水处理设备的制作方法

本公开涉及包括水力旋流器的水处理设备。

背景技术：

水处理，尤其是水消毒，可以包括将水与生物杀灭流体混合。生物杀灭流体可以例如是含有臭氧、其他自由基或受激分子的等离子体流出物。

为了将生物杀灭流体尤其是等离子体流出物注射到水流中，水压和生物杀灭流体的压力必须至少基本匹配。例如，水压可能必须降低到生物杀灭流体的压力。这可以通过使用文丘里注射器来实现。在文丘里注射器中，生物杀灭流体被注射到载水的管道的收缩的区段中。

文丘里注射器可与管道布局的修改和非标准管道零件的使用等要求相关联。文丘里注射器可以使压力降低，从而导致更高的泵送需求。随之而来的可能是占地面积大、能耗高和成本高。

因此，本公开的目的是至少部分地克服现有技术中的至少一些上述问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述，提供了根据权利要求1所述的水处理设备。此外，还提供了根据权利要求12所述的压载水系统和根据权利要求14所述的水处理方法。

根据从属权利要求、权利要求组合、说明书和附图，可以与本文描述的实施例结合的其他优点、特征、方面和细节是清楚的。

附图说明

下面将参照附图描述细节，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的水处理设备的示意性横剖面视图；以及

图2是根据本公开的一个实施例的水处理设备的示意性横剖面视图。

具体实施方式

现在将详细参考各个实施例，每个图中示出这些实施例的一个或多个实例。每个实例均以说明的方式给出，并不意味着限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于任何其他实施例上或与任何其他实施例结合，以产生又一个实施例。本公开旨在包括这样的修改和变化。

在附图的以下描述中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。一般来说，仅描述了关于各个实施例的差异。除非另有说明，否则一个实施例中的部分或方面的描述也可以应用于另一个实施例中的相应部分或方面。

图1是根据本公开实施例的水处理设备100的示意性横剖面视图。水处理设备100包括第一水力旋流器102。第一水力旋流器102具有内部空间104和用于将水供应到内部空间104中的进水口106。第一水力旋流器102通常具有用于将水的至少一部分排除的底部出口108，和顶部出口112。第一水力旋流器102可以具有延伸到内部空间104中的底部出口管110。底部出口管110的第一开口特别地位于内部空间104内。第一水力旋流器102的底部出口108可以是底部出口管110的第二开口。水处理设备100可以包括连接到底部出口108的流出管114。在流出管114的壁中，可以设置有连接到通气管116的开口。

第一水力旋流器102通常被配置为使得在水处理设备操作时在进水口106与底部出口108之间构建压力梯度。底部出口108的区域中的水压可以比进水口106的区域中的水压低例如2、5、10或15倍。在本公开的上下文中，水处理设备正在操作可以理解为经由进水口将水供应到第一水力旋流器的内部空间中。

第一水力旋流器102可以被配置为使得在水处理系统100操作时，沿着第一水力旋流器102的中心轴线122构建气体堆芯130。中心轴线122通常穿过第一水力旋流器102的内部空间104。尤其地，中心轴线122穿过第一水力旋流器102的底部出口108和顶部出口112。根据本公开的一个方面，进水口106处的特定最小水压可有利于气体堆芯130形成。例如，水处理设备100可以被配置为使得进水口106处的水压高于例如0.2bar、0.5bar、1bar或2bar。

供应到水力旋流器内部空间中的水可以包括固体。固体可以包括例如颗粒和生物体等元素。这些元素可有大小分布。尤其地，每个元素的体积可以变化。水处理设备可以被配置为使得体积大于例如每元素的平均体积的25％、50％、100％或150％的元素经由顶部出口从水力旋流器排出。在实施例中，尺寸大于例如50μm、60μm或75μm的元素可以经由顶部出口排出。尤其地，元素具有尺寸应理解为该元素在其主延伸方向上具有尺寸。尤其地，大颗粒和/或生物体从水中被滤出。更尤其地，经由底部出口从第一水力旋流器排出的水通常至少基本上不含大颗粒和/或生物体。

在实施例中，水处理设备可以被配置为使得经由进水口106供应到内部空间104中的水的至少例如60％、80％或95％经由第一水力旋流器102的底部出口108排出。

水处理设备100还包括生物杀灭流体注射器120。生物杀灭流体注射器120可以被配置为将生物杀灭流体注射到内部空间104中，尤其是用于消除存在水中的生物体。换句话说，可以经由生物杀灭流体对水进行消毒。尤其地，生物杀灭流体会消除未经由第一水力旋流器102被从水中过滤出的生物体。

水处理设备100可以被配置为处理压载水。进水口106可被配置为可连接到天然水库或压载舱，使得水可以分别从天然水库或压载舱转移到内部空间104中。尤其地，水为压载水。在实施例中，进水口106可以被配置为可连接到输送管线和水泵中的任何一个。输送管线和水泵中的任何一个都可以被配置为将水分别从天然水库或压载水舱转移到内部空间104中。

在本公开的上下文中，天然水库例如可以是海洋或湖泊。压载水舱可以是船舶的压载水舱，尤其是海运船的压载水舱。

底部出口108可以被配置为可连接至压载水舱或天然水库，使得水可分别从内部空间104转移到压载水舱或天然水库。在实施例中，底部出口108可以被配置为可连接到输送管线和水泵中的任何一个。输送管线和水泵中的任何一个可以被配置为将水从内部空间分别转移到压载水舱或天然水库。

生物杀灭流体注射器尤其被配置为沿着注射轴线注射生物杀灭流体。注射轴线可以与第一水力旋流器102的中心轴线122重合。在实施例中，注射轴线与中心轴线122之间的距离可以小于例如底部出口108的半径的75％、50％或25％。底部出口108通常为圆形。尤其地，在底部出口108为例如椭圆形或矩形的实施例中，底部出口108的半径可以理解为底部出口108的最大直径的50％。尤其地，该最大直径是在垂直于中心轴线122的方向上测量的。

在第一水力旋流器102的中心轴线122的区域中，压力通常较低，尤其是低于水力旋流器的内部空间104的其他部分中的压力。在压力低的区域注射生物杀灭流体的优点尤其在于，生物杀灭流体的压力可以是低的。

在实施例中，生物杀灭流体注射器可以被定位为，使得在水处理设备操作时，注射的生物杀灭流体的压力(尤其是注射的生物杀灭流体内的压力)低于第一水力旋流器的头部压力。如本公开的“技术背景”一节所述，为了将生物杀灭流体注射到水流中，水压和生物杀灭流体的压力必须至少基本匹配。因此，注射的生物杀灭流体的压力低于水力旋流器的头部压力意味着注射了生物杀灭流体的区域中的水压也低于第一水力旋流器的头部压力。如本领域技术人员所知，水力旋流器的头部压力应理解为水力旋流器进水口处的水压。头部压力可以例如直接在进水口或进水口附近测量，尤其是在连接到进水口的输送管线或管道内测量。

注射的生物杀灭流体的压力可以例如比水力旋流器的头部压力低5％、15％、30％或50％。注射了生物杀灭剂流体的区域中的水压可以例如比水力旋流器的头部压力低5％、15％、30％或50％。注射的生物杀灭流体的压力可以例如比水力旋流器的头部压力低0.25bar、0.5bar、1bar或1.5bar以上。注射了生物杀灭剂流体的区域中的水压可以例如比水力旋流器的头部压力低0.25bar、0.5bar、1bar或1.5bar以上。

根据本发明的一个方面，注射的生物杀灭流体的流速可以例如比在进水口处供应到水力旋流器内部空间中的水的流速高20％、100％、500％或1000％。注射的生物杀灭流体的流速可以例如在生物杀灭流体注射器与内部空间之间的接合处测量。在进水口处供应到内部空间中的水的流速可以例如直接在进水口处或进水口附近测量，尤其是在连接到进水口的输送管线或管道内测量。

在本公开的上下文中，注射点应理解为将生物杀灭剂流体注射到水力旋流器内部空间中的点。注射平面应理解为将生物杀灭流体注射到内部空间中的平面。尤其地，注射平面可以理解为生物杀灭流体注射器与水力旋流器内部空间之间的界面。在内部空间中移动的水在注射点或注射平面的区域(尤其是在直接邻近注射点或注射平面的区域)可以具有第一流速v1。水在进水口区域(尤其是直接邻近进水口的区域)可以具有第二流速v2。第一流速和第二流速的值应尤其理解为各个区域的平均值。根据本公开的一个方面，第一流速可以例如比第二流速大10％、20％、500％或1000％。流速之间的差异可以使得0.5·ρ·(v1²-v2²)大于例如0.2bar、0.8bar或1.2bar。尤其地，0.5·ρ·(v1²-v2²)可以是例如0.25bar、0.5bar、1bar或1.5bar的量级(order)。

生物杀灭流体注射器120可以被配置为在平行于第一水力旋流器102的中心轴线122的方向上注射生物杀灭流体。尤其有利于向第一水力旋流器102的底部出口108输送生物杀灭流体。

生物杀灭流体注射器120可以被配置为经由顶部出口112注射生物杀灭流体。第一水力旋流器102通常具有沿中心轴线122的方向延伸的锥形区段。锥形区段可以从起始平面118延伸到顶部出口112。生物杀灭流体注射器120可以被配置为在注射平面128中注射生物杀灭流体。根据本公开的一个方面，在水处理设备100操作时，注射平面128中的压力可以低于第一水力旋流器102的头部压力。

注射平面128与顶部出口112的中心之间的距离通常小于起始平面118与顶部出口112的中心之间的距离。在实施例中，顶部出口112的中心与注射平面128之间的距离可以小于顶部出口112的中心与起始平面118之间的距离的例如80％、50％、20％或10％。注射平面112靠近顶部出口112尤其具有以下优点，即可将生物杀灭流体注射到压力低的区域。可以便于注射低压生物杀灭流体。

在实施例中，水处理设备100可被配置为使得内部空间104中沿着注射轴线的压力(尤其是注射平面128中或注射平面128附近的压力)低于将由生物杀灭流体注射器120注射的生物杀灭流体的压力。生物杀灭流体可以被吸到内部空间104中，尤其是流向第一水力旋流器102的底部出口108。

根据本公开的一个方面，水处理设备100可以被配置为使得在水处理设备操作时，构建环形流。环形流包括经由进水口106供应到内部空间104中的水。尤其地，水沿着第一水力旋流器102的壁流动通过底部出口108。更尤其地，水通过底部出口108流到流出管114中。环形流还包括气体堆芯130。气体堆芯130可包括从注射平面128流向第一水力旋流器102的底部出口108的生物杀灭流体。包括气体堆芯130的环形流可以尤其经由底部出口管110流到流出管114中。

根据本公开的一个方面，水处理设备被配置为使得在水处理设备操作时，环形流转变为分散流。在本公开的上下文中，分散流可以理解为来自气体堆芯的气体分散在水中。分散流尤其应理解为泡状流。尤其地，来自气体堆芯的气泡分散在水中。从环形流转变为分散流可以发生在例如底部出口管和流出管中的任何一者中。在实施例中，转变可以发生在第一水力旋流器的内部空间中。

气体从气体堆芯分散到水中尤其使得气体堆芯中的生物杀灭流体与水混合。促进了生物杀灭流体与水(尤其是与水中存在的生物体)的反应。尤其是，水被消毒。

生物杀灭流体注射器120可以包括被配置为产生生物杀灭流体的产生单元124。生物杀灭流体注射器120可以包括连接到产生单元124的泵126。泵126尤其被配置为提供过压，以将生物杀灭流体注射到内部空间104中。泵126可以连接在产生单元124的上游。将泵126连接到产生单元124的上游的优点尤其在于，生物杀灭流体不必流经泵126，从而可以避免损坏泵。

用于在产生单元124与内部空间104之间输送生物杀灭流体的连接路径可以无任何泵。可以确保产生单元124与第一水力旋流器102的内部空间104之间的短连接路径。特别地，可以确保在生物杀灭流体的反应性(尤其是有效性)丧失之前，生物杀灭流体与水接触。尤其是在这方面，生物杀灭流体的有效性应理解为生物杀灭流体消灭生物体的能力。

产生单元124可以是等离子体发生器。生物杀灭流体可以包括等离子体流出物。尤其地，生物杀灭流体可以是等离子体流出物。等离子体流出物可以包括臭氧、其他自由基和/或受激分子。杀菌流体尤其是气态的。等离子体发生器可以被配置为通过在供给气体中产生等离子体来产生等离子体流出物。产生等离子体可以包括诱导等离子体放电，尤其是冷等离子体放电。尤其地，冷等离子体放电与氧化剂的有效产生相关联。等离子体发生器可以具有供给气体入口。泵126尤其连接到供给气体入口。典型的供给气体包括氧气。在实施例中，水处理设备100被配置为使用空气(尤其是干燥空气)作为供给气体。

激发和保持等离子体放电的电压取决于发生等离子体放电的区域中的气体的压力。低的气体压与发生放电所需的低电压相关联，因此能量输入也较低。在低压气体中产生的等离子体通常产生低压等离子体流出物。在第一水力旋流器的低压区域向第一水力旋流器中注射等离子体流出物的优点尤其在于，可以注射低压等离子体流出物。可以利用针对能量高效地等离子体构建而配置的等离子体发生器。

该水处理设备特别具有将水的过滤和消毒结合在一个设备中的优点。水在过滤和消毒前后的总压降可特别低。尤其是生物杀灭流体可以在无额外压降的情况下与水混合。可以省略使用文丘里注射器将生物杀灭流体与水混合。可以避免对现有管道布局进行修改。通常，可以减轻或避免与文丘里注射器相关的缺点。与文丘里注射器相关的缺点可以包括需要使用非标准管道部件，以及由于压降而增加的泵送需求。本文描述的水处理设备尤其是占地面积小。该水处理设备的能耗可较低且成本可降低。

在进行压载水处理的情况下，本文描述的水处理设备的占地面积小是特别有利的。节省空间在船舶上是特别有价值的。对于改装船舶来说，水处理设备占地面积小是特别有益的。

图2是根据本公开实施例的水处理设备200的示意性横剖面视图。与图1所示的实施例相比，水处理设备200包括第二水力旋流器202。第二水力旋流器202的底部出口208可以连接到第一水力旋流器102的进水口106。在实施例中，第二水力旋流器的底部出口208可以经由第二水力旋流器202的流出管214连接到第一水力旋流器102的进水口106。

第二水力旋流器202可以具有内部空间和进水口。第二水力旋流器202可以被配置为对经由进水口被供应到内部空间中的水进行过滤。第二水力旋流器可以被配置为从水中过滤出大颗粒和/或生物体，尤其是类似于图1的描述中关于第一水力旋流器所公开的那样。尤其地，经由底部出口从第二水力旋流器排出的水通常至少基本上不含大颗粒和/或生物体。

水的过滤和消毒可以至少部分地分离。可以将由第二水力旋流器202预过滤的水提供给第一水力旋流器102。水处理设备200通常被配置为使得生物灭杀流体被注射到第一水力旋流器102的内部空间104中，如在图1的描述中详细描述的那样。在实施例中，水处理设备202的第一水力旋流器102可以额外对水进行过滤。尤其地，第一水力旋流器102可以对经由进水口106供应到内部空间104中的水进行过滤，如图1的描述中所公开的。

本公开还涉及一种压载水系统。该压载水系统通常包括压载水舱。该压载水系统还包括根据本文所述方面的水处理设备。该压载水系统特别包括参照图1描述的水处理设备100或参照图2描述的水处理设备200。压载水舱可以连接到水处理设备100、200，从而允许水在至少一个方向上的转移。

在实施例中，压载水系统可以被配置为使得经由进水口106供应到内部空间104中的水的至少例如65％、80％或90％经由第一水力旋流器102的底部出口108排出。

本公开还涉及一种水处理方法。根据本文所述的方面，该水处理方法包括将水供给入水处理设备。该水处理方法具体包括将水供给入参照图1描述的水处理设备100，或者供给入参照图2描述的水处理设备200。