專利名稱：旋流浮選系統(tǒng)和配備有該旋流浮選系統(tǒng)的水污染防治系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從液體中分離懸浮固體的旋流浮選分離器(hydrocyclone floating separator)和采用該旋流分離器的水污染防治系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，由于水污染的加劇，在湖泊或河流中產(chǎn)生的藻類越來越多，從而產(chǎn)生各種問 題，諸如生態(tài)系統(tǒng)受到破壞等。然而，由于藻類的分布非常廣并且數(shù)量龐大，利用現(xiàn)有的技 術(shù)徹底地處理藻類是無法想象的。去除藻類的方法包括使用化學(xué)制品來殺死藻類和使用過濾材料來過濾掉藻類。這 兩種方法是方便的藻類處理方法。然而，對于這兩種方法來說，前者會產(chǎn)生有毒化學(xué)物質(zhì)和 由于死亡的藻類引起的二次污染的問題，而后者由于處理過程緩慢并且所需的成本高而難 以應(yīng)用。其它去除藻類的方法可以包括在水中沉淀藻類然后去除沉淀的藻類的凝結(jié)沉淀 方法，以及使藻類漂浮在水面上以形成浮渣然后去除浮渣的浮選分離方法。凝聚沉淀方法 的優(yōu)點(diǎn)在于，其過程相對容易進(jìn)行，但是問題在于需要用2到5個(gè)小時(shí)來沉淀待處理的目標(biāo) 對象，因此增加了工具和設(shè)備的規(guī)模和成本。浮選分離方法的優(yōu)點(diǎn)在于需要用20到50分 鐘來使目標(biāo)對象漂浮，因此用凝聚沉淀方法中所使用的設(shè)備總量的1/5到1/6的設(shè)備即可 執(zhí)行所述工作，但是浮選分離方法的問題在于必須額外地設(shè)置空氣壓縮器、浮渣去除裝置 等等以及在進(jìn)行所述過程時(shí)一部分漂浮的浮渣會浸入水中。同時(shí)，凝聚沉淀方法和浮選分離方法也用于在廢水處理過程中分離水中的泥漿。 即使在這種情況下，也存在與上述問題類似的問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明旨在提供一種旋流浮選分離器及利用所述旋流浮選分離器的水污染防治 系統(tǒng)，所述旋流浮選分離器用于分離水中的懸浮固體并且能夠應(yīng)用于大規(guī)模目標(biāo)對象。技術(shù)方案本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種旋流浮選分離器，包括渦流生成體，所述渦流生成體 包括入水口、使通過所述入水口所引入的水打旋以產(chǎn)生旋流，并且包括用于排放所述打旋 的水的出水口 ；空氣注入單元，用于將空氣注入通過所述入水口引入的水中；排水控制單 元，用于控制通過出水口所排放的水量，從而使得所述渦流生成體中的水位保持不變；以及 懸浮固體去除單元，用于從所述渦流生成體中取出懸浮固體，所述存在的懸浮固體擴(kuò)散在 被供應(yīng)到所述渦流生成體的水中，然后漂浮并在所述水的旋流和所述水中所充入的氣泡的 浮力的作用下向水面的渦流的中心聚集。這里，所述渦流生成體可以具有圓截面的形狀，所述入水口可以是沿著所述渦流 生成體的圓周的切線方向設(shè)置的給水管的通路，所述出水口可以是設(shè)置在所述渦流生成體3的底部的排水管的通路。在這種情況下，所述渦流生成體可以設(shè)置有多個(gè)所述給水管，所述 給水管中的每一個(gè)都沿著所述渦流生成體的圓周的切線方向布置。此外，所述排水控制單 元可以包括閥門。此外，所述懸浮固體去除單元可以包括懸浮固體回收管，并且所述懸浮固體回收 管可以被布置為其入口在所述水面下方與所述旋流的中心相對應(yīng)。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種水污染防治系統(tǒng)，包括進(jìn)水泵，所述進(jìn)水泵從進(jìn)水 源抽出水并將所抽出的水傳送到目標(biāo)位置；供水線路，通過所述供水線路傳送由所述進(jìn)水 泵所抽出的水；化學(xué)劑注入單元，所述化學(xué)劑注入單元將化學(xué)劑注入沿著所述供水線路流 動的水中；以及根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流浮選分離器，所述旋流浮選分離器設(shè)置在所述 供水線路中并且從與所述化學(xué)劑混合的水中分離各種懸浮固體。所述水污染防治系統(tǒng)還可以包括生物凈水單元，所述生物凈水單元設(shè)置在所述供 水線路中并且利用微生物等來生物學(xué)地處理沿著所述供水線路流向所述旋流浮選分離器 的原水。有益效果根據(jù)本發(fā)明的旋流浮選分離器和使用所述旋流浮選分離器的水污染防治系統(tǒng)的 優(yōu)點(diǎn)在于，能夠在工業(yè)水、廢水、污水的凈化過程中有效和快速地去除包含在其中的懸浮固 體，諸如藻類、泥漿等，從而降低設(shè)備的成本和占用的面積，因此具有經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢并且易于 操作。具體地，由于旋流浮選分離器的尺寸小，當(dāng)旋流浮選分離器被設(shè)置在船上或浮體上然 后工作時(shí)，能夠在現(xiàn)場的地點(diǎn)直接凈化被污染的湖水或河水。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出圖1的旋流浮選分離器的透視圖；圖3是原理圖，用于說明圖2所示的旋流浮選分離器中的懸浮固體的浮選的原理； 以及圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)的示意圖。附圖中主要元件的描述1 旋流浮選分離器10渦流生成體12給水管14懸浮固體回收16排水管18排水控制單元30進(jìn)水源32進(jìn)水泵33生物凈水單元34供水線路36攪動裝置40淡水蓄水池
50 空氣注入單元51 凝結(jié)劑注入單元52 :pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑注入單元
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，根 據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)包括進(jìn)水泵32，設(shè)置在進(jìn)水源30附近并且抽出進(jìn) 水源30的水(下文中，指原水)；供水線路34，由進(jìn)水泵32所抽出的原水通過供水線路34 被傳送到含有該原水的淡水蓄水池40 ；空氣注入單元50、凝結(jié)劑注入單元51、pH調(diào)節(jié)化學(xué) 劑注入單元52，用于將空氣、凝結(jié)劑和pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑注入到沿著供水線路34流動的原水 中；攪動裝置36，用于使空氣、凝結(jié)劑和pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑與原水混合在一起；以及旋流浮選分 離器1，用于利用浮選法通過攪動裝置36將各種懸浮固體(藻類等)從混合有空氣、凝結(jié)劑 和pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑的原水分離出去。這個(gè)水污染防治系統(tǒng)還可以包括浮渣存儲單元56。在 這種情況下，進(jìn)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，進(jìn)水源30可以是淡水蓄水池40。進(jìn)水泵32提供將原水從進(jìn)水源30中抽出所需的壓力并且將該原水傳送到淡水蓄 水池40。流有原水的供水線路34可以是耐壓鋼管或上部開口的開口型管(例如，U形管)。該供水線路34沿著原水的流動方向順序地與空氣注入單元50、凝結(jié)劑注入單元 51、pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑注入單元52、攪動裝置36以及旋流浮選分離器1相結(jié)合。這里，由圖1 的點(diǎn)劃線所標(biāo)示的空氣注入單元50可以被布置在所述攪動裝置與旋流浮選分離器1之間。 此外，如果需要的話，所述水污染防治系統(tǒng)可以額外地設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)傳送泵。包括空氣壓縮器、壓縮空氣存儲罐、壓力計(jì)和流量控制器的空氣注入單元50可以 提供壓縮空氣并且易于控制所述壓力和所述壓縮空氣的量。此外，空氣注入單元50可以被 配置為使得之前溶解有壓縮空氣的加壓水被注入。凝結(jié)劑注入單元51將凝結(jié)劑注入到原水中，pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑注入單元52將pH調(diào) 節(jié)化學(xué)劑注入到原水中。此外，如果需要對原水進(jìn)行處理，也可以額外設(shè)置其它化學(xué)劑注入單元。凝結(jié)劑注入單元51可以包括凝結(jié)劑溶解罐、凝結(jié)劑溶液存儲罐和注入泵。在這種 情況下，優(yōu)選地，注入泵可以是定量注入泵。當(dāng)使用該定量注入泵時(shí)，能夠提供液體凝結(jié)劑， 并且能夠隨意地確定所注入的凝結(jié)劑的量。所述凝結(jié)劑可以是有機(jī)凝結(jié)劑或者無機(jī)凝結(jié) 劑，或者是二者的組合。此外，凝結(jié)劑注入單元51可以被配置為能夠?qū)H調(diào)節(jié)化學(xué)劑與凝 結(jié)劑一起注入，而無需額外地設(shè)置PH調(diào)節(jié)化學(xué)劑注入單元52。攪動裝置36包括葉輪和用于轉(zhuǎn)動所述葉輪的裝置。用于轉(zhuǎn)動所述葉輪的裝置包 括電動機(jī)。作為參考，由于供水線路34中的原水將要處于湍流狀態(tài)，因此可以將供水線路 34的一部分任意地彎折為Z字形，以便加速渦流的形成，并且當(dāng)渦流被充分形成時(shí)，可以不 設(shè)置攪動裝置36。圖2是示出圖1的旋流浮選分離器1的透視圖。
旋流浮選分離器1用于通過使從空氣過飽和的原水中形成的氣泡或者被強(qiáng)制充 入原水中的氣泡吸附懸浮固體從而致使懸浮固體漂浮在原水的表面上，以便將懸浮固體從 原水中去除。如圖2所示，旋流浮選分離器1包括渦流生成體10、空氣注入單元、排水控制 單元18和懸浮固體去除單元。渦流生成體10是截面為圓形的圓柱結(jié)構(gòu)，從而使水以固定方向打旋。沿著渦流生 成體的圓周的切線方向設(shè)置有給水管12，并且在渦流生成體的底部設(shè)置有排水管16。在這 種情況下，如果需要的話，可以設(shè)置兩個(gè)或更多的給水管12，以形成穩(wěn)定的旋流。兩個(gè)或更 多的給水管12以固定間隔沿著渦流生成體10的圓周的切線方向設(shè)置。空氣注入單元向被供應(yīng)到渦流生成體10的原水中注入空氣?？梢灶~外地設(shè)置該 空氣注入單元，但是上述空氣注入單元50也可以用作該空氣注入單元。排水控制單元18可以是設(shè)置在排水管16中的流量控制閥，用于通過控制通過排 水管16所排放的水量來保持渦流生成體10中的水位不變。為此目的，如果需要的話，排水 控制單元18可以設(shè)置有水位傳感器。懸浮固體去除單元用于去除懸浮固體(即，浮渣)，存在的懸浮固體在被供應(yīng)到渦 流生成體10的水中擴(kuò)散，然后在水的旋流和水中所充入的氣泡的浮力作用下漂浮并向水 面的渦流中心聚集。懸浮固體去除單元包括懸浮固體回收管14。懸浮固體回收管14被布 置為使得其入口在水面下方對應(yīng)于渦流的中心，其出口穿過排水管16而暴露在外部，并且 在其入口與出口之間的部分是直的而且位于旋流的中心。圖3是原理圖，用于說明圖2所示的旋流浮選分離器1中的懸浮固體的浮選的原 理。在下文中，將要描述當(dāng)通過同時(shí)向旋流浮選分離器1供應(yīng)懸浮固體(下文中，以污泥顆 粒為例)和水而生成旋流時(shí)，所發(fā)生的動態(tài)活動。在生成了旋流的渦流生成體10中，泥漿顆粒Ml受到重力Fg和從旋流的旋轉(zhuǎn)中心 A向外施加的離心力Fe。因此，泥漿顆粒Ml受到兩個(gè)力向量之和的合力Fv。在這種情況下， 由于泥漿顆粒Ml在相同的位置受到相同的力，因此如果泥漿顆粒Ml的平均密度大于吸附 了氣泡的水的平均密度，則該泥漿顆粒Ml受到與合力Fv相反的方向上的浮力Ff，然后漂向 旋流的旋轉(zhuǎn)中心A。由于這個(gè)浮力Ff比一般的浮力大Fv/Fg倍，因此泥漿顆粒Ml的漂浮速 度越來越快。同時(shí)，另一泥漿顆粒M2的動作與泥漿顆粒Ml的活動相同。即使在此情況下， 由于浮力是傾斜地向旋流的旋轉(zhuǎn)中心A施加的，水中的泥漿顆粒最終也會朝向旋流的旋轉(zhuǎn) 中心A與水面H交匯的地方聚集。由于上述原理，旋流浮選分離器1能夠容易地在一個(gè)地方將擴(kuò)散在水中的懸浮固 體聚集在一起，并且能夠容易地通過懸浮固體回收管14將它們排放到外部。同時(shí)，將以這種方式聚集在一起的浮渣存儲在浮渣存儲單元中，然后直接進(jìn)行處 理或者在集中過程之后最后進(jìn)行處理。另一方面，將通過從原水中去除懸浮固體所制成的 凈化處理過的水直接或通過砂濾器或消毒器傳送到淡水蓄水池40，隨后進(jìn)行利用。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的上述水污染防治系統(tǒng)是按照以下方式工作的。進(jìn)水源30 的原水被進(jìn)水泵32抽出，然后沿著供水線路34被傳送到淡水蓄水池40。在此過程中，凝結(jié) 劑注入單元51將凝結(jié)劑注入到所述原水中，pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑注入單元52將pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑 注入到所述原水中。在這種情況下，所注入的凝結(jié)劑與包含在原水中的懸浮固體結(jié)合以形 成絮狀物，從而使得懸浮固體更容易漂浮，并且所注入的PH調(diào)節(jié)化學(xué)劑有助于絮狀物的形成。空氣注入單元50將空氣注入到原水中。在這種情況下，過飽和的空氣在常壓下溶解在 沿供水線路34流動的原水中，并且一部分過飽和的空氣在所述原水中以小尺寸的顆粒擴(kuò) 散。此后，含有空氣、凝結(jié)劑和PH調(diào)節(jié)化學(xué)劑的原水被傳送所述原水時(shí)在供水線路34中形 成的渦流攪動，或者被攪動裝置36強(qiáng)制攪動(如果需要的話)以形成混合溶液，然后所述 混合溶液流向旋流浮選分離器1。均勻地混合有空氣、凝結(jié)劑和pH調(diào)節(jié)化學(xué)劑的混合溶液到達(dá)旋流浮選分離器1， 然后包含以低溫和低流速形成在渦流生成體10中的氣泡，并且懸浮固體在重力和旋流的 旋轉(zhuǎn)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處，然后通過懸浮 固體回收管14被排放到浮渣存儲單元56，然后分別進(jìn)行處理。將通過從原水中去除懸浮固 體所制成的提純的凈化水直接地或通過砂濾器或消毒器傳送到淡水蓄水池40，隨后進(jìn)行利 用。在上面的描述中，原水中的空氣與懸浮固體的比率大約為0. 05 0. 2，渦流生成 體的尺寸可以使得所混合的水能在其中存在大約15 25分鐘，并且氣泡的上升速度可以 是大約20 100毫米/分鐘。同時(shí)，為了改善含有大量藻類的原水的固液分離效果，優(yōu)選的是將基于17%溶液 的聚合氯化鋁以10 20ppm的濃度用作凝結(jié)劑。因此，為了提高效率的目的，可以以0. 2 1. Oppm的濃度添加高分子凝結(jié)劑用于廢水處理。此外，可以用性能差但便宜的硫酸鋁或氯 化鐵替代聚合氯化鋁來與堿性溶液(諸如苛性鈉溶液)一起被引入原水中，以獲得所需的 效果。就是說，可以用不同的方法實(shí)現(xiàn)上述目的。如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)能夠有效去除進(jìn)水源30的 原水中所包含的懸浮固體(例如，浮渣)。此外，當(dāng)根據(jù)該實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)被直接 用于執(zhí)行水凈化處理時(shí)，因?yàn)槠湓O(shè)備的尺寸較小，因此可以裝載在移動交通工具上，例如漂 浮在河流或湖泊的水上的船(或者是通過浮體漂浮在水面上)。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)的示意圖。根據(jù)本發(fā)明第二 實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)是用于防止由受到嚴(yán)重污染的水(諸如廢水、污水等等)引起的 水污染。如圖4所示，將根據(jù)第二實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)與上述根據(jù)第一實(shí)施例的水污 染防治系統(tǒng)進(jìn)行比較，所述水污染防治系統(tǒng)的組成和操作相同，但是根據(jù)第二實(shí)施例的水 污染防治系統(tǒng)與上述根據(jù)第一實(shí)施例的水污染防治系統(tǒng)的區(qū)別在于，其進(jìn)一步包括生物凈 水單元33，生物凈水單元33利用微生物等生物學(xué)地處理流到旋流浮選分離器1的原水。在 這種情況下，生物凈水單元33的例子可以是能夠?qū)崿F(xiàn)活化污泥方法的處理設(shè)備。盡管已經(jīng)如上所述參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于本說明書和 附圖中所公開的實(shí)施例。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)，可以對本發(fā) 明進(jìn)行各種修改。例如，上面已經(jīng)描述了懸浮固體去除單元的懸浮固體回收管14的入口被布置在 渦流生成體10中的水面下方，但是懸浮固體回收管14可以被配置為其入口與水面齊平，從 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選分離器1被用作是用于從原水 中分離懸浮固體的裝置，但是所述用于從原水中分離懸浮固體的裝置可以是用于沉淀懸浮 固體并用泥漿排放管排放這些沉淀的裝置，因而泥漿存儲單元可用作浮渣存儲單元56。由于這個(gè)裝置是通過沉淀懸浮固體將其去除的，因此，相對于當(dāng)包含在原水中的懸浮固體大 多是藻類來說，當(dāng)包含在原水中的懸浮固體大多是諸如混濁水的無機(jī)顆粒時(shí)，這個(gè)裝置更 適用。
權(quán)利要求
1.一種旋流浮選分離器，包括渦流生成體，所述渦流生成體包括入水口、使通過所述入水口所引入的水打旋以產(chǎn)生 旋流，并且包括用于排放所述打旋的水的出水口；空氣注入單元，用于將空氣注入通過所述入水口引入的水中；排水控制單元，用于控制通過所述出水口所排放的水量，從而使得所述渦流生成體中 的水位保持不變；以及懸浮固體去除單元，用于從所述渦流生成體中取出懸浮固體，所述存在的懸浮固體擴(kuò) 散在被供應(yīng)到所述渦流生成體的水中，然后漂浮并在所述水的旋流和所述水中所充入的氣 泡的浮力的作用下向水面的渦流的中心聚集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流浮選分離器，其中，所述渦流生成體具有圓截面的形狀， 所述入水口是沿著所述渦流生成體的圓周的切線方向設(shè)置的給水管的通路，所述出水口是 設(shè)置在所述渦流生成體的底部的排水管的通路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋流浮選分離器，其中，所述渦流生成體設(shè)置有多個(gè)所述給 水管，所述給水管中的每一個(gè)都沿著所述渦流生成體的圓周的切線方向布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋流浮選分離器，其中，所述排水控制單元包括閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流浮選分離器，其中，所述懸浮固體去除單元包括懸浮固 體回收管，并且所述懸浮固體回收管被布置為其入口在所述水面下方與所述旋流的中心相 對應(yīng)。
6.一種水污染防治系統(tǒng)，包括進(jìn)水泵，所述進(jìn)水泵從進(jìn)水源抽出水并將所抽出的水傳送到目標(biāo)位置；供水線路，通過所述供水線路傳送由所述進(jìn)水泵所抽出的水；化學(xué)劑注入單元，所述化學(xué)劑注入單元將化學(xué)劑注入沿著所述供水線路流動的水中；以及根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流浮選分離器，所述旋流浮選分離器設(shè)置在所述供水線路中 并且從與所述化學(xué)劑混合的水中分離各種懸浮固體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種旋流浮選分離器，包括渦流生成體，所述渦流生成體包括入水口、使通過所述入水口所引入的水打旋以產(chǎn)生旋流，并且包括用于排放所述打旋的水的出水口；空氣注入單元，用于將空氣注入通過所述入水口引入的水中；排水控制單元，用于控制通過出水口所排放的水量，從而使得所述渦流生成體中的水位保持不變；以及懸浮固體去除單元，用于從所述渦流生成體中取出懸浮固體，所述存在的懸浮固體擴(kuò)散在被供應(yīng)到所述渦流生成體的水中，然后漂浮并在所述水的旋流和所述水中所充入的氣泡的浮力的作用下向水面的渦流的中心聚集。因此，包括所述旋流浮選分離器的所述水污染防治系統(tǒng)能夠以較低的成本有效地處理從凈化廢水、污水、工業(yè)水等的過程中產(chǎn)生的懸浮固體。
文檔編號B04C1/00GK102056673SQ200980120832
公開日2011年5月11日 申請日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者梁時(shí)釧, 趙成雄 申請人:韓國水系統(tǒng)株式會社