专利名称：从流动液体中分离和过滤颗粒以及生物体的设备和方法
技术领域：
本发明涉及从低压的大量流动液体中分离和过滤颗粒以及生物体的设备和方法，其中具有自动回冲自清洁系统，具有水的紫外线处理以及在船舶的压舱水处理系统中使用该装置。
本发明涉及从低压的大量流动液体中分离和过滤颗粒和微生物体的单元，其中具有自动回冲自清洁系统，用于船舶的压舱水处理系统中。
背景技术：
通常，使用分离器去除液体中不同大小和比重的悬浮固体颗粒。其实现是通过液体沿切向进入，建立圆形流动生成旋流，接着进入分离室，比液体重的颗粒受到离心力作用运动到分离室的周边。泥浆在下室中收集，并通过泥浆排出管流出。没有颗粒的液体从分离器的中心流出，并从单元的底部或顶部排出。简单的控制调节清洁液体与泥浆之间的流动平衡，并维持提出泥浆所需的系统压力。
使用过滤器也达到相同的目的，但引起大的压力损失，从而在低压的大量流动液体中使用过滤器装置是困难的。这种情况对于在空间和重量限制严格的船舶上安装时特别突出。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种从低压的大量流动液体中分离和过滤颗粒以及微生物体的装置，从而减小装置的尺寸和重量，并且简化船舶上处理压舱水面临的操作问题。
常规的过滤器需要大的空间才能处理所需的流量需求，另外，由于过多的回冲循环使所需的压舱时间延长。水力旋流器不维护也能很好运行，并且能将某个尺寸和比重以下的颗粒很好地去除，但不能去除生物体，因为生物体的比重接近于水。
本发明在一台装置中同时提供使用水力旋流器的方便性和过滤器的高效性。
为了达到这一目的，本发明提供一种装置，用于从低压的大量液体流动中分离和过滤颗粒以及生物体，其中具有自动回冲自清洁系统，所述装置包括圆锥形或圆柱形入口室，所述入口室具有纵向通过室的中心的上入口/出口管；分离和过滤室，所述分离和过滤室具有连接到所述上回冲入口管的纵向过滤元件；排出室，所述排出室具有连接到位于中心的所述过滤元件的纵向下出口管，纵向下出口管通过流量限制器与分离和过滤室分开；切向液体入口，所述切向液体入口通向所述入口室，形成圆形流动，逐渐向下朝所述分离和过滤室增大，其中液体绕过滤元件旋转，朝周边分离出较大的颗粒，并当颗粒以及生物体跟随主流动朝单元底部的主出口管运动时，过滤出较小的颗粒以及生物体；以及装在主出口管上的反压阀，所述反压阀保证足够的反压，以从泥浆室排出泥浆。
在优选的实施例中，该设备和方法包括UV室，用于对处理过的液体进行处理，以便灭活水生公害物种，包括细菌、微生物体和致病菌。
回冲循环是通过主入口与出口之间的压差启动。当穿过过滤器/分离器室的压差达到预定值(通常30mbar)时，启动回冲，并由可编程逻辑计算机(PLC)控制。
本发明的过滤/分离装置特别适于船上的压舱水系统去除颗粒以及生物体，从而减小压舱箱中的沉降负载并防止水生公害物种的扩散。船使用大流量低压泵，泵室通常在海平面以下，在泥浆排出系统中形成反压。
参考附图，从下面优选实施例的描述中，本发明的其它优点和优选特征将变得清楚，这里给出的优选实施例不是限制性的例子。
这里选择了本发明的优选实施例进行详细描述，以便使本发明所属领域的一般技术人员能容易地理解如何实施本发明，并且本发明的优选实施例图示在附图中。在附图中图1A是根据本发明的过滤器/分离器装置的示意性纵剖视图；图1B包括楔形丝网过滤器表面的透视图和剖视图，其中楔形丝网过滤器用于从大量的低压液体流中过滤较大的颗粒；
图1C是过滤器元件的结构的部分透视图；图1D是具有圆柱室的改进入口室的示意图；图2A是过滤器/分离器装置的示意图，其中使用主液体进行回冲，并且包括UV室，用于灭活处理的液体中的水生公害物种；图2B是过滤器/分离器装置的示意图，其中使用清洁的加压液体进行回冲、并且使用压缩空气进行空气洗涤；图2C是联合使用图2A和2B中的工作组件的示意图；图2D是过滤器/分离器装置的示意图，其中使用装置的上管作为出口管，下管作为回冲管。
具体实施例方式
参看附图的图1A，液体分离器和过滤器装置1的主要组件是入口室3、分离和过滤室4、泥浆室5以及纵向布置的上出口管19、圆柱过滤元件11和下出口管10。
图1A表示过滤器和分离器装置1，其中大量低压液体的入口2沿切向装在圆形入口室3上，入口室3连接到分离和过滤室4。入口室的设计满足尽可能最小的流体流动阻力，并引导抽送的液体13绕纵向上出口管19形成螺旋圆形运动，其中上出口管19经过入口室3的中心。液体13形成圆形旋转流，流入和流出分离和过滤室4，而不形成常规水力旋流器中的旋流。液体13在入口室3中加速(可以是图1A中的圆锥形或图1D中的平行(圆柱)形)，并且增大作用在流动流体和所含颗粒上的离心力。比重高于流体的颗粒沉到圆锥壁3a上，并向下流到分离和过滤室4的入口。这些颗粒顺着内壁向下，经过开口18到达泥浆室5。同时，较小较轻的颗粒跟着液体沿圆柱过滤元件11的外表面运动，圆柱过滤元件11纵向通过分离和过滤室4的中心。
过滤器/分离器单元1同时具有上出口19和下出口10，使安装可以实施，并且为管道布置和安装工作提供较大的灵活性。当使用其中一个出口时，另一个可以根据需要用于回冲。对比图2A和2D。两个出口管19，10都装有可以手动或自动打开或关闭的隔离阀20，21。两个出口上装有控制阀，可以控制和保持单元内的压力，确保从泥浆室5的自动和连续流动。室内的压力必须高于排出的反压。
分离和过滤室以及泥浆室5是由一根两端有法兰的管形成的，并具有流量限制器6，流量限制器是向下朝向泥浆室5的圆锥形，用于减小紊流和回流。分离室4的长度取决于效率和流动容量。增大长度将增加液体停留在室内的时间，使较小的颗粒有足够时间在离心力作用下到达分离室的周边。
泥浆室5通过流量限制器6与管壁之间的开口18接收泥浆状的液体。当到达泥浆室5时，流动形态减少。泥浆通过泥浆阀9排出。泥浆阀9调节流量，内压根据排放的泥浆量调节为主流13的3-10％。
出口管10连接到末端法兰8。出口管22的内部具有用于过滤元件11的连接。
出口管19，10上的控制阀20，21维持分离室4内的恒定压力，并维持泥浆室5内的足够内部压力，保持通过泥浆阀9的稳定流量。
图1B和图1C表示过滤元件11的放大部分，它是由连接在内支架16上的楔形丝的环制成的，内支架16沿过滤元件11的轴向延伸，其中楔形丝之间的开口按照如下规格确定。如图1B所示，较大颗粒被阻挡，较小颗粒通过楔形丝落下。楔形丝网的过滤能力是长度和直径确定。过滤元件围绕内支架16形成以获得机械强度，并使外部的过滤表面光滑。楔形丝17之间的开口是V形的，并且可以在10到500微米之间。比开口17大的颗粒将沿过滤器的表面11a向下朝流量限制器6滑动，而比开口小的颗粒将穿过过滤器。因为楔形丝是V形的，各个开口17向内朝过滤元件的中心扩大，避免颗粒陷在楔形丝之间的缝隙中。过滤元件11的末端可以通过不同固定装置装配到过滤器分离器单元出口管10，19上。
在正常工作时(图2A)，液体从泵32通过第一控制阀22流到过滤器分离器，第一控制阀22控制液体流入单元中，它在正常工作期间是打开的。第二控制阀23控制回冲液体，在正常工作期间是关闭的。第三控制阀24控制处理(清洁)液体的流出，也是一个反压阀，它在正常工作期间部分地关闭，以形成泥浆流动所需的反压。控制阀25调节泥浆的排放。穿过过滤器/分离器单元在P1和P2之间连接的压差变送器将数据传输到PLC，当达到设定的压差极限30mbar时，开始回冲。流量计26和第二流量计27测量主流入管线和泥浆管线的流量。这两个流量传送到PLC，PLC将信号转换成主流量的百分数，并用于调节控制阀25。当预定值(3-10％)被编程在PLC中时，在泥浆管线中保持设定值的流量。
为了回冲和清除过滤网，控制阀22，24在回冲期间是关闭的。第二控制阀23打开，向单元的中心输送未处理的液体，将颗粒朝排出室冲出过滤网。回冲循环设定为预定时间限制，当达到限制时，系统恢复到正常工作。
所有阀都是自动的，并由PLC操纵。
本发明的一个修改的实例示于图2B。在此修改的实施例的正常工作时，液体从泵32流到过滤器分离器，控制液体流入到单元中的第一控制阀22在正常工作期间是打开的。控制回冲液体29和压缩空气31的第五和第六控制阀28，30在正常工作期间是关闭的。控制处理(清洁)液体流出的第三控制阀24也是反压阀，它在正常工作期间部分地关闭，形成泥浆流动所需的反压。控制阀25调节泥浆的排放。穿过过滤器/分离器单元在P1和P2之间连接的压差变送器将数据传输到PLC，当达到预定值(30mbar)时，开始回冲。
为了交替回冲，第一和第三控制阀22，24在回流期间关闭。控制加压的回冲液体罐29的第五控制阀28打开，清洁液体流过单元的中心，将颗粒朝排出室冲出过滤网。控制加压的空气罐31的第六控制阀30在回冲循环的末期打开，以便空气洗涤过滤元件11。回冲循环设定为预定的时间限制，当达到限制时，系统恢复到正常工作。
所有阀都是自动的，并由PLC操纵。
如图2C所示，系统可以设计成包括上述的图2A和2B的实施例。如果原水足够清洁，则可以使用原水进行回冲。另外，可以使用清洁水。
本发明的过滤器分离器可以安装在从垂直位置到水平位置的每个角度，但是推荐朝向排放的角度最小为10度。在水平位置和达到20度的位置时，需要泥浆排放连续流出。从20度位置到垂直位置，根据需要，泥浆排放可以是空的。
过滤器分离器的水力旋流器部分可以用适于应用的任何材料制成。标准的材料是涂有环氧树脂的碳钢、不锈钢、铜镍、GRE(玻璃增强的环氧树脂)和GRP(玻璃纤维增强的聚酯)。推荐玻璃纤维增强的聚丙烯应用于海水。这种材料强度高、重量轻、并能容易地成形为所需的设计。对于将较大的流动系统安装到船舶上，水力旋流器可以制成几个部分，以便容易到达安装区域。其它相关的材料是不锈钢或钛。
开发过滤器分离器以与低压泵一起工作，并且根据过滤速率，用于达到1000m3/h的高流量。过滤器分离器装有反压阀，当安装在海平面以下时，使其保持泥浆排出。通过安装在出口管线上的控制阀，形成稳定的压差，确保从排出室的稳定流量。没有其它的分离器具有装在排放上的这种阀，并对压力损失有较高要求。
在压舱水系统中使用具有UV的过滤器分离器表示在图2A。过滤器分离器将颗粒以及生物体去除到特定微米尺寸，并且UV杀死或灭活压舱水中的生物体、细菌和致病菌。每个微生物体必须吸收将被消灭的特定UV剂量。UV穿过细菌壁，并由DNA吸收，由此破坏其生命并防止繁殖。微杀死UV设计为有效地灭活具有低压降的生物体，满足压舱系统和泵的需求。UV光，当用于波长范围为215-315nm(纳米)时，UV-C频谱引起细菌和微生物体中DNA的不可挽回的损坏。对于损坏DNA的最有利的和高效的波长是253.7nm。
根据本发明的过程，压舱水被压舱泵抽到过滤器分离器，较大的颗粒以及生物体被去除，并且排出到船外，压舱水开始。处理的压舱水流入UV系统，当DNA破坏时，生物体、细菌等被杀死或灭活。压舱水从UV系统分布到船上的不同压舱箱。
当压舱水排入接收口时，水再次抽送通过DV系统，但绕过过滤器分离器，避免泥浆的处理问题。
可以对根据本发明原理实施的设备结构进行不同改变。上述的实施例是用于解释，而不是限制性的。本发明的范围由权利要求限定。
权利要求
1.一种从液体中去除颗粒以及生物体的过滤器分离器设备，所述过滤器分离器设备包括入口室、分离和过滤室以及具有泥浆出口的排出室，这些室连接并一起形成一个液体流动通道；在分离和过滤室内的丝网过滤器、和形成设备出口的至少一个管道，用于使液体流过丝网过滤器；入口室具有切向安装的入口管，以形成流入液体的螺旋圆形运动，随着液体沿所述室流入分离和过滤室，液体在所述螺旋运动中加速，而不形成涡流；由此将颗粒以及生物体在过滤和分离室中从液体中去除，净化掉颗粒以及生物体的液体从出口管排出，未过滤的液体和泥浆通过泥浆出口从所述设备中去除。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括紫外线灯，用于灭活从出口管排出的净化液体中的任何生物体、细菌和致病菌。
3.一种从液体中去除颗粒以及生物体的过滤器分离器设备，包括圆锥形入口室、分离和过滤室以及具有泥浆出口的排出室，这些室沿一公共轴线连接并一起形成一个液体流动通道；沿所述轴线与位于圆锥形入口室内的上出口对齐的入口回冲管、丝网过滤器、和下出口管，丝网过滤器位于分离和过滤室内，下出口管位于排出室内；圆锥形入口室具有切向安装的入口管，以形成流入液体的螺旋圆形运动，随着液体沿所述圆锥形室流入并通过分离和过滤室，液体在所述螺旋运动中加速，而不形成涡流；由此比重大于液体比重的颗粒以及生物体由液体携带通过分离和过滤室进入排出室到达泥浆出口，而比重接近液体比重的颗粒以及生物体通过过滤丝网时从液体中过滤掉，从而根据安装构思使净化掉颗粒以及生物体的液体从上和下出口管中的一个排出。
4.如权利要求3所述的过滤器和分离器设备，其特征在于，上和下出口管都装有出口控制阀，用于控制液体从设备的流出；提供液体的回冲以清洗过滤丝网；以及保持泥浆出口处的排出压头。
5.如权利要求3所述的过滤器和分离器设备，其特征在于，在过滤和分离室与排出室之间设置流量限制器，以减小液体的紊流和回流。
6.如权利要求3所述的设备，其特征在于，还包括紫外线灯，用于灭活从出口管排出的净化液体中的任何生物体、细菌和致病菌。
7.一种从液体中去除颗粒以及生物体的过滤器分离器系统，包括泵和通常打开的第一控制阀，所述第一控制阀控制流体向系统的流入；入口室、分离和过滤室以及具有泥浆出口的排出室，这些室连接并一起形成一个液体流动通道；位于分离和过滤室内的丝网过滤器、以及第一和第二管，所述第一和第二管形成系统的出口，使液体流过丝网过滤器；入口室具有切向安装的入口管，以形成流入液体的螺旋圆形运动，随着液体沿所述室流入分离和过滤室，液体在所述螺旋运动中加速，而不形成涡流；通常关闭的第二控制阀，当打开时，使流入的流体通过所述出口管中的一个，以便回冲丝网过滤器；在所述出口管的另一个上的第三控制阀，用于维持系统上的反压；调节泥浆排放的第四控制阀；由此将颗粒以及生物体在过滤和分离室中从液体中去除，净化掉颗粒以及生物体的液体从出口管排出，未过滤的液体和泥浆通过泥浆出口从所述设备中去除。
8.如权利要求7所述的过滤器和分离器系统，其特征在于，还包括位于泵出口的第一流量计和位于泥浆出口的第二流量计，用于调节通过系统的流量。
9.一种从液体中去除颗粒以及生物体的过滤器分离器系统，包括泵和通常打开的入口控制阀，所述入口控制阀控制流体向系统的流入；入口室、分离和过滤室以及具有泥浆出口的排出室，这些室连接并一起形成一个液体流动通道；位于分离和过滤室内的丝网过滤器、以及第一和第二管，所述第一和第二管形成系统的出口，使液体流过丝网过滤器；入口室具有切向安装的入口管，以形成流入液体的螺旋圆形运动，随着液体沿所述室流入分离和过滤室，液体在所述螺旋运动中加速，而不形成涡流；连接到所述入口回冲管之一的蓄水箱和控制阀，用于水回冲过滤器分离器；连接到所述出口管之一的储气罐和控制阀，用于空气洗涤过滤器分离器；在出口管上的反压控制阀，用于维持系统上的反压；用于调节泥浆排放的泥浆控制阀；由此将颗粒以及生物体在过滤和分离室中从液体中去除，净化掉颗粒以及生物体的液体从出口管排出，未过滤的液体和泥浆通过泥浆出口从所述设备中去除。
10.如权利要求9所述的过滤器和分离器系统，其特征在于，还包括位于泵出口的第一流量计和位于泥浆出口的第二流量计，用于监视和调节通过系统的流量。
11.一种从液体中去除颗粒以及生物体的过滤器分离器系统，包括泵和通常打开的入口控制阀，所述入口控制阀控制流体向系统的流入；入口室、分离和过滤室以及具有泥浆出口的排出室，这些室连接并一起形成一个液体流动通道；位于分离和过滤室内的丝网过滤器、以及第一和第二管，所述第一和第二管形成系统的入口和出口，使液体流过丝网过滤器；入口室具有切向安装的入口管，以形成流入液体的螺旋圆形运动，随着液体沿所述室流入分离和过滤室，液体在所述螺旋运动中加速，而不形成涡流；通常关闭的入口控制阀，当打开时，使流入的流体通过所述出口管中的一个，以便回冲丝网过滤器；连接到所述入口回冲管之一的蓄水箱和控制阀，用于水回冲过滤器分离器；连接到所述出口管之一的储气罐和控制阀，用于空气洗涤过滤器分离器；在所述出口管中的另一个上的反压控制阀，用于维持系统上的反压；用于调节泥浆排放的泥浆控制阀；由此将颗粒以及生物体在过滤和分离室中从液体中去除，净化掉颗粒以及生物体的液体从出口管排出，未过滤的液体和泥浆通过泥浆出口从所述设备中去除。
12.如权利要求11所述的过滤器和分离器系统，其特征在于，还包括位于泵出口的第一流量计和位于泥浆出口的第二流量计，用于监视和调节通过系统的流量。
13.一种从液体中去除颗粒以及生物体的方法，包括如下步骤建立低压的液体流；将液体流引导成螺旋圆形运动，而不形成涡流；将螺旋圆形运动的液体加速，以分离比重大于液体比重的颗粒以及生物体；使液体流经过过滤器，过滤出比重接近液体比重的颗粒以及生物体；将分离和过滤的颗粒以及生物体与一部分液体作为泥浆排出；以及排出不含分离和过滤的颗粒以及生物体的其余液体。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括清洗过滤器的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括通过液体回冲清洗过滤器的步骤。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括通过空气回冲清洗过滤器的步骤。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括维持流体流上的反压的步骤。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括如下步骤计量建立的液体流；计量泥浆的排放；以及使用计量值的比控制液体流的量。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括使排出的液体经受紫外线灯的作用，以灭活液体中的任何生物体、细菌和致病菌。
20.一种从液体中去除颗粒以及生物体的方法，包括如下步骤建立低压的液体流入流；将液体流引导成螺旋圆形运动，而不形成涡流；将螺旋圆形运动的液体加速，以分离比重大于液体比重的颗粒以及生物体；使液体流经过过滤器，过滤出比重接近液体比重的颗粒以及生物体；将具有分离和过滤的颗粒以及生物体与一部分液体的泥浆收集在一个室中；调节泥浆室的内部压力，使泥浆流量达到主流量的10％；排出不含分离和过滤的颗粒以及生物体的其余液体；以及使排出的液体经受波长为215-315nm的紫外线灯作用，以灭活流体中的任何生物体、细菌和致病菌。
全文摘要
一种从低压大流量流动的液体中分离和过滤颗粒以及生物体的装置(1)。装置(1)包括圆锥形或圆柱形入口室(3)，使液体沿切向流入，形成圆形流动，而不形成涡流，液体在分离和过滤室(14)中加速，液体在室(14)中绕室(14)中心纵向布置的过滤元件(11)旋转，离心力将较大和较重的颗粒朝分离和过滤室(14)的周边分离出来，当液体流过过滤元件壁进入过滤元件中心并从单元的一个纵向出口流出时，将比重接近液体比重的较小颗粒过滤出来。紫外线灯必然地杀死处理的压舱水中含有的细菌、微生物体和致病菌，并可以作为该系统的一部分。
文档编号B63J4/00GK1622919SQ02828497
公开日2005年6月1日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年1月9日
发明者比吉尔·尼尔森, 哈尔沃·尼尔森 申请人:比吉尔·尼尔森, 哈尔沃·尼尔森