CN104556267B - 一种二级阻流的水力空化水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二级阻流的水力空化水处理装置，其是在水力空化腔的一端进水口上设置有喷嘴，在喷嘴内设置有锥体结构的第一阻流体，在水力空化腔的内部设置第二阻流体和调节板，调节板沿着水力空化腔的径向设置并与喷嘴正对，第二阻流体通过间隔分布的固定杆与水力空化腔内壁固定，其是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接而成的闭合曲线绕着喷嘴的中心轴旋转一周所形成的旋转体，本发明利用流体沿壁流动效应，使负压区域生成的空化气泡在壁效应的作用下游移到高压区，并在高压区遇到内壁和调节板障碍发生崩溃，生成大量自由基，从而提高水力空化降解有机污染物的能力，以达到提高和强化空化处理废水效果的目的。
Description
技术领域
本发明属于液态流体空化发生装置研究技术领域，尤其涉及一种利用水力空化降解处理有机污染物废水的水力空化水处理装置。
技术背景
据环境保护总局发布的《中国环境状况公报》称，对全国近14万公里河流进行的水质评价，结果表明近40％的河水受到了严重污染；全国七大江河水系中劣V类水质占41％。而环保总局发布的另一项重要调查显示，在被统计的我国131条流经城市的河流中，严重污染的有36条，重度污染的有21条，中度污染的有38条。
由于水体的污染，造成许多水资源无法再利用，从而加重了水资源的匮乏程度,影响了环境的可持续利用和经济的可持续发展。因此，寻求新的方法和技术对流量大、污染物多且又成分复杂的工业、农业污染废水进行有效地、深度处理，将为水资源的再利用创造条件。
物理方法进行水处理，由于不产生二次污染，被称为“绿色水处理”，受到了广泛的关注。其中的空化法，因可以廉价简易地集高温、高压、机械剪切和破碎为一体，为物理方法进行有机污染物降解和水体净化处理创造了特殊的形式。
文丘里管是早期水力空化发生器的代表之一，它的出现为空化净化水处理带来了新的方法。但传统的文丘里管在污水处理方面的应用受到很大限制，最重要的表现是：自由基生成数量过少，尤其是羟基自由基的生成数目过少，导致处理有机污染物的效果不理想，因此这种处理污水的方法一直没有在实际工程中广泛使用。
发明内容
为了能够有效克服传统水力空化所存在的技术缺陷，本发明提供了一种能够使流体生成大量自由基，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，并且操作方便、易于管理，成本低、技术结构简单的二级阻流的水力空化水处理装置。
本发明所采用的技术方案是：在水力空化腔的一端进水口上设置有喷嘴，水力空化腔上与进水口相对的另一端底部加工有出水口，在水力空化腔的内部设置有第二阻流体和调节板，调节板在出水口一侧沿着水力空化腔的径向设置并与喷嘴正对，在调节板的下沿加工有过水孔，第二阻流体通过间隔分布的固定杆与水力空化腔内壁固定，其是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接而成的闭合曲线绕着喷嘴的中心轴旋转一周所形成的旋转体，以水力空化腔的进水口端面与喷嘴中心轴的交点为坐标原点，喷嘴中心轴为x轴，水力空化腔的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：
(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
曲线2的线性方程是：
(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
曲线3的线性方程是：
(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
其中a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为11～17；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为8～12；
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为43～51；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20～23；
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为59～73；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29～34；
曲线1的圆心角为165～190°，曲线2的圆心角为66～105°，曲线3的圆心角为54～86°；
在喷嘴1内中心轴上设置有第一阻流体2，第一阻流体2的纵向截面是纺锤形的锥体结构，在流体入口端的顶部锥角α是15～20°，与之相对的底部锥角β是80～120°，第一阻流体2距喷嘴1内壁的最小间距d1为3～5mm。
上述水力空化腔3的入口端内壁为圆弧面结构，其纵向截面圆弧半径为25～67mm，圆心角是42～75°。
上述第一阻流体2距喷嘴1出口端之间的垂直距离与喷嘴1内径的比值为0.15～0.25：1。
上述调节板5与喷嘴1出口端的间距是55～70mm。
本发明的二级阻流的水力空化水处理装置是通过在喷嘴中设置第一阻流体、水力空化腔中设置第二阻流体，使高压水流受阻后形成高压射流，由于喷嘴出口小，水力空化腔内腔空间大，形成负压区，高压射流在负压区域生成空化气泡，利用流体沿壁流动效应，使负压区域生成的空化气泡在壁效应的作用下游移到高压区，并在高压区遇到内壁和调节板障碍发生崩溃，生成大量自由基，从而有效提高水力空化降解有机污染物的能力，以达到提高和强化空化处理废水效果的目的，本发明的结构简单、效率高、操作方便、易于管理，成本低，适于工业化应用。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
图2为图1中的第二阻流体4的左视图。
具体实施方式
现结合实施例和附图对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。
实施例1
参见图1和图2，本实施例的二级阻流的水力空化水处理装置是由喷嘴1、第一阻流体2、水力空化腔3、第二阻流体4、调节板5、固定杆6以及连接臂7连接构成。
本实施例的水力空化腔3是水平放置的直径为76mm的圆筒状结构，水力空化腔3的腔室左端侧部加工有进水口、右端底部加工有出水口，在进水口上安装有喷嘴1，该喷嘴1的内径是20mm，在喷嘴1的内腔沿着中心轴线安装有第一阻流体2，第一阻流体2的外壁通过3根连接臂7与喷嘴1的内壁连接固定。连接臂7沿着喷嘴1的径向对称分布在第一阻流体2的外围。本实施例的第一阻流体2是纵向界面为纺锤形的锥体结构，沿着流体流向，在流体入口端的顶部锥角α为20°，与之相对的底部锥角β是120°，第一阻流体2的底端延伸至水力空化腔3内，即其最大的径向截面与水力空化腔3和喷嘴1的连接面重合。为了使水流受阻，能够形成高压射流，该第一阻流体2距喷嘴1内壁的最小间距d1需控制为5mm左右，即第一阻流体2距喷嘴1出口端之间的垂直距离与喷嘴1内径的比值为0.25：1。
为了避免流体进入水力空化腔3后在死角中停留，将水力空化腔3的进水端内壁加工为圆弧面结构，其纵向截面圆弧半径为25mm，圆心角是75°。为了避免进入水力空化腔3内的大量微小气泡群相互之间合并变成大气泡而破裂，在水力空化腔3内安装有第二阻流体4，第二阻流体4通过固定杆6固定在水力空化腔3的内壁，固定杆6间隔均布在第二阻流体4的外围，并且其直径相对较小，以不影响水流为准。本实施例的第二阻流体4是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着喷嘴1的中心轴旋转一周所形成的旋转体；以喷嘴1中心轴与水力空化腔3进水口端面之间的交点为坐标原点，喷嘴1中心轴为x轴，水力空化腔3的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为11；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为8；
曲线1的圆心角为180°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为47；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20；
曲线2的圆心角为93°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为63；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为32；
曲线3的圆心角为75°。
在水力空化腔3内第二阻流体4的右侧靠近出口处安装有调节板5，调节板5沿着水力空化腔3的径向焊接在水力空化腔3的内壁上，当空化气泡在高压区内与调节板5碰撞时会发生崩溃，形成高温高压和冲击波并产生大量的自由基，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，该调节板5距离喷嘴1出口端为63mm。在调节板5的下端开通有直径为5mm的过水孔，保证水流通过从水力空化腔3的出水口流出。
本实施例的水力空化水处理装置在使用时，高压水流从喷口的进水口端进入喷嘴1后遇到第一阻流体2阻碍，形成射流从喷嘴1出口端射出，由于喷嘴1小、水力空化腔3的空间扩大，在水力空化腔3内形成低压区，此时微小的气泡群开始形成，当微小气泡群遇到第二阻流体4的阻挡后根据沿壁效应，微气泡群沿着水力空化腔3的内壁以及第二阻流体4的外壁分散成两股，一部分沿L1区域，另一部分沿L2区域，在流体的作用下两股为气泡分别向L3高压区移动，与水力空化腔3内部以及调节板5发生碰撞而崩溃，从而形成高温高压和冲击波双重作用下产生大量的自由基，进而有效地提高水力空化降解有机污染物的能力。
实施例2
本实施例的水力空化腔3的进水口上安装有喷嘴1，该喷嘴1的内径是20mm，在喷嘴1的内腔沿着中心轴线安装有第一阻流体2，第一阻流体2是纵向界面为纺锤形的锥体结构，沿着流体流向，在流体入口端的顶部锥角α为20°，与之相对的底部锥角β是80°，该第一阻流体2距喷嘴1内壁的最小间距d1需控制为5mm，即第一阻流体2距喷嘴1出口端之间的垂直距离与喷嘴1内径的比值为0.25：1。
在水力空化腔3内安装有第二阻流体4，第二阻流体4是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着喷嘴1的中心轴旋转一周所形成的旋转体；以喷嘴1中心轴与水力空化腔3进水口端面之间的交点为坐标原点，喷嘴1中心轴为x轴，水力空化腔3的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为12；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为9；
曲线1的圆心角为190°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为43；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为23；
曲线2的圆心角为66°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为66；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29；
曲线3的圆心角为54°。
在水力空化腔3内第二阻流体4的右侧靠近出口处安装有调节板5，调节板5距离喷嘴1出口端为70mm。在调节板5的下端开通有直径为5mm的过水孔，保证水流通过从水力空化腔3的出水口流出。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例3
本实施例的水力空化腔3的进水端内壁加工为圆弧面结构，其纵向截面圆弧半径为39mm，圆心角是62°。在水力空化腔3的进水口上安装有喷嘴1，该喷嘴1的内径是20mm，在喷嘴1的内腔沿着中心轴线安装有第一阻流体2，第一阻流体2是纵向界面为纺锤形的锥体结构，沿着流体流向，在流体入口端的顶部锥角α为20°，与之相对的底部锥角β是80°，该第一阻流体2距喷嘴1内壁的最小间距d1需控制为3mm，即第一阻流体2距喷嘴1出口端之间的垂直距离与喷嘴1内径的比值为0.15：1。
在水力空化腔3内安装有第二阻流体4，第二阻流体4是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着喷嘴1的中心轴旋转一周所形成的旋转体；以喷嘴1中心轴与水力空化腔3进水口端面之间的交点为坐标原点，喷嘴1中心轴为x轴，水力空化腔3的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为12；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为12；
曲线1的圆心角为170°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为43；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为21；
曲线2的圆心角为74°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为62；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29；
曲线3的圆心角为66°。
在水力空化腔3内第二阻流体4的右侧靠近出口处安装有调节板5，调节板5距离喷嘴1出口端为70mm。在调节板5的下端开通有直径为5mm的过水孔，保证水流通过从水力空化腔3的出水口流出。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例4
本实施例的水力空化腔3的进水端内壁加工为圆弧面结构，其纵向截面圆弧半径为67mm，圆心角是42°。在水力空化腔3的进水口上安装有喷嘴1，该喷嘴1的内径是20mm，在喷嘴1的内腔沿着中心轴线安装有第一阻流体2，第一阻流体2是纵向界面为纺锤形的锥体结构，沿着流体流向，在流体入口端的顶部锥角α为15°，与之相对的底部锥角β是120°，该第一阻流体2距喷嘴1内壁的最小间距d1需控制为3mm，即第一阻流体2距喷嘴1出口端之间的垂直距离与喷嘴1内径的比值为0.15：1。
在水力空化腔3内安装有第二阻流体4，第二阻流体4是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着喷嘴1的中心轴旋转一周所形成的旋转体；以喷嘴1中心轴与水力空化腔3进水口端面之间的交点为坐标原点，喷嘴1中心轴为x轴，水力空化腔3的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为11；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为9；
曲线1的圆心角为165°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为46；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20；
曲线2的圆心角为105°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为59；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为34；
曲线3的圆心角为86°。
在水力空化腔3内第二阻流体4的右侧靠近出口处安装有调节板5，调节板5距离喷嘴1出口端为55mm。在调节板5的下端开通有直径为5mm的过水孔，保证水流通过从水力空化腔3的出水口流出。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例5
本实施例中第一阻流体2是纵向界面为纺锤形的锥体结构，沿着流体流向，在流体入口端的顶部锥角α为20°，与之相对的底部锥角β是90°，该第一阻流体2距喷嘴1内壁的最小间距d1为4mm，即第一阻流体2距喷嘴1出口端之间的垂直距离与喷嘴1内径的比值为0.2：1。
在水力空化腔3内安装有第二阻流体4，第二阻流体4是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着喷嘴1的中心轴旋转一周所形成的旋转体；以喷嘴1中心轴与水力空化腔3进水口端面之间的交点为坐标原点，喷嘴1中心轴为x轴，水力空化腔3的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为19；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为9；
曲线1的圆心角为190°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为50；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为23；
曲线2的圆心角为66°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为73；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29；
曲线3的圆心角为54°。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例6
本实施例中第一阻流体2是纵向界面为纺锤形的锥体结构，沿着流体流向，在流体入口端的顶部锥角α为18°，与之相对的底部锥角β是120°，该第一阻流体2距喷嘴1内壁的最小间距d1为4mm，即第一阻流体2距喷嘴1出口端之间的垂直距离与喷嘴1内径的比值为0.2：1。
在水力空化腔3内安装有第二阻流体4，第二阻流体4是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着喷嘴1的中心轴旋转一周所形成的旋转体；以喷嘴1中心轴与水力空化腔3进水口端面之间的交点为坐标原点，喷嘴1中心轴为x轴，水力空化腔3的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为15；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为8；
曲线1的圆心角为179°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为51；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20；
曲线2的圆心角为93°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为67；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为32；
曲线3的圆心角为75°。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例7
本实施例的第二阻流体4是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着喷嘴1的中心轴旋转一周所形成的旋转体；以喷嘴1中心轴与水力空化腔3进水口端面之间的交点为坐标原点，喷嘴1中心轴为x轴，水力空化腔3的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为17；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为12；
曲线1的圆心角为170°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为48；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为21；
曲线2的圆心角为74°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为67；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29；
曲线3的圆心角为66°。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
本发明的第一阻流体2、第二阻流体4的具体设计参数还可以根据实际情况进行调整，不仅限于上述的实施情形。
Claims (4)
1.一种二级阻流的水力空化水处理装置，其特征在于：在水力空化腔(3)的一端进水口上设置有喷嘴(1)，水力空化腔(3)上与进水口相对的另一端底部加工有出水口，在水力空化腔(3)的内部设置有第二阻流体(4)和调节板(5)，调节板(5)在出水口一侧沿着水力空化腔(3)的径向设置并与喷嘴(1)正对，在调节板(5)的下沿加工有过水孔，第二阻流体(4)通过间隔分布的固定杆(6)与水力空化腔(3)内壁固定，该第二阻流体(4)是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接而成的闭合曲线绕着喷嘴(1)的中心轴旋转一周所形成的旋转体，以水力空化腔(3)的进水口端面与喷嘴(1)中心轴的交点为坐标原点，喷嘴(1)中心轴为x轴，水力空化腔(3)的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm；
曲线1的线性方程为：
(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
曲线2的线性方程是：
(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
曲线3的线性方程是：
(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
其中a1取值为11～17；b1取值为8～12；a2取值为43～51；b2取值为20～23；a3取值为59～73；b3取值为29～34；
曲线1的圆心角为165～190°，曲线2的圆心角为66～105°，曲线3的圆心角为54～86°；
在喷嘴(1)内中心轴上设置有第一阻流体(2)，第一阻流体(2)的纵向截面是纺锤形的锥体结构，在流体入口端的顶部锥角α是15～20°，与之相对的底部锥角β是80～120°，第一阻流体(2)距喷嘴(1)内壁的最小间距d1为3～5mm。
2.根据权利要求1所述的二级阻流的水力空化水处理装置，其特征在于：所述水力空化腔(3)的进水端内壁为圆弧面结构并且圆弧半径为25～67mm，圆心角是42～75°。
3.根据权利要求1所述的二级阻流的水力空化水处理装置，其特征在于：所述第一阻流体(2)距喷嘴(1)出水端之间的垂直距离与喷嘴(1)内径的比值为0.15～0.25：1。
4.根据权利要求1所述的二级阻流的水力空化水处理装置，其特征在于：所述调节板(5)与喷嘴(1)出水端的间距是55～70mm。
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