申请日2013.03.28
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号C02F1/52; C02F1/00; B01D21/00
摘要
水处理装置，所述水处理装置包括混合槽，所述混合槽配有待处理液流的进口通道12、可能的反应物的进口通道13、能够在该槽的给定容积中引起紊动式搅动的搅动源14、允许排出料浆的排出通道15、和已处理液流的排出通道16，此外，在给定容积上方并与之相邻，不过在已处理液流的出口通道下方，水处理装置包括由多个通过渠道组成的静定结构17，所述通过渠道从下向上，并通过这样的方式被构型呈导流板：使得没有任何微粒能够沿直线形轨迹穿过该层。
权利要求书
1.水处理装置，所述水处理装置包括混合槽，所述混合槽配有待 处理液流的进口通道(12，62)、可能的反应物的进口通道(13，63)、 能够在该混合槽的一给定容积中引起紊动式搅动的搅动源(14，64)、 允许排出料浆的排出通道(15，65)、和已处理液流的排出通道(16， 66)，此外，在待处理液流的进口通道和可能的反应物的进口通道上方， 和在给定容积上方并与之相邻，不过在已处理液流的出口通道下方， 水处理装置包括由多个通过渠道组成的静定结构(17，67)，所述通过 渠道从下向上，并通过这样的方式被构型呈导流板：使得没有任何微 粒能够沿直线形轨迹穿过该静定结构，而从该静定结构出离的流体射 流形成已处理液流。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，通过渠道被 构型呈平行于同一平面的导流板(18C，19C1，19C2，...)。
3.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，通过渠道 (28C，19C1，29C2，...)被构型呈沿多个横向方向的导流板。
4.根据权利要求3所述的水处理装置，其特征在于，通过渠道 (37A，37B，37C，37D)被构型呈螺旋形。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的水处理装置，其特征在于， 通过渠道从静定结构的下表面到其上表面具有恒定的截面。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的水处理装置，其特征在于， 通过渠道(41，40)具有一截面，所述截面在静定结构的高度的至少 一部分上变化。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的水处理装置，其特征在于， 通过渠道的倾度相对于水平线在35°到85°之间。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的水处理装置，其特征在于， 静定结构由叠置的层(17A，17B，...,27A，27B，...，37A，37B，...) 形成，在叠置的层内部，通过渠道由直线形段部形成。
9.根据权利要求8所述的水处理装置，其特征在于，静定结构包 括至少两层，在两层内部，通过渠道的段部相对于水平线倾斜。
10.根据权利要求9所述的水处理装置，其特征在于，包括相对于 水平线倾斜的段部的这两层是被一层(17D)分开的，在该一层中， 段部是垂直的。
11.根据权利要求8到10中任一项所述的水处理装置，其特征在 于，在至少两层(17A，17B，17C)中，倾斜段部(18C，19C1，19C2，...) 具有相对于水平线相同的倾度。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的水处理装置，其特征在 于，通过渠道由波纹壁体形成。
13.根据权利要求1到11中任一项所述的水处理装置，其特征在 于，通过渠道由平坦壁体形成。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的水处理装置，其特征在 于，水处理装置此外包括围绕搅动源(69)的导流器(68)。
15.根据权利要求1到14中任一项所述的水处理装置，其特征在 于，静定结构在混合槽的液力直径的0.25到3倍之间位于混合槽的底 部上方。
16.通过沉淀处理容纳溶解污染物的已处理液流的方法，根据所述 方法，将该已处理液流和沉淀反应物注入一槽中的一给定容积中，在 该给定容积中引起紊动搅动，使该已处理液流循环，由沉淀反应物在 该已处理液流中引起从下向上经过位于该给定容积上方并与该给定容 积相邻的由多个通过渠道组成的静定结构的沉淀，通过渠道从下向上， 并以这样的方式被构型呈导流板：使得没有任何微粒能够沿直线形轨 迹穿过该层，而从该静定结构出离的流体射流形成已处理液流，在位 于该静定结构的上部的位置排出已处理液流，而在所述给定容积的下 部部分排出料浆。
说明书
紧凑型水处理装置
技术领域
本发明涉及水处理领域，无论是工业水处理(废水和所谓工艺水)， 或市政水处理(废水或饮用水)和更为特别地针对特别紧凑的一种水 处理装置，特别是沉淀式水处理装置。
背景技术
常见地，消除在水中不被期望的成分可部分地通过不溶性盐的物 理化学处理(沉淀)和/或悬浮微粒的物理化学处理(凝结，絮凝)来 实施;例如，通过在软化处理时或悬浮物质和澄清胶体的减弱处理时 钙盐和/或镁盐的沉淀获得硬度上的减弱。
这类处理常见地通过在混合槽中的反应步骤开始，在混合槽中添 加沉淀和/或凝结和/或絮凝反应物;在混合槽中布置搅动装置(搅动 器，静态混合器...)以允许反应物和反应产物的混合(液态和/或固态); 从而根据要消除的不被期望的成分的类型，获得结晶、沉淀或凝结絮 凝反应。所谓第二澄清步骤对于将反应产物(晶体、絮状沉淀物，...) 相对于已处理水分开是必需的;该第二步骤通常在于使在第二槽中形 成的微粒滗析，第二槽与第一槽相反，具有紊动强度小的静定区域， 存在静定区域对于对微粒进行滗析是必需的。由于在所述槽中存在的 紊动强度小，或例如通过由平行的板片体形成的装置，称为层状滗析 器，可获得分离。可存在反应产物(料浆或晶体)从滗析区域向混合 区域的循环。当设计在大尺寸的相同的槽中执行两步骤时，总是在经 过滗析器之前存在容置絮状沉淀物或悬浮微粒的液流的静定，而无论 滗析器是层状的或非层状的。
尽管料浆的概念常见地覆盖絮状沉淀物的蓄积，该概念将在下文 被使用以表示所有类型的反应产物(在软化的情形中，包括晶体)。
多样化的设备特别是在专利文献EP-1 330 414EP-0 423 964或 FR-2 863 908(对应US-7 648 638)中述及。也可参照Plasari等的文 章“Developments in precipitation engineering for the process intensification in the environmental protection and other purification industrial activities”，在Chemical Engineering Transactions发表，卷 11，2007。
可以理解的是，要求对于混合(带搅动)和对于分离(预先静定， 所具有的紊流尽可能小)设置不同的腔室(或至少区域)或在混合区 域和滗析区域(用于静定)之间至少设置过渡区域导致体积和尺寸较 大。
发明内容
本发明的对象在于一种水处理装置结构，相对于相同功能的、流 量和水质相似的现有装置，其允许体积减小和成本降低。
本发明为此提出一种水处理装置，所述水处理装置包括混合槽， 所述混合槽配有待处理液流的进口通道、可能的反应物的进口通道、 能够在该槽的一给定容积中引起紊动式搅动的搅动源、允许排出反应 产物的排出通道、和已处理液流的排出通道，此外，在待处理液流的 进口通道和可能的反应物的进口通道上方，和在给定容积上方并与之 相邻，不过在已处理液流的出口通道下方，水处理包括由多个通过渠 道组成的静定结构，所述通过渠道从下向上，并通过这样的方式被构 型呈导流板：使得没有任何微粒能够根据直线形轨迹穿过该层，而从 该静定结构出离的流体射流形成已处理液流。
在并不总是需要存在反应物的涵义上，反应物的进口通道是可选 的，反应可以与已在槽中存在的反应产物相接触进行;此外，当需要 时，反应物可在进入装置中之前被注入到液流中。相反地，在沉淀处 理的具体情形中，存在反应物的进口通道，以保证使得在混合槽中良 好地发生沉淀;这对应特别紧凑的一种构型。
因此，本发明教导以相邻的方式(和从而与常见的实际情形相反) 组合一紊动混合区域和由被构型呈导流板的渠道形成的一层。
出现的是，静定层的这类构型允许紊动强度非常明显减小，具有 更好的性能(槽的高度相似)：
●与无静定层的装置相比较，
●与现有的常见滗析装置相比较(例如容积与静定层相同的层状滗 析器的层板)
值得注意到，根据本发明，在静定结构外不存在滗析器。
还显出的是，这类构型允许使液力停留时间和所形成的晶体/料浆 的停留时间分离，允许增强晶体/料浆的生长(这在常见的凝结/絮凝 方面并不产生)和从而获得粒度更粗的固态悬浮，这：
-允许具有比之前更大的密度，
-允许产生非常高干燥度的料浆，而不需要压滤处理和/或添加絮 凝剂，
-具有更为紧缩的粒度分布，这对于可能的晶体(石膏，石灰石) 的再使用总是有益的。
此外，在软化的情形中，可进行反应，而与常见的方法相反并不 需要任何凝结剂和/或絮凝剂。
接近紊动区域和静定层具有这样的作用：该静定层以液力屏障— —保持反应产物——的方式起作用;实际上，可以观察到，这些反应 产物在整体上，在静定层中仅仅在较小的高度上进入，大约数厘米， 这趋于确认：静定层引起的现象与由一组层板引起的现象不同。
在静定层之上，可以观察到，水团基本上被清除悬浮的所有反应 产物，这是出于在混合容积中的反应，如同已执行滗析和实际上没有 紊流。这如在上文所述及的对在静定结构外不存在滗析器进行阐释。
实际上，使用具有不同的点倾度的两层状块的叠置表面上看避免 微粒能够根据已在专利文献EP-0 423 964中所观察到的直线形轨迹穿 过堆摞，不过这涉及一种装置，所述装置的作用在于保证已容置悬浮 微粒的输入液体的滗析(从而在混合区域(如果悬浮微粒源自反应) 和在预先静定后的滗析区域之间存在完全分离)。容置悬浮微粒的液体 并不经历搅动，如本发明所教授的。此外，在该文献中所指出的是， 下部层状块位于料浆床上，而上部块的层板基本上比下部块的层板更 为相互靠近，这排除被构型呈导流板的渠道的原理(特别是因为上部 块的层板的倾斜在一垂直面中进行，所述垂直面垂直于一平面，相对 于该平面下部块的层板被倾斜)。此外可以注意到，该文献教授，要么 是上部结构远离下部结构，要么上部结构与下部结构嵌套。
至于专利文献US-2002/0158025，该文献教授混合槽的原理，所 述槽包括一絮凝紊动区域，一澄清区域位于紊动区域之上，在这些区 域之间布置对紊流进行控制的排列;对于这类排列提出许多形式，其 中之一包括两组导流板，导流板反向倾斜，具有较小的间距;在这些 导流板组之间的垂直间距似乎应是主要的，从而不能够提出呈导流板 式的任意渠道网。
另一专利文献US-4 142 970似乎提出一种结构，所述结构具有两 级倾斜板片体，板片体具有不同的倾度，不过构型与本发明的构型非 常不同，这是因为待处理液流从上部进入所考虑的槽中，以使得已处 理液流在结构的下部部分进行回收。
这里值得强调的是，紊流现象相当复杂，使得通常会考虑的是， 不能从在不同的一构型中所产生的现象推知在一具体构型中所产生的 现象。
并不存在建立在借助于本发明的构型所获得的特别良好的结果上 的阐释，不过一种假设在于，借助于存在呈导流板形状的渠道，本发 明的构型妨碍微粒的上升运动，而并不妨碍液力流动，以使得，针对 各种等待，在渠道内更换方向仍与液力流动，甚至速度更大的液力流 动的静定相兼容。
通道，甚至渠道——被构型呈导流板——的概念已在两种流体的 分离领域中提出，以及如从专利文献FR-2 395 061，US-4 975 101， US-5 972 062，WO-01/39865，EP-0 361 225，WO-01/51868所展 示的。不过重要的是需要注意到，这些文献涉及水滴在气态流中的圈 闭，渠道呈导流板的形状用于增大液滴与导流板壁体的碰撞频率，和 目标在于最大化比表面积(按分离器的单位容积);然而这类分离的属 性与对于分离由水处理反应产生的悬浮微粒所需的属性明显不同，特 别是这是因为在载有液滴的气态流的情形中要分离物质的密度的比例 为大约1:1000，而在水/悬浮微粒分离的情形下待分离物质的密度仅仅 为大约1到10(即比在气体/液滴的情形中小大约100倍);此外，要 清除其所容纳的液滴的气体，实际上是空气的稠度，大约几乎为 10-5Pa.s，而水的稠度为大约10-3Pa.s(即比在空气的情形中大大约100 倍;最后，在气体中的液滴实际上对应不超过大约1%的荷载率(每 空气容积的水质量)，而在容纳反应产物的水中的荷载率可在非常大的 范围内浮动，可从0.01%到90%，实际上从0.01%到50%。就通过速 度而言，合适的是还需要注意到，在减湿的情形中通过速度大于1m/s， 而在水处理(特别是在本发明的范围内)的情形中，通过速度实际上 小于0.05m/s(即小于180m/h)。可以注意到，在气态流的减湿中和在 水处理的反应产物分离中所实施的现象完全不同和在这些领域之一中 采用的解决方案没有任何理由在另一领域中也具有益处。
构型呈导流板的通道的概念可覆盖更多样化的构型;以及可涉及 在给定平面中的波动，实际上当静定层在根据本发明的装置中就位时 所述给定平面是垂直的，这对应特别简单的几何形状。也可涉及呈螺 旋形的导流板，这对应在空间三维中的波动。此外，无论导流板的构 型如何(二维或三维)，导流板可具有基本上恒定的截面，或相反地具 有截面的波动，要么在唯一的方向上(从下向上增加，甚至相反地)， 要么具有增大和减小。
出于构造便利性的原因，呈导流板的渠道有利地通过平坦壁体界 定，这优化静定层的容积的使用(每个壁体界定两渠道)。换句话说， 渠道有利地由一系列直线形段部形成。这些平坦壁体实际上是光滑的。
渠道有利地包括至少两段部，所述至少两段部相对于水平线是倾 斜的，且是相邻的或如有需要通过一垂直段部分开。
实际上，渠道的横向尺寸小于20cm，例如大约为5到10cm。
需要注意的是，截面可变的渠道原理本身为熟知的，例如根据在 上文所引述的关于气态流的减湿的多个专利文献。
混合区域可包括机械元件，所述机械元件贡献于对液流和反应物 在其内部的循环进行导向;这有利地涉及一中心管，所述中心管在优 选地下降的一方向上对液流进行导向，和引起液流在下部部分的分散; 根据已述及的专利文献FR-2 863 908(或US-7 648 638)的教学可涉 及导流器。
在上部区域中的紊流有利地以至少10的比例小于载有反应产物 的液流的紊流——所述液流紧接地位于静定层下方。
因此，根据本发明的优选特征，如有需要加以组合：
*渠道被构型呈导流板——平行于同一平面，这对应易于制造的 一种构型，从而成本适度;作为变型，渠道根据多个横向方向被构型 呈导流板，这贡献于更好的静定;在这类情形中，渠道有利地被构型 呈螺旋形，
*渠道从结构的下表面到其上表面具有恒定的截面，这对应较大 的制造简易性;不过，作为变型，渠道具有一截面，所述截面在静定 结构的至少一部分高度上变化，这贡献于改善静定效应——这是因为 由此产生的局部速度变化，
*渠道的倾度相对于水平线在35°到85°之间，这引出在工业层面 合理的静定结构。
有利地，出于特别是可行性的原因，静定结构由叠置层形成，在 叠置层内部渠道由直线形段部形成。
在此情形下，静定结构有利地包括至少两层，在两层内部在不同 的方向上渠道的段部相对于水平线倾斜。包括相对于水平线倾斜的段 部的这两层可通过一层分开，在该层中段部是垂直的。
出于制造原因还是有利的，在至少两层(在同一平面中(反向) 或非同一平面中)中倾斜段部具有相对于水平线相同的倾度。
优选地，渠道在叠置层至少之一中具有变化的截面。
无论渠道是否具有恒定的截面，有利地是渠道通过平坦壁体形成。
优选地，装置有利地包括围绕搅动源的导流器。静定结构从而有 利地与底部隔开一距离，所述距离在和(2H+D)的50%到100%之间， 如果H是导流器的高度和D是液力直径。液力直径按照定义等于4× 湿的面积/湿的周长。反应器可是正方形或圆形底座的。对于圆柱形底 座的反应器，液力直径是直径和对于正方形底座的反应器，是一边侧 的长度。
在在导流器中的搅动朝向下部时，有利地注入待处理液流(以及 反应物，尤其是在沉淀处理的情形中)在该导流器和静定结构之间进 行，特别是与该导流器的上部进口相面对。
有利地，具有或不具有导流器，静定结构在槽的液力直径的0.25 到3倍之间(和优选地在0.5到1.5倍)位于槽的底部上方，这等于是 说，在静定层下方的混合容积具有一高度，所述高度与其宽度(实际 上是液力直径)是相同量级的，这贡献于建立强紊流的工况，直到静 定结构的最附近。
尽管上文的论述适用于凝结-絮凝或沉淀处理，本发明在旨在沉淀 溶解的污染物的沉淀情形中是特别有利的。
根据另一方面，本发明提出容有溶解污染物的已处理液流的一种 沉淀处理方法，根据所述方法将该液流和沉淀反应物注入一槽中，在 槽的给定容积中引起紊动搅动，使该液流循环，在该液流中通过反应 物引起从下向上经过位于上方的和与该给定容积相邻的由多个通过渠 道组成的结构的沉淀，所述多个通过渠道从下向上和以一种方式被构 型呈导流板形式，所述方法是如：使得没有任何微粒能够根据直线形 轨迹穿过该层，而从该静定结构出离的流体射流形成已处理液流，在 位于该结构的上部的位置排出已处理液流，而在所述给定容积的下部 部分排出料浆。