CN103214068B - 磁力耦合水力空化管式污水处理器 - Google Patents
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Abstract
一种磁力耦合水力空化管式污水处理器，在壳体内的左侧设置有左支架、右侧设置有右支架，整流棒的左端设置在左支架上、右端设置在右支架上，整流棒与壳体内壁之间的间隙为水流通道，整流棒与壳体内壁之间构成环绕整流棒的至少2级串联的文丘里管，整流棒的直径最大处与壳体内壁之间形成文丘里管的喉部。本发明具有结构简单、加工安装容易、承压高、效果好、可连续处理大流量污水等优点，可用于处理污水。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及到磁力耦合文丘里管道处理污水的设备或装置。
背景技术
超声空化引起的湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应所形成的极端物理条件，为强化加快化学反应提供了一种非常有效途径，随着近年来环境污染的日益突出，功率超声在污水处理方面的应用，获得了广泛和深入的研究。但超声空化只在声源附近较小范围内产生能量集中，空化效应强烈，对各类待处理的对象都有良好的效果．然而，超声换能器的总能耗中只有5%～10%用于空化，其余90%～95%的能量是以热能的形式使系统升温，即超声空化存在有效反应区域空间小、能效低的突出问题，这使得超声空化的应用受到极大的限制，其在工业化生产中实施遇到很大的困难。
水力空化是不同于超声空化的另一种空化方法，也是近年来受到相关领域技术人员广泛关注和研究的一种较超声空化更为简单有效的空化处理技术。已有的研究表明，水力空化对化工生产过程具有显著的强化作用，且从能效和规模化方面与超声空化相比，具有简便易行、能耗低、效率高、可在较大范围内形成比较均匀空化强化场等优点。因此水力空化应用于污水受到了广大学者的高度重视。但水力空化的空化强度明显较超声空化小，用于声化学反应的效率仍然较低。
水力空化污水处理装置，主要有孔板型水力空化装置和文丘里管式水力空化装置。采用物理场能协同提高水力空化装置的声化学反应的效率，是目前水力空化技术研究的热点问题。专利申请号为201010261180.0、发明名称为《水处理装置》的中国发明专利申请，专利申请号为200910004010.1、发明名称为《物理法灭菌增氧活性水器》的中国发明专利申请，均采用在文丘里管喉部的外侧设置磁场，这对水体活化与管壁防垢具有较好的作用，但由于文丘里管形成水力空化的声化学反应区域，在文丘里管喉部下游的扩散管段，显然在文丘里管喉部的外侧设置磁场对水力空化声化学反应效率的提高，作用非常有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述水处理装置的缺点，提供一种结构简单、加工安装容易、承压高、效果好、可连续处理大流量污水的磁力耦合水力空化管式污水处理器。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在壳体内的左侧设置有左支架、右侧设置有右支架，整流棒的左端设置在左支架上、右端设置在右支架上，整流棒与壳体内壁之间的间隙为水流通道，整流棒与壳体内壁之间构成环绕整流棒的至少2级串联的文丘里管，整流棒的直径最大处与壳体内壁之间形成文丘里管的喉部。
本发明的整流棒为：在安装轴的左侧和右侧设置有端部圆柱体，左侧的端部圆柱体右端与右侧的端部圆柱体左端之间安装轴上至少设置有两个整流单元，一个整流单元与相邻一个整流单元之间安装轴上设置有两个相对端极性相异的永久磁体，两个永久磁体之间安装轴上设置有中间圆柱体。
本发明的中间圆柱体的外径与左永久磁体、右永久磁体、端部圆柱体的外径相同；圆柱体的轴向长度与左永久磁体、右永久磁体、中间圆柱体、端部圆柱体的轴向长度相等。
本发明的整流单元的几何形状为：在圆柱体的两端有连为一体的圆台体，圆柱体左端圆台体的锥角α为60°～90°、右端圆台体的锥角β为30°～55°，β≤α，每个圆台体的最大直径为3D/4、最小直径为3D/20～1D/4，D为壳体的内径，两个圆台体的最大直径与最小直径比为3～5，每个整流单元的轴向长度为壳体内径D的1.5～2倍。
本发明的整流单元的几何形状为：在圆柱体的两端有连为一体的圆台体，圆柱体左端圆台体的锥角α最佳为75°、右端圆台体的锥角最佳为45°，每个圆台体的最大直径为3D/4、最小直径为3D/16，D为壳体的内径，两个圆台体的最大直径与最小直径比最佳为4，每个整流单元的轴向长度最佳为壳体内径D的1.8倍。
本发明的圆柱体的两端两个圆台体的最小直径与中间圆柱体的外径相等。
本发明的左支架为：在轮毂的径向至少均布设置有根辐板。本发明的右支架的结构与左支架相同，整流棒的左端设置在左支架的轮毂的中心孔内、右端设置在右支架的轮毂的中心孔内。
本发明通过在壳体内设置轴对称的整流棒，在整流棒与壳体内壁之间构成环绕整流棒的轴对称的文丘里管道。所产生的有益效果在于：其一，这种新型的文丘里管，与传统的将不同内径的管道通过变径管焊接相连构成的文丘里管相比，只要改变整流棒直径变化的特征和参数，就可构成不同变径比的文丘里管，结构简单、加工容易；其次，由于这种文新型的丘里管没有连接焊缝，因此其耐压能力高，更适合工作于高压工况、用于污水处理的文丘里管；其三，直径呈周期性变化的整流棒与壳体内壁之间构成的多级串联式文丘里管道，用于污水净化与目前的广泛研究的多级孔板构成的串联式水力空化污水处理器相比，安装方便，反应器内没有死角，污水处理净化效率高；其四，本发明在整流棒上整流单元之间的直径的最小段上设置的永久磁体产生的磁场，正好作用于水力空化产生的空化泡的崩灭过程，强化了水力空化产生的·OH等强氧化剂对水体污染物的进攻;同时磁场还能增大空气在水中的溶解度,降低溶液的表面张力,使水溶液中存在较多、较小的气泡核,可以作为水力空化效应所需的空化核,增强了水力空化的空化作用。磁场与水力空化相协同使污染物的降解率大大提高。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是图1中左支架2的结构示意图。
图3是图1中整流棒3的结构示意图。
图4是图3中左整流单元3－1的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1～3中，本实施例的磁力耦合水力空化管式污水处理器由壳体1、左支架2、整流棒3、右支架4联接构成。
本实施例的壳体1为圆筒形，壳体1的两端连为一体有法兰盘，用于与水管道联接，在与水管道相联通时，壳体1的内径应与水管道的内径相同，在壳体1内的左侧用螺纹紧固连接件固定联接有左支架2，壳体1内的右侧用螺纹紧固连接件固定联接有右支架4，整流棒3的左端用螺纹紧固连接件固定联接固定联接在左支架2上，整流棒3的右端用螺纹紧固连接件固定联接在右支架4上，整流棒3的中心线与壳体1的中心线相重合，整流棒3与壳体1内壁之间的间隙为水流通道，整流棒3与壳体1内壁之间构成环绕整流棒3的两级串联的文丘里管，整流棒3的直径最大处与壳体1内壁之间形成文丘里管的喉部。
图2给出了本实施例左支架2的结构示意图。在图2中，本实施例的左支架2由轮毂2－1、辐板2－2联接构成。轮毂2－1的中心位置加工有中心孔，中心孔用于安装整流棒3，在轮毂2－1的圆周外表面径向均布焊接联接有12块辐板2－2。右支架4的结构与左支架2的结构完全相同。
图3是本实施例整流棒3的结构示意图。在图3中，本实施例的整流棒3由左整流单元3－1、安装轴3－2、左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3－5、右整流单元3－6、端部圆柱体3－7联接构成。安装轴3－2的左端用螺纹紧固连接件固定联接安装在左支架2的中心孔内、右端用螺纹紧固连接件固定联接安装在右支架4的中心孔内，安装轴3－2的左侧外套装有端部圆柱体3－7，端部圆柱体3－7的右端安装轴3－2上套装有左整流单元3－1，左整流单元3－1的右端安装轴3－2上套装有左永久磁体3－3。在安装轴3－2的右侧外套装有端部圆柱体3－7，端部圆柱体3－7的左端安装轴3－2上套装有右整流单元3－6，右整流单元3－6的左端安装轴3－2上套装有右永久磁体3－5，左永久磁体3－3与右永久磁体3－5的相对端极性相异，左永久磁体3－3与右永久磁体3－5之间安装轴3－2上套装有中间圆柱体3－4，中间圆柱体3－4外径与右永久磁体3－5、左永久磁体3－3、端部圆柱体3－7的外径相同。
本实施例的左整流单元3－1的几何形状为：在左圆柱体3-1.2的两端有连为一体的圆台体3-1.1。左圆柱体3-1.2的两端的两个圆台体3-1.1的结构完全相同，左侧的圆台体3-1.1的锥角α为75°，右侧的圆台体3-1.1的锥角β为75°，两个圆台体3-1.1的轴向长度相等，两个圆台体3-1.1的最小直径与中间圆柱体3－4的外径相等，每个圆台体3-1.1的最大直径为3D/4、最小直径为3D/16，D为壳体的内径，两个圆台体3-1.1的最大直径与最小直径比为4，左圆柱体3-1.2的轴向长度与左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3、端部圆柱体3－7的轴向长度相等。左整流单元3－1的轴向长度为壳体内径D的1.8倍。
右整流单元3－6的几何形状与左整流单元3－1的几何形状完全相同。本实施例整流棒有2个整流单元，也可根据污水处理具体要求采用整流单元个数大于2的整流棒3，在一个整流单元与相邻一个整流单元之间安装轴3－2上安装左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3－5，左永久磁体3－3与右永久磁体3－5的相对端极性相异，构成具体结构的整流棒3。
在设计过程中，每给出一个确定的壳体内径D值，本领域的技术人员均可根据上述整流棒3的结构特征，设计出一种具体结构的整流棒3，并确定出与整流棒3长度相适应的壳体1的长度。这种结构的整流棒3，很容易加工。将整流棒3安装在壳体内，整流棒3与壳体1内壁之间的间隙为水流通道，整流单元的圆柱体与壳体1内壁之间形成文丘里管的喉部，整流棒3与壳体1内壁之间构成环绕整流棒的两级串联的文丘里管，也可根据污水处理的具体要求采用整流单元个数大于2的整流棒3，构成多级串联的文丘里管。
实施例2
本实施例的左整流单元3－1的几何形状为：在左圆柱体3-1.2的两端有连为一体的圆台体3-1.1。左圆柱体3-1.2的两端的两个圆台体3-1.1的结构完全相同，左侧的圆台体3-1.1的锥角α为60°，右侧的圆台体3-1.1的锥角β为60°，两个圆台体3-1.1的轴向长度相等，两个圆台体3-1.1的最小直径与中间圆柱体3－4的外径相等，每个圆台体的最大直径为3D/4、最小直径为1D/4，D为壳体的内径，两个圆台体3-1.1的最大直径与最小直径比为3，左圆柱体3-1.2的轴向长度与左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3、端部圆柱体3－7的轴向长度相等。左整流单元3－1的轴向长度为壳体内径D的1.5倍。
右整流单元3－6的几何形状与左整流单元3－1的几何形状完全相同。整流棒3的其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
将整流棒3安装在壳体1内，整流棒3与壳体1内壁之间的间隙构成文丘里水流通道，整流单元的圆柱体与壳体1内壁之间形成文丘里管的喉部，整流棒3与壳体1内壁之间构成环绕整流棒的两级串联的文丘里管。
实施例3
本实施例的左整流单元3－1的几何形状为：在左圆柱体3-1.2的两端有连为一体的圆台体3-1.1。左圆柱体3-1.2两端的两个圆台体3-1.1的结构完全相同，左侧的圆台体3-1.1的锥角α为90°，右侧的圆台体3-1.1的锥角β为90°，两个圆台体3-1.1的轴向长度相等，两个圆台体3-1.1的最小直径与中间圆柱体3－4的外径相等，每个圆台体3-1.1的最大直径为3D/4、最小直径为3D/20，D为壳体的内径，两个圆台体3-1.1的最大直径与最小直径比为5，左圆柱体3-1.2的轴向长度与左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体5、端部圆柱体3－7的轴向长度相等。左整流单元3－1的轴向长度为壳体内径D的2倍。
右整流单元3－6的几何形状与左整流单元3－1的几何形状完全相同。整流棒3的其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
将整流棒3安装在壳体1内，整流棒3与壳体1内壁之间的间隙构成文丘里水流通道，整流单元的圆柱体与壳体1内壁之间形成文丘里管的喉部，整流棒3与壳体1内壁之间构成环绕整流棒的两级串联的文丘里管。
实施例4
本实施例的左整流单元3－1的几何形状为：在左圆柱体3-1.2的两端有连为一体的圆台体3-1.1，左圆柱体3-1.2左侧的圆台体3-1.1的锥角α为75°、右侧的圆台体3-1.1的锥角β为45°，两个圆台体的的最小直径与中间圆柱体3－4的外径相等，每个圆台体3-1.1的最大直径为3D/4、最小直径为3D/16，D为壳体的内径，两个圆台体3-1.1的最大直径与最小直径比为4，左圆柱体3-1.2的轴向长度与左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体5、端部圆柱体3－7的轴向长度相等。左整流单元3－1的轴向长度为壳体内径D的1.8倍。
右整流单元3－6的几何形状与左整流单元3－1的几何形状完全相同。本实施例整流棒有2个整流单元，也可根据污水处理具体要求采用整流单元个数大于2的整流棒，在一个整流单元与相邻一个整流单元之间安装轴3－2上安装左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3－5，左永久磁体3－3与右永久磁体3－5的相对端极性相异，构成具体结构的整流棒3。
其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例5
本实施例的左整流单元3－1的几何形状为：在左圆柱体3-1.2的两端有连为一体的圆台体3-1.1，左圆柱体3-1.2左侧的圆台体3-1.1的锥角α为60°、右侧的圆台体3-1.1的锥角β为30°，两个圆台体3-1.1的最小直径与中间圆柱体3－4的外径相等，两个圆台体3-1.1的最大直径为3D/4、最小直径则为1D/4，D为壳体的内径，两个圆台体3-1.1的最大直径与最小直径比为3，左圆柱体3-1.2的轴向长度与左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3-5、端部圆柱体3－7的轴向长度相等。左整流单元3－1的轴向长度为壳体内径D的1.5倍。
右整流单元3－6的几何形状与左整流单元3－1的几何形状完全相同。本实施例整流棒有2个整流单元，也可根据污水处理具体要求采用整流单元个数大于2的整流棒，在一个整流单元与相邻一个整流单元之间安装轴3－2上安装左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3－5，左永久磁体3－3与右永久磁体3－5的相对端极性相异，构成具体结构的整流棒3。
其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例6
本实施例的左整流单元3－1的几何形状为：在左圆柱体3-1.2的两端有连为一体的圆台体，圆柱体左侧的圆台体3-1.1的锥角α为90°、右侧的圆台体3-1.1的锥角β为55°，两个圆台体3-1.1的最小直径与中间圆柱体3－4的外径相等，两个圆台体3-1.1的最大直径为3D/4、最小直径为3D/20，D为壳体的内径，两个圆台体3-1.1的最大直径与最小直径比为5，左圆柱体3-1.2的轴向长度与左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3-5、端部圆柱体3－7的轴向长度相等。左整流单元3－1的轴向长度为壳体内径D的2倍。
右整流单元3－6的几何形状与左整流单元3－1的几何形状完全相同。本实施例整流棒有2个整流单元，也可根据污水处理具体要求采用整流单元个数大于2的整流棒，在一个整流单元与相邻一个整流单元之间安装轴3－2上安装左永久磁体3－3、中间圆柱体3－4、右永久磁体3－5，左永久磁体3－3与右永久磁体3－5的相对端极性相异，构成具体结构的整流棒3。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例7
在以上的实施例1～6中，左支架2由轮毂2－1、辐板2－2联接构成。轮毂2－1的中心位置加工有中心孔，中心孔用于安装整流棒3的安装轴3－2，在轮毂2－1的圆周外表面径向均布焊接联接有3块辐板2－2，一块辐板2－2与相邻一块辐板2－2之间的圆心角为120°。右支架4的结构与左支架2的结构完全相同。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。
本发明的工作原理如下：
进入本发明高速流动的污水，在通过整流棒3的直径最大处与壳体1内壁间构成的第一级环绕整流棒3的文丘里管喉部时，溶解于水中的空气所形成的气核由于水流中压力的降低而迅速膨胀成为空化泡；流经文丘里管喉部，进入喉部的下游、整流棒3的直径的最大处到整流棒3的直径最小处构成的文丘里管扩散部区域时，水中压力恢复，当压强恢复时气泡瞬时溃灭产生高温(1000～5000K)和瞬时高压(1～5×107Pa)，即形成所谓的“热点”。空化泡溃灭瞬间的能量集中释放，足以打开水分子结合键,形成·OH与·H自由基，空化泡溃灭产生的冲击波和射流，在水中产生局部高浓度具有高化学活性的氧化剂·OH，与水中的有机污染物发生氧化反应，将水中大多数有机污染氧化降解为无害物质。同时整流棒3上的左永久磁体3－3、右永久磁体3－5产生的磁场，正好作用于水力空化产生的空化泡的崩灭过程，强化了水力空化产生的·OH等强氧化剂对水体污染物的进攻，形成第一级磁力耦合水力空化净化水中有机污染物；经过第一级磁力耦合水力空化净化的污水，又连续通过串联的第二级、三级…磁力耦合水力空化处理，从而实现对污水的进一步处理。
Claims (7)
1.一种磁力耦合水力空化管式污水处理器，其特征在于：在壳体（1）内的左侧设置有左支架（2）、右侧设置有右支架（4），整流棒（3）的左端设置在左支架（2）上、右端设置在右支架（4）上，整流棒（3）与壳体（1）内壁之间的间隙为水流通道，整流棒（3）与壳体（1）内壁之间构成环绕整流棒（3）的至少2级串联的文丘里管，整流棒（3）的直径最大处与壳体（1）内壁之间形成文丘里管的喉部；
所述的整流棒（3）为：在安装轴（3－2）的左侧和右侧设置有端部圆柱体（3－7），左侧的端部圆柱体（3－7）右端与右侧的端部圆柱体（3－7）左端之间安装轴（3－2）上至少设置有两个整流单元，一个整流单元与相邻一个整流单元之间安装轴（3－2）上设置有两个相对端极性相异的永久磁体，两个永久磁体之间安装轴（3－2）上设置有中间圆柱体（3－4）。
2.根据权利要求1所述的磁力耦合水力空化管式污水处理器，其特征在于：所述的中间圆柱体（3－4）的外径与左永久磁体（3－3）、右永久磁体（3－5）、端部圆柱体（3－7）的外径相同；圆柱体的轴向长度与左永久磁体（3－3）、右永久磁体（3－5）、中间圆柱体（3－4）、端部圆柱体（3－7）的轴向长度相等。
3.根据权利要求1所述的磁力耦合水力空化管式污水处理器，其特征在于所述的整流单元的几何形状为：在圆柱体的两端有连为一体的圆台体，圆柱体左端圆台体的锥角（α）为60°～90°、右端圆台体的锥角（β）为30°～55°，β≤α，每个圆台体的最大直径为3D/4、最小直径为3D/20～1D/4，D为壳体的内径，两个圆台体的最大直径与最小直径比为3～5，每个整流单元的轴向长度为壳体内径D的1.5～2倍。
4.根据权利要求1或3所述的磁力耦合水力空化管式污水处理器，其特征在于所述的整流单元的几何形状为：在圆柱体的两端有连为一体的圆台体，圆柱体左端圆台体的锥角（α）为75°、右端圆台体的锥角（β）为45°，每个圆台体的最大直径为3D/4、最小直径为3D/16，D为壳体的内径，两个圆台体的最大直径与最小直径比为4，每个整流单元的轴向长度为壳体内径D的1.8倍。
5.根据权利要求3所述的磁力耦合水力空化管式污水处理器，其特征在于：所述的圆柱体的两端两个圆台体的最小直径与中间圆柱体（3－4）的外径相等。
6.根据权利要求4所述的磁力耦合水力空化管式污水处理器，其特征在于：所述的圆柱体的两端两个圆台体的最小直径与中间圆柱体（3－4）的外径相等。
7.根据权利要求1所述的磁力耦合水力空化管式污水处理器，其特征在于所述的左支架（2）为：在轮毂（2－1）的径向至少均布设置有3根辐板（2－2）；所述的右支架（4）的结构与左支架（2）相同，整流棒（3）的左端设置在左支架（2）的轮毂（2－1）的中心孔内、右端设置在右支架（4）的轮毂（2－1）的中心孔内。
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