分離器904之前除去大顆粒，其中第一階段螺 旋分離將分離出5-10 y m尺寸的沉淀物。流出液輸出906傳送已除去低于5-10 u m的已沉 淀材料的流體流且所述流體流通過(guò)凝結(jié)劑注射裝置908注射凝結(jié)劑。隨后將該液流提供給 類(lèi)似于圖6-7的螺旋混合器-調(diào)理器910和聚集儲(chǔ)罐912，以處理直徑低于5 u m的顆粒或 聚集體。來(lái)自第一階段螺旋分離器904的第二輸出提供沉淀物輸出914。在一個(gè)實(shí)施方案 中，沉淀劑(percipitator)輸入至系統(tǒng)900中的速率可通過(guò)箭頭924表示的泵來(lái)控制。將來(lái)自聚集儲(chǔ)罐912的輸出輸送至第二階段螺旋分離器916，用于螺旋分離已絮 凝的聚集體。第二階段螺旋分離器916包括提供給R0進(jìn)料水系統(tǒng)920的第一流出液輸出 918和作為輸出廢液流922的第二流出液輸出。該系統(tǒng)使用兩階段(i)初始螺旋分離，用于沉淀物回收；和(ii)凝聚、絮凝、分 離，用于預(yù)處理R0進(jìn)料水。該方法包括以下特性1)快速提取5iim-10iim尺寸范圍的沉淀物；2)聚集亞微米有機(jī)/無(wú)機(jī)顆粒，用于流體動(dòng)力學(xué)分離，以?xún)艋疪0進(jìn)料水；3)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(即，快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉 降)相比，使用螺旋混合器-調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；
4)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；5)快速工序一數(shù)分鐘而不是數(shù)天；6)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖10是從海水凝聚、絮凝和分離懸浮的有機(jī)物，以提供經(jīng)凈化的進(jìn)料水用于膜蒸 餾(MD)的示意圖。MD使用在比熱蒸餾更低的溫度下加熱的廢液。系統(tǒng)1000包括用于未加工的海水的兩個(gè)過(guò)濾器輸入，其中第一過(guò)濾器1002具 有2-5mm濾篩，而第二過(guò)濾器1004具有100 u m濾篩。將已過(guò)濾的水流提供給螺旋分離器 1006，該螺旋分離器具有用于分離的10 ym聚集體尺寸截流。第一流出液輸出1008將具有 除去聚集體的流出液提供給任選提供的過(guò)濾器1010，該過(guò)濾器將已過(guò)濾的水供應(yīng)至MD水 儲(chǔ)罐1012。螺旋分離器1006的第二輸出為用于輸出海水的廢液流1014。在一個(gè)實(shí)施方案 中，未加工的海水輸入至系統(tǒng)1000的速率可通過(guò)箭頭1016表示的泵來(lái)控制。該系統(tǒng)提供了用于膜蒸餾的預(yù)處理。該方法包括以下特性1)在未加工的海水中分離顆粒，小至10 ii m ；2)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖11是兩階段分離的示意圖；第一階段為粗顆粒，之后將在上清液中的細(xì)顆粒凝 聚、絮凝和分離成中等細(xì)尾料(例如尾料池水)。該應(yīng)用適用于來(lái)自表面油提取(例如浙青 砂)的污水。系統(tǒng)1100包括過(guò)濾器1102，其可為lOOym篩過(guò)濾器，用于過(guò)濾旋液分離器溢流 水，使得將已過(guò)濾的水提供給第一階段螺旋分離器1104。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一階段螺旋 分離器用于聚集體分離的截留值可為5-10 ym。第一細(xì)屑輸出1106提供了含有細(xì)屑的液 流，凝聚系統(tǒng)1108向該液流中注射凝結(jié)劑。將注射有凝結(jié)劑的液流提供給螺旋混合器-調(diào) 理器1110，該螺旋混合器-調(diào)理器混合并調(diào)理所述液流，并將含有聚集的細(xì)屑的液流提供 給聚集儲(chǔ)罐1112保持長(zhǎng)達(dá)4分鐘。來(lái)自第一階段螺旋分離器1104的第二輸出提供含有粗 尾料1114的水流。將來(lái)自聚集儲(chǔ)罐1112的輸出輸送至第二螺旋分離器1116，所述第二螺 旋分離器分離其余的絮凝物聚集體。最后，來(lái)自第二螺旋分離器1116的第一輸出為再循環(huán) 水儲(chǔ)器1120提供澄清的流出液1118。第二輸出1122提供濃縮的陳化細(xì)尾料(MFT)。在一 個(gè)實(shí)施方案中，旋液分離器溢流水輸入至系統(tǒng)1100中的速率可通過(guò)箭頭1124表示的泵來(lái) 控制。該方法包括以下特性1)快速提取5-10 iim尺寸范圍內(nèi)的沉淀物；2)聚集亞微米的粘土顆粒，用于分離；3)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(即，快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉 降)相比，使用螺旋混合器-調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；4)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；5)快速工序一數(shù)分鐘而不是數(shù)天；6)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖12是由污水中沉淀、聚集和分離二價(jià)金屬離子的示意圖。由地下提取1桶油可 產(chǎn)生高達(dá)10桶污水。將污水運(yùn)離鉆探部位用于蒸發(fā)以及隨后用新鮮的水替換的運(yùn)輸成本 過(guò)高。示于圖12的方法可現(xiàn)場(chǎng)處理且可進(jìn)一步提高至產(chǎn)生適用于再注射和蒸汽產(chǎn)生的高品質(zhì)水上清液。系統(tǒng)1200包括第一輸入過(guò)濾器1202，其可體現(xiàn)為100 u m濾篩，該濾篩接受并過(guò)濾 未加工的污水流，隨后使用機(jī)構(gòu)1204向所述污水流中注射氫氧化鈣(Ca(0H)2)。將注射有 Ca(0H)2的該水流提供給螺旋混合器-調(diào)理器1206，該螺旋混合器-調(diào)理器將所述材料混 合，并將其傳送至反應(yīng)儲(chǔ)罐1208，保持約1分鐘的反應(yīng)處理，以產(chǎn)生氫氧化鎂(Mg(0H)2)沉 淀物。隨后，經(jīng)由注射系統(tǒng)1210將碳酸鉀(K2C03)注射入所述水流。隨后將該經(jīng)處理的液 流輸送至第二螺旋混合器-調(diào)理器1212，在第二螺旋混合器-調(diào)理器中將所述液流混合、調(diào) 理并輸出至沉淀儲(chǔ)罐1214，保持約1分鐘，以沉淀碳酸鈣(CaC03)。隨后，將沉淀流提供給螺 旋分離器1216，該螺旋分離器分離出聚集體并產(chǎn)生流出液輸出1218以及沉淀物輸出1220。 應(yīng)指出的是，根據(jù)反應(yīng)速率，在圖12中的第一反應(yīng)儲(chǔ)罐可為非必要的。在一個(gè)實(shí)施方案中，來(lái)自?xún)?chǔ)罐1214的沉淀物流可經(jīng)由回料路徑1222將部分流作 為回料提供給反應(yīng)儲(chǔ)罐1208的輸入，其中，所述注射在第一螺旋混合器1206中螺旋混合之 后發(fā)生。該回料引入沉淀物來(lái)“加晶種”并生長(zhǎng)較大的沉淀物聚集體。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)經(jīng)由注射機(jī)構(gòu)1224注射氯化鐵(FeCl3)可將來(lái)自沉淀儲(chǔ) 罐1214的流凝聚，隨后第三螺旋混合器_調(diào)理器1226混合并調(diào)理經(jīng)進(jìn)一步注射的流。隨 后可將來(lái)自螺旋混合器-調(diào)理器1226的流動(dòng)液流放置在聚集儲(chǔ)罐1228中用于進(jìn)一步生 長(zhǎng)，隨后提供給螺旋分離器1216。在一個(gè)實(shí)施方案中，未加工的污水輸入至系統(tǒng)1200中的 速率可通過(guò)箭頭1230表示的泵來(lái)控制。該系統(tǒng)使用污水的在線沉淀、聚集和分離來(lái)除去二價(jià)離子。該方法包括以下特 性1)沉淀氫氧化鎂(Mg(0H)2)和碳酸鈣(CaC03)；2)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；3)快速工序；4)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖13是海水中的懸浮有機(jī)物質(zhì)的直接去除并將海水(廢液)流傾泄回來(lái)源以不 破壞生態(tài)學(xué)(其仍需要滅菌步驟)的示意圖。系統(tǒng)1300包括輸入濾篩1302，其可為約50-100 y m篩過(guò)濾器，以接受輸入海水。 將已過(guò)濾的海水提供給螺旋分離器1304，用于分離出殘留在已過(guò)濾的海水流中的顆粒。將 螺旋分離器1304的流出液輸出1308提供給任選的過(guò)濾器1308，隨后提供給壓載水儲(chǔ)罐 1310。來(lái)自螺旋分離器1304的廢液輸出1312為廢海水1314。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸入海 水輸入至系統(tǒng)1300的速率可通過(guò)箭頭1316表示的泵來(lái)控制。該系統(tǒng)使用截流尺寸分離技術(shù)提供壓載水處理。該方法包括以下特性1)高生產(chǎn)量，連續(xù)流動(dòng)分離；2)減少任選的過(guò)濾器堵塞，其導(dǎo)致較低頻率的反向沖洗一可將反向沖洗傾泄，而 無(wú)需在輸入口處理；3)廢液流直接傾卸，而無(wú)需在輸入口處理。圖14是下述示意圖預(yù)處理未加工的輸入海水或含鹽水，以除去大多數(shù)懸浮的固 體，隨后將澄清的流出液送至壓載水儲(chǔ)罐(其仍需要滅菌步驟)。系統(tǒng)1400包括第一輸入過(guò)濾器1402，以過(guò)濾輸入海水。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸入過(guò)濾器1402可體現(xiàn)為50-100 ym過(guò)濾器篩。隨后經(jīng)由注射機(jī)構(gòu)1404向該已過(guò)濾的液流注 射凝結(jié)劑。隨后將已注射的流提供給螺旋混合器_調(diào)理器1406，該螺旋混合器-調(diào)理器將 已混合、調(diào)理的流輸出至聚集儲(chǔ)罐1408，用于另外的絮凝物生長(zhǎng)。將來(lái)自聚集儲(chǔ)罐1408的 輸出提供給螺旋分離器1410，該螺旋分離器根據(jù)所選的尺寸截留分離出聚集的絮凝物。來(lái) 自螺旋分離器1410的流出液輸出1412為提供給任選的過(guò)濾機(jī)構(gòu)1414、提供給壓載水儲(chǔ)罐 1416的流出液流。來(lái)自螺旋分離器1410的第二輸出為廢液輸出1418，其為輸出海水。在 一個(gè)實(shí)施方案中，輸入海水輸入至系統(tǒng)1400的速率可通過(guò)箭頭1420表示的泵來(lái)控制。該方法包括以下特性1)聚集亞微米有機(jī)/無(wú)機(jī)顆粒，用于分離；2)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(即，快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉 降)相比，使用螺旋混合器_調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；3)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降。圖15是用于生物燃料生產(chǎn)、供料和在表面排放之前的精煉的廢水的凈化的藻類(lèi) 排水。藻類(lèi)通常在非常稀的濃度下生長(zhǎng)。通常通過(guò)離心、過(guò)濾或浮選實(shí)現(xiàn)排水、或收獲和去 除水。離心耗能高，過(guò)濾維修成本高，而浮選緩慢且需要大土地面積。系統(tǒng)1500包括用于接受開(kāi)放的水池水的雙重篩輸入。第一輸入篩1502可體現(xiàn)為 2-5mm尺寸，而第二輸入篩1504可體現(xiàn)為lOOym尺寸。將已過(guò)濾的水移動(dòng)至第一階段螺旋 分離器1506，將包括濃縮的藻類(lèi)的流動(dòng)液流的第一輸出1508提供給聚集儲(chǔ)罐1510，用于聚 集體藻類(lèi)進(jìn)一步生長(zhǎng)。來(lái)自第一階段螺旋分離器1506的第二輸出為可經(jīng)任選的回料路徑 1514提供給開(kāi)放的水池的流出液輸出1512。隨后將來(lái)自聚集儲(chǔ)罐1510的輸出輸送至第二 階段螺旋分離器1516，在這里將濃縮的聚集體(在該實(shí)施方案中，為藻類(lèi))在輸出1518處 輸出?？蛇x的輸出為還可經(jīng)任選的回料路徑1514提供給開(kāi)放的水池的流出液輸出1520。 在一個(gè)實(shí)施方案中，開(kāi)放的水池水輸入至系統(tǒng)1500中的速率可通過(guò)箭頭1522表示的泵來(lái) 控制。該方法包括以下特性1)分離藻類(lèi)；2)90 10分流的兩階段，以得到兩個(gè)數(shù)量級(jí)的濃度；3)分布式設(shè)備一單個(gè)裝置處理4個(gè)水池，使排水最大化、泵送最小化并確保循環(huán)；4)快速工序；5)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖16為可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)1500的結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。具體而言，將具有多個(gè)輸入的系統(tǒng)1500 或多個(gè)系統(tǒng)1500包括于或通常提供給4個(gè)水池1602、1604、1606和1608。通過(guò)使系統(tǒng)1500 位于相對(duì)于水池1602-1608為中心的位置，可完成有效收集聚集體(例如藻類(lèi)形式)。圖17是在表面排放之前凝聚、絮凝和分離生產(chǎn)用水(例如葡萄洗滌水)或灰色洗 滌水的示意圖。廢液流同時(shí)含有細(xì)菌和營(yíng)養(yǎng)物，其可被引導(dǎo)至厭氧消化器以用于水和二氧 化碳(C02)的轉(zhuǎn)化。系統(tǒng)1700包括第一過(guò)濾器1702，該過(guò)濾器具有約2mm的過(guò)濾器開(kāi)孔。過(guò)濾器1702 將灰色洗滌水過(guò)濾至含有經(jīng)由注射機(jī)構(gòu)1704注射的凝結(jié)劑的液流。將含有已注射的凝結(jié) 劑的液流提供給螺旋混合器1706，該螺旋混合器進(jìn)而將已注射的凝結(jié)劑和已過(guò)濾的灰色洗滌水移動(dòng)至聚集儲(chǔ)罐1708，用于流中的絮凝物進(jìn)一步生長(zhǎng)。將來(lái)自聚集儲(chǔ)罐1708的輸出提 供給螺旋分離器1710，其中螺旋分離進(jìn)行小于約4分鐘。螺旋分離器1710的輸出為流出液 輸出1712，隨后將該液流提供給任選的過(guò)濾器1714并儲(chǔ)存于灰色水儲(chǔ)器1716中。來(lái)自螺 旋分離器1710的第二輸出為廢液輸出1718。在一個(gè)實(shí)施方案中，灰色洗滌水輸入至系統(tǒng) 1700中的速率可通過(guò)箭頭1720表示的泵來(lái)控制。該系統(tǒng)提供用于例如葡萄洗滌水的在線凝聚、絮凝和螺旋分離。該方法包括以下 特性1)聚集亞微米有機(jī)/無(wú)機(jī)顆粒，用于分離；2)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(即，快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉 降)相比，使用螺旋混合器-調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；3)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；4)快速工序一數(shù)分鐘而不是數(shù)天；5)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖18是兩階段初始分離的示意圖第一階段用于除去較大的碎屑，接著凝聚、絮 凝和分離，以產(chǎn)生適用于表面排放的經(jīng)處理的水?？蓪U液流引導(dǎo)至厭氧消化器，以產(chǎn)生 水和C02。該工藝可適用于具有極高豐度的亞微米碎屑的生產(chǎn)用水(例如棕櫚油磨坊流出 液)。系統(tǒng)1800包括輸入液流過(guò)濾器1802，其可為100 y m篩，用于在將液流供應(yīng)至第 一階段螺旋分離器1804之前過(guò)濾以篩濾棕櫚油磨坊流出液(POME)，其中，第一階段螺旋分 離器分離5-10 u m尺寸的聚集體。在螺旋混合器-調(diào)理器1810的入口之前，來(lái)自螺旋分離 器1804的流出液輸出1806具有經(jīng)由注射機(jī)構(gòu)1808注射的凝結(jié)劑。將螺旋混合器-調(diào)理 器1810的輸出提供給聚集儲(chǔ)罐1812，使得絮凝物進(jìn)一步生長(zhǎng)(例如，保持約4分鐘)。來(lái) 自螺旋分離器1804的第二輸出為廢液輸出1814。將來(lái)自聚集儲(chǔ)罐1812的液流提供給第二 螺旋分離器1816，其中聚集的絮凝物的分離操作保持約4分鐘。來(lái)自螺旋分離器1816的流 出液輸出1818為葡萄水1820和廢液輸出1822。在一個(gè)實(shí)施方案中，棕櫚油磨坊流出液輸 入至系統(tǒng)1800中的速率可通過(guò)箭頭1824表示的泵來(lái)控制。該系統(tǒng)運(yùn)行兩階段(i)初始螺旋分離；和(ii)POME的凝聚、絮凝和分離，以產(chǎn)生 經(jīng)處理的水。該方法包括以下特性1)初始分離在未加工的POME中的顆粒，小至5-10 u m ；2)聚集亞微米有機(jī)/無(wú)機(jī)顆粒，用于分離以?xún)艋?)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(即，快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉 降)相比，使用螺旋混合器-調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；4)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；5)快速工序一數(shù)分鐘而不是數(shù)天；6)流動(dòng)受控制的連續(xù)流動(dòng)或間歇操作。圖19是用于高級(jí)氧化技術(shù)紫外(UV)滅菌系統(tǒng)的容積分散的二氧化鈦(Ti02)納 米顆粒的聚集和回收的示意圖。在UV存在下Ti02的光催化活性有效破壞細(xì)胞膜。這是一 種用于滅菌的可選的非化學(xué)方法，與將它們固定在流動(dòng)導(dǎo)管的表面上相比，該方法對(duì)于容 積分散的打02最有效。納米顆粒小(通常為25nm)且回收是通過(guò)繁瑣的過(guò)濾。
系統(tǒng)1900包括第一輸入過(guò)濾器1902，其可為100 u m輸入篩，其被設(shè)置為從輸入 廢水中篩濾顆粒。將來(lái)自輸入篩1902的經(jīng)過(guò)濾的輸入廢水通向高級(jí)氧化處理(A0T)系統(tǒng) 1904。在將經(jīng)pH調(diào)節(jié)的流提供給螺旋混合器-調(diào)理器1908之前，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1906將來(lái) 自A0T1904的輸出流進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。在通過(guò)螺旋混合器-調(diào)理器1908混合之后，將該流提 供給聚集儲(chǔ)罐1910，用于聚集的材料進(jìn)一步生長(zhǎng)。將聚集儲(chǔ)罐1910的輸出提供給螺旋分 離器1912，其中，螺旋分離器分離出打02聚集體。隨后將來(lái)自螺旋分離器1912的除去聚集 體的流出液輸出1914通過(guò)過(guò)濾器1916，用于將該流的輸出提供給滅菌水儲(chǔ)罐1918。來(lái)自 螺旋分離器1912的可選的輸出為回收的Ti0219 20，并將其在A0T 1904的輸入處作為T(mén)i02 注射1922輸送回系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸入廢水輸入至系統(tǒng)1900的速率可通過(guò)箭頭 1924表示的泵來(lái)控制。該方法包括以下特性1)高級(jí)氧化技術(shù) 容積分散和回收Ti02 流動(dòng)通過(guò)UV反應(yīng)器2)螺旋裝置 螺旋混合器_調(diào)理器混合聚集劑 螺旋分離器回收聚集的Ti02。圖20是廢水處理的示意圖，其中將懸浮的有機(jī)物(包括細(xì)菌和營(yíng)養(yǎng)物)再循環(huán)回 初級(jí)凈化器。為了表面排放可將已凈化的流出液流滅菌并處理。該系統(tǒng)提供用于廢水處理 的在線凝聚、絮凝和分離系統(tǒng)，代替沉降并顯著降低淤渣微生物消化所需的時(shí)間之外的滯 留時(shí)間。系統(tǒng)2000包括輸入過(guò)濾器2002，其可為100 ym篩過(guò)濾器，設(shè)計(jì)該過(guò)濾器以用于接 受來(lái)自來(lái)源的輸入液流，該來(lái)源具有各階段的流體，這些流體定義為淤渣2004、初級(jí)凈化器 2006和浮渣2008。通過(guò)輸入過(guò)濾器篩2002 (例如，100 y m篩)過(guò)濾來(lái)自上述輸入的流，隨 后向該已過(guò)濾的流經(jīng)由凝結(jié)劑注射系統(tǒng)2010注射凝結(jié)劑。將已注射的流提供給螺旋混合 器2012，并將混合流提供給聚集儲(chǔ)罐2014，用于來(lái)自輸入液流的聚集體的進(jìn)一步絮凝物生 長(zhǎng)。將來(lái)自聚集儲(chǔ)罐2014的輸出提供給螺旋分離器2016，用于分離流內(nèi)的絮凝物。隨后， 將流出液輸出2018提供給任選的過(guò)濾器2020，并將該流儲(chǔ)存于凈化儲(chǔ)罐2022。將來(lái)自螺旋 分離器2016的廢液輸出2024經(jīng)由回料路徑2026提供給具有淤渣2004、初級(jí)凈化器2006 和浮渣2008的輸入。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸入(2004、2006、2008)輸入至系統(tǒng)2000的速率 可通過(guò)箭頭2028表示的泵來(lái)控制。該方法包括以下特性1)聚集亞微米有機(jī)/無(wú)機(jī)顆粒，用于分離；2)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉降) 相比，使用螺旋混合器-調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；3)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；4)快速工序、連續(xù)流動(dòng)、占地面積小、低動(dòng)力、低壓力；5)廢液流再循環(huán)回初級(jí)凈化器。圖21是廢水處理的示意圖，其中將廢液流引導(dǎo)至厭氧消化器，以較快的速率產(chǎn)生水、C02和甲烷。系統(tǒng)2100與系統(tǒng)2000基本上相同。但是，不是將廢液輸出2024再循環(huán)回輸入液 流，而是提供厭氧消化器2102來(lái)接受廢液流2024。該分離提供的濃縮提高了生物反應(yīng)的速 率和甲烷產(chǎn)生的速率。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸入(2004、2006、2008)輸入至系統(tǒng)2100的速 率可通過(guò)箭頭2104表示的泵來(lái)控制。該系統(tǒng)將濃縮的初級(jí)處理流出液提供給消化器，用于廢水處理。該方法包括以下 特性1)聚集亞微米有機(jī)/無(wú)機(jī)顆粒，用于分離；2)與標(biāo)準(zhǔn)罐試驗(yàn)方案(即，快速混合2分鐘，接著緩慢混合28分鐘，并長(zhǎng)時(shí)間沉 降)相比，使用螺旋混合器-調(diào)理器減少50%的凝結(jié)劑劑量；3)沒(méi)有正式的絮凝步驟且無(wú)需沉降；4)快速工序、連續(xù)流動(dòng)、占地面積小、低動(dòng)力、低壓力；5)廢液流為送至厭氧消化器的濃縮的生物體和營(yíng)養(yǎng)物。
權(quán)利要求
通過(guò)流體處理系統(tǒng)處理流體流的方法，所述方法包括向所述流體處理系統(tǒng)的輸入部分輸入流體流；通過(guò)與所述輸入部分可操作地連接地安置的螺旋混合器 調(diào)理器接受所述流體流，所述螺旋混合器 調(diào)理器混合并調(diào)理所述輸入流；在螺旋分離器接受已混合并調(diào)理的所述流體流；將由所述螺旋分離器接受的已混合并調(diào)理的所述流體流分離成至少兩股流體流，所述輸入流體流中的顆粒被除去的第一流體流和所述輸入流體流中的顆粒被濃縮的第二流體流；和從所述螺旋分離器輸出所述兩股流體流。
2.權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括利用所述螺旋混合器-調(diào)理器中的通道寬度和 進(jìn)入所述螺旋混合器_調(diào)理器的所述輸入流的速度，以確定所述螺旋混合器_調(diào)理器中的 定制的剪切速率。
3.通過(guò)流體處理系統(tǒng)處理流體流的方法，所述方法包括向所述流體處理系統(tǒng)的輸入部分輸入流體流；通過(guò)與所述輸入部分可操作地連接地安置的螺旋混合器_調(diào)理器接受所述流體流，所 述螺旋混合器_調(diào)理器混合并調(diào)理所述輸入流；在螺旋分離器接受已混合并調(diào)理的所述流體流；將由所述螺旋分離器接受的已混合并調(diào)理的所述流體流分離成兩股流體流中的至少 一股，所述輸入流體流中的顆粒被除去的第一流體流和所述輸入流體流中的顆粒被濃縮的 第二流體流；和從所述螺旋分離器輸出所述兩股流體流，其中在所述混合器部分中的所述輸入流的流 動(dòng)等于或超過(guò)臨界迪恩數(shù)150。
4.流體流處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括輸入部分，其用于接受流體流；螺旋混合器_調(diào)理器，其與所述輸入部分可操作地連接地安置，以接受輸入流體流，所 述螺旋混合器_調(diào)理器包括混合器部分和調(diào)理器部分；螺旋分離器設(shè)施，其與所述螺旋混合器-調(diào)理器可操作地連接地安置，以接受已混合 并調(diào)理的所述流體流，所述螺旋分離器包括分離部分和設(shè)置為輸出至少兩股液流的輸出部 分，一股液流中來(lái)自所述輸入流體流的顆粒通過(guò)所述分離部分除去，而第二液流中來(lái)自所 述輸入流體流的顆粒通過(guò)所述分離部分濃縮。
全文摘要
本發(fā)明提供了處理流體流的方法和系統(tǒng)，包括向所述流體處理系統(tǒng)的輸入部分輸入流體流，并經(jīng)由螺旋混合器-調(diào)理器接受所述流體流。螺旋混合器-調(diào)理器混合并調(diào)理輸入液流。隨后將已混合并調(diào)理的流體流輸入到螺旋分離器中，在這里將已混合并調(diào)理的流體流分離成至少兩股流體流，第一流體流中輸入液流中的顆粒被除去，而第二流體流中輸入流體流中的顆粒被濃縮。
文檔編號(hào)B01F5/00GK101920226SQ20101020858
公開(kāi)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·科爾, J·索, M·H·利恩, N·張 申請(qǐng)人:帕洛阿爾托研究中心公司