申请日2009.11.27
公开(公告)日2011.10.19
IPC分类号B01D21/06; C02F1/38
摘要
用于从液体污水中分离砂砾同时保持有机固体悬浮的设备。该设备包括砂砾沉降室、位于该沉降室下方的砂砾储存室和位于该沉降室中央的转动竖轴。推进器可转动地安装在轴附近。锥形隔板横向穿过该沉降室的中间部分。液体污水在锥形隔板下面进入沉降室下部，与砂砾分离的液体在锥形隔板上方从沉降室上部流出。隔板具有以液体密封方式一体安装在沉降室周向壁上的外缘并在轴和隔板之间限定中心环形开孔用来保证液体从下部子室向上部子室的向上流动。推进器能够在下部子室内形成持续转动液体污水第一流体流，引起从所述下部子室经过所述隔板环形开孔进入所述上部子室的向上的液体第二流体流，并在所述上部子室内形成从所述出口装置流出的持续转动液体第三流体流，其中在所述第三流体流和所述第一流体流之间建立流体流速梯度。
权利要求书
1.一种用于将砂砾从液体污水 中分离同时保持有机固体悬浮的设备，其包括允许液体污水进入所述设备的进口装置、用于从所述设备排出已经与砂砾分离的液体的出口装置、以及用于将分离后的砂砾从所述设备去除的装置，所述设备进一步包括：
-限定出底端部分、顶端和周向壁的圆柱形砂砾沉降主室;
-砂砾储存副室，其位于所述主室的底端部分下方，使得从液体沉出的砂砾将沉在所述副室内，所述副室包括穿过所述主室的底端部分的中心砂砾沉降通道顶部开口;
-居中地位于所述主室和所述副室中的竖轴，所述竖轴具有纵向轴线;
-使所述竖轴绕所述纵向轴线转动的装置;
-在所述顶端和所述底端中间与所述顶端和所述底端间隔开的横向延伸通过所述主室的隔板，其中在所述主室内的所述隔板上方形成上部子室且在所述主室内的所述隔板下方形成下部子室，所述液体污水进口装置与所述下部子室直接流体连通，所述液体出口装置与所述上部子室直接流体连通，所述隔板具有以基本上流体密封的方式一体地安装到所述主室的所述周向壁上的周向边缘;所述隔板包括容纳所述轴的底部中心孔，所述隔板的底部中心孔与所述轴间隔开以在所述轴和所述隔板之间限定环形开孔，从而提供液体从所述下部子室向所述上部子室的向上流动;和
位于所述主室内并且能够在所述下部子室内形成持续转动液体污水第一流体流的机械装置，其能够引起从所述下部子室经过所述隔板环形开孔进入所述上部子室的向上的液体第二流体流，以及在所述上部子室内形成通过所述出口装置流出的持续转动液体第三流体流，
其中所述第三流体流和所述第一流体流之间建立流体流速梯度。
2.根据权利要求1所述的除砂设备，
其中所述流体流速梯度使得所述第三流体流处于比所述第一流体流显著小的速度。
3.根据权利要求2所述的除砂设备，
其中用于形成所述第二流体流和所述第三流体流的所述机械装置包括固定到所述轴上并且能够与所述轴一起转动的多个叶片，所述叶片位于所述下部子室内;
其中所述流体流速梯度使得已经与砂砾分离的液体能够从所述上部子室通过所述出口装置非定向地沿径向和切向方向流出，并且进一步适应所述进口装置和所述出口装置之间的不同液体流动负载。
4.根据权利要求3所述的除砂设备，
其中所述流体流速梯度使得所述第三流体流的流速比所述第一流体流的流速小大约四倍。
5.根据权利要求3所述的除砂设备，
其中所述隔板是向下的凸锥部，其限定出在直径方向上较大的顶部开口和在直径方向上较小的底部开口。
6.根据权利要求5所述的除砂设备，
其中所述锥形隔板的底部开口的直径为所述锥形隔板的顶部开口的直径的40%到60%之间。
7.根据权利要求5所述的除砂设备，
其中所述锥形隔板的角斜度的范围在15°到30°之间。
8.根据权利要求6所述的除砂设备，
其中所述锥形隔板的角斜度的范围在15°到30°之间。
9.根据权利要求7所述的除砂设备，
其中所述主室的底端部分为具有与所述锥形隔板的角斜度基本匹配的角斜度的漏斗状，所述漏斗状底端部分限定出通向所述下部子室的顶端和与所述副室的顶部开口接合的底端。
10.如权利要求7所述的除砂设备，
其中所述主室的底端部分是具有大约20°的角斜度的漏斗状。
11.如权利要求8所述的除砂设备，
其中所述锥形隔板的所述角斜度为大约20°。
12.根据权利要求9所述的除砂设备，
其中所述进口装置包括：形成在所述下部子室的周向壁中并通向所述下部子室的入口，以及从所述下部子室沿切向方向伸出的液体污水供给通道，所述供给通道相对于与所述下部子室的周向壁成直角的平面具有范围在10°到30°之间的角斜度。
13.根据权利要求12所述的除砂设备，
其中所述供给通道的角斜度为大约15°。
14.根据权利要求2所述的除砂设备，
其中用于形成所述第二流体流和所述第三流体流的所述机械装置包括固定到所述轴上并且与所述轴一起转动的多个叶片，所述叶片位于所述上部子室内。
15.根据权利要求8所述的除砂设备，
其中所述流体流速梯度使得所述第三流体流的流速比所述第一流体流的流速小大约四倍。
16.如权利要求2所述的除砂设备，
其中所述隔板是平板。
17.如权利要求9所述的除砂设备，
其中所述叶片被限制在所述漏斗状主室的底端部分内并安装到所述轴的对准部分上。
18.如权利要求9所述的除砂设备，
其中所述叶片被限制在所述锥形隔板的底部开口内并安装到所述轴的对准部分上。
19.如权利要求9所述的除砂设备，
其中所述叶片被限制在所述锥形隔板的顶部开口内并安装到所述轴的对准部分上。
20.如权利要求5所述的除砂设备，其中所述锥形隔板的底部开口的直径为所述锥形隔板的顶部开口的直径的大约5%。
21.一种用于将砂砾从液体污水中分离同时保持有机固体悬浮的方法，其包括允许液体污水进入所述设备的进口装置、用于从所述设备排出已经与砂砾分离的液体的出口装置、以及用于将分离后的砂砾从所述设备去除的装置，所述方法包括下列步骤：
-提供圆柱形砂砾沉降主室、砂砾储存副室和竖轴，所述圆柱形砂砾沉降主室限定出底端部分、顶端和圆周壁，所述砂砾储存副室位于所述主室的底端部分下方，使得从液体沉出的砂砾将沉在所述副室内，所述副室包括具有顶部开口的周向壁;所述竖轴居中地位于所述主室和所述副室中，所述轴具有纵向轴线;
-使所述竖轴绕所述纵向轴线转动;
-提供在所述顶端和所述底端中间与所述副室间隔开的横向延伸通过所述主室的隔板，其中在所述主室内的所述隔板上方形成上部子室且在所述主室内的所述隔板下方形成下部子室，其中所述液体污水进口装置与所述下部子室流体连通，并且所述液体出口装置与所述上部子室流体连通，所述隔板具有一体地安装到所述主室的所述周向壁上的周向边缘;所述隔板包括容纳所述轴的底部中心孔，所述底部中心孔与所述轴间隔开以在所述轴和所述隔板之间限定环形开孔，从而提供液体从所述下部子室向所述上部子室的向上流动;
-在所述下部子室内产生持续转动液体污水第一流体流;
-引起从所述下部子室经过所述隔板环形开孔进入所述上部子室中的竖直向上的液体第二流体流;
-维持所述上部子室内的转动液体第三流体流以通过所述出口装置流出;和
-在所述第三流体流和所述第一流体流之间建立流体流速梯度。
22.如权利要求21所述的除砂方法，
进一步包括步骤：在所述第三流体流和所述第一流体流之间建立流体流速梯度，其程度使得第三流体流的速度相对于所述第一流体流的速度下降大约75%。
23.如权利要求22所述的除砂方法，
进一步包括步骤：使液体通过所述出口装置从所述上部子室沿径向流出。
24.如权利要求23所述的除砂方法，
进一步包括步骤：使砂砾从所述砂砾储存副室周期性地泵出，所述砂砾泵出是通过所述轴中的纵向中空部进行的。
说明书
污水除砂方法和设备
背景技术
在污水处理厂里，叫做″砂砾″的重矿物质形成需要处理并与其它流体材料分离的流体的一部分。砂砾主要由砂子和土壤组成，但是还可以包括煤渣、咖啡渣、籽粒、谷粒及其它粗颗粒。由于砂砾不能通过滤水方法进行处理、减小尺寸或消除，所以需要物理地去除。由于砂砾是硬的并且有研磨作用，所以给废水处理带来了问题;它会磨损泵及其它机械装置;砂砾较重并积聚在净化器、处理池、消化池及其它设备中，在这些地方往往必须通过手工将其去除。
1988年8月30日公布的、Smith&Loveless公司的美国专利No.4,767,532公开了一种具有上部沉降室和下部砂砾储存室的砂砾分选器。沉降室通过位于中间过渡面上的开口与砂砾储存室连通。进水槽将进入液体引到沉降室的下部。出水槽从沉降室上部回收流出液体。进水槽和出水槽具有共同的中心线，出水槽在正视图中位于进水槽上方。挡板元件延伸到沉降室内用于将流入液流向外引导至沉降室的周向的下部。进入液体以切向方式强行流入沉降室，引起沉降室内部的转动循环。转动叶片维持最初由切向进入的液体流带来的转动循环。在重力作用下将砂子及其它砂砾材料大部分清除到底部砂坑中，同时当再次处于切向流动偏压作用下时水流出。
这种现有技术中除砂设备的问题涉及如下设计限制，与进水槽污水流动通道相比，从设备沉降室引出的出水槽流动通道的方向和尺寸上都有限制。具体地，设计承受流量负荷极限要求：
1.出水槽流动通道的内径基本上与进水槽流动通道的内径相同;和
2.出水槽流动通道的大体定向和流动方向与进水槽流动通道相同，也就是说，为了保持现有技术中除砂设备的运行，不允许进水槽流动通道的流动方向相对于出水槽流动通道的流动方向有角度偏差(例如直角偏差)。
发明内容
本发明涉及一种用于将砂砾从液体污水中分离同时保持有机固体悬浮的设备，其包括允许液体污水进入所述设备的进口装置、用于从所述设备排出已经与砂砾分离的液体的出口装置、以及用于将分离后的砂砾从所述设备去除的装置，所述设备进一步包括：-限定出底端部分、顶端和周向壁的圆柱形砂砾沉降主室;-砂砾储存副室，其位于所述主室的底端部分下方，使得从液体沉出的砂砾将沉在所述副室内，所述副室包括穿过所述主室的底端部分的中心砂砾沉降通道顶部开口;-居中地位于所述主室和所述副室中的竖轴，所述竖轴具有纵向轴线;-使所述竖轴绕所述纵向轴线转动的装置;-在所述顶端和所述底端中间与所述顶端和所述底端间隔开的横向延伸通过所述主室的隔板，其中在所述主室内的所述隔板上方形成上部子室且在所述主室内的所述隔板下方形成下部子室，所述液体污水进口装置与所述下部子室直接流体连通，所述液体出口装置与所述上部子室直接流体连通，所述隔板具有以基本上流体密封的方式一体地安装到所述主室的所述周向壁上的周向边缘;所述隔板包括容纳所述轴的底部中心孔，所述隔板的底部中心孔与所述轴间隔开以在所述轴和所述隔板之间限定环形开孔，从而提供液体从所述下部子室向所述上部子室的向上流动;和位于所述主室内并且能够在所述下部子室内形成持续转动液体污水第一流体流的机械装置，其能够引起从所述下部子室经过所述隔板环形开孔进入所述上部子室的向上的液体第二流体流，以及在所述上部子室内形成通过所述出口装置流出的持续转动液体第三流体流，其中所述第三流体流和所述第一流体流之间建立流体流速梯度。
根据一个实施例，所述流体流速梯度优选地使得所述第三流体流处于比所述第一流体流显著小的速度，所述第三流体流的流速优选地比所述第一流体流的流速小大约四倍。
根据一个实施例，用于形成所述第二流体流和所述第三流体流的所述机械装置包括固定到所述轴上并且能够与所述轴一起转动的多个叶片，所述叶片位于所述下部子室内;其中所述流体流速梯度使得已经与砂砾分离的液体能够从所述上部子室通过所述出口装置非定向地沿径向或切向方向流出，并且进一步适应所述进口装置和所述出口装置之间的不同液体流动负载。
根据可替代的实施例，所述叶片位于所述上部子室内。
根据一个实施例，所述隔板是向下的凸锥部，其具有在直径方向上较小的底部开口和在直径方向上较大的顶部开口。优选地，所述锥形隔板的底部开口的直径为所述锥形隔板的顶部开口的直径的40%到60%之间，并且优选地为其50%。所述锥形隔板的角斜度的范围在15°到30°之间，最佳的值为20°。
所述主室的底端部分优选地为具有与所述锥形隔板基本匹配的角斜度的漏斗状，其优选地具有大约20°的角斜度。
在一个实施例中，所述进口装置包括：形成在所述下部子室的周向壁中并通向所述下部子室的入口，以及从所述下部子室沿切向方向伸出的液体污水供给通道，所述供给通道相对于与所述下部子室的周向壁成直角的平面具有单位在10°到30°(最佳的值为15°)之间的角斜度。
或者，所述隔板是平板。
或者，所述叶片被限制在所述漏斗状主室的底端部分内并安装到所述轴的对准部分上。
本发明还涉及一种用于将砂砾从液体污水中分离同时保持有机固体悬浮的方法，其包括允许液体污水进入所述设备的进口装置、用于从所述设备排出已经与砂砾分离的液体的出口装置、以及用于将分离后的砂砾从所述设备去除的装置，所述方法包括下列步骤：-提供圆柱形砂砾沉降主室、砂砾储存副室和竖轴，所述圆柱形砂砾沉降主室限定出底端部分、顶端和圆周壁，所述砂砾储存副室位于所述主室的底端部分下方，使得从液体沉出的砂砾将沉在所述副室内，所述副室包括具有顶部开口的周向壁;所述竖轴居中地位于所述主室和所述副室中，所述轴具有纵向轴线;-使所述竖轴绕所述纵向轴线转动;-提供在所述顶端和所述底端中间与所述副室间隔开的横向延伸通过所述主室的隔板，其中在所述主室内的所述隔板上方形成上部子室且在所述主室内的所述隔板下方形成下部子室，其中所述液体污水进口装置与所述下部子室流体连通，并且所述液体出口装置与所述上部子室流体连通，所述隔板具有一体地安装到所述主室的所述周向壁上的周向边缘;所述隔板包括容纳所述轴的底部中心孔，所述底部中心孔与所述轴间隔开以在所述轴和所述隔板之间限定环形开孔，从而提供液体从所述下部子室向所述上部子室的向上流动;-在所述下部子室内产生持续转动液体污水第一流体流;-引起从所述下部子室经过所述隔板环形开孔进入所述上部子室中的竖直向上的液体第二流体流;-维持所述上部子室内的转动液体第三流体流以通过所述出口装置流出;和-在所述第三流体流和所述第一流体流之间建立流体流速梯度。
优选地，在所述第三流体流和所述第一流体流之间建立流体流速梯度的步骤是其程度使得第三流体流的速度相对于所述第一流体流的速度下降大约75%。
优选地，进一步包括步骤：使液体通过所述出口装置从所述上部子室沿径向流出。