一种漩涡式灰水浓淡分离装置的制作方法

本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种漩涡式灰水浓淡分离装置。

背景技术：

由于湿式电除尘器(以下简称湿电)往往是作为电厂大气污染物综合治理的终端精处理设备，其灰水中的悬浮物颗粒极其细微，当入口溶度小于50mg/Nm³时，90％的悬浮物粒径小于10μm，悬浮物浓度达到2000mg/l以上，当入口溶度小于30mg/Nm³时，90％的悬浮物粒径小于5μm，悬浮物浓度达到1000mg/l以上。因此这种高浓度超细颗粒悬浮物的淡化处理相对困难，设备成本高。

现有技术存在多种的悬浮物淡化处理装置，归纳起来主要有以下几类典型的悬浮物淡化处理装置：1、沉淀池；2、电絮凝；3、机械拦截过滤；4、旋流分离。

现有技术主要是采用传统的水处理方式，虽然具有一定的运行效果，但均存在设备成本高，占地面积大，系统复杂，维护量大的缺点。现对上述四类装置分析如下：

1、沉淀池：由于湿式电除尘器灰水内的悬浮物颗粒极细，沉速极小，仅15μm/s，若不添加絮凝剂加速沉降，其占用场地面积将极其庞大才能满足湿电循环用水要求，而添加絮凝剂后不但增加了设备和运行费用，还增加了循环水中的其他可溶性盐成分，改变了原有水质，减少湿电用水的循环倍率，湿电的排水额外增加了絮凝剂成分还无法被湿法脱硫回用。

2、电絮凝：电絮凝的悬浮物去除原理同沉淀池，只是由电子絮凝的方法取代了添加化学絮凝剂而已，但需增加高压电子絮凝发生器，大幅增加了设备成本和电耗成本。

3、机械拦截过滤：目前较适用的是高精度反冲洗自动过滤器，但由于湿式电除尘器灰水中悬浮物颗粒细，过滤水量大，且有腐蚀性，导致自动过滤器设备成本偏高，因过滤精度高，为保证反洗力度需较高的水压保证，导致给水泵能耗偏高。

4、旋流分离：旋流器的基本原理是将具有一定密度差的液-液、液-固、液-气等两相或多相混合物在离心力的作用下进行分离。将混合液以一定的压力切向进入旋流器，在圆柱腔内产生高速旋转流场，混合物中密度大的组分在旋流场的作用下同时沿轴向向下运动，沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋涡流场；密度小的组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。旋流器按分离粒度的大小分为除砂器、除泥器、微型旋流器，分离粒度越小，旋流器的标称直径越小，处理水量也越小，对于湿式电除尘器的灰水悬浮物粒径情况，仅微型旋流器能勉强适用，但当湿式电除尘器入口溶度小于30mg/Nm³时，90％的悬浮物粒径小于5μm，50％的悬浮物粒径小于2.5μm，微型旋流器也已无法分离。况且，微型旋流器的处理水量很小，要满足湿式电除尘器灰水大水量的要求时，其设备成本也是很高，而要达到5μm以下的分离粒度，其进水压力也相当高，泵能耗成本也相应升高；同时旋流器的底流排水量占比很大，会导致湿式电除尘器的废水量增大，因此旋流器也不适用于湿式电除尘器的灰水分离工况。

因此，亟需设计一种漩涡式灰水浓淡分离装置，以更好地满足湿式电除尘器的灰水分离需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种漩涡式灰水浓淡分离装置，能够在不影响原水质的情况下实现湿式电除尘器灰水的浓淡分离，且浓水排放量小，运行耗费量低，结构简单，成本较低。

为实现上述目的，本发明提供了一种漩涡式灰水浓淡分离装置，包括具有排污口的缓冲水箱，所述缓冲水箱为筒径大于预定值的圆筒状，且其上部的侧壁开设有淡水的溢流口，其中部的侧壁开设有与进水管连通的进水口，所述进水管用于输送待处理灰水，并将所述待处理灰水以自由落水的形式引入所述进水口，所述进水口的进水方向与所述待处理灰水的科里奥利惯性力的方向一致。

本发明利用旋涡式分离原理，充分利用重力流自由落水形成欠动力源，使得待处理灰水在欠动力下运行，缓冲水箱的内部介质处在水流转速逐渐减弱的不稳定状态；此时，由于给料动力不足，缓冲水箱中水的旋转流动将会逐渐停止，在缓冲水箱内壁的摩擦力作用下，靠近缓冲水箱边缘的水将会最先减速而停止运动，而处于缓冲水箱中心的水将最后减速，即进入缓冲水箱的待处理灰水在径向上存在流速梯度；根据伯努利流体方程可知，缓冲水箱的径向压力使得较重的悬浮物向中心运动，即本发明的原理与旋流器的分离原理截然相反。

采用上述原理，本发明一方面使得缓冲水箱的筒径大于预定值，以使得筒径足够大，更容易使得待处理灰水获得水流转速逐渐减弱的不稳定状态，便于重颗粒向缓冲水箱的中心运动，并在自身重量的作用下向中心底部聚拢，在自然沉降和漩涡的双重作用下形成明显的浓淡分层，达到分离效果；另一方面，利用重力流自由落水作为欠动力源，以使得待处理灰水以较小的初速度流入缓冲水箱内，无需设置给料泵，不仅节约了能源，还为本发明悬浮物的沉降奠定了良好的动力基础；再者，将进水口开设在缓冲水箱的中部，溢流口开设在缓冲水箱的上部，加之待处理灰水以较小的初速度进入缓冲水箱进行欠动力运行，使得待处理灰水的流入不会扰动上部已经溢流形成的淡水，以免增加淡水内悬浮物的含量；同时，进水口不至于过高，以避免下部的阻力过大而不利于悬浮物沉降，进水口也不至于过低，从而为悬浮物的沉降以及漩涡的作用提供足够的空间；尤其是，本发明有效利用了科里奥利惯性力，使得进水方向与该惯性力的方向大致一致，进而利用该惯性力使得悬浮物自然沉降，无需额外提供旋转动力，进一步降低了能源成本，还使得悬浮物顺应惯性力动作，避免了缓冲水箱内部的扰动，更有利于悬浮物充分沉降，提高分离效率，降低淡水中的悬浮物含量。

可选地，所述进水口开设于所述缓冲水箱的切向，并引导所述进水方向向下倾斜，以使得所述进水方向与所述待处理灰水的科里奥利惯性力的方向一致。

可选地，所述进水口为方形，所述进水管为圆形管，所述进水管与所述进水口通过方圆节连通。

可选地，所述进水口的横截面积与所述进水管的横截面积相等。

可选地，所述溢流口为宽扁状的矩形口。

可选地，所述缓冲水箱的内壁的摩擦系数大于预定系数。

可选地，所述缓冲水箱的底部为倒锥形，且锥角大于等于150度。

可选地，所述排污口设于所述缓冲水箱的底部的锥角处。

可选地，所述排污口连通有排污管，以便通过所述排污管将处理后的浓水输送至湿法脱硫系统作为工艺水；和/或，所述溢流口连通有溢流管，用于将溢流出的淡水输送至湿式电除尘器循环使用。

可选地，所述进水管用于引入所述待处理灰水的入口不低于所述溢流口，且所述入口与所述溢流口之间具有预定高度差。

附图说明

图1为本发明所提供漩涡式灰水浓淡分离装置在一种具体实施方式中的结构示意图；

图2为图1所示漩涡式灰水浓淡分离装置的俯视图。

图1-2中：

排污口1、缓冲水箱2、溢流口3、进水管4、入口41、进水口5、方圆节6、排污管7、溢流管8。

具体实施方式

本发明提供了一种漩涡式灰水浓淡分离装置，能够在不影响原水质的情况下实现湿式电除尘器灰水的浓淡分离，且浓水排放量小，运行耗费量低，结构简单，成本较低。

以下结合附图，对本发明进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。

本文所述的上下以漩涡式灰水浓淡分离装置正常使用状态为参照，正常使用时，垂直于地面的方向为上下方向，指向地面的方向为下，背离地面的方向为上。

本文所述的径向、轴向、周向等以缓冲水箱2为参照，缓冲水箱2为圆筒状，则该缓冲水箱2的环绕方向即为周向，中轴线的延伸方向即为轴向，在垂直于轴向的水平面内，与周向垂直的方向即为径向。本发明中，轴向大致等同于上下方向。

如图1和图2所示，本发明提供了一种漩涡式灰水浓淡分离装置，包括圆筒状的缓冲水箱2，且其筒径大于预定值；该缓冲水箱2设有排污口1、溢流口3和进水口5，其中，溢流口3设于上部的侧壁，进水口5设于中部的侧壁，排污口1根据需要设置，可以设于底部；溢流口3用于输出分离后形成的淡水，进水口5连通有进水管4，用于将待处理灰水输送至进水口5，并且可以使得待处理灰水以自由落水的形式引入进水口5，通过进水口5流入缓冲水箱2中；进水口5可以使得进水方向与待处理灰水的科里奥利惯性力的方向一致。

其中，缓冲水箱2的筒径大于预定值是指，该缓冲水箱2具有相对于旋流器而言较大的筒径，以使得待处理灰水经由进水口5进入后能够处于欠动力状态，因此，该预定值根据进入进水口5的灰水的流速、缓冲水箱2的高度、进水口5的开设位置等进行综合设置，以辅助实现欠动力进水。

如图1所示，进水口5可以开设在缓冲水箱2的切向，并引导进水方向向下倾斜，以使得进水方向能够与待处理灰水的科里奥利惯性力的方向大致一致，以便较重的悬浮物能够沿图1中所示箭头的方向回旋沉降，实现明显的浓淡分层。具体地，进水方向可以向下倾斜3度，此时对应的斜度约为1:20。

如图2所示，由于我国地处北半球，进水方向可以沿逆时针方向，较重的悬浮物沿图2中所示的箭头由外而内逆时针环绕，最终在缓冲水箱2底部的中心位置汇集。

现有技术中，由于离心运动受到处理设备内壁的约束，在进水压力足够时，水箱内介质流动最后会达到稳定的状态，即转速恒定、径向物质分布恒定。由牛顿第二定律可知，向心加速度等于单位体积所受径向压力之差。这和地球表面的气体受到地球引力一样，密度大的物质会往外运动，即离心运动导致的内外分层现象。旋流器就是利用这一离心原理制成的。

但是，当给料动力不足时，水箱中的水的旋转流动将会逐渐停下，由于水箱内壁摩擦力的作用，边缘的水将会最先减速停下，这样，水流在径向上就存在流速梯度；根据伯努利流体方程可得，径向的压力使得较重的悬浮物向中心运动，与稳态状态下的流动方向相反。本发明就是利用这一分离原理制成的。

基于原理的不同，现有技术中，旋流器要求内部介质具有较高的稳定转速，使重颗粒克服水的阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料浆做回转运动，达到分离效果。

旋流器的分离原理要求其具备以下因素：

(1)需要额外添加给料泵才能满足其稳定转速的运行动力要求；

(2)筒径不宜过大，太大的筒径要获得恒定转速耗能巨大，但小筒径决定了其较小的处理量；

(3)为减少摩擦能耗，内壁要求光滑；

(4)为获得内部介质的整体稳定旋流，必须在上部切向进水；

(5)为获得较好的分离效果，其底壁的锥角一般小于20°，若分离粒径小甚至要低于5°，加工困难。

相对地，本发明要求内部介质在欠动力下运行，使内部介质始终处在水流转速逐渐减弱的不稳定状态，以便重颗粒向中心运动，并在自身重力的作用下，向中心底部聚拢，形成明显的浓淡分层，达到分离效果。

基于上述原理，以待处理灰水为来自湿式电除尘器为例，本发明中，一方面，将湿式电除尘器的灰斗高位自由落水，使得进水管4将待处理灰水以重力流自由落水的形式引入进水口5，以满足其欠动力进水的需求，还节约了能耗和成本，无需额外添加给料泵；另一方面，本发明的缓冲水箱2为筒径大于预定值的圆筒状，其筒径足够大，由于欠动力进水，大筒径更容易获得水流转速逐渐减弱的不稳定状态，有利于较重的悬浮物向中心运动；再者，为保证上部溢流不受下部旋流的影响，在中部开设进水口5，且该进水口5可以使得进水方向与科里奥利惯性力的方向大致一致，进而利用惯性力使得较重的悬浮物在回转过程中自然沉降，使得淡水向上溢流，形成明显的浓淡分层，还不会扰动上部溢流形成的淡水；同时，将溢流口3开设在上部，根据上述原理，越往上淡水中悬浮物的含量越少，故开设在上部的溢流口3能够输出最为纯净的淡水，使得输出的淡水能够满足循环使用的需求。

可以理解，进水口5的开设位置不宜过高，否则，处于该进水口5下方的悬浮物和正在处理的灰水会对新进入的灰水产生较大的阻力，不利于灰水中悬浮物的沉降；而且，进水口5的开设位置不宜过低，否则不足以形成足够高度的沉降空间，也不能够提供足够的处理量，会影响分离效率和分离效果。因此，本发明中将进水口5开设在缓冲水箱2的中部。

还可以理解的是，本发明的中部、上部和下部是相对而言的，中部是指在缓冲水箱2的高度方向的中心分别向上向下扩展一定距离形成的中部区域，并不严格地限定为缓冲水箱2的正中间；同理，上部是指处于中部上方的区域，下部是指处于中部下方的区域。

在一种实施例中，进水口5可以设置为方形，且开口方向在缓冲水箱2的切向延伸；进水管4可以为圆形管，以更好地与湿式电除尘器的灰斗配合，并且可以其管壁与由进水管4流入的待处理灰水充分接触，进而对待处理灰水进行缓冲减速，以使得待处理灰水最终以合适的初速度经由进水口5流入缓冲水箱2，为后续的分离处理奠定基础；为实现进水管4与进水口5的连通，可以采用方圆节6，如图1所示，通过方圆节6实现进水口5与进水管4的连通。

并且，还可以对进水管4的高度进行控制，进水管4设有用于引入待处理灰水的入口41，该入口41不低于溢流口3，且与溢流口3存在预定高度差。在图1所示的实施例中，该进入口41高于溢流口3，且与溢流口3之间具有预定高度差，利用高度差对重力流的自由落水初速度进行控制，并可以根据待处理灰水中悬浮物的含量、对处理后所形成淡水的要求等对预定高度差进行控制，以更好地与循环水系统相匹配。

同时，进水口5的横截面积可以与进水管4的横截面积大致相等，以降低待处理灰水由进水管4经方圆节6进入进水口5时流速的变化，便于控制待处理灰水进入缓冲水箱2的流速，优化分离效果。

当待处理灰水以合适的流速进入进水口5时，进水口5的设置使得进水方向与科里奥利惯性力的方向一致，进而在该惯性力的作用下使得悬浮物沿图1所示箭头方向由外而内回旋，并在回旋过程中在悬浮物自重的作用下自然沉降，最终将悬浮物积聚在缓冲水箱2底部的中心，而受到下部悬浮物的作用，使得淡水往上溢流，在进水口5上部形成淡水层，实现浓淡分离。

在上述基础上，如图2所示，溢流口3可以设置为宽扁状的矩形口，即该矩形口的长边大于短边，且差值较大，例如，长边可以为短边的两倍以上，以使得溢流口3明显呈现为宽扁状。溢流口3的短边可以处于上下方向，长边可以大致处于缓冲水箱2的周向。

如上文所述，淡水中悬浮物的含量与其所处的高度有关，则将溢流口3设为宽扁状的矩形口时，可以向外输出处于较高位置的悬浮物含量较低的淡水，提高所输出淡水的纯净度，更好的满足循环系统的使用需求；同时，由于溢流口3较宽，具有足够的横截面积，在单位时间内具有足够的出水量，满足淡水输出量的需求。

此外，为进一步加强摩擦减速，可以将缓冲水箱2的内壁设置为粗糙的表面，即该内壁的摩擦系数大于预定系数，预定系数可以参照本领域的相关标准制定。在一种实施例中，将缓冲水箱2的内壁采用普通玻璃鳞片防腐涂层即可满足要求。

另外，本发明中，缓冲水箱2的底部可以为倒锥形，且由于其分离原理与现有技术中的旋流器不同，本发明缓冲水箱2的底部锥角不影响分离效果，仅有利排污即可，故其底部的锥角大于等于150°，制造工艺更为简单。

相应地，可以将排污口1设于缓冲水箱2底部的锥角处，以利于排污。

而且，由于底部的锥角相对较大，则处于底部的排污口1的大小不受缓冲水箱2结构的限制，可根据湿式电除尘器循环水系统工艺要求确定，其排污量易于控制，可完全满足系统的水平衡要求。

参考图1可知，本发明还可以包括排污管7，该排污管7与排污口1连通，用于将处理后形成的浓水输送至湿法脱硫系统，作为湿法脱硫系统的工艺水。

还可以设有与溢流口3连通的溢流管8，用于将溢流形成的淡水输送至湿式电除尘器的循环系统，进行循环使用。

与背景技术中现有技术的方案相比，本发明具有如下效果：

(1)、无需添加絮凝剂，不影响原有水质，无投药设备，降低设备成本和运行耗材；

(2)、仅将原有缓冲水箱2适当扩容，无其他设备，不会占用额外场地；

(3)、利用高位的灰斗重力流自由落水作为欠动力源，无需额外的动力源，减少设备成本和运行电耗；

(4)、由于底部的排污口1大小不受缓冲水箱2结构的限制，可根据湿式电除尘器循环水系统工艺要求确定，进而实现很小的浓水排放量，满足湿式电除尘器的运行要求；

(5)、结构简单，运行可靠，以最低的设备成本和维护成本实现湿式电除尘器灰水的浓淡分离。

以上对本发明所提供漩涡式灰水浓淡分离装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。