具体实施方式

下面结合附图，以具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

实施例1、旋流气浮装置

如图1所示，为本发明的旋流气浮装置的结构示意图。如图所示，该旋流气浮装置包括底部的筒状底盘10，以及设置于筒状底盘10上方的主体壳体20，该主体壳体20的底部为入口段30，所述主体壳体20的内部自入口段30向上依次设置有圆台底盘21、螺旋段23、缩径段24、出口段25、以及止沸塔盘26；并且，所述筒状底盘10的侧壁上分别设有溶气水入口11和含藻水入口12，筒状底盘10的内部还设有气泡发生装置13，该气泡发生装置13与所述溶气水入口11连接；此外，所述入口段30的侧壁上设有生产水出口31，所述主体壳体20的顶部设有藻类富集出口27。

进一步的，所述气泡发生装置13优选为曝气盘，其上均布着众多的微孔，微孔的孔径优选为2㎜，可以产生尺度为0.1～40μm的微纳气泡，同时还具有稳流布水的功能，使得进入后续螺旋段23的处理水在径向均匀分布。

所述圆台底盘21位于主体壳体20底部的入口段30内，其底部的直径与所述筒状底盘10的直径相同并相互连通；所述螺旋段23的直径与所述圆台底盘21的顶部开口的直径相同且相互连通，且所述螺旋段23的底部还设有造旋模块22，该造旋模块22位于所述圆台底盘21的顶部开口上，以利用液体旋转产生的离心力对来料水中的藻类和粒径＜1μm的气泡进行快速的脱气去除。

进一步的，所述造旋模块22可以是倾斜向上45°的切向进口，或者是螺旋角为15°～20°的导流螺旋叶片的形式。对于导流螺旋叶片的形式，所述倒流螺旋叶片的参数可以设置为：长度为15～25mm，叶片个数为3～5个，叶片厚度为2～3mm。

所述止沸塔盘26固定于所述出口段25的上方，可通过例如支架等进行固定，止沸塔盘26的形状优选为上宽下窄的喇叭形或台柱型，以用于限制从出口段25流出的生产水的运动高度，使生产水从出口段25流出后在主体壳体2的内腔中径向均匀分布。优选的，所述止沸塔盘26与出口段25之间的距离为5～10mm。

进一步的，所述出口段25的直径d为150mm～200mm，高度L为1000mm～1500mm。

所述缩径段24的顶部直径与所述出口段25的直径相同，变径角度为5°～10°，高度为出口段25高度的3～4倍。

所述螺旋段23为筒状，其直径与所述缩径段24底部的直径相同，高度为出口段25高度的8～10倍，所述螺旋段23的底部设有支撑结构，例如卡扣式支撑结构，用以安装所述造旋模块22。

所述圆台底盘21的圆台段角度为30°～50°，高度为出口段25高度的1～2倍。

所述曝气盘的材料为ABS工程塑料，形状包括但不限于圆盘式、球冠式、圆周喷头式。优选的，所述曝气盘可通过例如支架等固定于所述螺旋段23正下方的位置，曝气盘的直径为螺旋段23直径的1/2～7/8。优选的，所述气泡发生装置13与所述螺旋段23底部所设造旋模块22之间的距离为100～200mm，这样可以确保由曝气盘释出的气泡不会变得过大，同时又能与含藻水充分混合。

所述筒状底盘10与所述圆台底盘21底部之间、所述圆台底盘21的顶部开口与所述螺旋段23之间、所述螺旋段23与所述缩径段24之间、以及所述缩径段24与所述出口段25之间均通过法兰连接，以方便连接和拆卸。

本实施例的旋流气浮装置的工作原理如下：

溶气水和含藻水分别由筒状底盘10的溶气水入口11和含藻水入口12进入筒状底盘10内部，其中，溶气水经溶气水入口11进入气泡发生装置13，从曝气盘的微孔流出的同时释放出大量的微纳气泡，从而与从含藻水入口12输入的含藻水充分混合，然后由圆台底盘21的顶部进入螺旋段23的造旋模块22，经造旋模块22形成弱旋流后进入螺旋段23，再经缩径段24加速后由出口段25冲出撞击上方的止沸塔盘26，经止沸塔盘26阻挡后沿径向进入主体壳体2的内腔中，最后气泡带动藻类由主体壳体2顶部的藻类富集出口27排出，生产水则由主体壳体2底部入口段30的生产水出口31流出。

实施例2、弱旋流耦合微气浮的水体快速预除藻装置

如图2所示，为本实施例的弱旋流耦合微气浮的水体快速预除藻装置的示意图。所示装置包括实施例1的旋流气浮装置100，通过管路与所述旋流气浮装置100的溶气水入口连通的溶气泵101，分别向溶气泵101输送压缩空气的空气压缩机102和输送清水的清水罐103，通过管路与所述旋流气浮装置100的含藻水入口连通的水泵104，向水泵104输送含藻水的含藻水罐105，与所述旋流气浮装置100的生产水出口连接的净水罐106，以及与所述旋流气浮装置100的藻类富集出口连接的浓缩藻类储罐107。

所述的空气压缩机102与溶气泵101间设有气体计量计108，溶气泵101与溶气水入口之间，水泵104与含藻水罐105之间均设有质量流量计108，可根据待处理的含藻水的藻浓度、粒径、密度、浊度等参数，适时调整溶气水的气液比，溶气水、含藻水流量及其相对比例，以获得最佳处理效果。

优选的，溶气水进液量q_溶气水与含藻水进液量q_含藻水之比设定为1/10～1/2。

使用本实施例的弱旋流耦合微气浮的水体快速除藻装置的除藻过程如下：

S1：空气压缩机102将空气压缩后负压输送至溶气泵101，溶气泵101将空气与来自清水罐103的清水混合并由溶气水入口输送至旋流气浮装置100；含藻水则由水泵104加压后经含藻水入口输送至旋流气浮装置100。

S2：旋流气浮装置100下方的气泡发生装置使溶气水中的气泡从曝气盘的微孔释出，尺寸缩小并均匀扩散，与含藻水入口12输送的含藻水充分混合；

S3：含藻污水与溶气水交汇混合，进入旋流气浮装置100内部的圆台底盘，经过螺旋段下方的造旋模块产生弱旋流作用后，自下而上由出口段撞击止沸塔盘后径向进入主体壳体的内腔；

S4：经过弱旋流耦合微气浮作用处理后的混合水由主体壳体排出，其中，藻类上升经主体壳体顶部的藻类富集出口排出进入浓缩藻类储罐107，处理后的生产水从主体壳体下部的生产水出口排出进入净水罐106。

应用实施例1

无锡某污水处理厂采用实施例2的利用弱旋流耦合微气浮的水体快速预除藻装置，对太湖蓝藻水样进行水藻分离处理，要求藻类的去除率达到60％以上：

待处理含藻水的特征参数如下：

工艺流程如图3所示，包含两级设备，其中，一级设备为实施例2的水体快速预除藻装置，以自来水作为微气浮进水，将无锡太湖含藻水通入旋流气浮装置100，而将自来水直接通过溶气泵101，以此来产生大量的溶气水，然后溶气水经过释放进入旋流气浮装置100内腔，对内腔含藻水进行气浮，所述内腔螺旋段中包含造旋模块，通过旋流气浮耦合作用进行快速预除藻；二级设备为自适应旋流多相分离设备200，设备的核心部件为以旋流芯管为主的旋流模块，旋流模块的作用是利用离心力对分散态的油滴进行快速的脱气、除油。旋流芯管共包括1根主离心管和4根均布环绕的副离心管；主离心管底部设有造旋叶片，侧壁设有至少两个切向液体进口，所述的造旋叶片可以使流经该处的液体的流动状态由轴向运动变为旋转运动；主分离管顶部设有轻相引流锥和防冲帽；副分离管底部设有重相分离锥，顶部设有轻相分离锥和防冲帽。

含藻水经过主离心管的切向进口和造旋叶片产生的弱旋流作用进行初步分离，藻类和气泡等轻相经引流锥从顶部流出，重相水则进入4根副离心管重复主离心管中过程继续分离。经过主副离心管的双重处理，可以实现藻类和气体的深度脱除。

经过如下步骤：

所述的含藻水储罐中含藻水浓度为叶绿素＝1500μg/L，通过水泵加压输送至旋流气浮装置的筒状底盘的水相入口，在含藻水储罐和水泵间连接有流量计来测量含藻水流量，含藻水流量为4m³/h。

以清水为气浮，溶气泵的水流量为24m³/h，工作压力为0.67MPa，气液比为8％，溶气水/含藻水的比例为7:4。

经过一级设备弱旋流耦合气浮的作用后，水相进入二级设备，经过自适应旋流模块产生的离心力对水相中的藻类和气泡进行快速脱除，处理后的水相自底部的洁净水出口排出。

设备连续运行24h，其中每隔8h，分别测量一级设备出水口以及二级设备净水口中叶绿素的平均浓度，测量结果为一级出口：450.4、620.7、550.2μg/L；二级出口394.5、556.5、480μg/L；

结果分析，不添加任何絮凝剂前提下，以自来水为微气浮进水去除中浓度(叶绿素＝1500±100μg/L)含藻水，含藻水叶绿素的最高去除率达到73.7％，最低去除率为62.9％，平均去除率为68.2％，处理后的藻类含量明显降低，藻类去除率达到60％以上，满足生产水排出要求。且一级出口与二级出口叶绿素浓度之比分别为87.6％、89.6％、87.2％，说明藻类的去除绝大部分是在一级设备中完成，二级设备的主要作用是脱除一级设备出口水中的气体，以便后续工艺的处理。

藻类去除效果如下表所示：

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。