CN100413569C

CN100413569C - 在漂浮装置中产生微泡的压力水减压喷嘴

Info

Publication number: CN100413569C
Application number: CNB2004800296664A
Authority: CN
Inventors: P·维翁
Original assignee: DEGEMONT
Current assignee: DEGEMONT
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2024-10-05
Also published as: DE602004005230T2; ES2267418T3; SI1680213T1; CA2540866C; DE602004005230D1; BRPI0415137A; US20070119987A1; DE04791465T1; NZ546480A; RU2006115380A; EP1680213B1; KR101136337B1; US7651620B2; ES2267418T1; ATE355889T1; RU2324531C2; AU2004280269A1; WO2005035105A1; BRPI0415137B1; HK1093460A1

Abstract

本发明的喷嘴包括第一减压级(1)，第二减压级(2)、中间室(3)和出口管(4)。第一减压级(1)吸收5%～20%的可用压力产生初步减压。在第二减压级(2)中进行基本减压，流过的压力水从饱和压力到出口喷嘴压力。中间室(3)呈过渡室形式。在中间室(3)中，通过吸收5%～30%的可用压力，压力水接近饱和压力。出口管(4)包括一个突然减压和限制空泡的管，其最小长度(L)基本上相当于所述管在第二减压级侧的端部与射流重新附着到管壁上的点之间隔开的距离，在重新附着之前其扩散角(α)的范围为3°～12°。

Description

在漂浮装置中产生微泡的压力水减压喷嘴

技术领域

本发明涉及一种用于在漂浮装置中产生微泡的减压喷嘴。

背景技术

水处理厂众所周知包括一个漂浮装置。原水进入该装置，先絮凝然后与压力水混合，再减压，使得原水包含的悬浮固体由这个减压引起的微泡夹带，然后在容纳在该装置中的液体的表面上，以淤浆的形式排放，处理过的水通过该装置的底部排出。这样的一种装置已具体公开在EP-A-0659690和WO 03/064326中。

漂浮因此构成一种澄清技术(固体/液体分离)，至少对于一些类型的水，它是对沉降的另一种选择。

按照这种上述的技术，在凝结-絮凝阶段之后，水与一种通常由空气(具有的平均直径在30和80μm之间)组成的微泡的乳化物混合。这些微泡粘住絮凝物，在这种方式中絮凝物变轻，趋向于上升到漂浮装置的液体表面。在液体表面它们聚集形成淤浆层或淤浆床。如上所述，淤浆在漂浮装置的液体表面被抽出，而澄清的水是通过该装置的底部排出。

这种澄清水的一部分(一般为要处理水的10％左右)以4或6×10⁵Pa泵入一个特殊箱(称为增压箱)，在该箱中空气大量地溶解(高达大气压下空气在水中的最大浓度的5倍)。在突然减小到大气压力时，水处在过饱和状态，并产生微泡。这种压力减小是由称之为减压喷嘴的静态系统形成的。这些减压喷嘴放置在一个特定区域内，在该特定区域内微泡跟絮凝水混合。

为了在一个沉淀箱中从水中物理分离絮凝物，絮凝物必须是稠密的或大尺度的。

但是为了漂浮分离，需要形成所述絮凝物；它可能是小的和很轻的。因此，能够简化絮凝法，从而几乎一般不用通过漂浮来处理轻装(lightly landen)水的聚合物，并且采用比沉淀箱小的漂浮反应器。

另一方面，微泡发生器必须产生很小直径的微泡，微泡具有消散到与絮凝物的脆裂相适应的介质中的能量。

直至现在，漂浮装置几乎难以与生产带有淤浆或压载层的快速层状沉淀箱相竞争，因为下列理由：

-它们的絮凝区一般体积过大，

-相当低的分离速度，

-增压的能量成本。

然而，在最近几年，快速的漂浮装置已经出现，它们利用共流层状模块或特殊恢复系统。预计速度在20至40m/h。另外，絮凝时间下降，这是由于所研究的絮凝物和更高性能的技术被采用。

在漂浮装置中絮凝时间减少和高速度的这些情况下，与沉淀箱相比较，漂浮法证明有极大的竞争力。因为紧凑和容易运行，特别是在轻装水的澄清中，这就是为什么这种技术目前正在强劲反弹的原因。

但是，为了利用显示出这样的絮凝和分离速度性能的装置，微泡必须在数量和质量上特别合适。

絮凝时间的减小要求很细小的微泡，絮凝物的脆裂要求适中的混合能量，高的分离速度不允许缺乏有效的微泡。

这些限制意味着，在工业规模的情况下，常规的减压喷嘴已不可能获得所期望的性能。

例如，在半工业规模的示范装置上，小的减压喷嘴(100L/h至500L/h)已经有利于实现30m/h的漂浮装置的分离速度，而在装备有较大减压喷嘴(1000至1500L/h)的工业装置中，漂浮装置的速度不能超过20m/h。

因此必须开发一种更能适应工业规模的快速漂浮装置要求的新喷嘴。

目前，有许多类型的水澄清用的减压喷嘴。关于这点上，可以参考E.M.Rykaart和J.Haarhoff的文章(Wat.Sc.Tech.31卷，3-4册25-35页，1995)，标题为“在溶解空气的漂浮装置中空气注射喷嘴的性能”，它讲述了几种主要类型的喷嘴：

这篇文章特别提到具有如下特点的一些喷嘴：

-双减压(WRC和DWL喷嘴)或单减压(NIWR)，

-减压之后接一个速度缓冲室(NIWR和DWL)，

一减压之后接一个用于减慢速度的扩散段(下面称之为“B”喷嘴)，

WRC喷嘴具体公开在FR-P-1444026中，它包括：

-第一减压级，它执行大部分的减压，这个级制成隔膜的形式；

-一个中间过渡和膨胀室，其中，由于第一减压级和该室中的主要的紊流，气体(例如空气)实际上被释放。这个室的高度比较大。例如，在上述的专利中指出这个高度等于第二减压级的孔的直径。

-第二减压级，实际上执行从高能区到低能区或低速区的过渡。这个级制成隔膜的形式，它的孔径总是大于第一减压级的孔径，优选为2倍大。本发明的目的是在喷嘴出口处得到可能的最低速度，以致不使气泡粘在其上的絮凝物破碎。

一出口和扩散管，其功能是保护絮凝物在隔膜出口处仍然具有相当高的速度，和在管出口处实现足够低的速度。

发明内容

基于现有技术(WRC喷嘴)，本发明提出一种新的喷嘴，用于实现完全出乎意料的工业装置(大容量喷嘴＞500 1/h)的水力性能，特别是在大于30m/h下运行，以取代按照现有技术的“B”喷嘴的20m/h。

因此，本发明涉及一种压力水减压喷嘴，用于在漂浮装置中产生微泡，该装置包括第一减压级，中间过渡室，第二减压级和出口管，这种喷嘴的特征在于：

-第一减压级通过吸收5～20％的可用压力进行初步减压；

-第二减压级，使压力水从饱和压力过渡到喷嘴出口压力，大部分的减压出现在所述第二减压级；

-中间过渡室是一个过渡室，在所述中间过渡室中通过吸收5～30％的可用压力，压力水接近饱和压力，以及

-出口管包括突然减压和限制空泡的管，其最小长度基本上相当于所述管在第二减压级侧的一端与射流重新附着到管壁上的点之间间隔的距离。在重新附着之前，射流的扩散角α在3°～12°之间，优选地在6°～9°之间。

按照本发明的一个特征，第一和第二减压级制成隔膜形式，隔膜包括一个或多个任何形状的孔，第一减压级的孔的或者如果这个级包括几个孔的情况下等效孔的水力直径大于第二减压级的孔的或者如果这个级包括几个孔的情况下等效孔的水力直径。

按照本发明的另一个特征，减压d₁是借助于阀门、节流装置或任何其它的限流装置来进行的。

按照本发明的另一个特征，中间过渡室有一个高度，即第一减压级与第二减压级分开的距离，该高度小于第一次减压的孔的直径(如果这个级包括几个孔小于其等效孔径)，优选为等于该直径的一半。

本发明的其它特征和优点将从参照附图的下列描述中可以看出，附图示出了一个实施例以及所获得结果。

附图说明

在这些附图中：

图1是按照本发明的喷嘴的一个轴向竖直断面的视图，

图2涉及实验室试验，示出与用上面回忆的现有技术的喷嘴所得到的结果相对比本发明提供的结果，

图3表达了工业数据，该数据显示与根据现有技术的喷嘴所得到的结果相对比本发明提供的结果。

具体实施方式

参照附图，能够看出按照本发明的喷嘴包括第一减压级1、中间或过渡室3、第二减压级2和出口管4。第一减压级在这里制成隔膜形式，隔膜包括一个直径d1的孔。第二减压级包括两个或多个孔(这些孔的等效水力直径等于d2)。

这样，按照本发明，构成减压级的隔膜可以包括一个或多个孔。如果它包括几个孔(如本实施例的第二减压级2的情况)，水力直径d(或本实施例中的d2)是一个孔的等效直径，该孔的面积等于该隔膜的几个孔的面积之和。

如上所述，第一减压级1形成简单的初步减压，目的是在第二减压级2的上游，压力应接近于压力水的饱和压力。构成第一级1的限流系统孔的水力直径d1大于构成第二级2的隔膜的孔的水力直径d2(或所述当隔膜包括几个孔时，大于等效孔的水力直径，如图1所示的实施方式的情况)。优选地，d1等于1.5d2。在这一级，压力损失是5～35％左右，优选地为15％左右。

在过渡室3中，气体(主要是空气)必须不被释放。与第一减压级1有一种连续性，并且按照本发明，室3的高度必须小于第一减压级1的限流系统孔的等效水力直径。这个高度e是将两个减压级分开的距离，如图1中所看到的。这个中间过渡室3构成一个接近饱和的过渡室。在该室3中得到的压力损失是5到30％左右。

按照本发明，第二减压级2是唯一有效的减压，使压力水从饱和压力到喷嘴出口压力(喷嘴的浸没高度)。如上所述，构成这个级2的隔膜的孔(或等效孔)的水力直径总是小于第一级1的水力直径，并且优选地为小约1.5倍。由于这个第二减压级2，所得到的压力损失是60％至90％，优选地为70％左右。其目的是使全部减压和微泡产生集中在一点。这个第二减压级2有突然的加宽，构成该级2的隔膜的一个孔或一些孔的出口角是平的(180°)或在90°和270°之间。

微泡在出口管4中产生，它能够产生两种现象：

-突然的膨胀(不扩散)，

-在第二减压级2的后面保持有效空泡区(绝对压力＝0)。

如果第二减压是突然的(不扩散或在中心扩散角度＜90°或＞270°)，以及如果管子4有足够的长度，使负压区不由喷嘴外侧的液体提供，可以实现这些现象。按照本发明，这个长度L是管子直径的函数，并且基本上是在射流或多个射流的外壁和管子内壁之间的距离的函数。按照本发明，如图1中清楚地看到的，管子4的最小长度L基本上相当于所述管子在第二减压级2一侧的端部与射流重新附着到管壁上的点之间间隔的距离。在重新附着之前射流的扩散角α在3°～12°之间，优选地在6°～9°之间。

按照本发明，为了实现这个空泡区的良好关闭，构成第二减压级2的隔膜包括单个任何形状的(圆形的，正方形的，长方形的，椭圆形的)中央孔，或几个设置在离隔膜中心等距离处的孔。

管子的终端可以具有嗽叭形端部扩口5，以改善性能和减小出口速度。这个特征带来两个优点：

-液体流或多个液体流更好地重新附着，因此空泡区更好地关闭。

-减慢与絮凝物的机械特性相符的喷嘴出口速度。

这类实施例比WRC喷嘴能产生更大的气泡，但是微泡是更细小。

这些喷嘴已经在实验室试验过其特性，然后在工业装置上按生产状况作过试验。

试验结果和性能

1)实施室试验

已经试验过约50个喷嘴。这些喷嘴是从下列类型中获得的：

-下面用B表示的喷嘴，它包括一个减压段，接着是一个降低速度的扩散段；

-WRC型喷嘴，它们已经在上面描述过，

-构成本发明对象的喷嘴，用标志DGT表示。

它们的输送速率约为1.5m³/h。它们由增压箱在5×10⁵Pa下供应水。喷嘴浸没在一个具有1m³容量的透明容器内，在这里作了许多测量：

·由喷嘴所产生的大气泡的数量。这个输送速率与箱中溶解的空气的有效数量相比，以％表示。

·微泡乳化质量。利用浊度计的特殊测量来评价微泡的整个质量。强的浊度相应于更多的和/或更细小的微泡。

·喷嘴出口处的速度。目标是得到最低的速度。

图2示出的曲线显示了按微泡乳化浊度和按大气泡的％得到的结果。最好的喷嘴通常是产生最少的大气泡且具有最稠密的乳化。

结果示出：

-WRC喷嘴产生极少的大气泡，但是微泡乳化密度是低的。

-B和DGT喷嘴(按照本发明)产生较多的大气泡，相反却显示较稠密的乳化。大气泡越多，乳化越稠密，因为可用空气的数量是小的，密度的增加只能由更细小的微泡来解释。按照本发明的DGT喷嘴比B喷嘴在2个参数上有更高的性能。

同DGT喷嘴相关联的图形(25、35、65、90)，对应于安装有喇叭端5(黑正方形)的管子4以mm表示的长度L。可以确认的是，不充分的长度25mm不能产生稠密乳化。必须有至少35mm的长度使流体流重新附着到壁上，在端部得到有质量的乳化。由于这个事实，即构成第二减压级2的隔膜包括3个孔，为了在35mm内重新附着到壁上，喷射扩散角是在6～9°之间(在中心处为12～18°)。或许由于摩擦，太大的长度增加大气泡的数量。乳化质量趋向于减弱。

按照本发明的DGT喷嘴，具有缺少任何嗽叭口的出口管4，其性能由淡色的正方形表示。喇叭端5增加浊度5％～20％，并且减小喷嘴出口速度10％～40％。

结论是，最好的喷嘴似乎是改进的WRC+喷嘴(少量的大气泡和正确的浊度)和DGT35及DGT65喷嘴(尽管大气泡的程度高，但是乳化密度高)。

2)在工业漂浮装置上的试验

这些试验是在一个大的饮用水装置中进行的，该装置包括处在同样条件下的并联工作的5个漂浮装置，每个装置备有不同类型的喷嘴。

除了作为参考的“B”喷嘴之外，所采用的喷嘴全部采用装备有带喇叭端的出口管，如下：

-B喷嘴，

-WRC+喷嘴，

-DGT35喷嘴，

-DGT65喷嘴，

-DGT100喷嘴。

图3表示了对污水以2种试验输送速率(通过漂浮分离的单位表面面积的速度：20m³/m²/h和30m³/m²/h)得到的结果，该结果以漂浮水的浊度和漂浮装置上的速度表示。

图3的检查示出：

-在20m/h(增压比＝13％)下所有喷嘴给出几乎足够数量的微泡。

-在30m/h下和在增压比为8.5％下，喷嘴之间的差别明显出现：

-也许由于过量的大气泡导致缺乏微泡，B喷嘴落在后面。

-无疑因为其微泡全部是较大的，WRC+喷嘴失去效率。

-只有DGT65和DGT100喷嘴在该速度下不落在后面。因此，它们是产生最大数量的微泡的喷嘴。DGT35的扩散长度不足以产生同样质量的微泡。

总之，看起来令人吃惊的是，产生5倍大的气泡(50％对10％)的喷嘴最终是最高性能的漂浮喷嘴。这也许是由于这个事实，如已经讲述过的，所产生的微泡是较小的。这些微泡产生的条件是突然减压，由于足够长的扩散的喇叭端的管子，形成一个不重新提供(notresupplied)的气泡区。

当然，本发明不局限于上面公开的和/或提到的实施例或装置示例，而是包括其所有变型。这样，特别是，第一减压级1的孔的或如果这个级包括几个孔的情况下等效孔的水力直径d1可以是在第二减压级2的孔的或如果这个级包括几个孔的情况下等效孔的水力直径d2的1.6倍和1.1倍之间。

Claims

1. 一种压力水减压喷嘴，用于在漂浮装置中产生微泡，所述喷嘴包括第一减压级(1)，中间过渡室(3)，第二减压级(2)和出口管(4)，这种喷嘴的特征在于：

一第一和第二减压级制成隔膜的形式，所述隔膜包括一个或多个孔，第一减压级(1)的孔的或者如果这个级包括几个孔的情况下等效孔的水力直径(d1)，大于第二减压级的孔的或者如果这个级包括几个孔的情况下等效孔的直径(d2)，上述孔能够是任何形状，

以及特征在于：

-第一减压级(1)通过吸收5～20％的可用压力进行初步减压；

-第二减压级(2)，使压力水从饱和压力过渡到喷嘴出口压力，大部分减压出现在所述第二减压级(2)；

-中间过渡室(3)是一个过渡室，在过渡室中通过吸收5～30％的可用压力，压力水接近饱和压力，以及

-出口管(4)包括突然减压和限制空泡的管，所述管的最小长度(L)基本上相当于所述管在第二减压级一侧的端部与射流重新附着到管壁上的点之间的距离，在重新附着之前，射流的扩散角(α)在3°～12°之间。

2. 如权利要求1要求的喷嘴，其特征在于，上述孔为圆形。

3. 如权利要求1要求的喷嘴，其特征在于，所述射流的扩散角(α)在6°～9°之间。

4. 如权利要求1要求的喷嘴，其特征在于，所述第一减压级的孔包括阀门、节流装置或任何其它限流装置。

5. 如权利要求1要求的喷嘴，其特征在于，所述中间过渡室(3)有一个高度(e)，即第一减压级(1)与第二减压级(2)分隔开的距离，该高度小于构成第一减压级的隔膜的孔的直径(d1)。

6. 如权利要求5要求的喷嘴，其特征在于，该高度等于构成第一减压级的隔膜的孔的直径(d1)的一半。

7. 如权利要求1要求的喷嘴，其特征在于，构成所述第二减压级的隔膜包括一个单独的中央孔。

8. 如权利要求1要求的喷嘴，其特征在于，构成所述第二减压级的隔膜包括许多孔，这些孔位于离隔膜中心等距离处。

9. 如权利要求1到8中任何一个权利要求的喷嘴，其特征在于，所述第一减压级(1)的孔的或者如果这个级包括几个孔的情况下等效孔的水力直径(d1)，在第二减压级的孔的或者如果这个级包括几个孔的情况下等效孔的直径的1.6倍和1.1倍之间。

10. 如权利要求1到8中任何一个权利要求所要求的喷嘴，其特征在于，所述第二减压级(2)有突然加宽，构成该级的隔膜的孔或多个孔的出口角度是平的，即180°，或在90°和270°之间。

11. 如权利要求1要求的喷嘴，其特征在于，所述出口管(4)终止于一个喇叭形端部扩口(5)。