用于对液流进行处理的凝结/絮凝装置、和实施方法与流程

本发明涉及一种允许实施凝结/絮凝的装置，所述凝结/絮凝先于通过浮选或通过过滤或通过半透膜进行的物理分离阶段，以对水进行澄清(去除微粒或悬浮胶体)。本发明更为特别地适于浮选澄清，其不要求实施与倾析所要求的絮凝物同样稠密和粗大的絮凝物(微粒集料)。应用领域在于地表水、地下水、海水、污水和工业水、雨水、和通常是适于浮选甚至适于过滤或适于半透膜分离——要求与浮选相同的絮凝物属性——的各类水或液态悬浮液的澄清领域。

背景技术：
这类装置是为人已知的，特别是根据以DEGREMONT公司名义提交申请的法国专利文献FR2835247或专利文献EP1483210B1。为了对水进行澄清，需要形成絮凝物或中和的微粒或胶体集料。该絮凝物从而可或者借助于其倾析速度通过倾析、或者在其上载有微泡后借助于其浮升速度通过浮选从液相进行分离。对于本领域的技术人员而言，浮选留用于略微污染的水，通常具有小于30NTU或30g/m3的悬浮物质的污染物。为了形成絮凝物，需要实施凝结继而絮凝。凝结包括添加反应物，凝结剂(通常是三价阳离子)，特别是铁盐或铝盐，允许在水中存在的胶体微粒的失稳和这些微粒的所有负电荷的中和。在该步骤的过程中，所中和的微粒开始聚集以形成微絮凝物。这些微絮凝物对于倾析而言过小且对于钩破微泡而言同样过小。在凝结后进行的絮凝是这样一步骤，所述步骤用于使絮凝物变大。在该步骤时，经常注入一种助絮凝剂(聚合物，通常是合成聚合物)以使絮凝物变大和变密。这种聚合物注入对于倾析器而言是准系统性的和在某些具体条件中对于浮选器是准系统性的。对于通过倾析在物理上与水分离，絮凝物应是稠密的和优选地尺寸较大。相反地，对于通过浮选进行分离，只需使得所述絮凝物良好形成：絮凝物应是轻质的和尺寸可大可小。对于在用于倾析和浮选的相同类型的反应器中的几乎所有情形，实施凝结/絮凝工序。为了进行倾析，一般地使用：－凝结器，停留时间接近1分钟，体积能量高(50W/m3－200W/m3)，－1步骤式或2步骤式(有时3步骤式)絮凝器，通过具有强轴向分量的和具有相对慢的速度的螺旋桨进行搅动，总体停留时间在15分钟－30分钟之间。更为精密的某些絮凝器通过加罩式螺旋桨进行搅动和/或配有天然压载物(料浆)或附加压载物(石碴或沙)的再循环。在后一情形中，停留时间会更少：6分钟－12分钟。为了获得具有允许减小倾析区域截面的高倾析速度的絮凝物，在絮凝器的头部注入聚合物。在出现合成聚合物之前，在具有非常慢的速度的倾析器之前，使用称所谓静态的絮凝器，即无搅动的絮凝器(具有导流器或具有导流板的水池)。确切地说倾析器可是静态的或配有层板，以减小倾析截面。所倾析的料浆通过底部经过或不经过刮刀或漏斗排出，而所澄清的水在表面排出。对于浮选而言，在大部分情形中存在相同的凝结器/絮凝器：－凝结器，停留时间通常小于或等于1分钟，体积能量高(50-200W/m3)。－1步骤式或2步骤式絮凝器，通过具有强轴向分量的和具有相对慢的速度，甚至非常慢的螺旋桨进行搅动，总停留时间在15分钟－30分钟之间。某些更为精密的絮凝器如在倾析器的情形中包括加罩式螺旋桨。在后一情形中，停留时间有时减少和变为：15分钟－20分钟。注入聚合物在浮选方面不是必需的，除了在荷电很多或非常冷的水的情形中。－确切地说浮选器，在其头部絮凝水与气体微泡乳化液混合，气体通常是空气，微泡在絮凝物上留住和使絮凝物上升到絮凝物被收集和排送的表面，而所澄清的水通过浮选装置的底部排出。从而可以看见，凝结/絮凝工序在相同类型的和几乎相同容积的反应器中的几乎所有情形中实施，而无论分离技术是倾析还是浮选。不过对于絮凝物而言所追求的品质并不是相同的。

技术实现要素：
本发明的目的尤其是在于提出一种凝结/絮凝装置，适于除倾析外的一种物理分离类型，特别是通过浮选或通过过滤或通过半透膜进行的分离，这允许缩短凝结/絮凝的总停留时间，对性能进行改良和增加特别是浮选分离的应用领域。根据本发明，一种用于处理各类液体的液流的凝结/絮凝装置，位于物理分离元件的上游，特别是位于浮选器或过滤单元的上游，特别是半透膜过滤单元的上游，所述凝结/絮凝装置包括注入凝结剂的至少一凝结器，该凝结器跟随有絮凝器，凝结器和絮凝器被液流相继地经过，其特征在于：－凝结器包括高能凝结剂注入反应器，该高能凝结剂注入反应器跟随有低能凝结反应器，－高能中间元件布置在低能凝结反应器和絮凝器之间，－和絮凝器是活塞类型的静态絮凝器。活塞类型的静态絮凝器的宽度可与位于下游的物理分离元件的宽度相同。有利地，活塞类型的静态絮凝器是具有导流板的絮凝器。高能凝结剂注入反应器可与凝结反应器分隔开。高能凝结剂注入反应器的能量可在40W/m3－10000W/m3之间。高能凝结剂注入反应器可是列式混合器，体积能量在200W/m3－10000W/m3之间。作为变型，高能凝结剂注入反应器可由至少一槽式反应器组成，以在40W/m3－250W/m3之间的体积能量进行搅动，或优选地由串联的两个槽式反应器组成，以在40W/m3－250W/m3之间的体积能量进行搅动。优选地，低能凝结反应器的体积能量小于10W/m3。有利地，高能中间元件在活塞类型的絮凝器的上部区域中产生大于20W/m3的体积能量，特别是在20W/m3－100W/m3之间的体积能量。高能中间元件可通过溢流堰组成，所述溢流堰的落差高度至少为5cm。一般地，溢流堰的落差高度小于或等于25cm。实际上，活塞类型的絮凝器的体积能量小于1W/m3，优选地小于0.3W/m3。本发明还涉及一种实施如上文所限定的凝结/絮凝装置的实施方法，用于对各类液体的液流进行处理，其特征在于，在低能凝结反应器中的停留时间小于1分钟。在活塞类型的絮凝反应器中的停留时间优选地在2分钟－8分钟之间。在搅动槽式反应器的情形中，在高能凝结剂注入反应器中的停留时间根据要处理的水的类型在2分钟－6分钟之间。因此，为了实施紧凑的和在浮选方面性能良好的一种凝结/絮凝装置，本发明提出对反应器或以下设备进行组合：－高能凝结剂注入反应器，－低能凝结反应器(非搅动式)，－在絮凝器的整个宽度上的高能元件(溢流堰)，－活塞类型的静态絮凝器，其宽度与所澄清的水和料浆源于其的分离器或浮选器的宽度相同。借助于这种元件组合所获得的结果是出人意外的。絮凝的总停留时间(3分钟－8分钟)，和凝结/絮凝的总时间(4分钟－12分钟)相对于传统的凝结/絮凝时间(16分钟－31分钟)而言明显减少。此外，相对于搅动式絮凝(螺旋桨)而言实施活塞式絮凝出人意外地允许对直到200NTU或300NTU的污染的水进行处理，而传统上限值为大约30NTU。附图说明除了上文所展示的布置，本发明包括一定数目的其它布置，在下文将就参照附图所描述的但非限制性的实施例进行阐述，附图中：图1是根据本发明的凝结/絮凝装置的示意性垂直剖视图，该凝结/絮凝装置跟随有一浮选器；图2是图1的组件的示意性俯视图；图3是凝结/絮凝装置的一变型的示意性垂直剖视图，浮选器具有变型；图4是图3的组件的示意性俯视图；和图5是对用于去磷的不同絮凝器的性能进行比较的线图。具体实施方式本发明的凝结/絮凝装置适用于各种类型的浮选器，常规型的或快速型的浮选器。本发明的凝结/絮凝装置优选地适用于矩形截面的浮选器。如在图1和图2上所示，未净化水通过渠道或管路到达凝结剂注入反应器1中。根据应用，凝结剂a或者连续地通过静态混合器(未示出)注入，或者注入高能凝结剂注入反应器1中，在所有情形中都大于40W/m3。在注入高能凝结剂注入反应器中的情形中，此外对于地表水和海水特别地，在该反应器中的停留时间至少等于2分钟。这是对于本发明而言所期望的时间(用于优质浮选水的条件)，而在该阶段中通常实施的时间较短或接近1分钟。优选地，凝结剂注入反应器1处于大于40W/m3的能量下，对于搅动槽式反应器特别是在40W/m3到250W/m3之间，而在列式混合器的情形中在200W/m3到10000W/m3之间。在该反应器的出口，主要的胶体被中和和出现微絮凝物。每单位体积的能量或功率对应由搅动部件所散逸的能量，搅动部件如螺旋桨，安装在反应器中或列式混合器中。凝结中的水到达低能凝结反应器2中，能量优选地小于10W/m3，在其中，微絮凝物继续出现和聚集。目的在于具有这样的微絮凝物：所述微絮凝物开始对于裸眼是可视的。在该反应器2中的停留时间小于1mn。凝结反应器2与凝结剂注入反应器1分隔开，这些反应器特别是以分开的池或槽的形式实施。凝结反应器2组成在凝结剂注入反应器1和活塞絮凝器4之间的传送区域。在反应器2的上部，具有水落差的、高度有利地在5cm到25cm之间的溢流堰3，在活塞絮凝器4的整个宽度上定位。由溢流堰3产生的高能区域——跟随在反应器2的低能区域之后——对于本领域的技术人员而言是出人意外的，本领域的技术人员通常在最大能量凝结反应器后布置递减能量式反应器，以不破坏已形成的絮凝物。出乎意料地，位于低能反应器2下游的溢流堰3允许液力式前移和与跟随其后的活塞絮凝器相关的工艺。作为变型，一穿孔管可替代溢流堰3安装。由溢流堰3所产生的能量(大于20W/m3)将有利地被使用于保证聚合物的混合，如果混合显得是必需的。如果絮凝物脱散，絮凝物在聚合物的作用下重新形成。然而令人惊讶地，可以观察到，即便没有聚合物，溢流堰3不引起劣化，而是相反地对所处理的水的品质进行改善(见在下文所提供的示例2)。提出两种解释。第一种解释在于微絮凝物并不足够粗大而被破坏，而是足够小以获益于这种能量，这增大在该区域中遇到的可能性和从而增加聚集和粗大化的机会。第二种解释在于通过溶解氧测量显出。可以观察到，该溢流堰增大在水中溶解的空气数量。不过地表水经常在氧气方面不饱和，和因此，所注入的用于浮选絮凝物的空气微泡部分地由不饱和水消耗。刚好在浮选前的这种水落差从而通过有效微泡的有效增加而利于澄清。溢流堰3还允许将液流在活塞絮凝器4上的整个宽度上分布。在絮凝器的整个宽度上的良好分布是利于在絮凝器中的活塞式流动的条件。总而言之，溢流堰3允许在活塞絮凝器4的整个宽度上分布液流，允许需要时注入聚合物，而不增加特定反应器，允许使空气溶解，从而使更多的微泡是有效的，和最后在低能反应器2之后，溢流堰3利于微絮凝物的形成。在完美的条件中，所凝结的水保持在上部部分中对活塞絮凝器4进行供给。提请注意的是，絮凝的目的，用于特别是通过浮选进行物理分离，在于使最少的絮凝物粗大化，而不使之变密——如通过倾析所寻求的。根据本发明，设置活塞絮凝器4，活塞絮凝器组成低能反应器，能量小于1W/m3，通常小于0.3W/m3，分配尽可能均匀，以避免短路和以允许所进入的所有絮凝物具有相同的停留时间，以从而在絮凝器出口具有均匀的尺寸。从而是活塞类型的静态絮凝器4的安装允许根据应用和要处理的流出物的温度以非常短的停留时间(3分钟到8分钟)获得非常良好的性能。活塞类型的静态絮凝器4优选地是具有导流板的反应器，由交替的竖直板片体4a和4b组成，平行于溢流堰3和确切地说浮选器5的下部供给区域。板片体沿着反应器的整个宽度延伸。板片体4a的上边部位于水的水平面的上方，而其下边部与防水层隔开，以给液体留出仅仅一下通道。板片体4b延伸到防水层并在距水的水平面以下一距离处停止，以给液体留出仅仅一上通道。这些板片体限制要在由板片体4a和4b所形成的每个槽室4c中连续地实施下降和上升运动的液流。在板片体4a、4b之间的和在上部板片体4a和防水层之间的空间是如，液力速度大于最重的微粒的倾析速度和由在每个槽室4c的防水层上倾析的絮凝物所形成的料浆的剥落速度。自动刮清从而限制在防水层上的淀积。槽室的防水层的向上部成凹形的曲形廓4d进而减少淀积和略微利于活塞式流动。在离开活塞絮凝器4，在下部部分，浮选器5的移近速度非常小且完全均匀。毫无疑问的是：这解释了对在污染的水的处理上所获得的令人惊奇的结果。实际上，如在下文所给出的示例中所出现的(见示例3)，活塞絮凝器允许对污染的流出物进行处理，而当使用搅动式絮凝器时(高的局部速度和转动运动)，结果会弱化很多。应明确的是，通过污染的水(特别是污染有矿物质的水)，所浮选的料浆非常脆弱，从而敏感于会使之掉落的湍流。总而言之，具有导流板的活塞类型的静态絮凝器4——用均匀的微絮凝物均匀地进行供给——允许非常密集的絮凝以及均匀的和非常小的浮选器移近速度。活塞类型的静态絮凝器可具有间隔越来越大的板片体，以减小浮选器移近速度。确切地说浮选器5可是具有在浮选区域上速度在6m/h－15m/h之间的速度的常见的浮选器，或是速度在20m/h－60m/h的快速型浮选器。本发明的凝结/絮凝装置的质量和紧凑性进而增加快速型浮选器的实际的吸引力和竞争力。从絮凝器4对浮选器供给水通过位于下部部分的和在整个宽度上延伸的通道执行。所澄清的水在6(图1和图2)出离，通常是下部部分。在浮选器的表面回收的料浆在7(图1和图2)排出。图3和图4示出装置的一实施变型。凝结剂注入反应器由串联的两个高能反应器1.1和1.2组成，每个高能反应器具有一搅动螺旋桨h1、h2。有利地，每个凝结剂注入反应器1.1和1.2的能量在40W/m3－250W/m3之间。凝结反应器2和活塞絮凝器4与图1和图2的凝结反应器和活塞絮凝器相似。所絮凝的未净化水通过一供给通道被导引到浮选器5a的下部区域8中。产生具有微泡的一上升液流，微泡通过增压-膨胀系统产生，所述增压－膨胀系统包括泵9，泵使所澄清的水的一部分向增压球10再循环。增压水通过位于下部部分的喷嘴11注入和膨胀。混合区域8通过确切地说倾斜的溢流堰12与浮选区域分离，所述溢流堰从防水层开始，向下游倾斜，并在距水的上部位置一距离处停止。由微泡所带动的悬浮物质在表面聚集，并通过一横向沟槽向下游排出，所述横向沟槽组成料浆的出口7。所澄清的水从连接到出口6和泵9的吸入端的一下游槽室排出。示例已在不同类型的水上实施多种系列的试验(对污水的三级处理，海水处理和污染的河水处理)。视情形而言，已在一个或两个并联的小型工业单元(或试点)上执行试验。试点具有24m3/h的能力，和允许实施凝结步骤、絮凝步骤和浮选澄清步骤(浮选器截面为0.8m2)。这些步骤、或试点的元件是可调节的并允许改变处理的步骤、布置不同类型的反应器和使反应器的容量变化。微泡通过增压膨胀系统产生，所述增压膨胀系统包括5巴以下的增压球，增压球连接到膨胀系统，保证直径大约为40μm(40微米)的微泡形成。在增压中的再循环率大约为10％。第一系列试验第一系列试验在从生物处理出离的污水上实施，以实施最后除磷处理(三级处理)。目的在于在浊度相对恒定的水上测试不同的絮凝反应器，并且，在絮凝反应器中，去磷动力学良好地得到掌控。这种水容易地凝结。基础版本显得是有效的：凝结剂通过高能列式混合器注入，能量为至少1000W/m3，要处理的水继而通过在溢流堰出口配备的非搅动式反应器经过，最后经过确切地说跟随有同一浮选器的絮凝反应器。利用其停留时间来测试的絮凝反应器具有：具有导流器的静态反应器，停留时间8分钟，搅动式反应器，停留时间8分钟(串联的两个槽，具有螺旋桨式搅动器)，具有导流板的活塞类型的静态反应器，停留时间相继地为3分钟、4.5分钟和7.5分钟。未净化水的特征是：未净化水的浊度EB＝5NTU－10NTU，在未净化水中的悬浮物质EB＝7g/m3－15g/m3，未净化水的总磷EB：在0.5g/m3－7g/m3之间，所处理的流量：24m3/h，反应物：凝结剂(FeCl3)50g/m3，聚合物＝0。在图5的图表上示出结果。所述结果表示关于上述不同类型的反应器的作为在横坐标上示出的未净化水的磷(ppm或g/m3)的函数的在纵坐标上示出的浮选水中的磷(ppm或g/m3)。通过曲线C1所示的较好的结果用根据本发明的具有导流板的活塞类型的静态絮凝反应器获得，而无论停留时间是否大于3分钟。搅动式絮凝器(8分钟)提供相当接近的结果，通过曲线C2示意，不过对于更大的停留时间更为分散。另一具有导流器的静态反应器，从而是非活塞式的，提供较差的结果，通过曲线C3示意(在这类反应器中短路非常严重)。此外，由于不存在底部清扫，底部料浆非常迅速地出现。总而言之，在该应用中，选用活塞类型的絮凝器。认为该活塞类型的絮凝器减少或去除短路，这利于去磷反应。第二系列试验第二系列试验在海水上实施且具有相同的试点。海水更难以凝结。凝结剂在凝结剂注入反应器的进口注入，停留时间为3分钟，反应器跟随有少于一分钟的无搅动区域，形成凝结反应器，无搅动区域跟随或不跟随有溢流堰(水落差10cm)和絮凝反应器，絮凝反应器是在前述示例中所限定的絮凝反应器，絮凝时间为6分钟。未净化水的特征是：未净化水的浊度EB＝1NTU－15NTU，所处理的流量：24m3/h，反应物：凝结物(FeCl3)10g/m3，聚合物＝0。配置令人满意。不过这里所感兴趣的试验是溢流堰对浮选水的水质影响与否，而没有任何聚合物注到溢流堰上。结果如下：试验示出，自海水的浊度增大，这里超过大约3NTU起，溢流堰的正面作用是明确的和出乎意料的。在困难的絮凝条件中，溢流堰3具有利于浮选澄清的效应。第三系列试验第三系列试验在河水上和在相同的试点上实施。应用于地表水处理(河水或地下水)，配置显得性能非常良好。浮选相对于倾析的应用限制在于：浮选不能正常地处理浊度大于30NTU甚至50NTU的水。在这里所报告的试验具有使优质絮凝器有效的目的，以对污染的水(50NTU－300NTU)进行处理。对于这些试验，两个试点线路是并联的。相比较的两种技术为：－搅动式絮凝反应器：串联的两个絮凝反应器(串联的两个槽，具有螺旋桨式搅动器)，停留时间为12分钟。－具有导流板的活塞类型的静态絮凝反应器，停留时间为5分钟。对于两种配置，凝结剂通过混合器注入凝结剂注入反应器的进口，停留时间为3分钟，反应器跟随有少于1分钟的一无搅动区域(组成凝结反应器2)、溢流堰和两絮凝反应器之一。浮选器依旧是相同的，并且在两个试点线路的每个上所应用的流量在16m3/h－24m3/h之间。试验的特征如下：未净化水的浊度：EB＝10NTU－250NTU(温度5℃－7℃)，所处理的流量：24m3/h，对于大于100NTU的浊度减少到16m3/h，反应物：凝结剂(FeCl3)30g/m3－40g/m3，根据未净化水的浊度(小于或大于50NTU)，聚合物＝0.2g/m3－0.4g/m3。直到50NTU，两类絮凝器具有相当接近的性能。在超过的情况下，浮选水的浊度为比活塞式絮凝器的浊度大2－10倍。总而言之，对于处理在浮选方面的强浊度，无能量的活塞类型的静态絮凝器提供非常优越的结果。此外，活塞类型的静态絮凝器的体积尺寸相对较小，且活塞类型的静态絮凝器消耗较少的能量。其它应用－对于更为棘手的处理(海水...)或对于污染的水或一般性地为了提供更大的灵活性和更高的效率，可以在串联的两个搅动式反应器1.1和1.2中实施凝结剂注入步骤(图3和图4)。这允许例如将聚合物的注入移动到第二反应器中，而不是注入到溢流堰3上。此外，这种配置允许实施在法国专利文献n°2909993(0610866，在2006年12月13日提交的申请)中描述的凝结剂的双重注入。在凝结剂注入反应器中第一次注入凝结剂，在非搅动式凝结反应器中注入聚合物和在溢流堰3上第二次注入凝结剂，－本发明的凝结/絮凝装置可在过滤器或半透膜之前使用，对于所述过滤器或半透膜寻求：如在浮选器之前，对所形成的轻质的和非淤积的絮凝物(特别是无聚合物的絮凝物)进行过滤，－本发明的凝结/絮凝装置如有需要可在倾析器之前使用，只要使絮凝时间(更长)相适，具有降低能耗的目的和最后接受在速度较低的倾析器(装置较大)上进行作业。