一种气浮旋分过滤一体化系统.pdf

本发明公开了一种气浮旋分过滤一体化系统净化海水方法，它由布气装置、旋分分离装置、过滤装置和过滤装置的反冲洗装置构成，所述布气装置是在旋流器的外层器壁有充气口，在内层有微孔管；过滤装置的滤网筒的内外设有反冲洗进水管和污水引出管。且可在滤网筒内外设压力传感器，在反冲水进入口和污水出口设置电磁阀与之对应，形成可负压自动反冲洗的过滤装置。本发明的优点是在线清洗效果好，处理量大，可广泛使用于船舶压载水清洗和和各种预处理工业用水。

1.  一种气浮旋分过滤一体化系统，其特征在于：包括一旋流器，该旋流器的筒体自上而下分为三段，
下段为具有下端底流口的底流筒(A)；
在底流筒上面连接中段气浮筒(B)，其包括在内的微孔管(11)与所述底流筒密封连接，一充气筒(12)套设在该微孔管(11)外面密封固定，在该微孔管和充气筒之间形成密封的环形空间(13)，在充气筒上设有布气孔(14)，该微孔管的管壁上布设有微孔使得所述环形空间与微孔管内部连通；
上段为进料筒(C)，在该进料筒侧壁上设有切向进水口(25)，其下端与所述气浮筒中的微孔管(11)密封连接，上端设置上端盖(21)封闭筒口，在上端盖的中心上设有溢流口，在该溢流口插设套管式溢流管；
在所述旋流器的上端盖上设置自下而上设置两个相互隔绝的腔室，一个在上的轻相引出腔室(40)，一个在下的过滤及液相引出腔室(30)，
所述在上的轻相引出腔室的上端设置轻相排出口(42)，腔室内设置一轻相排出管(41)，其上端连通所述轻相排出口，该轻相排出管密封地穿过在下的腔室且其下端与旋流器中的所述套管式溢流管中的内管密封连接；
在下的过滤及液相引出腔室中固定有一个一端敞口的滤网筒(35)，该滤网筒的敞口端与旋流器中的所述套管式溢流管中的外管密封连接，在该在下的腔室的侧壁上设有液相排出口(32)；
还包括一套滤网筒反冲洗装置，其包括一反冲水引入装置和反冲洗污水引出装置，
该反冲水引入装置包括一与所述在下的过滤及液相引出腔室相对隔绝的反冲水引入腔室，其上设有一反冲水引入口，一反冲水引入管的一端与所述反冲水引入口连通，其密封地穿入该过滤及液相引出腔室，该反冲水引入管的另一端为反冲水出口，置于所述滤网筒的外侧；
该反冲洗污水引出装置包括一与所述在下的过滤及液相引出腔室相对隔绝的反冲洗污水排出腔室，其上设有一污水排出口，一污水排出管的一端与所述污水排出口连通，其密封地穿入该过滤及液相引出腔室，置于所述滤网筒内部，该污水排出管的另一端为污水吸入口。

2.  根据权利要求1所述的气浮旋分过滤一体化系统，其特征在于：该反冲水引入腔室(51)设置在过滤及液相引出腔室(30)上面，该反冲洗污水排出腔室(54)置于反冲水引入腔室(51)的上面，所述轻相引出腔室(40)置于该反冲洗污水排出腔室(54)上面，所述污水排出管(56)密封地套设在所述轻相排出管(41)上，从所述反冲洗污水排出腔室(54)经所述反冲水引入腔室(51)进入所述过滤及液相引出腔室(30)，再进入所述滤网筒(35)内部与若干个接管(57)连接；在所述反冲洗污水排出腔室(54)中的所述反冲水引入管(53)上设有出口，而反冲水引入管(53)在反冲水引入腔室(51)中经过的污水排出管(56)的管壁上开孔插入，其在过滤及液相引出腔室(30)内经过的污水排出管(56)的管壁上穿出，设置在滤网筒外面，喷口朝向滤网筒壁；该污水排出管(56)和该反冲水引入管(53)一体固连并与与轻相排出管(41)套接。

3.  根据权利要求2所述的气浮旋分过滤一体化系统，其特征在于：与所述轻相排出管(41)套设的该污水排出管(56)和该反冲水引入管(53)可相对于所述轻相排出管(41)轴线滑动且密封地连接在所述轻相引出腔室(40)和所述反冲洗污水排出腔室(54)之间的隔板、所述反冲洗污水排出腔室(54)和所述反冲水引入腔室(51)之间的隔板和上端盖(21)上，在所述轻相排出管(41)上套设一复位弹簧(59)，其一端抵在所述轻相引出腔室(40)和所述反冲洗污水排出腔室(54)之间的隔板上，另一端抵在所述污水排出管(56)的上端凸缘上；在所述污水排出管(56)的位于所述反冲洗污水排出腔室(54)中的一端外壁上固设一液动转子(60)，其中设有旋流排污室与污水排出管(56)相连通，其上设有至少两个排污口(601)，该两个排污孔(601)的孔口的方向在圆周方向上为切向孔口，且孔口朝下。

4.  根据权利要求1或3所述的气浮旋分过滤一体化系统，其特征在于：在所述滤网筒(35)的内外两侧分别安装一压力传感器，两者通过压差变送器联通，在所述反冲水引入腔室(51)上的所述污水排出口(55)安装一电磁阀，所述反冲水引入腔室(51)上的所述反冲水引入口(52)上安装一电磁阀或在输入反冲洗水的水泵上电磁阀，并分别与压差变送器相连接。

5.  根据权利要求4所述的气浮旋分过滤一体化系统，其特征在于：所述旋流器的所述切向进水口(25)上或其上连接的海水输送装置上也设有电磁阀。

6.  根据权利要求1至4之一所述的气浮旋分过滤一体化系统，其特征在于：所述反冲水出口与所述污水吸入口在所述滤网筒的滤网两侧相对设置。

一种气浮旋分过滤一体化系统
技术领域
本发明涉及一种分离设备，是一种在旋流分离和过滤分离工艺过程中使用的设备，尤其是一种能够将原料中与液体密度比较相近物质从液体中分离出来的气浮旋分过滤一体化系统，其尤其适于对海水进行处理，是一种可以在线实施海水净化技术，适用于船舶压载水清洗和各种预处理工业用水。
背景技术
在液体分离技术中，常见的分离有过滤分离和旋流分离两种。现有技术中对需要同时使用这两种分离过程的分离工艺都是将液体顺序通过旋流器和过滤器，这样的分离系统使用不方便，效率也较低。
近年来，通过远洋船舶压载水造成外来生物的入侵问题引起了全球高度关注。全球90％的外贸货物通过船舶运输，每年约100亿吨压载水通过8.5万艘船舶在全世界范围转移，每天超过3000种海洋生物随压载水在全球范围内传播，破坏海洋生物的多样性、近岸和沿海的生态系统，影响甚至威胁当地物种的生存，造成当地水体污染，以至于危害到当地居民的健康。船舶压载水已成为有害生物传播的最主要祸源，由船舶压载水造成的外来生物入侵被一再证实对经济、生态和人类健康造成负面影响。为了有效避免到港船舶排出的压载水携带异地、深海等处的例如海藻类的生物污染沿岸海水，需要对于压载水进行生物分离，只将海水排入海里，而其中的生物都分离出来，目前，所使用的分离设备通常是单一的水过滤器，而这种过滤器分离效率较低，同时要分离海水中的藻类通常较多，过滤器需要频繁地进行反冲洗，这样，分离过程就是间歇的，处理一艘船舶中的压载水需要相当长的时间，因此，现有分离设备不能有效的实现海水净化，无法达到国际海事组织的指标要求。按照常规设计思路，为了提高分离程度和分离效率，可以将几种分离手段结合使用，例如将旋流分离和过滤分离组合起来。但是，这样几种设备串联使用，使得设备占据空间很大，无法适应压载水分离。寻找一种切实有效的净化设备是当前迫在眉睫的难题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种气浮旋分过滤一体化系统，它将气浮、旋分和过滤三种分离操作单元有机地结合起来，从而达到净化例如海水等液体的目的。提供一种可以保证很高的分离程度和分离效率、且结构紧凑、占据空间合理的气浮旋分过滤一体化系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的气浮旋分过滤一体化系统包括一旋流器，该旋流器的筒体自上而下分为三段，
下段为具有下端底流口的底流筒；
在底流筒上面连接中段气浮筒，其包括在内的微孔管与底流筒密封连接，一充气筒套设在微孔管外面密封固定，在微孔管和充气筒之间形成密封的环形空间，在充气筒上设有布气孔，该微孔管的管壁上布设有微孔使得所述环形空间与微孔管内部连通；
上段为进料筒，在该进料筒侧壁上设有切向进水口，其下端与所述气浮筒中的微孔管密封连接，上端设置上端盖封闭筒口，在上端盖的中心上设有溢流口，在该溢流口插设套管式溢流管；
在所述旋流器的上端盖上自下而上设置两个相互隔绝的腔室，一个在上的轻相引出腔室，一个在下的过滤及液相引出腔室，
在下的过滤及液相引出腔室中固定有一个一端敞口的滤网筒，该滤网筒的敞口端与旋流器中的所述套管式溢流管中的外管密封连接，在该在下的腔室的侧壁上设有液相排出口；
所述在上的轻相引出腔室的上端设置轻相排出口，腔室内设置一轻相排出管，其上端连通所述轻相排出口，该轻相排出管密封地穿过在下的腔室以及所述滤网筒且其下端与旋流器中的所述套管式溢流管中的内管密封连接；
还包括一套滤网筒反冲洗装置，其包括一反冲水引入装置和反冲洗污水引出装置，
该反冲水引入装置包括一与所述在下的过滤及液相引出腔室相对隔绝的反冲水引入腔室，其上设有一反冲水引入口，一反冲水引入管的一端与所述反冲水引入口连通，其密封地穿入该过滤及液相引出腔室，该反冲水引入管的另一端为反冲水出口，置于所述滤网筒的外侧；
该反冲洗污水引出装置包括一与所述在下的过滤及液相引出腔室相对隔绝的反冲洗污水排出腔室，其上设有一污水排出口，一污水排出管的一端与所述污水排出口连通，其密封地穿入该过滤及液相引出腔室，置于所述滤网筒内部，该污水排出管设于滤网筒内部的另一端为污水吸入口。
所述反冲水出口与所述污水吸入口在所述滤网筒的滤网两侧相对设置。
本发明提供的气浮旋分过滤一体化系统，采用气浮旋分过滤一体化技术，保证对原液例如海水的净化效果；本发明结构紧凑，设备所需的动力消耗较少，操作维护费用低，故经济效益高。这种在进水管路中产生微小气泡，使气浮、旋分和过滤三种分离单元过程有机集成为一体化系统可以用于净化各种工业用水，尤其是在海水净化、处理船舶压载水的应用属国际首创。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明提供的气浮旋分过滤一体化系统的结构示意图；
图2为图1所示的气浮旋分过滤一体化系统中旋分器的结构示意图；
图3为图1所示的气浮旋分过滤一体化系统中轻相引出腔室和过滤及液相引出腔室的一种结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的气浮旋分过滤一体化系统包括一旋流器，该旋流器的筒体自上而下分为三段，
下段为具有下端底流口的底流筒A；其为一锥形筒，其下端设有底流口01，该底流口01上设有阀门。
在底流筒A上面连接中段气浮筒B，其包括在内的微孔管11与底流筒A密封连接，一充气筒12套设在微孔管外面密封固定，在微孔管11和充气筒12之间形成密封的环形空间13，在充气筒12上设有布气孔14，该金属微孔管11的管壁上布设有微孔使得所述环形空间13与微孔管11内部连通；
上段为进料筒C，在该进料筒C侧壁上设有切向进水口25，进料筒C下端与气浮筒B中的微孔管11密封连接，上端设置上端盖21(同时参见图2)封闭筒口，在上端盖的中心上设有溢流口，在该溢流口插设套管式溢流管，其包括内层的轻相溢流管23和外层的液相溢流管24。
在旋流器的上端盖上设置一过滤及液相引出腔室30，在过滤及液相引出腔室30中固定有一个一端敞口的滤网筒35，该滤网筒35的敞口端与旋流器中的所述套管式溢流管中的外层的液相溢流管24密封连接，在过滤及液相引出腔室30的侧壁上设有液相排出口32；
在内层的轻相溢流管23上连接一轻相排出管41，其密封地穿过过滤及液相引出腔室30及其中的滤网筒35，进入在上的一个轻相引出腔室40，轻相引出腔室40的上端设置轻相排出口42。
用上述使气浮、旋分和过滤三种分离单元过程有机集成为一体的气浮旋分过滤一体化系统处理含有海藻的船舶压载水时可以这样操作：将海水泵送，以一定的速度经切向进水口25入进料筒C，形成旋流场，海水中密度大的颗粒在旋流场的作用下聚集到底流筒A的下端，当打开底流口01时可以排出，实现了海水中砂石等重相的分离，同时通过压缩机将高压气体通过布气孔14送入微孔管11和充气筒12之间形成密封的环形空间13，然后，再通过微孔管11产生大小、数量可控的气泡而进入旋流器内，该气泡与在旋流器中进行旋流运动的液体相接触，可以使得其中与水的比重很相近的藻类粘附在气泡上，使之密度变轻。经过旋流，海水中经气泡浮选而粘附在气泡上较轻的藻类在气液旋流场的作用下可以经轻相溢流管23上升而进入轻相排出管41，最后从轻相排出口42排出。密度较大海水的水相在旋流场的作用下经外层的液相溢流管24进入过滤装置的滤网筒35，经过滤网筒35过滤后从过滤及液相引出腔室30的侧壁上设有液相排出口32流出。
通过控制从充气筒12的布气孔14输入的高压气体的进气和进料筒C侧壁上的切向进水口25进水之间的压差以及通过控制气、水流量比，可以使得产生的气泡数量和大小适当，从而使尽可能多的藻类与气泡粘附而从液相中分离出来。
经过一段时间的分离操作，过滤网筒的内壁上会附着滤饼，为了能够及时清除滤饼，保持过滤效率，本系统中还设有清除滤网筒35内壁上滤渣的滤网筒反冲装置。
该滤网筒反冲洗装置，包括一反冲水引入装置和反冲洗污水引出装置，
该反冲水引入装置包括一与所述在下的过滤及液相引出腔室相对隔绝的反冲水引入腔室，在如图1所示的实施例中，该反冲水引入腔室51设置在过滤及液相引出腔室30上面，在其中有轻相排出管41密封地穿过。在反冲水引入腔室51的侧壁上设有一反冲水引入口52，一反冲水引入管53的一端与所述反冲水引入口52连通，其密封地穿入该过滤及液相引出腔室30，该反冲水引入管53的另一端为反冲水出口，置于滤网筒35的外侧；该反冲洗污水引出装置包括一与所述过滤及液相引出腔室30相对隔绝的反冲洗污水排出腔室54，在如图1所示的实施例中，该反冲洗污水排出腔室54置于反冲水引入腔室51的上面，其上设有一污水排出口55，一污水排出管56的一端与污水排出口55连通，其密封地穿入该过滤及液相引出腔室30和滤网筒35，置于滤网筒35内部，该污水排出管56的另一端为对准滤网筒35内壁的污水吸入口。为了对于滤网筒上下的滤饼都有较好的清除能力，可以在污水排出管56上开设若干开口，连接接管57，接管的端头即污水吸入口，其分布在滤网筒上下几个高度上，并在滤网筒的圆周上分布有若干个。与之对应地，反冲水出口也是在所述高度上和圆周上设置若干个与污水吸入口一一对应为佳。
在图1的实施例中，为了结构安排更加紧凑，所述反冲水引入腔室51在下、反冲洗污水排出腔室54在下地排布在过滤及液相引出腔室30和轻相排出腔室40之间，且彼此对正。该污水排出管56密封地套设在轻相排出管41上，从反冲洗污水排出腔室54经反冲水引入腔室51进入过滤及液相引出腔室30，再进入滤网筒35内部与若干个接管57连接。在反冲水引入腔室51中经过的污水排出管56上设有开口，反冲水引入管53从该开口插入污水排出管56中密封地在管中下行，并从在过滤及液相引出腔室30内滤网筒35外面经过的污水排出管56的管壁开口中密封地穿出，设置在滤网筒外面，喷口朝向滤网筒壁。这样，该污水排出管56和该反冲水引入管53一体固连并与轻相排出管41套接。
在位于滤网筒35内的该污水排出管56的轴向上的接管57和在相对于滤网筒的圆周方向的数量不可能设置过多、过密，但是，这样可能会导致滤网筒上滤渣清除不彻底的问题出现，为了解决这样的矛盾，可以使得该连接管57能够在圆周方向上可以转动，在轴向可以上下移动。该功能可以通过下列结构实现；
与轻相排出管41套设的该污水排出管56和该反冲水引入管53可相对于轻相排出管41轴线滑动且密封地连接在轻相引出腔室40和反冲洗污水排出腔室54之间的隔板、反冲洗污水排出腔室54和反冲水引入腔室51之间的隔板以及上端盖21上，在轻相排出管41上套设一复位弹簧59，其一端抵在轻相引出腔室40和反冲洗污水排出腔室54之间的隔板上，另一端抵在污水排出管56的上端凸缘上。在污水排出管56的位于反冲洗污水排出腔室54中的一端外壁上固设一液动转子60，其中设有旋流排污室与污水排出管56相连通，其上设有至少两个排污口601，该两个排污孔601的孔口的方向在圆周方向上为切向孔口，且孔口朝下，使得排污孔排出的污水给污水排出管56一个向上的和一个圆周方向的反作用力，使该污水排出管56可在圆周方向转动，且可向上窜动一段，压缩复位弹簧59，在复位弹簧59的作用下，污水排出管56在轴向上复位。由此，随着污水不断从排污口排出，该污水排出管56则相对于轻相排出管41转动和轴向上下窜动，使得该反冲水引入管53上的出水口和污水排出管56上的接管57相对于滤网筒转动和上下位移，将滤网筒的滤网上的滤渣清除干净。
在反冲水引入腔室51上的反冲水引入口52的接管上和反冲洗污水排出腔室54上的污水排出口55的接管上各安装一电磁阀，在所述滤网筒35的内外两侧分别安装一压力传感器，两者通过压差变送器联通。
在输入反冲洗水的水泵上也可以电磁阀，并分别与压差变送器相连接。
所述压力传感器输出的控制信号经常规的放大、比较电路处理后，通过压差变送器与各电磁阀的控制端相连接，控制其动作。
海水经旋流器的切向入水口进入旋分器的同时，高压气体经金属微孔管进入充气筒，海水中密度大的颗粒在旋流场的作用下由底流口排出，被气泡粘附的藻类等杂质经轻相排出管41从轻相排出口42排出；含有其它杂质的液相在气液旋流场的作用下进入负压反冲洗全自动过滤器，即通过液相溢流管24进入过滤及液相引出腔室30中的滤网筒内部，杂质被滤网截住，液体穿出滤网从液相排出口32排出。当滤网筒的滤网上积累一定厚度的滤饼后，滤网筒内外的压差会增加，当烧结金属丝网制的滤网筒滤网上的杂质的厚度达到一定程度，压差达到预设值时，即可启动该电磁阀，反冲水引入口52和污水排出口55打开，污水排出管56在压差的作用下通过接管57负压抽吸滤网上的滤渣，同时，反冲水经反冲水引入管53从其上的出口喷向滤网筒而清洗滤网，与负压吸咀一一同步对应，使得污水源源不断从污水排出口55排出。当滤网上滤渣清除，两边压差减小到设定值时，通过压差变送器使得电磁阀动作，关闭反冲水引入口52和污水排出口55，反冲洗过程结束。在反冲洗过程中，分离海水的过程可以不停下来，在不中断本设备正常运行的前提下，只是借助一小部分反冲水，对滤网进行高压反冲洗，反冲洗水透过滤网，连同从滤网上剥离下来的滤渣被迅速排入污水排出管56，送至反冲洗污水排出腔室54，最后从污水排出口55排出。
使过滤网筒的内外壁之间形成压差，压差达到预设值时，控制系统控制各组成部分对过滤网进行在线清洗，清洗时，吸咀和反冲洗管两者保持一一同步对应，高压水经反冲洗管对过滤网(15)进行反向清洗，从过滤网筒上剥离下来的滤饼在局部负压的作用下由吸咀经排污管道从反冲洗排污口排出，该过程中，驱动装置为液动转子，复位装置为复位弹簧，两者满足吸咀和反冲洗管的轴向往复运动和周向旋转运动，实现对过滤网的全面清洗，清洗完成后，控制系统控制各组成部分复位，直到下一次过滤网的清洗，完成一个操作循环。在液压转子的作用下反冲洗装置可以清洗整个滤网，经过气浮旋分过滤，最终实现海水的净化。
本发明提供的气浮旋分过滤一体化系统具有气浮除藻、旋分分离、在线自清洗过滤功能的，采用高压布气、气液混合除藻、高压反冲洗和吸咀扫描实现海水的大容量在线清洗。因此，可以高效彻底分离水中杂质。另外，本发明还提供的结构布置非常紧凑合理的一体化系统，使得本系统可以方便地应用于船舶压载水的净化处理中。采用本发明提供的气浮旋分过滤一体化技术处理船舶压载水属国际首创；其可不受水质影响和制约，具有普遍的适用性；对船舶压载水处理效果显著，可实现大容量在线清洗过程，在同等水质的工况下，气浮旋分过滤一体化系统能够在更高的过滤精度下正常工作。本发明提供的系统也可以用于其他工业用水的预处理中，并有很好的效果。