專利名稱：一種細(xì)管沉降單元、懸浮顆粒的分離系統(tǒng)及其分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微米級(jí)懸浮顆粒的分離裝置及方法，特別是涉及細(xì)管沉降單元處
理濁水及微米級(jí)懸浮顆粒的分離。
背景技術(shù)：
在國(guó)內(nèi)外對(duì)于斜板(管)已得到很普遍的應(yīng)用，傳統(tǒng)的上向流斜板(管)的處理 濁水方式也已廣泛應(yīng)用；該方式的主要特點(diǎn)就是利用淺沉理論來(lái)去除濁水中的懸浮顆粒， 斜板(管)的流出端是開放的，不封閉的，因此斜板(管)的處理水大部分仍然流出到沉淀 池中。此外，在現(xiàn)今的斜板(管)的利用中，斜板(管)長(zhǎng)一般為1000mm，斜板(管)間的 距離一般為25 35mm，如此在要保證處理流量的情況下，則較難以去除沉降速度或者粒徑 較小的懸浮顆粒，而且對(duì)于實(shí)際去除顆粒物質(zhì)的粒徑大小沒(méi)有明確范圍。
專利200610098763. X中已述及到一種關(guān)于封閉的懸濁液分離裝置，旨在通過(guò)該 裝置能大幅度地提高懸濁液分離處理能力，并且達(dá)到安裝、更換、維修簡(jiǎn)單等效果。但是其 中對(duì)于斜板間距沒(méi)有作規(guī)定限制，具體去除或分離顆粒的粒徑大小不清楚。為了能很好地 利用斜板(管)沉降作用的性能，確定去除的顆粒粒徑范圍，以及高效的固體顆粒分離得到 充分發(fā)揮，有必要尋求一種較好的分離方法，不僅有高效的去除水中懸浮顆粒的效果，亦可 對(duì)固體顆粒進(jìn)行分離分級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種懸浮顆粒的分離單 元。 本發(fā)明的第二目的在于提供一種可以根據(jù)具體要分離或者提取的顆粒粒徑范圍， 進(jìn)行定量地除去不需要的粒徑范圍內(nèi)的顆粒，或者得到所需粒徑范圍的顆粒，即實(shí)現(xiàn)顆粒 物質(zhì)的定量分離分級(jí)的懸浮顆粒的分離系統(tǒng)。 本發(fā)明的第三目的在于提供一種成倍提高水處理領(lǐng)域中的濁水中細(xì)小粒徑懸浮 物的去除能力的懸浮顆粒分離方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的細(xì)管沉降單元，包括多根細(xì)沉降管固定為一整體的管 束，每根細(xì)沉降管一端開口 ，作為入液口 ，另一端連接集液倉(cāng)，集液倉(cāng)上連接有出液管，濁水 自入液口流入經(jīng)細(xì)沉降管從出液管流出。 進(jìn)一步，所述多根細(xì)沉降管之間通過(guò)捆扎固定或者將所述多根細(xì)沉降管緊密填充 在兩端開口的套管中固定。 進(jìn)一步，所述管束的一端蓋裝密封蓋密封，密封蓋上設(shè)置有與所述出液管相連的 出水孔，所述密封蓋為錐形蓋或者平面蓋。 進(jìn)一步，所述套管中填充單一管徑的細(xì)沉降管或者填充不同管徑的細(xì)沉降管，由 不同管徑填充構(gòu)成的管束能夠串聯(lián)使用，其串聯(lián)方式為不同管徑的細(xì)沉降管串聯(lián)填充在一 個(gè)套管中，形成直線型或曲線型管束或者串聯(lián)填充在不同套管中，呈直線型或帶傾角的折線型管束。 進(jìn)一步，所述細(xì)沉降管填充在所述套管中的方式為所述套管吸入口處填充大管徑 的細(xì)沉降管，所述套管流出口處填充小管徑的細(xì)沉降管。 進(jìn)一步，所述套管和細(xì)沉降管的斷面形狀為圓形或者多邊形，細(xì)沉降的斷面高度 小于等于25mm，管長(zhǎng)小于等于2m。 進(jìn)一步，所述細(xì)沉降管的斷面形狀為正六邊形，多個(gè)正六邊形細(xì)沉降管構(gòu)成斷面 形狀為蜂窩狀的細(xì)管沉降單元。 本發(fā)明的懸浮顆粒分離系統(tǒng)，包括上述的至少一細(xì)管沉降單元、濁水蓄水槽和抽
水裝置，細(xì)管沉降單元以一傾角浸入在濁水蓄水槽中并固定，抽水裝置用于將濁水蓄水槽
中的水，自細(xì)管沉降單元的進(jìn)水口經(jīng)細(xì)管沉降單元，從細(xì)管沉降單元的出水管排出。 進(jìn)一步，所述濁水蓄水槽為平流沉淀池，所述細(xì)管沉降單元通過(guò)支撐架支撐，并與
支撐架上的轉(zhuǎn)軸相連，所述細(xì)管沉降單元浸入所述濁水蓄水槽的一端設(shè)置浮箱，浮箱可以
自由調(diào)節(jié)浮力的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)浮箱產(chǎn)生的浮力，進(jìn)而改變細(xì)管沉降單元的傾斜角度，并使
得細(xì)管沉降單元只有下端入口部浸沒(méi)在所述濁水蓄水槽的水面以下。 進(jìn)一步，所述濁水蓄水槽為斜板沉淀池，該沉淀池中設(shè)置有多塊水平排列或者豎
直排列的斜板，所述細(xì)管沉降單元固定在斜板上，該細(xì)管沉降單元的下端入口浸沒(méi)在所述
濁水蓄水槽水面以下或者細(xì)管沉降單元整體均浸沒(méi)在所述濁水蓄水槽水面以下。 進(jìn)一步，所述細(xì)管沉降單元的出液管還連接一分支管，用于自上而下向所述細(xì)管
沉降單元通入水流，沖洗所述細(xì)管沉降單元內(nèi)沉積的固體顆粒。 進(jìn)一步，所述抽水裝置為在虹吸作用下，進(jìn)水從所述細(xì)管沉降單元的底部流入，清 水或只含微米級(jí)顆粒的處理水從出水管流出；或者為所述細(xì)管沉降單元出液口處設(shè)置的抽 水泵；或者為在所述濁水蓄水槽中設(shè)置的壓力管，該壓力管與所述細(xì)管沉降單元的下端入 口處密封相連，濁水在壓力管路輸送的過(guò)程中，通過(guò)壓力管內(nèi)自身的水壓，清水或只含微米 級(jí)顆粒的處理水從所述細(xì)管沉降單元的出水管噴出。 進(jìn)一步，所述濁水蓄水槽中設(shè)置有攪拌裝置，用于將固體顆粒物質(zhì)均勻分布于濁 水中。 本發(fā)明的懸浮顆粒分離方法，具體為在含有固體顆粒的開路水或管路水(閉路 水)中，以一定傾斜角度，插入上述細(xì)管沉降單元，且細(xì)管沉降單元的下端入口在水面以 下，使?jié)崴畯募?xì)管沉降單元的底部流入，通過(guò)細(xì)管沉降單元對(duì)濁水中懸浮顆粒進(jìn)行分離，處 理后的清水或只含微米級(jí)顆粒的出水從細(xì)管沉降單元的上部流出。 進(jìn)一步，本發(fā)明的懸浮顆粒分離方法中根據(jù)需要的固體顆粒分離分級(jí)，采用設(shè)置 多個(gè)細(xì)管沉降單元，每個(gè)細(xì)管沉降單元形成一段顆粒分級(jí)系統(tǒng)，分級(jí)系統(tǒng)中的細(xì)管沉降單 元的上部出水管接入到下段分級(jí)系統(tǒng)中的濁水蓄水槽，如此首尾相連，在第一段的顆粒分 級(jí)系統(tǒng)中的濁水蓄水槽中接入濁水。 進(jìn)一步，每段顆粒分級(jí)系統(tǒng)的細(xì)管沉降單元的上部出水口設(shè)置有流量控制閥，選 擇關(guān)閉或開啟相應(yīng)流量控制閥，實(shí)現(xiàn)單段或多段的分級(jí)處理。 進(jìn)一步，在顆粒分級(jí)處理過(guò)程中需要控制每段分級(jí)系統(tǒng)中的濁水蓄水槽中的水面 保持恒定不變。 進(jìn)一步，每段分級(jí)系統(tǒng)中的細(xì)管沉降單元上部出口處的細(xì)沉降管斷面高度均不相
4同，呈遞減趨勢(shì)，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇細(xì)沉降管的長(zhǎng)度，以此在保證分離效果的情況下來(lái) 調(diào)節(jié)水流流量。 進(jìn)一步，在水處理領(lǐng)域中，為了增加水路內(nèi)的懸濁顆粒的沉降速度，在濁水進(jìn)入細(xì) 管沉降單元吸入口的前端增設(shè)絮凝裝置；或者在細(xì)管沉降單元的入口處添加絮凝劑，隨水 流凝集不斷進(jìn)行，小顆粒變成大顆粒沉降下來(lái)被出去；或者在經(jīng)細(xì)管沉降單元處理后的水 路(水槽)中增設(shè)絮凝裝置。 本發(fā)明的微米級(jí)懸浮顆粒分離方法可以應(yīng)用到的領(lǐng)域包括有 (1)根據(jù)相同密度物質(zhì)中顆粒沉降速度或粒徑不同，進(jìn)行顆粒分級(jí)分類。例如碎 石現(xiàn)場(chǎng)的粗骨料、細(xì)骨料、沙石、微小粉末等的分類；又如在晶體成長(zhǎng)、析出、造粒等操作 中，用于提取出沒(méi)成長(zhǎng)的顆粒，返回至原反應(yīng)槽中。 (2)根據(jù)不同密度物質(zhì)的沉降速度不同，進(jìn)行物質(zhì)的分類。例如從含各種顆粒物 質(zhì)的混合物中回收有價(jià)物質(zhì)，通過(guò)預(yù)先篩分得到粒徑在某一范圍內(nèi)的固體顆粒物質(zhì)，然后 再根據(jù)沉降速度不同進(jìn)行精細(xì)分類。 (3)工程施工中產(chǎn)生的廢水處理。例如在隧道挖掘等建筑工地現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的泥水， 在其排放至接納場(chǎng)地之前，去除其中的懸浮物，以滿足排放要求；又如在海洋填埋等工程 中，由于部分顆粒沉降速度慢，容易產(chǎn)生海洋污染，故可利用該方法優(yōu)先去除微小顆粒。
(4)用于市政水處理中。例如在沉淀池中插入多數(shù)根細(xì)管處理裝置；甚至可以代 替沉淀池，通過(guò)安裝小水槽，在其中插入多數(shù)根細(xì)管處理裝置；也可用在給水廠的源水取水 過(guò)程中，在源水送至給水廠的過(guò)程中去除源水中的懸浮固體顆粒。 (5)其他的領(lǐng)域。例如在以富含較多顆粒的濁水發(fā)電的情況下，可以預(yù)先去除濁 水中的較大顆粒物質(zhì)，以減少因顆粒沉積所產(chǎn)生的故障和水力機(jī)械損耗。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例1的虹吸式分離裝置組裝圖； 圖2(a)是本發(fā)明實(shí)施例2的不帶套管的沉降單元組裝圖； 圖2(b)是本發(fā)明實(shí)施例3的管內(nèi)填充型沉降單元組裝圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例4的各種沉降管及沉降單元的橫截面、縱斷面圖； 圖4(a)是本發(fā)明實(shí)施例5的在同一容器中串聯(lián)填充不同管徑沉降管的沉降模塊
圖； 圖4(b)是本發(fā)明實(shí)施例5的分別由不同管徑的沉降管填充的沉降單元直線狀串 聯(lián)組合成的沉降模塊圖； 圖4(c)是本發(fā)明實(shí)施例5的分別由不同管徑的沉降管填充的沉降單元變傾角串 聯(lián)組合成的沉降模塊圖； 圖4(d)是本發(fā)明實(shí)施例5的由柔軟材料制成的沉降管構(gòu)成的沉降模塊圖；
圖5(a)是本發(fā)明實(shí)施例6的細(xì)管沉降單元吸入口浸沒(méi)方式沉降裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖5(b)是本發(fā)明實(shí)施例6的細(xì)管沉降單元全浸沒(méi)方式沉降裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖6 (a)是本發(fā)明實(shí)施例7的泵抽式沉降裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖6 (b)是本發(fā)明實(shí)施例7的管噴式沉降裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例8的沉降單元反沖洗裝置結(jié)構(gòu) 圖8(a)是本發(fā)明實(shí)施例9的設(shè)置細(xì)管沉降單元于平流沉淀池中的安裝圖； 圖8(b)是本發(fā)明實(shí)施例9的設(shè)置細(xì)管沉降單元于水平排列的斜板沉淀池中的安 裝圖； 圖8(c)是本發(fā)明實(shí)施例9的設(shè)置細(xì)管沉降單元于豎直排列的斜板沉淀池中的安 裝圖； 圖9是本發(fā)明實(shí)施例10的串聯(lián)細(xì)管沉降單元的分級(jí)裝置圖； 圖10(a)、圖10(b)是本發(fā)明細(xì)沉降管的示意圖； 圖10(C)是本發(fā)明細(xì)管沉降單元的示意圖； 圖11(a)是本發(fā)明的斷面為圓形的細(xì)沉降管的斷面高度示意圖； 圖11 (b)是圖11 (a)中1-1斷面視圖; 圖11(c)是本發(fā)明的斷面為矩形的細(xì)沉降管的斷面高度示意圖； 圖11(d)是圖11(c)中2-2斷面視圖。 主要組件符號(hào)說(shuō)明 1細(xì)沉降管 2管束 3套管 4錐型蓋 5密封塞 6虹吸出水管 7虹吸式分離裝置 8濁水進(jìn)水管 9濁水蓄水槽 10細(xì)管沉降單元 11水槽 12不帶套管的沉降單元 13繩索 14出水管 15管內(nèi)填充型沉降單元 16平面蓋 17圓形沉降單元橫斷面 18沉降單元縱斷面 19三角形沉降單元橫斷面 20矩形形沉降單元橫斷面 21六邊形沉降單元橫斷面 22平行四邊形沉降單元橫斷面 23串聯(lián)填充不同管徑的各管束的沉降模塊 24串聯(lián)組合的沉降模塊 25細(xì)管沉降單元 26密封連接栓
27帶傾角的折線型沉降模塊 28曲線型沉降模塊 29吸入口浸沒(méi)式沉降裝置 30浮箱 31支撐架 32支撐臺(tái) 33全浸沒(méi)式沉降裝置 34泵抽式沉降裝置 35抽水泵 36壓力管噴式沉降裝置 37壓力管 38反沖洗過(guò)程 39反沖洗進(jìn)水管 40閥門 41閥門 42閥門 43放空管 44設(shè)置細(xì)管沉降單元的平流沉淀池 45平流沉淀池 46細(xì)管沉降單元 47設(shè)置細(xì)管沉降單元在水平排列斜板間的斜板沉淀池 48水平排列斜板的斜板沉淀池 49水平排列斜板 50設(shè)置細(xì)管沉降單元在豎直排列斜板間的斜板沉淀池 51豎直排列斜板的斜板沉淀池 52細(xì)管沉降單元 53豎直排列斜板 54串聯(lián)細(xì)管沉降單元的分級(jí)裝置 55攪拌裝置 56濁水原水蓄水槽 57—級(jí)分離沉降單元 58閥門 59流量泵 60 —級(jí)處理水蓄水槽 61二級(jí)分離沉降單元 62 二級(jí)處理水蓄水槽 63三級(jí)分離沉降單元 64三級(jí)處理水蓄水槽
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 : 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的虹吸式分離裝置組裝圖。其虹吸式分離裝置7包含一濁 水蓄水槽9、細(xì)管沉降單元10、水槽11。上述的細(xì)管沉降單元10是由細(xì)沉降管1、套管3、密 封蓋4、密封塞5、虹吸出水管6組成的，將多數(shù)根細(xì)沉降管1做成管束2，將管束2緊密地插 入套管3中，在該套管3的上部用錐型蓋4對(duì)其密封；在錐型蓋4的上端部開有一小孔，一 連接虹吸出水管6的密封塞5恰好緊密塞住該小孔。 將細(xì)管沉降單元10以一定傾斜角度插入濁水蓄水槽9中，在虹吸的作用下，進(jìn)水 從細(xì)管沉降單元10的底部流入，清水或只含微米級(jí)顆粒的出水從虹吸出水管6流出至水槽 11中。 本發(fā)明的細(xì)管沉降單元的沉降原理為 如圖IO和圖11所示，考慮如下情況含顆粒沉降速度W。的濁水，以流速U，從長(zhǎng)為 L、內(nèi)徑為d的沉降管的下部流入，上部流出。如圖10(a)，設(shè)沉降管的傾斜角為e，伴隨水 流在管內(nèi)流動(dòng)，懸濁顆粒的上升速度為
U-W。
sin 9
則從管內(nèi)流入至流出的停留時(shí)間1\為
7;=
另一方面，由于管內(nèi)的沉降高度為d/cos e ，故管內(nèi)的沉降時(shí)間T2為
r，
當(dāng)L
W: - cos 6
:T2時(shí)，該沉降管的處理能力為最大,
17 —W';-sintf ^-cos0
由(1)可以得到 —=—cosS + s證0
C/"〖V(丄'cos0 + sinS)
這時(shí)可得以下關(guān)系式
(2-1) (2-2) 以上的(1)與(2-1) 、 (2-2)均為單管沉降的基本式子，由于沉降管的直徑d與管
長(zhǎng)L相比非常小；所以即使沉降速度W?；蛄捷^小的顆粒，由于L/d很大(如L/d= 100)，
濁水的吸入速度U也可以取到較大值，從而實(shí)現(xiàn)微米級(jí)顆粒沉降分離的高速化。 不妨假設(shè)沉降管長(zhǎng)L = 500mm，管內(nèi)徑d = 5mm，傾斜角e = 60° ，以懸浮在水中
的高嶺土作為待分級(jí)的顆粒物質(zhì)，其密度為2. 65g/cm 水的密度為1. 0g/cm 水溫為20°C，
水的動(dòng)力粘滯系數(shù)為10. IX 10—4N s/m2，重力加速度取9. 8m/s2 ;那么若要求去除沉降速度
大于0. 022mm/s的顆粒，由Stokes公式 rf =1()3 x」18.'".M。
其中，d「等效球形顆粒的粒徑，i!m;
ii -水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，N s/m2 ; w。-顆粒的沉降速度，mm/s ;
P -顆粒的密度，g/cm3 ;
P。-水的密度， g/cm 5 g-重力加速度，取9. 8m/s2。 計(jì)算可得，相應(yīng)于該沉降速度的stokes粒徑為5微米，此時(shí)管中水流速度可達(dá)
1. 129mm/s。由管流的雷諾數(shù)計(jì)算公式
數(shù) Prt,
亂6 = ~^- 其中，Re-管流的雷諾數(shù)；
P。-水的密度，取1.0X103kg/m3 ;
U-管中的水流速度，m/s ;
d-沉降管的內(nèi)徑，m。 計(jì)算可得，細(xì)管中雷諾數(shù)為5. 59，故屬于層流范圍，滿足stokes公式應(yīng)用條件。
具體的沉降單元的效果，可以以下述計(jì)算例子作為參考。假設(shè)斷面形狀為邊長(zhǎng)5mm 的正方形，長(zhǎng)L二 500mm，傾斜角e =60°的沉降管，如圖10(b);沉降分離的沉降速度W。 =20m/d(83. 3cm/h = 1. 389cm/min = 0. 0231cm/s)的顆粒，由式(2-2)有
￡U = ,0'(—'cos0+sin0》 el
=0.0231 x (， x cos600 + sin 60°) =l.lgCTO/s, 因此每根這種沉降管的處理流量為 q = 1. 18X0. 5X0. 5 = 0. 295cm3/s ( = 17. 7cm3/min = 1. 062L/h = 25. 488L/d) 如果將這種沉降管5X5 = 25根，做成沉降管單元，如圖10 (c)，則該模塊的處理流
E q = 25 X 0. 295 = 7. 375cm3/s (0. 637m3/d) 即每個(gè)如圖所示的模塊每日的處理能力約為0.64m 具體實(shí)施中，可根據(jù)待處 理水量來(lái)選擇使用的模塊數(shù)量；進(jìn)一步可知單位立方米體積該種模塊日處理能力約為 2038. 4m3。而對(duì)于普通的上向流斜板、斜管，設(shè)其間距為25mrn，板長(zhǎng)或管長(zhǎng)為1000mm，在同 樣的分離沉降速度及傾斜角度下，假設(shè)其沉降得到的上清液被全部排出，其單位立方米體 積的日處理水量也僅為416. 4m3。 由于本發(fā)明的分離方法是通過(guò)插入水路內(nèi)的細(xì)沉降管1來(lái)具體設(shè)定出水中的顆 粒粒徑大小及水處理效果，所以本質(zhì)上細(xì)管沉降單元10中的流動(dòng)情況，即為插入水中的單 根細(xì)沉降管1的流動(dòng)情況。為了保證裝置的處理精度，細(xì)沉降管1內(nèi)水流應(yīng)保持為定常流 動(dòng)，即管內(nèi)水流速度不隨時(shí)間變化；因此應(yīng)該確保待處理的水路即濁水蓄水槽9中的水面 恒定和虹吸出水管6的出水口高度不變。針對(duì)不同出水水質(zhì)或顆粒分離要求，可通過(guò)改變 濁水蓄水槽2的水面和虹吸管5出水口的高度間的高差，從而改變套管3中的水流速度。
9
上述的細(xì)沉降管1，對(duì)于其材料、剛性等性質(zhì)，沒(méi)有特別嚴(yán)格的要求，只要能夠制作 成可用的沉降單元，不影響處理過(guò)程，甚至可以采用軟質(zhì)的材料；另外，其內(nèi)徑越小，長(zhǎng)度越 長(zhǎng)，則分離能力就越強(qiáng)，處理出水的懸浮物濃度或者含顆粒物質(zhì)的粒徑越??；但考慮到制作 簡(jiǎn)單及沉積污泥容易滑落排出，故應(yīng)該對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)選取。
實(shí)施例2: 本實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是將多數(shù)根細(xì)沉降管1做成管束2，將管束2用 繩索13捆扎固定，在其上端用錐型蓋密封，如圖2(a)。其它與實(shí)施1相同。
實(shí)施例3: 本實(shí)施3與實(shí)施例1的不同點(diǎn)是采用平面蓋16來(lái)密封沉降單元上端，如圖2(b)。
其它與實(shí)施l相同。
實(shí)施例4: 如圖3所示，實(shí)施例1中所述的套管3和細(xì)沉降管1的橫斷面可以為圓形17、三角 形19、矩形20、六邊形21、平行四邊形22等多邊形。如圖ll(a) (d)所示，列舉了細(xì)沉降 管1橫斷面為圓形和長(zhǎng)方形的斷面高度解釋，對(duì)于橫斷面為其它形狀的細(xì)沉降管，均按照 圖ll(a) (d)的解釋。此外，如果用蜂窩狀沉降單元代替細(xì)管沉降管單元，由于可以避免 管與管之間的空間浪費(fèi)，故可以使得沉降單元的效率更高。其它與實(shí)施1相同。
實(shí)施例5: 圖4為本發(fā)明實(shí)施例5的各種沉降模塊圖。如圖4(a)所示，在同一容器中串聯(lián)填 充不同管徑的各管束的沉降模塊23是在向套管中填充沉降管時(shí)，為使大顆粒在吸入口部 位優(yōu)先沉降下來(lái)，在該部位填充管徑較大的沉降管；在流出口附近部位為去除較小顆粒，在 該部位填充管徑較小的沉降管，通過(guò)這種方式逐步地將大顆粒除去。與此方式類似，也可以 將分別填充了不同管徑的沉降管單元25，通過(guò)密封連接栓26進(jìn)行串聯(lián)，串聯(lián)后的各沉降單 元25可以以直線型連接，如圖4(b)所示，構(gòu)成了直線型沉降模塊24;也可以變傾角地連接 構(gòu)成帶傾角的折線型沉降模塊27，如圖4(c)所示。當(dāng)采用可變形材料如軟塑料制成的沉降 管和套管時(shí)，還可做成曲線型沉降模塊28，如圖4 (d)。在具體實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際條件可 以用沉降模塊代替細(xì)管沉降單元，以提高出水效果。其他與實(shí)施1相同。
實(shí)施例6: 圖5為本發(fā)明實(shí)施例6的兩種浸沒(méi)方式沉降裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖5(a)所示，吸入口 浸沒(méi)式沉降裝置29包括一濁水蓄水槽9、一細(xì)管沉降單元10， 一浮箱30、一支撐架31、一支 撐臺(tái)32。上述的細(xì)管沉降單元10的下端安裝一浮箱30，用以減少支撐架31的承受力，從 而實(shí)現(xiàn)支撐沉降裝置的物體小型化和輕量化；且利用浮箱30所產(chǎn)生的浮力，使得細(xì)管沉降 單元10只有下端入口部浸沒(méi)在濁水蓄水槽9的水面以下。上述的浮箱30可以自由調(diào)節(jié)浮 力的大小，當(dāng)支撐架31與細(xì)管沉降單元10之間以轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)浮箱30產(chǎn)生的 浮力，進(jìn)而改變細(xì)管沉降單元10的傾斜角度，故可根據(jù)具體待處理濁水的狀況變更其傾斜 角度，以調(diào)整到適宜的傾斜角。上述的支撐臺(tái)32，當(dāng)需要調(diào)節(jié)虹吸管6的出水口高度，來(lái)改 變細(xì)管沉降單元10中濁水吸引速度時(shí)，隨著虹吸管6的出水口高度改變，支撐水槽11的支 撐臺(tái)32的高度亦可同步隨之改變，本實(shí)施例中細(xì)管沉降單元10中的細(xì)沉降管的橫斷面形 狀可以如實(shí)施例4中的多種形式。 如圖5(b)所示，全浸沒(méi)式沉降裝置33，其與吸入口浸沒(méi)式沉降裝置29不同點(diǎn)在于在其下端部沒(méi)安裝浮箱30，細(xì)管沉降單元10幾乎或者全部浸沒(méi)在濁水蓄水槽9中。
實(shí)施例7: 圖6為本發(fā)明實(shí)施例7的兩種動(dòng)力方式下的沉降裝置結(jié)構(gòu)圖。該實(shí)施例表述了除 虹吸式外的另兩種水流吸引的動(dòng)力方式。如圖6(a)所示，泵抽式沉降裝置34，其特征在于 該裝置是通過(guò)動(dòng)力裝置抽水泵35抽吸濁水蓄水槽9中的濁水；如圖6(b)所示，壓力管噴式 沉降裝置36，其特征在于含懸浮顆粒物質(zhì)的水路為壓力管37，將細(xì)管沉降單元10以一定的 角度斜插入壓力管37，并保持連接部位的密封，濁水在管路輸送的過(guò)程中，由于管內(nèi)自身的 水壓，處理水或者含小顆粒的濁水從細(xì)管沉降單元10的末端噴出。
實(shí)施例8: 圖7為本發(fā)明實(shí)施例8的沉降單元反沖洗裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖7所示，反沖洗過(guò)程 38為當(dāng)裝置出現(xiàn)堵塞時(shí)，關(guān)閉閥門41，打開閥門40和閥門42，反沖洗裝置開始運(yùn)行，反沖洗 水沿反沖洗進(jìn)水管39從細(xì)管沉降單元10的上端流至下端，將沉積在各細(xì)沉降管1中的固 體顆粒物質(zhì)沖洗下來(lái)，進(jìn)而流入濁水蓄水槽9中，在該濁水蓄水槽9內(nèi)的濁水，即反沖洗后 的水經(jīng)放空管43排出。該反沖洗過(guò)程38可解決因裝置長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，細(xì)沉降1內(nèi)沉降顆 粒可能不能沿管底滑落而沉積在管路中產(chǎn)生的堵塞問(wèn)題；根據(jù)具體實(shí)際情況，解決管路堵 塞問(wèn)題，還可采用高速抽吸、震動(dòng)等輔助裝置使得管路疏通。
實(shí)施例9: 圖8為本發(fā)明實(shí)施例9的設(shè)置細(xì)管沉降單元于三種沉淀池的安裝圖。如圖8(a) 所示，設(shè)置細(xì)管沉降單元的平流沉淀池44，其中包含了細(xì)管沉降單元46，只需要該細(xì)管沉 降單元46的吸入口能夠在水面以下，即平流沉淀池45中的濁水能夠順利流入細(xì)管沉降單 元46中的每根細(xì)沉降管1，那么該細(xì)管沉降單元46的流出端可以在水面以下也可以在水面 以上。對(duì)于插入平流沉淀池45的細(xì)管沉降單元46是以何種方式插入平流沉淀池45并沒(méi) 有限制，只要能夠保證在細(xì)圓管1內(nèi)沉積的顆粒能夠滑落的角度，各細(xì)管沉降單元46以平 行、交叉等方式設(shè)置均可。 如圖8(b)所示，設(shè)置細(xì)管沉降單元在水平排列斜板間的斜板沉淀池47包括細(xì)管 沉降單元46、水平排列斜板49 ;其中，細(xì)管沉降單元46插入至水平排列斜板49之間。
如圖8(c)所示，設(shè)置細(xì)管沉降單元在豎直排列斜板間的斜板沉淀池50包括細(xì)管 沉降單元52、豎直排列斜板53 ;其中，細(xì)管沉降單元52插入至豎直排列斜板53之間。
實(shí)施例10 : 圖9為本發(fā)明實(shí)施例10的分級(jí)裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖9所示，串聯(lián)細(xì)管沉降單元的分 級(jí)裝置54，包含有攪拌裝置55、濁水原水蓄水槽56、一級(jí)分離沉降單元57、閥門58、流量泵 59、一級(jí)處理水蓄水槽60、二級(jí)分離沉降單元61、二級(jí)處理水蓄水槽62、三級(jí)分離沉降單元 63。上述濁水原水蓄水槽56中懸浮著待分離分級(jí)的固體懸浮顆粒，經(jīng)一級(jí)分離沉降單元 57在流量泵59設(shè)定的流量下，將固體懸浮顆粒中粒徑大于&顆粒去除，取出小于&的固 體顆粒，含粒徑小于&的固體顆粒的濁水流至一級(jí)處理水蓄水槽60 ;經(jīng)二級(jí)分離沉降單元 61在流量泵59設(shè)定的流量下，將一級(jí)處理水蓄水槽60中的濁水即一級(jí)分離后的濁水中大 于d2的固體顆粒去除，取出小于d2的固體顆粒，含粒徑小于d2的固體顆粒的濁水流至二級(jí) 處理水蓄水槽62 ;最后經(jīng)三級(jí)分離沉降單元63在流量泵59設(shè)定的流量下，將二級(jí)處理水 蓄水槽62中的濁水即二級(jí)分離后的濁水中大于d3的固體顆粒去除，取出小于d3的固體顆粒，含粒徑小于d3的固體顆粒的濁水流至三級(jí)處理水蓄水槽64。其中，粒徑& > d2 > d3， 濁水原水槽56、一級(jí)處理水蓄水槽60、二級(jí)處理水蓄水槽62均通過(guò)溢流來(lái)保持其水面的恒 定不變；溢流的出水通過(guò)回流泵回流至濁水原水蓄水槽56。上述的流量泵60可以在一定 范圍內(nèi)設(shè)置所需的流量值。 在上述的濁水原水蓄水槽56、一級(jí)處理水蓄水槽60、二級(jí)處理水蓄水槽62中，為 了使得其中的濁水中所含的固體顆粒物質(zhì)分布均勻，即濁水中每處所含的固體顆粒粒徑分 布相同，均設(shè)有攪拌裝置55。當(dāng)該分離操作臨近終止的時(shí)候，停止向濁水原水蓄水槽56注 入原濁水，為了保證濁水原水蓄水槽56中的顆粒粒徑盡可能在大于4范圍內(nèi)以及濁水原 水蓄水槽56的水面恒定，代之以向其中注入無(wú)濁水或者只含粒徑大于&的所需顆粒物質(zhì) 的濁水等，直至達(dá)到所需的效果，然后停止整個(gè)分級(jí)裝置。 作為分離的主體一級(jí)分離沉降單元57、二級(jí)分離沉降單元61、三級(jí)分離沉降單元 63，其中所填充的細(xì)沉降管斷面高度大小、長(zhǎng)度、填充的方式等均可以根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求進(jìn) 行選擇。通過(guò)該組合裝置的處理后，最終留在濁水原水蓄水槽56中的濁水大部分的固體顆 粒粒徑大于4，在一級(jí)處理水蓄水槽60中的濁水中大部分的固體顆粒粒徑為&與(12之間， 在二級(jí)處理水蓄水槽62中的濁水中大部分的固體顆粒粒徑為d2與d3之間，在三級(jí)處理水 蓄水槽64中的濁水中大部分的固體顆粒粒徑小于(13，從而實(shí)現(xiàn)了固體顆粒的分離分級(jí)。當(dāng) 只需要某一段或幾段沉降處理單元工作時(shí)，可以關(guān)閉流量泵59，然后關(guān)閉相應(yīng)的閥門58，
以實(shí)現(xiàn)單段或多段的分級(jí)處理，操作方式與以上的三段式處理方式類似。
實(shí)施例11 : 在水處理領(lǐng)域中，為了增加水路內(nèi)的懸濁顆粒的沉降速度，進(jìn)一步減少沉降單元 出水的顆粒濃度，除了減少管徑、增加管長(zhǎng)、串聯(lián)多段處理等方面外，必要的時(shí)候，可以在處 理過(guò)程中通過(guò)增設(shè)絮凝裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。可以考慮以下三種方式，方式一 在水路的上游部分， 即在濁水進(jìn)入細(xì)管沉降單元吸入口的前端增設(shè)絮凝裝置；方式二 在細(xì)管沉降單元的入口 處添加絮凝劑，隨水流凝集不斷進(jìn)行，小顆粒變成大顆粒沉降下來(lái)被除去；方式三處理后 的水中含有顆粒盡管較小，但是為了強(qiáng)化深度處理，在處理后的水路如水槽中增設(shè)絮凝裝 置。 需要指出的是根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所做出的任何變形，均不脫離本發(fā)明的 精神以及權(quán)利要求記載的范圍。
權(quán)利要求
一種細(xì)管沉降單元，其特征在于，包括多根細(xì)沉降管固定為一整體的管束，每根細(xì)沉降管一端開口，作為入液口，另一端連接集液倉(cāng)，集液倉(cāng)上連接有出液管，濁水自入液口流入經(jīng)細(xì)沉降管從出液管流出。
2. 如權(quán)利要求1所述的細(xì)管沉降單元，其特征在于，所述多根細(xì)沉降管之間通過(guò)捆扎 固定或者將所述多根細(xì)沉降管緊密填充在兩端開口的套管中固定。
3. 如權(quán)利要求2所述的細(xì)管沉降單元，其特征在于，所述套管中填充單一管徑的細(xì)沉 降管或者填充不同管徑的細(xì)沉降管，由不同管徑填充構(gòu)成的管束能夠串聯(lián)使用，其串聯(lián)方 式為不同管徑的細(xì)沉降管串聯(lián)填充在一個(gè)套管中，形成直線型或曲線型管束；或者串聯(lián)填 充在不同套管中，呈直線型或帶傾角的折線型管束。
4. 如權(quán)利要求l-3任一項(xiàng)所述的細(xì)管沉降單元，其特征在于，所述細(xì)沉降管的斷面形 狀為圓形或者多邊形，細(xì)沉降管的斷面高度小于等于25mm，管長(zhǎng)小于等于2m。
5. —種懸浮顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一如權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)所述的細(xì) 管沉降單元、濁水蓄水槽和抽水裝置，細(xì)管沉降單元以一傾角浸入在濁水蓄水槽中并固定， 抽水裝置用于將濁水蓄水槽中的水，自細(xì)管沉降單元的進(jìn)液口經(jīng)細(xì)管沉降單元，從細(xì)管沉 降單元的出液管排出。
6. 如權(quán)利要求5所述的懸浮顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述濁水蓄水槽為平流沉淀 池，所述細(xì)管沉降單元通過(guò)支撐架支撐，并與支撐架上的轉(zhuǎn)軸相連，所述細(xì)管沉降單元浸入 所述濁水蓄水槽的一端設(shè)置浮箱，浮箱可以自由調(diào)節(jié)浮力的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)浮箱產(chǎn)生的浮 力，進(jìn)而改變細(xì)管沉降單元的傾斜角度，并使得細(xì)管沉降單元只有下端入口部浸沒(méi)在所述 濁水蓄水槽的水面以下。
7. 如權(quán)利要求5所述的懸浮顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述細(xì)管沉降單元的出液管 還連接一分支管，用于自上而下向所述細(xì)管沉降單元通入水流，沖洗所述細(xì)管沉降單元內(nèi) 沉積的固體顆粒。
8. 如權(quán)利要求5所述的懸浮顆粒分離系統(tǒng)，其特征在于，所述抽水裝置為在虹吸作用 下，進(jìn)水從所述細(xì)管沉降單元的底部流入，清水或只含微米級(jí)顆粒的處理水從出水管流出； 或者為所述細(xì)管沉降單元出液口處設(shè)置的抽水泵；或者為在所述濁水蓄水槽中設(shè)置的壓力 管，該壓力管與所述細(xì)管沉降單元的下端入口處密封相連，濁水在壓力管路輸送的過(guò)程中， 通過(guò)壓力管內(nèi)自身的水壓，清水或只含微米級(jí)顆粒的處理水從所述細(xì)管沉降單元的出水管 噴出。
9. 一種采用如權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)懸浮顆粒分離系統(tǒng)的懸浮顆粒分離方法，具體為 在含有固體顆粒的開路水或管路水(閉路水)中，以一定傾斜角度，插入所述細(xì)管沉降單 元，且所述細(xì)管沉降單元的下端入口在水面以下，使?jié)崴畯乃黾?xì)管沉降單元的底部流入， 通過(guò)所述細(xì)管沉降單元對(duì)濁水中懸浮顆粒進(jìn)行分離，處理后的清水或含微米級(jí)顆粒的出水 從細(xì)管沉降單元的上部流出。
10. 如權(quán)利要求9所述的懸浮顆粒分離方法，其特征在于，根據(jù)需要的固體顆粒分離、 分級(jí)形式，采用設(shè)置多個(gè)所述細(xì)管沉降單元，每個(gè)細(xì)管沉降單元形成一段所述顆粒分離系 統(tǒng)，所述顆粒分離系統(tǒng)中的細(xì)管沉降單元的上部出水管接入到下段顆粒分離系統(tǒng)中的濁水 蓄水槽，如此首尾相連，在第一段的顆粒分離系統(tǒng)中的濁水蓄水槽中接入濁水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種細(xì)管沉降單元、懸浮顆粒的分離系統(tǒng)及其分離方法，包括多根細(xì)沉降管固定為一整體的管束，每根細(xì)沉降管一端開口，作為入液口，另一端連接集液倉(cāng)，集液倉(cāng)上連接有出液管，濁水自入液口流入經(jīng)細(xì)沉降管從出液管流出。該懸浮顆粒的分離系統(tǒng)和方法，在含有固體顆粒的開路水或管路水(閉路水)中，以一定傾斜角度，插入細(xì)管沉降單元，且細(xì)管沉降單元的下端入口在水面以下，使?jié)崴畯募?xì)管沉降單元的底部流入，通過(guò)細(xì)管沉降單元對(duì)濁水中懸浮顆粒進(jìn)行分離，處理后的清水或含微米級(jí)顆粒的出水從細(xì)管沉降單元的上部流出。本發(fā)明可以將濁水中的顆粒分離分級(jí)處理，有高效的去除水中懸浮顆粒的效果，并可以應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)B01D21/02GK101693152SQ20091009367
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者曹達(dá)啟, 汪群慧, 藤崎一裕 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué);