申请日2006.11.03
公开(公告)日2009.01.28
IPC分类号B01D21/02; B01D21/01; B01D21/24
摘要
对废水所拖曳的淤泥进行增厚的过程，其中废水受到加强絮凝的预处理并且随后在重力方向上被引入槽中以便将淤泥从水中分离出来，其中淤泥微粒在重力作用下沉降并且在槽的下部被去除。为了增强该过程的性能，本发明提出在废水被引入槽中时，使废水对着折流板流过，通过折流板，槽内的废水的流动被偏转到槽内。本发明还详细说明了实现该过程的装置，其具有：具有漏斗形部分(6)的容器(2)，被布置为在容器(2)内在纵向上延伸的下落管(26)，并且经由用于将废水流引导下落穿过下落管的进料口(52)通向容器，并且具有形成于漏斗形部分的下端的用于从容器(2)去除沉淀的淤泥微粒的去除口。根据本发明的装置另外具有布置在进料口(52)的区域内的折流板(24)，废水流通过折流板被偏转。
权利要求书
1、一种对废水中携带的淤泥进行增厚的方法，其中废水受到加强 絮凝的预处理并且随后在重力方向上被引入槽中以便将淤泥从水中分 离出来，其中淤泥微粒在重力作用下下降并且在槽的下部被去除，
其特征在于，
在废水被引入槽中时，废水 对着折流板流过，通过折流板槽内的 废水流被偏转。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，废水通过至少一个 泥管引入槽中并且在泥管的端部直接执行流偏转。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在重力方向上 流动的废水的主要流体能量在经过折流板后立即被破坏。
4、根据前述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，废水在 引入点处在湍流条件下被引入槽中，并且在槽中上升的流在层流条件 下经过泥管和围绕着槽的外壁之间的在引入点的高度处的环形间隙。
5、根据前述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，废水以 高于5000，优选地高于10000的雷诺数在引入点处被引入槽中。
6、根据前述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，上升流 以不高于2000的雷诺数经过泥管和围绕着槽的外壁之间的在引入点的 高度处的环形间隙。
7、根据前述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，引入槽 中的废水的流速，至少为经过泥管和围绕着槽的外壁之间的在引入点 的高度处的环形间隙的上升流的流速的120倍，优选为150倍。
8、根据前述权利要求中的一个所述的方法，其特征在于，废水以 具有垂直和水平速度分量的定向流被引入槽中。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，流的水平流速在垂 直速度的0.3和1.0之间，优选地在0.4和0.6之间。
10、一种对废水中携带的淤泥进行增厚的装置，包括：
具有漏斗形部分(6)的容器(2)，
泥管(26)，其布置在容器(2)中以在纵向上延伸并且通过用于 将废水流引导下落穿过泥管的入口(52)通向容器(2)，以及
形成于漏斗形部分的下端的去除开口，用于去除从容器(2)分离 出的淤泥微粒，
其特征在于，
布置在入口(52)的区域内使废水流偏转的折流板(24)。
11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，泥管(26)被引 导以便其相对于容器(2)在纵向上可移动并且相对于容器(2)可固 定。
12、根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，泥管(26) 以入口(52)可以仅布置在漏斗形部分(6)上方的方式可固定。
13、根据权利要求10至12中的一个所述的装置，其特征在于， 布置在泥管(26)内并且在泥管(26)的纵向上延伸的导向构件(20)， 位于泥管(26)和导向构件(20)之间的间隔件(28)分配到导向构 件(20)并且导向构件(20)引导泥管(26)相对于容器(2)的滑动 运动。
14、根据权利要求10至13中的一个所述的装置，其特征在于， 导向构件被构造为延伸到漏斗形部分(6)的下部内的导向管(20)。
15、根据权利要求10至14中的一个所述的装置，其特征在于， 导向构件(20)支撑折流板(24)并且相对于容器(2)和泥管(2) 在纵向上可移动并且相对于泥管(26)可固定。
16、根据权利要求10至15中的一个所述的装置，其特征在于， 布置在漏斗形部分(6)的下部内的导向管导向装置(22)。
17、根据权利要求10至16中的一个所述的装置，其特征在于， 导向管(20)连接到压力介质源并且导向管(20)的出口布置在漏斗 形部分(6)的下部内。
18、根据权利要求10至17中的一个所述的装置，其特征在于， 布置在漏斗形部分(6)的下端处并且包括去除开口的贮存器(8)。
19、根据权利要求18所述的装置，其特征在于，至少一个用于测 量分离出的淤泥微粒的量的探针被分配给贮存器(8)。
20、根据权利要求10至19中的一个所述的装置，其特征在于， 容器(2)具有平滑连续的容器内壁，其上端由向内突起的环(14)限 制。
21、根据权利要求10至20中的一个所述的装置，其特征在于， 泥管(26)在其下端成圆锥形地被加宽。
22、根据权利要求21所述的装置，其特征在于，泥管(26)在其 下端分别为郁金香或钟的形状。
23、根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于，泥管(26) 的加宽下端(46)的轮廓被形成以对应于折流板(24)的轮廓。
24、根据权利要求10至23中的一个所述的装置，其特征在于， 容器(2)为气密的并且设置有用于控制来自容器(2)的腐败气体的 缩回的气孔。
25、根据权利要求24所述的装置，其特征在于，气孔连接到生物 过滤器或洗气器。
说明书
用于对废水中携带的淤泥进行增厚的方法和装置
本发明涉及一种用于对废水中携带的淤泥进行增厚的方法并涉及 一种适于执行该方法的装置。
本发明涉及携带淤泥的废水的处理，这种废水也可以被视为悬浮 液。悬浮液中包含的固体是淤泥微粒。在废水处理过程中，这些固体 成分有待与水分离。特别是在下降结构中，其中固体微粒具有稍高于 但接近于水的密度，在重力作用下的淤泥微粒的分离就有着巨大的困 难。为了实现尽量经济的废水处理，在槽(bath)中的淤泥微粒应当尽 快沉淀并连续地或分批地去除，同时没有淤泥微粒的水应当在槽中上 升以便连续地排出。为了对在循环中处于净化状态的液体进行再利用 或以允许的质量将其引入公共排污系统，目标是使沉淀的固体尽量彻 底地从液体中分离。先前假定，以特定设备和特定吞吐量，采取在层 流状态下的固体微粒的沉淀速度，组成影响废水处理系统的规模的决 定性过程参数。尽管使用了高分子试剂作为辅助絮凝剂，其在废水被 引入槽内之前就加入废水中，因而，用于分离淤泥的固体微粒的沉淀 系统只能在一定限度内使用。
现有的沉淀系统包括从DE 44 26 052可知的独立的装置权利要求 的前序的特征。该现有装置具有包括上面的圆柱部分和位于下面的漏 斗形部分的旋转对称的容器。在漏斗形部分的下端设置有排出口用于 排出堆积在漏斗形部分的下部内的淤泥。管子同心地设置在容器内， 该管子以截头圆锥体罩的形式最初向下逐渐变细然后朝向容器变宽。 该管子相对于容器可垂直地滑动，假设入口在漏斗形部分的区域中移 位，从而由漏斗形罩的自由端形成的废水入口，相对于用于接收上升 流的在径向方向上设置于其外侧的环形面积的面积比可以改变。通过 这种改变，流动条件会以这样的一种方式进行调整，即在对进行中的 分离过程有利的流动条件下，在容器中使淤泥微粒尽快下降并且使部 分没有淤泥微粒的水上升，以使通常较小的淤泥微粒的残留物能够从 这种上升流中下降。
基于这种现有技术，本发明提供一种用于对废水中携带的淤泥微 粒以增强的性能进行增厚的方法和装置。
为了通过方法来解决这个问题，本发明提出了一种包括权利要求1 的特征的方法。根据这种用于对废水中携带的淤泥进行增厚的方法， 废水以一种本身已知的方式首先经过支持淤泥絮凝的预处理，例如， 通过向废水添加一种本身已知的辅助絮凝剂。为了将淤泥从水中分离 出来，经过这样预处理的废水在重力方向上被引入槽内，在其中，淤 泥微粒在重力的作用下降下并且从其下部区域去除。对淤泥微粒的这 种去除可以连续地或分批地进行。根据本发明的方法的特别的特征在 于，废水在被引入槽内时对着折流板流过，通过折流板进入槽内的水 流被偏转。通过该过程控制，在入口处区域内产生了液压-物理反应区， 在此至少在重力方向上流动的废水的主要流动能量被破坏了。使流入 泥管(soil pipe)的淤泥流在垂直方向上偏转，有利于固体微粒由于与 水的密度差的分离。由于废水的偏转，较重的淤泥微粒更倾向于继续 它们在泥管方向上即在向下方向上的运动路线，而水被偏转并与重的 淤泥微粒分离且上升。流动能量的破坏实质上由当对着折流板流过时 的偏转损耗引起，即在废水流过泥管的流动方向上，并且主要是在折 流板的下游离开泥管后。根据本发明，废水以下面的方式特别地进行 偏转：淤泥微粒，即以普通方法将在容器中下降的具有比水更高密度 的微粒，以基本未被扰动的方式在引入槽内过程中继续它们的由泥管 启动的下降运动。这种偏转不应该产生这样的结果：具有更高密度的 微粒，即，淤泥微粒，在偏转过程中具有作用于其上的向上的速度分 量。在偏转过程中这种速度分量应当只作用于较轻的水上，因此，作 为在折流板处偏转的结果，水得到了期望的速度分量以便在槽中上升。
如果废水被引入受到湍流条件的槽内，固体微粒从水中分离开的 运动被特别支持。相关引入点位于下落通过泥管的废水流被引入槽内 的位置处。引入点因此与泥管的入口一致。此外，优选的是，在泥管 的这个入口和容器内圆周表面之间以这种方式选择剩余面积：使经过 引入点的上升流以层流方式流动。参考雷诺数(Reynolds number)来 构造容器已被证明对于固体微粒从废水中最佳可能的分离特别有效， 所述雷诺数用于在上升流的层流状态下在引入点处调整湍流条件。优 选地，雷诺数应当高于5000，在出口点处最好高于10000，而上升流 应当优选地在雷诺数不高于2000时经过引入点。
为了获得有效的分离，已证明以适当方式选择引入废水的流速与 上升流的流速的比率是有利的。泥管中的下降流的速度应当比上升流 的速度至少大120倍，优选为比其大150倍。泥管中的流速的决定性 参考点比引入点高，即在泥管具有圆柱形的纵向部分内。对于上升流， 在相同高度的流动条件是有关的，即通过泥管的外圆周表面和容器的 内圆周表面之间的环形剩余面积。由于根据本发明的方法通常不利用 泵来执行，并且水流仅由于重力作用的结果落入容器，通过改变引入 点处的流动条件，特别是通过改变引入点处的横截面，有可能改变引 入废水的容积流量并因此一方面使泥管中并且另一方面使环形区域内 的液体加速。由于流水的实质存在的连续性，上面指出的流速的比率 对应于剩余面积与泥管的横截面积的面积比。在这种情况下，引入点 也是有关的，即，在泥管的出口点处的横截面积，在一方面，以及被 容器的内壁围绕的并且被该中央区域减小的在引入点的高度处的剩余 面积。由于流水的实质存在的连续性，流速的比率对应于剩余面积与 入口的面积比。
最后但并非最不重要，关于折流板及其几何设计，泥管的入口应 当以这种方式来构造，即废水以定向流被引入槽中，这种定向流具有 垂直和水平的速度分量。应当防止在入口的整个表面上仅具有垂直速 度分量的流，诸如通过根据DE 44 26 052的泥管引入槽中的废水流的 中心部分。通过相应地构造折流板和/或通向入口的泥管的壁，应当产 生定向流的基本水平的流分量。特别是流的速度分量被认为是总计为 垂直速度分量的至少30%、优选为40%的基本水平的速度分量。
关于有关装置的问题，本发明提供一种包括权利要求10的特征的 装置。除了从一般的现有技术可知的特征外，根据本发明的装置包括 设置在入口区域内的折流板，废水流通过折流板被偏转。在根据本发 明的装置中，废水流首先被引导在重力方向上在槽的方向上通过泥管。 在这个泥管的端部设置有入口，在此起先由泥管沿圆周封闭的废水流 被引入槽内。根据本发明，折流板设置在该入口的区域中，废水流通 过该折流板发生偏转，即折流板使废水流在水平方向上偏转到无关的 程度。应当注意，在一定程度上，通过偏离圆柱管形的泥管的结构， 正好在入口前面，垂直速度分量可能已经施加于废水流上。然而，被 泥管在圆周上环绕并引导的废水流也正好在入口前面主要在垂直方向 上流动。这种基本垂直的流在折流板区域内被偏转为具有有效水平速 度分量的流。泥管的下端被布置得与槽的上表面有相当的距离。换句 话说，泥管位于槽中相当大的轴向范围内并且浸入其中。
依据本发明的折流板优选为具有适当折流板表面以使废水流偏转 到上述方向的任何物体。折流板优选地形成为用以促使入口的下游基 本弧形的流轮廓的形成，由此废水的流速被从一个垂直向下的方向偏 转180°以便不带淤泥微粒的水在容器内上升以在容器的上边缘处排 出。水的这种弧形加速度不能通过淤泥微粒由于它们稍高些的密度而 同样实现，所以这些淤泥微粒相反地在重力方向上在容器内下降以堆 积在其下部。
如果泥管同心地设置在圆柱形容器内，则紧邻入口的弧形运动将 产生相对稳固的半径并且该弧形运动的径向的外部将产生相对大的半 径。这种事实可以用来选择性地对泥管内的废水中淤泥的不均一的密 度分布进行调整，以使具有较高密度和/或尺寸的淤泥微粒的废水被导 向内弧，在内弧处因为那里的较高加速值占优势，淤泥微粒更剧烈地 与水分离，反之更细的或更轻的淤泥微粒被在外弧中偏转的水拖曳。 因此，能够支持淤泥微粒的快速分离。调整废水流中的不均一的密度 分布的合适的方法，优选为，利用淤泥微粒在离心机内的不同密度特 性的分离方法。这种方法一个实例在DE 39 43 416中描述。
根据一个优选的进一步的改进，泥管相对于容器以纵向滑动的方 式被引导并且可以与其固定，因此入口的位置可以在容器内调节。
一方面，如果泥管及其入口在容器的圆锥部分内移置，这允许调 整引入点处的面积即由泥管形成的入口处的面积和位于该入口外侧并 向容器的内壁延伸的剩余面积之间面积比。在一个优选为旋转对称结 构的容器内，剩余面积为环形区域。
另一方面，纵向可移置性允许改变引入点即泥管的入口处的压力。 为此，泥管优选为以下面方式实现纵向可移置，入口在漏斗形部分之 上沿容器的纵轴在纵向范围内可在纵向上移置。已经证明，仅使用引 入点处的压力来控制泥管内的废水流的流速是有用的。因为根据本发 明的装置特别适用于小型污水处理厂，处理厂的操作人员仅具有极少 的流体工程知识，已证明将泥管的纵向可移置性调整为使得入口不能 被移置于漏斗形部分内是有利的。为此，例如，设置有限定了泥管在 容器内的最低位置的塞(stop)。利用这种简单的措施，通过将入口引 入漏斗形部分，防止了入口相对于剩余面积的面积比改变，这可能导 致对容器内的流和絮凝条件的巨大影响，未经训练的人员无法估计这 种影响的结果。根据ATV(废水技术组织)的相关工作表ATV-A122， 上述意义上的小型污水处理厂为具有50至500人口当量能力的污水处 理厂。
根据本发明的又一优选实施例，该装置包括导向构件，其引导泥 管的纵向可移置运动并且布置在泥管内。在优选地在泥管内侧设置为 杆状构件的该导向构件和泥管的内侧圆周表面之间，设置几个使泥管 以预定方式相对于导向构件固定的间隔构件(spacer element)。设想的 导向构件特别地为具有在径向方向上延伸的多个间隔构件的导向构 件，每个间隔构件允许它们之间在圆周方向上的流道。这些间隔构件 用来引导泥管相对于导向构件的移置运动并且使两者都在预定径向位 置上相互固定。通过适当地硬化和/或将导向构件安装在装置上，可以 放弃容器内部用于泥管的其它支持措施。泥管以消振(vibration-free) 方式固定在容器内且位于预定位置，优选地由导向构件仅在泥管的径 向方向上。间隔构件可以由弹性、减振材料制成以便消减或避免由流 动条件引起的泥管在容器内的振动。
根据本发明的优选实施例，引导泥管的移置运动的导向构件被设 计为导向管，其下端延伸到漏斗形部分的下部内，在此，特别地，除 了布置在容器外侧和/或其上的另一支架(support)之外，可以设置用 于导向构件的相对于容器的又一支架，其能够以高精度将导向构件固 定在容器内的预定纵向范围内。此外，作为导向管的导向构件的结构 使得通过鼓入空气和/或引入水，能够将不能去除的淤泥微粒的变硬沉 淀物经由去除开口在漏斗形部分的下端分离。为了在容器的下部内支 持导向管，导向管导向装置应当置于容器的下部内，其支撑在容器的 内壁上，但同时允许淤泥微粒穿过其间进入置于下面的容器的一部分 内便于经由去除开口的去除。
最后但并非最不重要，根据本发明又一个优选实施例提出的对在 引入点处的流速和/或流向的调整是，相对于泥管以纵向可移置的方式 布置折流板。这种构造通过支持折流板并且相对于容器和泥管在纵向 上可移置的导向构件而有效地实现。此外，导向构件应当相对于泥管 可固定以便使折流板曾经建立的操作位置相对于入口固定。当然，在 容器外侧应当设置刻度，折流板曾经建立的操作位置依靠刻度可以相 对于入口重新进行调整。
在漏斗形部分的下端，优选地设置有包含有去除开口的贮存器 (reservoir)，其保留已分离的淤泥微粒。特别是在通过去除开口分批 去除的情况下，这些可以临时存储在贮存器内。为了控制去除过程， 优选地为贮存器分配探针(probe)，其用来确定分离的淤泥微粒的量。 例如，该探针可以是确定位于贮存器内的淤泥的光密度的探针。
最后但并非最不重要，因为导向构件，能够给容器提供平滑连续 的容器内壁。这意味着没有用于泥管的固定器和/或支架设置在泥管和 围绕着泥管的容器内壁之间。因此，不断增加的没有淤泥微粒的且在 容器中的上升的废水流可以在容器内无阻碍地上升，如果流一律为层 状并不被打扰，其以最佳可能的方式分离其它的细淤泥微粒。不能排 除的是，由于表面效应，极细的胶状微粒由该上升流拖曳着，其粘着 到容器的内壁。因此，本发明进一步提出在容器内壁的上端设置向内 突出的环，其防止在发生溢出时这些极细的淤泥微粒被向上流动的水 带出容器。优选地，溢出流以已知的方式在容器内壁的整个圆周上包 括在该点处可渗透的通向环道的过滤器，环道围绕着过滤器并且通向 用于无淤泥微粒的水的排出管。
折流板优选地形成为具有凸起表面的球体。在其下端，为了使在 入口区域内的下落的废水流水平地偏转，泥管可以成圆锥形地加宽。 特别构想的是对泥管的下端进行圆锥形的加宽。优选的是分别为郁金 香形或喇叭形的实施例。在喇叭形实施例的情况下，圆锥形加宽具有 基本连续的或连续地变化的半径，而在郁金香形的情况下，圆锥形加 宽的内圆周表面紧邻着泥管的是第一凸起，然后在管的入口区域内基 本是直的并邻近该凸起。折流板应当具有与其相应的轮廓，具体来说 这意味着，即使对折流板进行了相对于泥管的位置调整，由于折流板 的轮廓和泥管的下端的轮廓，形成了一个不变的或分别随着流方向上 的均一的连续性而改变的流截面，该流截面有利于在折流板处流体从 基本垂直的流偏转为基本水平的流。