用于絮凝物调理的螺旋混合器制造技术

本发明专利技术公开了用于水处理的系统和方法。入口，其用于接受含有颗粒的源水。螺旋混合器具有限定的螺旋通道，其用于将源水与絮凝剂材料和碱性材料混合。形成螺旋混合器，以在限定的螺旋通道内进行在线凝聚和絮凝过程，以形成聚集的絮凝物颗粒。缓冲储罐，用于接受来自螺旋混合器的聚集的絮凝物颗粒。螺旋分离器将缓冲储罐的内容物分离为支流和具有聚集的絮凝物颗粒的废水。出口，其用于为支流提供第一路径和为具有聚集的絮凝物颗粒的废水提供第二路径。

【技术实现步骤摘要】
用于絮凝物调理的螺旋混合器
技术介绍
常规水处理的核心要素包括凝聚、絮凝、沉积和物理过滤的序贯工艺步骤。这些工 艺步骤需要相应的物理结构，例如发生各个工艺部分的凝聚池和絮凝池。通常，化学絮凝剂 用于去除库仑排斥(即，中和电荷)和促进亚微米颗粒聚集成针絮凝物。聚集所需的时间 (艮P，聚集时间)由多个参数决定，包括聚集体的浓度和大小。随后可加入呈长链聚合物形式的絮凝剂以锚接絮凝物，以形成更大的实体，该更 大的实体在沉积池中更快沉降。根据输入水品质和设备，通过前3个阶段的液压滞留时 间(hydraulic retention time)可为5-10小时，且需要显著的物理占地面积(physical footprint)和最初的基础设施成本。已在各种申请中教导常规水处理实践的改进方法，例如本文引用作为参考的 那些申请。该方法的特征包括高成垢性(scalability)、模块化、占地面积小、高生产 量、纯流体性、连续流动、无膜化(membrane-less)、尺寸选择性截流和快速的附聚动力学 (agglomerationkinetics)。所述系统可作用于具有任何密度的颗粒，但是特别作用于具有 中性浮力的那些颗粒。这些特征使得絮凝剂剂量降低50%而达到相同的浊度下降；这点可 归因于由于流体剪切效应引起的针絮凝物的紧密(即，致密)和自限制的窄的粒度分布。组 合效应可允许流体结构中微米尺寸针絮凝物的提取，使得可能消除絮凝和沉积步骤，通过 降低的场地和化学成本、一般性运行费用以及从原料到成品水更快的加工时间，产生明显 的节约。如下实现常规混合，通过积极搅拌(例如，使用转子)或迫使水和絮凝剂流动通过 静态弯曲通道，以产生无序流动来促进化学物质的湍流分散，以降低接触时间(CT)。由于 接触时间通常很短，通过通道的液压滞留时间(单位秒)可足以用于有效混合。常规絮凝 物形成在大池中进行，其中异向运动聚集(扩散驱动)非常缓慢。同向运动聚集(剪切驱 动)快得多，特别是对于较大的聚集体，但是，由于大尺寸和需要设计对流流动模式，因此 不够有效。
技术实现思路
本专利技术公开了用于水处理的系统和方法。入口用于接受含有颗粒的源水。具有限 定的螺旋通道的螺旋混合器用于将源水与絮凝剂材料和碱性材料的良好控制的连续流混 合。设置螺旋混合器以进行絮凝剂和其他化学物质非常快速的在线混合、整个源水中的初 级聚集体均勻成核以及引发这些初级聚集体在螺旋混合器的螺旋通道内成为致密和紧密 的聚集体的受控生长。缓冲储罐用于接受致密聚集体，并使得它们进一步生长超过随后的 分离器的截流尺寸(cut-off size)。螺旋分离器将缓冲储罐的内容物分离为支流和具有聚 集的絮凝物颗粒的废水。出口用于为支流提供第一路径和为具有聚集的絮凝物颗粒的废水 提供第二路径。本专利技术提供以下(1)_(15)(1).用于水处理的系统，所述系统包含入口，其用于接受含有颗粒的源水；良好控制的连续投料系统，其用于加入所需的化学物质以引发颗粒生长；具有限定的螺旋通道的螺旋混合器，其用于将所述源水与絮凝剂材料和碱性材料 混合，形成所述螺旋混合器，以在限定的螺旋通道内进行在线凝聚和絮凝工艺来形成聚集 的絮凝物颗粒；缓冲储罐，其用于从所述螺旋混合器接受聚集的絮凝物颗粒；螺旋分离器，其用于将缓冲储罐的内容物分离为流出液和具有聚集的絮凝物颗粒 的废水；和出口，其用于提供用于流出液的第一路径和用于具有聚集的絮凝物颗粒的废水的第二路径。(2).上述⑴的系统，其中设置所述螺旋混合器以提供快速混合和定制的剪切速 率，所述剪切速率促使致密且尺寸均勻的聚集体的生长，所述快速混合如下实现通过设置 具有输入角度的所述螺旋混合器，以在进入的源水撞击所述螺旋混合器的螺旋通道的较低 的壁时引起无序混合。(3).上述(2)的系统，其中所述剪切速率是定制设计的剪切速率，选择所述剪切 速率以限制在源水中产生的絮凝物颗粒为大体均勻的尺寸，并且可改变所述剪切速率以控 制聚集体尺寸。(4).上述⑴的系统，其中所述螺旋混合器是平行地排列和操作的多个独立螺旋 混合器元件。(5).上述(1)的系统，其中所述螺旋分离器是平行地排列和操作的多个独立螺旋 分离器元件。(6).上述⑴的系统，其中用于在源水中的所述絮凝剂材料和碱性材料的扩散的 扩散距离大约为所述螺旋混合器的螺旋通道宽度。(7).上述(6)的系统，其中螺旋通道的宽度降低扩散时间，以使化学物质在通过 所述螺旋混合器设备的滞留时间内完全混合。(8).上述(1)的系统，其中未使用沉降池和絮凝池。(9).上述(1)的系统，其中所述螺旋分离器的螺旋通道是会聚螺旋。(10).上述(1)的系统，其中所述螺旋分离器的螺旋通道是发散螺旋。(11).用于水处理的方法，所述方法包含通过入口接受具有颗粒的源水；添加碱性以设定水的pH ；在螺旋混合器中将源水与絮凝剂材料混合，其中在线凝聚和絮凝在所述螺旋混合 器中发生，其中设计的剪切速率形成絮凝物颗粒的尺寸均勻的聚集；和在螺旋分离器将源水分离为流出液和废水，所述废水含有絮凝物颗粒的尺寸均勻 的聚集。(12).上述(11)的方法，其中通过在混合步骤中实施定制的流体剪切速率形成所 述絮凝物颗粒的尺寸均勻的致密聚集体。(13).上述(11)的方法，其还包括在混合和分离步骤之间缓冲源水。(14).上述(11)的方法，其中所述混合包括将通过异向运动聚集混合定义为约小于1 P m的小颗粒和通过同向运动聚集定义为约大于1 P m的大颗粒混合。(15).用于水处理的系统，所述系统如下构成入口，其用于接受含有颗粒的源水；良好控制的连续投料系统，其用于加入所需的化学物质以引发颗粒生长；具有限定的螺旋通道的螺旋混合器，其用于将所述源水与絮凝剂材料和碱性材料 混合，形成所述螺旋混合器，以在限定的螺旋通道内进行在线凝聚和絮凝工艺来形成聚集 的絮凝物颗粒；缓冲储罐，其用于从所述螺旋混合器接受聚集的絮凝物颗粒；螺旋分离器，其用于将缓冲储罐的内容物分离为流出液和具有聚集的絮凝物颗粒 的废水；和出口，其用于提供用于流出液的第一路径和用于具有聚集的絮凝物颗粒的废水的第二路径。附图说明图1为目前描述的实施方案的系统的示意图；图2为用作螺旋混合器的装置的一个实施方案；图3A和图3B描述螺旋状螺旋形式的单个螺旋装置，且该螺旋状螺旋与多个此类 装置平行排列布置；图4描述本实施方案的螺旋混合和螺旋分离系统的一个可选的实施方案；图5为具有说明浊度下降反应的三条曲线的图。具体实施例方式目前描述的实施方案涉及进行螺旋混合和螺旋分离程序的系统和方法。螺旋混合 器包括刚好在螺旋装置之前将絮凝剂(和用于水处理的其他已知的化学物质)良好控制地 连续投料至源水流的装置。螺旋通道的相对狭窄的范围(confine)结合湍流流动条件使得 加入的化学物质非常快速分布，因此，提供了使非常均勻的初级聚集体成核的环境。由于在 通道的有限空间内的(受控的)高剪切速率，这些初级聚集体在通道内的进一步聚集局限 于致密和紧密的聚集体。随后，这些聚集为均勻尺寸的絮凝物颗粒可移动，且无需下游沉积 即可容易地分离。分离可使用与螺旋混合器直接流体接触的螺旋分离器来实现。任选地， 可将缓冲储罐放置在螺旋混合器与螺旋分离器之间，使得聚集体进一步生长超过螺旋分本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于水处理的系统，所述系统包含：入口，其用于接受含有颗粒的源水；良好控制的连续投料系统，其用于加入所需的化学物质以引发颗粒生长；具有限定的螺旋通道的螺旋混合器，其用于将所述源水与絮凝剂材料和碱性材料混合，形成所述螺旋混合器，以在限定的螺旋通道内进行在线凝聚和絮凝工艺来形成聚集的絮凝物颗粒；缓冲储罐，其用于从所述螺旋混合器接受聚集的絮凝物颗粒；螺旋分离器，其用于将缓冲储罐的内容物分离为流出液和具有聚集的絮凝物颗粒的废水；和出口，其用于提供用于流出液的第一路径和用于具有聚集的絮凝物颗粒的废水的第二路径。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MH利恩，AR富尔克尔，A科尔，J索，N佩里克，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]