溶气气浮机的制作方法

本发明涉及一种通过采用溶气气浮技术对液体(通常为水)中存在的悬浮物质进行分离的装置，并且该装置在液力方面的运行基于速度抵消原理，该原理在本领域中是公知的。在日常实践中，这种类型的装置被称为“溶气气浮机”。该装置可以用于净化废水。

背景技术：

溶气气浮净化技术采用空气(或其他气体)微气泡，这些微气泡附着到存在于待处理水中的固体颗粒(悬浮物质)以使得固体颗粒上升至表面。由此，污染固体物质与水分离，从而水被净化，所述固体物质在表面被收集。每个溶气气浮机包括两个主要元件。

第一元件是微气泡产生系统，该系统构成了每个溶气气浮净化设备的核心。更普遍地，通过使一部分净化水循环通过增压泵和加压空气溶解装置来获得微气泡。该富含溶气的加压水恢复到大气压导致溶气以微气泡的形式析出。

第二元件为槽，在该槽中以物理方式进行污染物质与水的分离。存在包含不同的液力概念的许多结构。最常见的是使用在中心具有待处理水输入口以及将净化水回收至外围的圆形槽；又或者使用在一侧具有待处理水输入口以及在相反侧具有净化水输出口的矩形槽。在不讨论现有的每个液力概念的细节的情况下，可以认为研究的目的始终是相同的，即确保输入口和输出口之间的水的流动具有尽可能少的紊流，以使得污染物质和水的分离过程能够在最接近于层流的状态下进行，这对于被证实为是最脆弱和精细的净化过程的开展显然是最有利的。

根据本发明的装置在液力方面的运行基于速度抵消原理，通过确保这些功能的构件分别抵消待处理水的导入速度和净化水的收集速度。该原理适用于具有圆形槽的设备。待处理水通过相对于槽的中心旋转活动的径向装置进行分配，其旋转速度与分配装置的水的输出速度相同，而且径向装置的旋转方向与水的输出方向相反。以此方式，两个速度相互抵消(由此得到该原理的名字)，并且导入到气浮槽中的每个待处理水体积保持不动且等待净化水的回收系统对其进行收集。同时，净化水通过与待处理水导入装置相似的并且连结到待处理水导入装置的径向装置来收集，该径向装置相对于水的输出方向位于下游。换言之，不是使水在输入装置和输出装置(二者均是固定的)之间移动，而是使所述输入装置和输出装置以取决于水流量的速度移动，以使得水不移动而是停留在水通过输入装置被导入的槽中并且等待输出装置对其进行收集。该技术是公知的并且例如已经在文献us4022696中进行了描述。该技术具有不同的已知实施例，其中最为先进的版本以kwiinternational公司出售的商业名称supercell而被熟知。即便已知该装置在商业上取得了巨大的成功，但是其在液力和机械方面的概念导致了与速度抵消原理的实现有关的一些问题。

事实上，同样鉴于其概念，待处理水在这些设备的气浮槽中的分配通过位于槽中心处的旋转接合件来完成，该接合件之后接有从气浮气泡收集中心槽上方经过并且从活动浮箱下方经过的管道系统，该管道系统将气浮区域与净化水收集槽分隔开，净化水收集槽本身位于气浮区域和气浮气泡收集槽之间。从两个槽上方通过必然从所述槽中的水平面以及气浮区域的上方通过。水在水平面上方的这种上升需要额外的供给压力，该额外的供给压力只能是相对于气浮区域中的水平面的势能。调度装置对该势能的补偿导致很强的紊流。

因此，对于小尺寸设备，该势能表示为20至30cm的水柱，这表现为水在调度装置的输出口处以1.4至1.6m每秒的速度分配。

对于大尺寸设备，该势能可以达到60cm的水柱，这表现为在调度装置的输出口处2.4至2.6m每秒的速度。

明显地，以这种速度注入待处理水很难与所期望的效果兼容，即建立与层流最接近的流动条件。

另外，存在于设备中心处的旋转接合件要求布置旋转组件的支承和定心装置，这导致了大量的机械问题。

根据本发明的设备提出了一种实施速度抵消原理的不同且有利的方法，与已知设备相比，该方法使得能够解决大多数的机械和液力问题。

技术实现要素：

根据本发明的设备将具有气浮气泡排出管路的所述气浮气泡的收集中心槽与该设备的待处理水旋转供给接合件相结合，从而使得能够在构成气浮腔室的主槽中包含的水容积的表面以下并且围绕所述气浮气泡排出管路导入待处理水，待处理水大体上在该槽所容纳的液体的整体深度或高度上被导入到槽中。

该概念由此使得能够：

-以最小压力向槽供给待处理水，以使得供给液压测量管始终不超过气浮腔室中的水的上平面。因此，供给带来的势能大幅减小，这同样减少了在分配时由该势能到动能的不可避免的转换(浮选槽中的水再次下降)引起的紊流；

-对包括待处理水的输入装置和净化水的收集装置的旋转架使用简单的固定中心轴承。

附图说明

通过以下以说明性而非限制性的方式给出的实施例并参照附图，本发明的实现方式以及由此得到的优点变得更加明显。

图1a至1d分别示出了现有技术的设备的竖直截面图、俯视图以及废水供给区域的细节截面图和俯视图。

图2a至2d为根据本发明第一实施例的设备的、与图1a至1d相似的视图。

图3a示意性示出了架的更详细的竖直截面，所述架包括图2中的设备的待处理水分配装置和净化水分配装置，图3b为俯视示意图，而图3c为细节图。

图4a至4d为根据本发明的设备的第二实施例的、与图2a至2d相似的视图。

图5a示意性示出了图4中的设备的更详细的竖直截面，并且图5b更详细地示出了所述设备的俯视图。

图6a和6b示意性示出了图2和3中所示的、根据本发明的设备的变型的平面图。

图7a和7b分别为图2和3中的设备的分解组装示意图。

图8a和8b为图4和5中的设备的、与图7a和7b相似的视图。

现有技术的设备说明

为了更好地理解根据本发明的设备的概念，在下文中参照附图1对现有技术的设备的结构和功能进行描述。

该设备包括：

■槽(1)，设置有底部(2)；

■气浮气泡收集槽(3)，其与槽(1)共轴；

■旋转活动套管(4)，其将待处理水的输入腔室和净化水的输出腔室分离；

■待处理水分配装置(16)；以及

■净化水收集器(14)。

气浮气泡被由减速电机(15)驱动的旋转盛舀件(8)舀出。

待处理水导入装置、净化水收集装置以及气浮气泡排出装置由旋转架(5)承载。

该架的旋转由减速电机(9)确保。

在设备中心，架(5)由位于槽(3)的上边缘上的滚轮(6)支承并且由抵靠在槽(3)的所述边缘周围的滚轮(7)定中心。

旋转接合件(12)和弯曲管道系统(11)确保待处理水的输入口(18)与分配装置(16)之间的接合，所述待处理水的输入口由固定的中心管道系统构成，所述分配装置旋转并且由架(5)承载。

最后，环状电收集器(13)使得能够对装配有架的两个电机(9、15)供电。

该设备运行，然而引起两个问题，分别为液力性质问题和机械性质问题：

事实上，弯曲管道系统(11)应当从槽(3)和旋转套管(4)的上边缘通过。如此，水的供给在完全高于限定了气浮腔室的槽(1)中包含的水的水位进行的。该水位差产生水的势能，该势能应由配备在分配装置(16)上的分配调节阀门(21)来补偿。

为了保持弯曲管道系统(11)和分配装置(16)在加压(充满水)状态以确保分配的均匀性，这样的阀门(21)应被调节以产生能够将势能转换为动能的负荷损失。因此，水以极高的速度(对于大型设备而言高达每秒数米)被导入输入腔室(17)中，这在气浮槽(1)中引起大量紊流。这些紊流延伸至净化区域的三分之一、甚至一半，从而明显影响净化过程自身。显然，这样的紊流背离于所期望的效果，即在设备内建立尽可能平静的水流状态，以使得净化能够在更接近于层流的条件下进行。

为了保护旋转接合件(12)免受机械应力的损坏，位于中心的架(5)的定中心和支承依赖于滚轮(6)和(7)，所述滚轮在由大型冷作业工件制成的滚动轨道上滚动。其实，在机械方面，该滚轮/滚动轨道的组件相对精密。这导致滚轮(6)和(7)过早的机械损耗并且必然导致旋转接合件(12)的机械损耗，从而导致高昂的中期维护费用。

具体实施方式

根据参照图2、3和7特别描述的根据本发明的第一实施方式，所述设备同样为溶气气浮机，其运行基于速度抵消原理，该溶气气浮机包括圆形槽(33)并且配备有：

-中心柱(30)，其中布置有侧向开口(41)，所述侧向开口用作待处理水/加压水混合物的输入口。该中心柱连结到槽(33)的底部并且因此是静止的；

-气浮气泡收集槽(40)，其固定在中心柱(30)上并连结到该中心柱，并且配备有所述气浮气泡的排出管路(31)。该槽还包括支承件(39)，该支承件承载中心轴承(36)；

-净化水的输出口(32)；

-活动旋转架(参见图3b)，包括：

■待处理水的输入腔室(42)，其具有大体上在槽(33)中所容纳的水的整个深度或高度上、且至少沿水的所述高度的超过一半或超过三分之一从设备的中心、更准确地从旋转套管(37)延伸至设备外围的范围，所述腔室设置有圆弧形状的、待处理水的定向槽(49)；

■净化水的输出腔室(43)，其大体上在槽(33)中所容纳的水的整个深度或高度上、且至少沿水的所述高度的超过一半或超过三分之一从设备的中心延伸至设备的外围，配备有设置有开口或空隙(47)的净化水收集器(46)，并且由旋转套管(34)界定，该旋转套管与套管(37)共轴并且在套管(37)外部。该净化水腔室(43)被设置为大体上与输入腔室(42)在相同(竖直)水平并且围绕输入腔室；

■密封装置(38)，例如包括氯丁橡胶瓣部，该密封装置使得能够将待处理水的输入腔室(42)与净化水的输出腔室(43)液力隔离；

■密封装置(52)，例如包括氯丁橡胶瓣部，该密封装置使得能够将静止的气浮腔室(54)与净化水腔室(43)隔离。

■旋转盛舀件(50)(在图2b的平面图中以虚线表示)，其配备有能够确保该旋转盛舀件转动的减速电机(51)；

■支承结构(35)，其支承上述的装备组件并且在中心处安置在中心轴承(36)上，而在外围通过支承件(60)安置在两个滚轮(53)上。

架组件由减速电机(61)驱动。

根据本发明的装置采用以下方式工作：

与加压水混合的待处理水进入中心柱(30)中、穿过侧向开口(41)到分配腔室(42)中、穿过定向槽(49)并沿箭头(45)的方向到达气浮腔室(54)。根据本发明的重要特征以及能够在图2c和3a中看出，待处理水在所述气浮腔室所容纳的液体的液位以下进入气浮腔室。

随着待处理水进入气浮腔室(54)，架在逆时针方向上以大体上与气浮腔室(54)中的水的输入速度相等的速度旋转(旋转回退)。在该腔室中进行本领域中众所周知采用气浮的净化，因此在本文中不需要进行更详细的说明。

如此，该净化产生的气浮气泡上升至气浮腔室(54)的上表面，并且存在于所述气浮腔室中的、在气浮气泡下方的水层逐步净化直至架完成一周转动。净化水在箭头(48)的方向上首先经由开口(47)然后经由净化水腔室(43)从气浮腔室(54)排出，以最终经由输出口(32)离开设备。

当然，气浮气泡由盛舀件(50)舀出，之后流入槽(40)中，并且最后经由气浮气泡的输出管路(31)排出。

设备中的液位由外部装置(未示出)维持，例如由伺服于液位传感器的自动闸门维持。

明显地，根据本发明的设备的架和中心部分的不同元件由多种方式实现。

如此，水在定向槽(49)之间的分配模式可以使用或不使用确保分配的均匀性的定直径开口来实现。如有必要，槽(49)可以被去除，由此水经由布置在腔室(42)中的简单开口或空隙进入浮选腔室中。

同样，密封接合件(38)可以由多种方式实现，实施柔性或刚性的接触表面。

这对于旋转套管(34)的密封接合件(52)是一样的。

此外，如果套管(37)安装在输入腔室(42)中的水位以上，则上密封接合件(38)可以被去除。

净化水的收集可以采用单个收集器(如图2和3中所示)或者多个收集器(14)(如图1中所示)来实现。

开口(47)可以在水层的大部分深度上延伸以收集整个深度上的水，或者仅集中于气浮腔室的底部。

根据参照图4、5和8特别描述的根据本发明的第二实施方式，所述设备为溶气气浮机，其工作基于上述速度抵消原理。该设备包括圆形槽(73)，并且包括：

-气浮气泡收集中心槽(80)，其固定在槽(73)的底部并与其连结，并且配备有气浮气泡的排出管路(71)。该槽(80)还包括上部支承件(79)，该上部支承件承载中心轴承(76)；

-待处理废水的输入口(70)，其位于气浮气泡收集中心槽(80)和旋转活动套管(77)之间，所述旋转活动套管(77)与中心槽(80)一起限定待处理废水的输入腔室的一部分；

-净化水的输出口(72)，其位于旋转活动套管(77)和另一旋转活动套管(74)之间，所述旋转活动套管(74)与套管(77)一起限定净化水的收集腔室的一部分；

-活动旋转架，其包括：

■待处理废水的输入腔室(82)，其具有大体上在槽(73)所容纳的水的整个深度或高度上、且至少沿所述高度的超过一半或超过三分之一从设备的中心向外围延伸的范围，并且终止于定向槽(99)；

■净化水的输出腔室(83)，其配备有包括开口(97)的收集器(96)并且由旋转套管(74)和活动套管(77)界定，所述旋转套管(74)设置有密封装置(92)。该净化水腔室(83)被设置为大体上与输入腔室(82)在相同(竖直)水平并且围绕输入腔室，并且大体上在槽(73)中的水的整个深度或高度上、且至少在所述水的高度的超过一半或超过三分之一上延伸。

■密封装置(78)，例如以示例性方式给出的氯丁橡胶瓣部，使得能够将待处理废水的输入腔室(82)与净化水的输出腔室(83)液力隔离；

■密封装置(78)，例如以示例性方式给出的氯丁橡胶瓣部，使得能够将气浮腔室(94)与净化水腔室(83)隔离。

■旋转盛舀件(90)(在图4b的平面图中以虚线表示)，其配备有能够确保该旋转盛舀件转动的减速电机(91)，

■支承结构(75)，其支承上述的装备组件，并且在中心处安置于中心轴承(76)上，在外围安置于两个滚轮(93)。

根据该第二实施例的设备采用以下方式工作：

与加压水混合的待处理水通过输入口(70)进入、穿过分配腔室(82)、通过定向槽(99)并沿箭头(45)的方向到达气浮腔室(94)。

随着水进入气浮腔室(94)，架在逆时针方向上以大体上与气浮腔室(94)中的水的输入速度相等的速度旋转(旋转回退)。

在该腔室(94)中进行采用气浮的净化。由此，气浮气泡上升至所述腔室的表面，并且水层逐渐净化直至架完成一周旋转。净化水因而通过首先在箭头(48)的方向上经过开口(97)然后经过净化水腔室(83)从气浮腔室(94)中排出，从而最终经由输出口(72)离开设备。

气浮气泡由盛舀件(90)收集，之后流入槽(80)中，并且最后经由气浮气泡的输出管路(71)排出。

设备中的液位由外部装置(未指出)维持，例如由伺服于液位传感器的自动闸门维持。

明显地，根据本发明的该第二实施例的设备的架和中心部分的不同元件由多种方式实现。

如此，水在定向槽(99)之间的分配模式可以使用或不使用定直径开口来实现。如有必要，槽(99)可以被去除。

另外，密封接合件(38)可以由多种方式实现，其实施柔性或刚性的接触表面。

这对于旋转套管(74)和(77)的密封接合件(92)和(78)来说也是一样的。

净化水的收集可以采用单个收集器(如图4和5中所示)或者多个收集器(14)(如图1中所示)来实现。

开口(97)可以在水层的大部分深度上延伸以收集整个深度上的水，或者仅集中于底部。

根据参照图6更特别地描述的本发明的第三实施方式，所述设备与参照图2、3和7中示出的第一实施方式描述的设备相似。然而，所述设备不包括单个的输入(42)/输出(43)旋转组件，而是包括两个输入/输出旋转组件，该两个组件彼此连结并且彼此关于设备中心径向对称地布置。该配置使得每个组件能够分配一半的待处理水以及分别收集一半的净化水。对于相同的输入流量，由这两个组件形成的架的旋转速度因而减小一半。

根据该第三实施方式的设备采用与第一实施方式相同的方式工作，但是两个组件中的每一个分配和收集一半的水。对于气浮气泡也是这样的：两个旋转盛舀件中的每一个分别对气浮气泡进行收集。

很明显地：

-根据相同的逻辑，设备可以配备有不是两个、而是多个(三个或四个等)输入/输出组件，其绕槽(33、73)的槽中心对称布置；

-同样的概念还可适于图4、5和8中所示的、根据本发明的设备的第二实施方式。

不论实施哪个实施例，待处理的水的整个体积在槽的整个高度或深度上被均匀导入，并且必然根据同样的高度或深度收集到相同体积的净化水。由此，速度抵消原理完全得到满足，适于生成最佳的液力条件，该条件接近于静止状态，由此避免紊流。