将固体物质从流体中分离出来的设备

摘要

一种利用液体的能量将固体从流动液体中分离出来的方法，包括一块位于流动通道中的分离板(13)，该分离板沿液体流动方向相对于液流呈现为一封闭的表面(20)，而在与流动方向呈一定角度的方向上具有多个孔眼(21)，液体可以穿过这些孔眼，而夹杂的固体物质则被迫沿分离板的板面(20)运动，其结构形式为使分离板的板面具有自清洁作用。

说明书

本发明涉及用连续折射分离方法将漂浮的或悬浮的固体物质从流动液体中分离出来的方法及设备，特别是但又不局限于非机械式分离方法及设备。

在许多场合需要将固体物质从流动着的液体中分离出来，其中包括：

1、从雨水中分离出固体

在澳大利亚的许多地区以及澳大利亚以外的许多国家，雨水是排入排水沟中及大海中。雨水是一些固体污染物如塑料、罐头筒、树枝及动物粪便等的主要携带者，雨水会将它们带入排水沟和大海中。

人们已经作了种种努力以减少至少一部分这类物质的排放。所采用的方法之一便是在排水沟的出口处横放一些筛板，但其使用效果并不能令人满意，因为筛板的尺寸必须能确保水流的通过，即使在水的压力作用下一些物质贴附在筛板上时，也应能让水通过，这样，就必需使筛板具有较大的开口尺寸，即使这类筛板也有可能发生堵塞，所以必须在筛板的周围或上方设置一条水流通道，以防该排水系统上游部分水流堆积。第二种可供选择的方案是采用诸如旋风分离器及动态分离器等系统以便清除废物。这些方法虽然行之有效，但若在整个雨水排放系统中都进行使用，未免过于昂贵。

2、从污水中分离出液体

对许多污水处理场来说，一项主要的困难便是待处理液体的净容量问题。在使用“混合”系统即同时输送污水及雨水的系统的情况下上述问题尤为突出。在许多情况下，如果能够设法减少与污水一起输送的流体的量，例如，在液体进入主污水道之前先将液体从污水中去除，则污水场便可以处理更多的污水。人们一直认为这种方式是行不通的。

此外，有一些地区其雨水及污水是用同一系统来接收的，这在雨量过大而超出该系统所能承受的负荷时，就可能导致一些问题的产生，因为不希望未处理的污水因无法顺利通过而造成溢流。

3、从工业废水中去除一些污染物

许多工厂必须对排入污水沟中的污染液体实行限制。在废水进入污水沟之前，最好能将一部分污染物从中分离出来，如果早期去除污染物的花费能低于后期清理污染物的费用，这无疑对工厂及主管部门都会带来效益。

4、在包括食品加工在内的一些工业场合中从流体中分离出固体物

本发明的主要目的是提供将漂浮的和悬浮的固体物质从流动液体中分离出来的非机械式方法及设备。

从广义上说，本发明包括一种从液体中分离固体物质的装置，它包括一块带孔的分离板，该分离板可以让液体通过，而阻止大于一定尺寸的固体物质的通过，其特征在于，当固体物质贴靠在分离板上时，沿着其上贴靠有固体物质的分离板的板面流动的液体将会把它们从板面上冲走，这样，该分离板便可以自我清洁，不会为固体物质所堵塞。

具体而言，本发明提供了一种利用入口侧液流的能量，将固体物质从流动液体中分离出来的非机械式方法，一块分离板设置在液流通路中并布置成可以使液体受到折射，这种折射作用使较大的悬浮固体进入到一收集贮槽或类似器具中。同时，穿过分离板的液流防止板的堵塞。含有一些细小悬浮颗粒的液体可穿过分离板而到达出口侧。漂浮固体物质保留在一流向折流板后面的收集贮槽中，在大流量时，借助于位于分离板顶部附近的一块高位折流板可以防止这些漂浮物的流失。

本发明还提供了一种将固体物质从流动液体中分离出来的设备，该设备具有一个液体进口和出口，一块位于进出口之间的水流通路中的分离板，该分离板沿水流方向呈现为一闭合的表面，但具有沿一定角度穿过该板的若干孔眼，液体可以穿过这些孔眼，而固体物质则从该板面上流过。

其布置方式为即使尺寸小于孔眼尺寸的那些固体颗粒在其自身惯性或重力的作用下也可以从孔眼旁通过。

在本说明书中，我们所说的水流也包括相对的水流，所以在有些情况下，分离板是运动的，而有些情况下则是水流动。

为了更容易理解本发明，将参照附图进行说明，这些附图给出了本发明的一些实施列。

图1是本发明分离器的一个实施例的平面图；

图2是沿图1中a-a线的纵剖面图；

图3是沿图1中b-b线的纵剖面图；

图4是沿图1箭头“4”所看到的视图；

图5是本发明分离器的第二个实施例的一纵向剖面图；

图6是分离板纵剖面的放大细部图；

图7是表示的是将分离板安装在一渠道中或一河流中的一个实例，用于将固体物质从流动液体中去除，并进而将之收集并贮存起来；

图8是沿容纳腔a-a线的放大剖面图；

图9表示的是分离板的放大了的水平剖面图；

图10是从图9中箭头10所示的渠道中水流方向看到的分离板的放大示意图，其开口看上去呈关闭状；

图11是从图9的箭头11所示的呈现最大开口空间的角度看到的分离板的放大示意图；

图12是一系统的侧视图，它可以将水从污水中分离出来，同时允许固体物质继续前进，它是沿图13中12-12线截取的剖视图；

图13是图12所示系统的平面图；

图14是沿图13中14-14线的剖面图；

图15是沿图13中15-15线的剖面图；

图16表示的是沿着与分离装置的凸出折射片相反的方向被机械驱动的圆筒的示图，它可以将颗粒物质从该装置上折射出去，而允许液体从孔眼中穿过；

图17表示一种带有内部折射片和开口的机械驱动装置；

图18表示了本发明另一个实施例的纵向垂直剖面图；

图19表示了图18中下分离板剖面的放大细部图；

图20是本发明另一个实施例的纵向垂直剖面图，它带有一个充满水的固体物质收集贮槽；

图21表示了图20中上分离板剖面的放大细部图；

图22为结合使用本发明的一种分离板与一个动态分离器的装置的平面图，从而可对相对于固体物质对水量进行限制；

图23是沿图22中23-23线的剖面图。

首先参照图1至4来对一设备进行描述，该设备是一种粗污染物浮获器，它设置在例如雨水排放系统的管道中。

在对该设备进行详细说明之前，应当指出本发明同样可以用于其他一些重要场合，例如可以用在开放式的沟渠中，送水管道中或雨水排放干道中，也可以用于一些较小的场合，例如停车场中。在第一类应用中，该设备可以就地铸造，也可以用预制好的组件进行组装，在第二类应用中，可以采用一种预先铸造好的构件。

图1至4所述设备的类型可以视为一种大型结构，在这种情况下，该设备可以作为翻新改进设备装入一雨水排放系统中，最好设置在具有适当入口的地区。

该设备具有一个容器式贮槽10，如图所示，它与一分离腔16相邻接。贮槽10位于雨水排放管道的原始位置旁边，雨水排放管道被断开以形成进出分离腔室的入口11及出口12。由于需要将贮槽周期性地清洗，所以其尺寸应保证所需的清洗时间间隔并允许液体回流入分离腔中。其形状及尺寸是可变的，以便与具体的安装地点以及工程需要相适应。

分离腔具有一块分离板13，如下文将要说明的，分离板13最好采用一块不锈钢板，用于将入口11与出口12分隔开。平行于分离板，可以设置一个容器及流向折流板14，折流板可以与分离板基本上相平行，并与之间隔一定距离。折流板14必须布置成允许实现回流，且最好从腔的顶部延伸至分离板底部下方以便装贮漂浮物并允许回流。

还可以设置一块高位折流板15，以便在非常情况下拦挡漂浮物。

如图示，分离板13是带孔眼的，但是其形状对于进入的液体来说呈现为一个封闭的表面，从图6中可以看出，该分离板可以发生变形，使之具有若干个朝向液流且在其后方有若干孔眼21的表面20，这些孔眼穿过分离板。多孔筛网具有这种构形。

分离板还可以采用其他方式来制造，包括使用一系列的条杆或扁平棒，使之构成一个对液流呈封闭的表面，但在它们后面彼此之间设有孔眼。

在本实施例以及将要说明的其他实施例中，封闭表面作为一个整体最好相对于液流成一确定的角度。依照本发明的不同使用条件，其最佳角度也有所不同，它们可以是从近似于垂直液流的方向至大致平行于液流的方向。

当液体通过入口进入时，首先将贮槽10充满，然后沿分离板13运动，并由容器及流向折流板14限定于这一运动。

由于入口11与出口12之间有效地存在有压差，所以，一方面存在着液体与其所携带的固体物质一起沿着分离板13的运动，同时还存在液体穿越孔眼21而抵达出口12的运动。如果固体物质冲撞到分离板上，在液体的前冲作用下它们将沿分离板移动，并在重力作用下从分离板上滑下。万一尺寸大于孔眼的固体物质戳进表面，液体的前冲运动为分离板的表面提供了一种自清洁作用，所以分离板不容易或不会发生堵塞。该设备可以使用相当一段时间而其分离板不发生堵塞，只需每隔一段时间在贮槽被固体物质填满之前对其进行清理。

由于这种运动形式，我们发现不仅大于分离板孔眼的固体物质被截留了下来，而且许多直径小于分离板孔眼的固体物质也被截下。

固体物质被带入贮槽中后，在重力作用下它们会下沉，而有一些物质，尤其是较轻的物质将不止一次地通过分离板。进入贮槽中的液体将作弧形运动，多数固体物质在其第一次进入贮槽之后以及再一次沿分离板表面通过之前都会落入贮槽内。

漂浮物也会被俘获在贮槽中，然而，如果对漂浮物在上游处控制得当，僻如说在一些主要的发源地，如外卖食品商店的停车场设置类似的设备，便不会有大量的有待收容的漂浮物。

为了保养该设备，只需每隔一段时间对贮槽10清理一次，以防固体物质在贮槽中堆积过满。

在一些非常情况下，例如洪水泛滥或近似洪水泛滥的情况下，可以看到本发明的设备也不会成为一些困难的根源，只要将该设备设计成能输送与雨水排放管道入口液体量相等的液体即可。

如要由于维护不良，贮槽中的固体堆积过多，分离板的顶部可能会形成溢流，为了应付这种情况，我们设置了高位折流板15，它从分离板的顶部稍下的位置延伸至折流板的顶部，它起到拦挡漂浮物的作用。

现参照附图5和6，我们来描述一种利用本发明并可应用于开放式沟渠或类似环境中的简单结构。

含有悬浮固体及漂浮固体的液体经入口24进入分离腔23中。一块分离板22将腔室分隔成进口和出口侧，该分离板的下部边缘固定在腔室23出口侧，并以一定的角度朝入口24倾斜。同样地，分离板22对进入的液体来说呈现为一个封闭的表面，但如同结合上述实施例所描述的那样，液体可以穿过分离板22而进入出口25。

分离板22、入口24的侧面和腔室23的入口侧面都要高于液体表面，以有效防止任何漂浮固体跨越到腔室23的出口侧。

分离板22可以朝一侧歪斜，以利于漂浮物移向该侧并离开分离板。

同样，如前所述，分离板22上设有一系列的分割片20，当该分离板位于其需要的方位时，这些分割片的角度改变，从而形成一个面对流液的基本上连续表面，以及相应的一系列大致水平的开口21，这些开口允许液体上行穿过分离板22而抵达腔室23的出口侧并流向出口25。

分离板22上的开口21的大致水平的取向与分离板入口侧的大致向下运动的液流相结合，使开口不容易为悬浮的固体所堵塞。当悬浮固体在分离板上发生折射而被迫向下运动时，其大部分动能被消耗掉，从而使之能下沉至腔室23底部的收集贮槽26中。也可以使这些固体物体在下移的同时产生侧移。

可以用人工的方式或机械方式定期将所收集到的固体物质清除掉。

现在再参照图7至11所示的实施例。该实施例以一个水栅或类似物横放在水道或水渠中的形式示出了本发明的应用，可以是整体式也可以是由若干叠置在一起的分割片构成的分离板31以一定角度放置在流动液体中，以便将一些悬浮或漂浮的固体物质折射到侧部的收集腔32中。分离板31最好在液面下充分延伸，以便将那些漂浮的以及靠近液面的悬浮固体俘获。如图6所示，当将该设备放置在一沟渠或河流中时，分离板可以利用一根张紧的缆绳33支撑住，缆绳的一端固定在河堤34上，另一端固定在设置在河渠中坚固的标塔35上。分离板可以连续地横跨河流的整个宽度，也可以如图6所示，仅仅占据河面的一部分宽度，并设置在靠近弯道的关键位置上，从而俘获尽可能多的固体物质。

收集腔32具有一个朝向水道的开口36，在正常情况下它是敞开的，但它可以周期性地用一个机械操作的闸门37关闭，以防液体及固体物质继续进入。当该闸门37关闭时，由机械操纵的通往储存仓39的门38打开，以便使全部的液体及固体从收集腔32进入仓内。当收集腔32放空之后，通向储存仓39的门38关闭，而通向河道的门37则再次打开，以便液体及固体物质进入收集腔32内。

储存仓39带有一个活动吊篮40，其顶部是敞开的，采用与分离板相似的材料制成。这样就可以让液体穿过吊篮而进入储存仓的下部41，再利用一个机械装置例如水泵42将之排放到河道中去。固体物质仍然滞留在吊篮40中，可以周期性地将之取出进行清理。上述的二个腔室盖有活动盖45。

本实施例的分离板31是一块不锈钢钢板网，它放置在一个大体上竖直的平面内，并与水流方向成一定角度，当沿水流方向看去时，连续的分割片43构成一个基本上封闭的表面，从而可将固体物质沿分离板31的方向反射，如图9所示。液体则可以自由地穿过分离板的开口44，如图11所示，它们不受分离板31的阻挡而连续不断地流动。

图12至15表示了一个系统，借助于该系统，液体可以从污水中分离出来，这样，污水以及可有效携带这些污水的足够量的液体一起被排入一根主污水管，这可以通过一个泵站来进行，而上述液体则可送入一个处理场，在处理场可以将其处理到可以用于灌溉的程度，甚至也可以处理到可以饮用的程度。

可以理解，污水排放及其处理能力是受所通过的或所送达的液量限制的，如果能够对液量加以限制，这将使其能力大大超过不加限制的情况。

污水通常要经过一个泵站，如果要将液体从固体物质中分离出来，必须在泵送之前即进行这种分离，因为泵送过程会将物质场匀化。

图12至15所示的系统包括一个水道100，该水道输送液体/固体混合物，在水道的一侧设有一块分离板101，它的性能与前面所述的分离板相同。

在分离板101的背离水道100的一侧有一个液体接收区102，它具有一外壁103。

外壁103限定了能够通过筛网的物质的容量，而锥形形状有助于在分离板101两侧保持类似的表面斜度。

如果流量很充分，可以在水道的每侧都设有分离板，另一块分离板的位置及其接收区域和外壁如图13的点划线所示。

外壁具有一个出口104，闸门105及106可以将其关闭。闸门105可有效地控制水道100的水位，因为液体可通过分离板101并在任何液体从出口104排出之前而到达闸门105的顶部位置。闸门106的作用是控制出口的大小，从而对液流的特性进行控制。具体说，它可以对有效液面进行控制，从而确保从水道中通过的液流可以对筛网101起到一种自清洁作用。

现在参看附图16，设备61放置在含有颗粒状物质的液体64中，它沿63所示的方向旋转，以便产生相对运动以及突出分割片68引起的反射，同时允许液体通过开口67而穿过该设备的表面62。液体便可从圆筒66的内部排出。该设备是沿其中心线65旋转的。

最好使液体64也相对该设备产生运动，这样可以获得最佳的处理效果。

参照图17，设备69呈锥形，并绕其下倾一定角度的轴线70旋转，从设备69的内部看，开口73相对于颗粒呈封闭状，含有颗粒状物质74的液体从较小的开口77进入，并穿过设备78的内部表面，如图17详细表示的突出折射片72使颗粒物质沿设备的内表面下滑，并从较大的开口76排出，而液体则可绕过折射片72而穿过开口73，并从该设备75中沿下方排出，这一过程借助于设备的旋转79而得以加强。

参照附图18至21，其中的设备在采用本发明原理的同时，强调了重力对液体通过分离板的作用。

在该实施例中，液体/固体混合物经由入口81而进入分离腔95入口侧的上部，它们经过一块大致水平的分流板82，以便使来自受限的入口81的液流朝腔室的两侧散布开来。然后，液体流过一块弯曲的导向板83，以便将液流进一步分散到腔室的整个宽度并使之流向上分离板84。分流板82及上分离板84与弯曲的导流板83的上、下边缘基本上是相切的。

在本发明的这一实施例中，分离板84是用多孔钢板制成的。分离板的开口91分别处于一个大致垂直的平面内，而连续的连接分割片92则具有沿液流方向的适宜的向下的斜度。它们形成了一系列很小的朝下倾斜的台阶，比较大的固体物质在重力及流体作用力的作用下从这些阶梯上流过，进入分离板84底部的固体收集贮槽86中。在分离板84的下部可以设置一块平直或弯曲的固体输送板85，以便把某些类型的固体从板上清理掉。

与分离板84最为接近的液体层受到因重力作用及上方液层压力引起的压力的作用，在分离板84的每一个阶梯上，总有一部分液体会穿过开口91而落到下面的出口收集贮槽89中，然后再进入出口90。

固体物质收集贮槽86在其至少一侧具有一块向后倾斜的分离板87，它固定在贮槽86的出口侧。这一下端分离板87是由一系列垂直或向后倾斜的连续分割片94(这些分割片对贮槽86中的固体物质形成了一个大致连续的表面)以及相应的一系列大致水平的开口93构成的，通过这些开口，液体及微细的悬浮固体在水的压力作用下穿过分离板87，然后进入出口贮槽89及出口90中。

一块固体折射板88可以设置在上分离板84下部的底下，并从输送板85的上边缘向下倾斜以便将下分离板87盖住。从上分离板84落下的液体及细小悬浮固体进入出口收集贮槽89中，并由此进入出口90。

在本发明另一个类似的实施例中，如图20所示，固体收集贮槽100由下分离板87分成进口侧和出口侧，下分离板的下边缘固定在贮槽100的出口侧，并且以一定角度朝输送板85下边缘后倾。进入贮槽100中的一部分液体在水的压力作用下会穿过下分离板(与前面的实施例一样，它也是由孔眼及密实的分割片构成)，并进入贮槽100的出口侧，越过贮槽100的边缘101而进入出口收集贮槽89，再由此进入出口90。本发明该实施例的其他方面都与前述的实施例相同。

图22和23所示的实施例表示了本发明的原理与动态分离器相结合的一种应用。该实施例特别适用于污水与雨水的混合系统。如前所述，这样的系统在通常情况下是处理污水的，当遇到大雨时，其负荷会增加许多倍。污水处理场可能不具有足够的能力来处理增大的流量，从而使一些原始的污水和一些雨水所携带的垃圾流失掉。

在该实施例中，通常情况下，入口110将输送污水及一些雨水，它们将进入腔室112然后进入动态分离器115。这样污水及清水将穿过孔眼116而进入出口117。

在液流增大、有很多雨水的情况下，从入口110进入的液体及所含的固体将沿分离板113运动，分离板113的作用如前述实施例所述的那样，水会穿过板113，而所含的固体物将沿板的表面运动而进入动态分离器115中。这样便可限制进入动态分离器中的水量。此外，在流量增大的情况下，固体物质将聚集在动态分离器的中心附近，借助于涡流作用，它们与夹带的水一起将朝中心移动，然后通过出口116。水的剩余部分将由新进入的水取代，它们会绕着折流板114运动，并会重新进入腔室112。

可以对腔室112及动态分离器115的处理能力进行选择，以便使分离器的最大排出量相当于污水处理场的最大接收量及最大流量，这样就可以使该设备能够处理预期的最大流量。