CN105481054B - 一种带有导向体构件的喷射环流反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有导向体构件的喷射环流反应器，包括外筒以及设置在外筒内腔的导流筒，在外筒的上部开有出水口，在导流筒的下方或者底端两壁之间设置有与进水管道连通的空化喷头，在导流筒内腔设置有导向体，导向体位于空化喷头的上方且与空化喷头的喷射端正对；本发明是在超声振动作用与狭缝射流作用下产生协同效果，产生大量自由基，使设备的水力空化能耗降低，超声空化强度大大提高，强化了污水处理能力，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，同时利用导向体分散了液体中气体分布，防止液体中气体的聚集，进一步提高了气液接触面积，本发明还具有操作方便、易于管理，成本低，技术结构简单等优点，适于工业化推广应用。

Description

一种带有导向体构件的喷射环流反应器

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，特别涉及一种利用水力声空化强化降解处理有机污染物废水的带有导向体构件的喷射环流反应器。

背景技术

随着人口的增长,社会经济的不断发展,污水的排放量与日俱增,水污染问题已对人类生存和社会发展构成了越来越严重的威胁,防止水体恶化,保护水资源,已经成为人类共同追求的目标。传统的处理方法在防治水体污染方面已经并正在发挥着重要的作用。但由于废水量的不断增加,组成成份的日趋复杂,对废水处理的日趋严格,传统的处理方法在多功能性,高效稳定性,和经济合理性方面难以满足不断提高的环境要求，因此高环境的要求需要有新的技术为之配套。

气升式喷射环流反应器以气体为推动力实现水的循环流动,无需机械搅拌和泵提升,不仅结构简单,而且能耗低,被广泛用于生物、化工及环境领域。传统气升式喷射环流反应器中，气泡上升过程中不断聚并变大，带来两个不利影响：1)大气泡受到的浮力大而曳力小，不能被环流带到下降段，使下降段、尤其是底部气含率非常小；2)气液界面积减小，对传质不利。

空化作为一种物理方法处理污水技术，具有高效能，成本低，并具有不产生二次污染，被称为“绿色水处理”，受到了广泛的关注。而目前研究比较多的主要是超声宝化和水力空化。近年来,对超声空化技术的化学反应的深人研究发现其在特种污水处理方面效果明显，

然而，超声空化虽然空化强度高，但在总能耗中只有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，这使得超声空化的应用受到极大的限制，难以实现工业化。随着水力空化进入人们的事业,我们发现水力空化在污水处理方面潜力巨大，具有简便易行、能耗低、效率高等特点，从能效和规模化方面比较，水力空化技术比超声空化技术更具有优势，但水力空化具有空化强度低的缺点，因此设计一种具有超声空化强度高，水力空化能耗低、效率高的水力声空化环流设备就显得尤为重要.

发明内容

为了克服传统水力空化技术所存在的不足，本发明提供了一种有效防止气泡聚集、保证气液混合性能好、超声空化强度高、处理能力强的带有导向体构件的喷射环流反应器。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：该带有导向体构件的喷射环流反应器，包括外筒以及设置在外筒内腔的导流筒，在外筒的上部开有出水口，在导流筒的下方或者底端两壁之间设置有与进水管道连通的空化喷头，在导流筒内腔设置有导向体，导向体位于空化喷头的上方且与空化喷头的喷射端正对；

所述空化喷头包括第一固定板、第二固定板、第一喷嘴、第二喷嘴、振动杆以及连接杆，第一固定板与第二固定板相对设置并且通过连接杆连接，第一喷嘴设置在第一固定板的中部，第二喷嘴设置在第二固定板的中部且第二喷嘴的出水端口与第一喷嘴的出水端口相对，第一喷嘴与第二喷嘴分别与进水管道连通，在第一固定板和第二固定板上分别开设有第一环形狭缝和第二环形狭缝，第一环形狭缝在第一喷嘴的外侧且与第一喷嘴同心，第二环形狭缝在第二喷嘴的外侧且与第二喷嘴同心、与第一环形狭缝正对，第一环形狭缝和第二环形狭缝分别与进水管道连通，在第一固定板与第二固定板之间还设置有振动杆，振动杆的中心轴与第一喷嘴、第二喷嘴的中心轴平行，振动杆分布在第一喷嘴与第一环形狭缝之间。

上述第一喷嘴和第二喷嘴均是收敛型结构，第一喷嘴和第二喷嘴的入口直径D与出口直径d之间满足：D/d＝1:0.4～0.7，第一喷嘴与第二喷嘴之间的间距L为1.5～4.0mm。

上述第一环形狭缝、第二环形狭缝的进水侧环宽为4～8mm、出水侧环宽为1～3mm。

上述导向体距离第一喷嘴和第二喷嘴的出水端口的垂直间距是50～100mm。

上述导向体的长半轴与短半轴之间的比值是6:1～12:1，保持细长的结构。

上述振动杆是沿着第一喷嘴和第二喷嘴的外围在同一圆周上均匀分布，保证所形成的声波分布均匀。

上述第一喷嘴和第二喷嘴的外壁与振动杆之间的间距H是0.5～1.5mm，以使所产生的声波最大。

上述第一喷嘴和第二喷嘴均是由锥形段和直管段组成，其锥形段的长度是32～38mm，直管段的长度是2～5mm。

上述第一喷嘴和第二喷嘴的外壁距离外筒底部的最小高度是10cm。

本发明的带有导向体构件的喷射环流反应器，液体经相对设立的第一喷嘴和第二喷嘴喷射后形成相对射流，发生撞击，在撞击面上会产生波动压力，引起振动杆振动产生超声波，同时，液体经收敛型第一环形狭缝和第二环形狭缝后产生微气泡，在超声波作用下也会产生自由基，在超声振动作用与狭缝射流作用下产生协同效果，产生大量自由基，使设备的水力空化能耗降低，超声空化强度大大提高，强化了污水处理能力，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，同时大量的微气泡进入导流筒向上流动，导流筒内导向体的存在有利于防止液体中气体的聚集，分散了液体中气体分布，进一步提高了气液接触面积，同时，筒内液体与气体接触后其气含率高于导流筒外气含率，筒中两相混合物的密度较低，这种密度差形成了一个推动力，推动喷射环流反应器内流体形成导流筒内向上、外环向下的循环流动，实现气液间的进一步混合，增强了气液间的传质和传热效果，此外，本发明还具有操作方便、易于管理，成本低，技术结构简单等优点，适于工业化推广应用。

附图说明

图1为实施例1的喷射环流反应器结构示意图。

图2为图1中空化喷头5的结构示意图。

图3为图2中A-A的截面示意图。

图4为实施例2的喷射环流反应器结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

实施例1

由图1可知，本实施例的带有导向体3构件的喷射环流反应器是由外筒1、导流筒2、导向体3、空化喷头5以及固定杆4组成。

本实施例的外筒1是直径为60cm的圆筒结构，在该外筒1的上部侧壁上开有出水口，在外筒1的内腔距离外筒1底部45cm的位置通过固定杆4和螺纹紧固件固定安装有一个直径为50cm的导流筒2，该导流筒2的中心轴与外筒1的中心轴重合，导流筒2的下端口距离外筒1底部的高度是20cm，在导流筒2的正下方通过焊接在外筒1内壁上的固定杆4固定安装有空化喷头5，参见图2和3，本实施例的空化喷头5是由第一固定板5-1、第二固定板5-5、第一喷嘴5-2、第二喷嘴5-3、振动杆5-4以及连接杆5-6组成，第一固定板5-1与第二固定板5-5相对设置且通过3个均匀分布的连接杆5-6连接为一体结构，第一固定板5-1与第二固定板5-5的外侧分别通过固定杆4分别与外筒1的内壁固定，在第一固定板5-1的中部加工有喷嘴安装孔，在喷嘴安装孔上用螺纹方式安装有第一喷嘴5-2，该第一喷嘴5-2的外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第一喷嘴5-2内部的锥形管段长度是34mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为4mm，d/D＝0.5，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是4mm，长度是4mm。在第一固定板5-1上还加工第一环形狭缝a，第一环形狭缝a与第一喷嘴5-2同心设置，该第一环形狭缝a的进水侧环宽是6mm，出水侧环宽是2mm，第一环形狭缝a与第一喷嘴5-2同心设置并且分布在第一喷嘴5-2的外侧。与之对称的是，在第二固定板5-5的中部也固定有第二喷嘴5-3，第二喷嘴5-3与第一喷嘴5-1的出水端口相对且出水端口之间的水平间距L是2mm，该第二喷嘴5-3的的外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第二喷嘴5-3内部的锥形管段长度是34mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为4mm，d/D＝0.5，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是4mm，长度是4mm。在第二固定板5-5上还加工第二环形狭缝b，该第二环形狭缝b的进水侧环宽是6mm，出水侧环宽是2mm，对应的第二环形狭缝b与第二喷嘴5-3同心设置且分布在第二喷嘴4-3的外侧。在第一环形狭缝a的内侧壁与第一喷嘴5-2的外侧壁之间还焊接安装有振动杆5-4，振动杆5-4是4个，在第一喷嘴5-2的外侧同一圆周上均匀分布，该振动杆5-4的另一端焊接在第二固定盘上且与第一喷嘴5-2、第二喷嘴5-3的中心轴平行，振动杆5-4的直径是1.5mm，长度为78mm，必须保证是细长杆状，振动杆5-4距离第一喷嘴5-2出水端口的垂直距离H是1mm。

为了保证第一喷嘴5-2和第二喷嘴5-3所产生的射流不受外筒1底部的冲击，保证第一喷嘴5-2和第二喷嘴5-3距离外筒底部的高度最小为10cm，本实施例控制在13cm的高度位置。

本实施例在导流筒2的内腔距离第一喷嘴5-2的出水端口是50mm的高度位置固定有导向体3，该导向体3是椭圆体结构，竖向安装，其外壁通过固定杆4与导流筒2的内壁固定，防止其随着液体悬浮，本实施例的导向体3安装在导流筒2的中心轴上，导向体3的长轴与导流筒2的中心轴重合，且本实施例中导向体3的长半轴是300mm，短半轴是50mm。

本实施例的第一固定板5-1和第二固定板5-5分别通过管接头6与延伸至外筒1外部的进水管道连通，即形成并列管路，使进水能够自由分配，一部分通过第一喷嘴4-2和第二喷嘴4-3的收敛型通道形成相对方向的射流，喷射出后产生撞击，在撞击面上产生波动压力，向外辐射，引起外侧振动杆5-4振动发声，产生大量微气泡，另一部分经第一环形狭缝a和第二环形狭缝b后产生大量的微气泡，两部分气泡随着液体向上运动进入导流筒2，遇到导向体3后分散，沿着导向体3的外壁扩散，有效防止液体中气体的聚集，进一步提高了气液接触面积，同时，导流筒2内液体与气体接触后其气含率高于导流筒2外的气含率，导流筒2中两相混合，密度较低，在导流筒2顶部气液混合，与导流筒2外侧形成密度差，形成导流筒2内向上、外环向下的循环流动，实现气液间的进一步混合，增强了气液间的传质和传热效果。

实施例2

参见图4，本实施例中，在外筒1的内腔通过固定杆4和螺纹紧固件固定安装有一个直径为46cm的导流筒2，导流筒2的下端口距离外筒1底部的高度是20cm，在导流筒2在导流筒2的底端相对的两侧壁上加工有圆形安装孔，在圆形安装孔上分别用螺纹方式安装有2个相对设置的接头6，该接头6是属于由中心通道和环形通道构成的同轴环隙双通道结构，两个接头6之间通过空化喷头5连通，接头6的另一端分别与延伸至外筒1外部的进水管道连通。

本实施例的空化喷头5是由第一固定板5-1、第二固定板5-5、第一喷嘴5-2、第二喷嘴5-3、振动杆5-4以及连接杆5-6组成，第一固定板5-1与第二固定板5-5相对设置且通过4个均匀分布的连接杆5-6连接为一体结构，第一固定板5-1与第二固定板5-5的外侧分别通过固定杆4与外筒1的内壁固定，在第一固定板5-1的中部加工有喷嘴安装孔，在喷嘴安装孔上用螺纹方式安装有第一喷嘴5-2，该第一喷嘴5-2的外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第一喷嘴5-2内部的锥形管段的长度是32mm，进水端口的内径D为8mm，与接头6的中心通道相对，出水端口的内径d为3.2mm，d/D＝0.4，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是3.2mm，长度是5mm。在第一固定板5-1上还加工第一环形狭缝a，第一环形狭缝a与第一喷嘴5-2同心设置，该第一环形狭缝a的进水侧环宽是8mm，出水侧环宽是3mm，第一环形狭缝a与接头6的环形通道相对，本实施例的第一固定板5-1通过螺纹方式与接头6对接，通过接头6与延伸至外筒1外的进水管道连通，使通过第一喷嘴5-2收敛型通道的进水形成射流，经第一环形狭缝a的进水空化形成微气泡。与之对称的是，在第二固定板5-5的中部也固定有第二喷嘴5-3，第二喷嘴5-3与第一喷嘴5-2的出水端口相对且出水端口之间的水平间距L是1.5mm，该第二喷嘴5-3的结构与第一喷嘴5-2相同，其外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第二喷嘴5-3内部的锥形管段的长度是32mm，进水端口的内径D为8mm，与外筒另一侧的接头6中心通道相对，出水端口的内径d为3.2mm，d/D＝0.4，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是3.2mm，长度是5mm。在第二固定板5-5上还加工第二环形狭缝b，第二环形狭缝b与第二喷嘴5-3同心设置，该第二环形狭缝b的进水侧环宽是8mm，出水侧环宽是3mm，与另一接头6的环形通道相对，第二固定板5-5也通过螺纹方式与接头6对接，通过接头6与延伸至外筒1外的进水管道连通，与第一固定板5-1侧的进水管道形成并列管路。在第一环形狭缝a的内侧壁与第一喷嘴5-2的外侧壁之间还焊接安装有振动杆5-4，振动杆5-4是4个，在第一喷嘴5-2的外侧同一圆周上均匀分布，该振动杆5-4的另一端焊接在第二固定盘上且与第一喷嘴5-2的中心轴平行，振动杆5-4的直径是2mm，长度为76mm，必须保证是细长杆状，振动杆5-4距离第一喷嘴5-2出水端口的垂直距离H是1.5mm。

为了保证第一喷嘴5-2和第二喷嘴5-3所产生的射流不受外筒1底部的冲击，保证第一喷嘴5-2和第二喷嘴5-3距离外筒底部的高度为10cm。

本实施例在导流筒2的内腔距离第一喷嘴5-2的出水端口是100mm的高度位置固定有导向体3，该导向体3是椭圆体结构，竖向安装，其外壁通过固定杆4与导流筒2的内壁固定，防止其随着液体悬浮，本实施例的导向体3安装在导流筒2的中心轴上，导向体3的长轴与导流筒2的中心轴重合，且本实施例中导向体3的长半轴是400mm，短半轴是50mm。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例中，在外筒1的内腔通过固定杆4和螺纹紧固件固定安装有一个直径为48cm的导流筒2，该导流筒2的中心轴与外筒1的中心轴重合，在导流筒2的正下方通过焊接在外筒1内壁的固定杆4固定安装有空化喷头5。

本实施例的空化喷头5是由第一固定板5-1、第二固定板5-5、第一喷嘴5-2、第二喷嘴5-3、振动杆5-4以及连接杆5-6组成，第一固定板5-1与第二固定板5-5相对设置且通过2个均匀分布的连接杆5-6连接为一体结构，第一固定板5-1与第二固定板5-5的外侧分别通过固定杆4与外筒1的内壁固定，在第一固定板5-1的中部加工有喷嘴安装孔，在喷嘴安装孔上用螺纹方式安装有第一喷嘴5-2，该第一喷嘴5-2的外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第一喷嘴5-2内部的锥形管段的长度是38mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为5.6mm，d/D＝0.7，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是5.6mm，长度是2mm。在第一固定板5-1上还加工第一环形狭缝a，第一环形狭缝a与第一喷嘴5-2同心设置，该第一环形狭缝a的进水侧环宽是4mm，出水侧环宽是1mm。与之对称的是，在第二固定板5-5的中部也固定有第二喷嘴5-3，第二喷嘴5-3与第一喷嘴5-2的出水端口相对且出水端口之间的水平间距L是4mm，该第二喷嘴5-3与第一喷嘴5-2结构相同，其外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第二喷嘴5-3内部的锥形管段的长度是38mm，进水端口的内径D为8mm，与外筒另一侧的接头6中心通道相对，出水端口的内径d为5.6mm，d/D＝0.7，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是5.6mm，长度是2mm。在第二固定板5-5上还加工第二环形狭缝b，第二环形狭缝b与第二喷嘴5-3同心设置，该第二环形狭缝b的进水侧环宽是4mm，出水侧环宽是1mm，在第一环形狭缝a的内侧壁与第一喷嘴5-2的外侧壁之间还焊接安装有振动杆5-4，振动杆5-4是4个，在第一喷嘴5-2的外侧同一圆周上均匀分布，该振动杆5-4的另一端焊接在第二固定盘上且与第一喷嘴5-2的中心轴平行，振动杆5-4的直径是3mm，长度为82mm，必须保证是细长杆状，振动杆5-4距离第一喷嘴5-2出水端口的垂直距离H是0.5mm。

本实施例的第一喷嘴5-2和第二喷嘴5-3分别通过直管接头6与延伸至外筒1外部的进水管道连通，而第一环形狭缝a和第二环形狭缝b分别通过环形管道与进水管道连通，第一环形狭缝a所对应的环形管道与第一喷嘴5-2所对应的直管同轴设置，形成同轴环隙结构，同理，第二环形狭缝b所对应的环形管道与第二喷嘴5-3所对应的直管也同轴设置，形成同轴环隙结构。

为了保证第一喷嘴5-2和第二喷嘴5-3所产生的射流不受外筒1底部的冲击，保证第一喷嘴5-2和第二喷嘴5-3距离外筒底部的高度为15cm。

本实施例在导流筒2的内腔距离第一喷嘴5-2的出水端口是80mm的高度位置固定有导向体3，该导向体3是椭圆体结构，竖向安装，其外壁通过固定杆4与导流筒2的内壁固定，防止其随着液体悬浮，本实施例的导向体3安装在导流筒2的中心轴上，导向体3的长轴与导流筒2的中心轴重合，且本实施例中导向体3的长半轴是600mm，短半轴是50mm。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

本发明的导向体3以及空化喷头5的安装可以根据外筒1、导流筒2的规格以及处理水量进行适当调节，空化喷头5中第一喷嘴5-2、第二喷嘴5-3、第一环形狭缝a、第二环形狭缝b以及振动杆5-4的设计尺寸以及间距均可根据实际水处理量以及处理要求进行调整。

Claims (9)

1.一种带有导向体构件的喷射环流反应器，包括外筒(1)以及设置在外筒(1)内腔的导流筒(2)，在外筒(1)的上部开有出水口，其特征在于：在导流筒(2)的下方或者底端两壁之间设置有与进水管道连通的空化喷头(5)，在导流筒(2)内腔设置有导向体(3)，导向体(3)位于空化喷头(5)的上方且与空化喷头(5)的喷射端正对；

所述空化喷头(5)包括第一固定板(5-1)、第二固定板(5-5)、第一喷嘴(5-2)、第二喷嘴(5-3)、振动杆(5-4)以及连接杆(5-6)，第一固定板(5-1)与第二固定板(5-5)相对设置并且通过连接杆(5-6)连接，第一喷嘴(5-2)设置在第一固定板(5-1)的中部，第二喷嘴(5-3)设置在第二固定板(5-5)的中部且第二喷嘴(5-3)的出水端口与第一喷嘴(5-2)的出水端口相对，第一喷嘴(5-2)与第二喷嘴(5-3)分别与进水管道连通，在第一固定板(5-1)和第二固定板(5-5)上分别开设有第一环形狭缝(a)和第二环形狭缝(b)，第一环形狭缝(a)在第一喷嘴(5-2)的外侧且与第一喷嘴(5-2)同心，第二环形狭缝(b)在第二喷嘴(5-3)的外侧且与第二喷嘴(5-3)同心、与第一环形狭缝(a)正对，第一环形狭缝(a)和第二环形狭缝(b)分别与进水管道连通，在第一固定板(5-1)与第二固定板(5-5)之间还设置有振动杆(5-4)，振动杆(5-4)的中心轴与第一喷嘴(5-2)、第二喷嘴(5-3)的中心轴平行，振动杆(5-4)分布在第一喷嘴(5-2)与第一环形狭缝(a)之间。

2.根据权利要求1所述的带有导向体构件的喷射环流反应器，其特征在于：所述第一喷嘴(5-2)和第二喷嘴(5-3)均是收敛型结构，第一喷嘴(5-2)和第二喷嘴(5-3)的入口直径D与出口直径d之间满足：D/d＝1:0.4～0.7，第一喷嘴(5-2)与第二喷嘴(5-3)之间的间距L为1.5～4.0mm。

3.根据权利要求1所述的带有导向体构件的喷射环流反应器，其特征在于：所述第一环形狭缝(a)、第二环形狭缝(b)的进水侧环宽为4～8mm、出水侧环宽为1～3mm。

4.根据权利要求1所述的带有导向体构件的喷射环流反应器，其特征在于：所述导向体(3)距离第一喷嘴(5-2)和第二喷嘴(5-3)的出水端口的垂直间距是50～100mm。

5.根据权利要求1所述的带有导向体构件的喷射环流反应器，其特征在于：所述导向体(3)的长半轴与短半轴之间的比值是6:1～12:1。

6.根据权利要求1所述的带有导向体构件的喷射环流反应器，其特征在于：所述振动杆(5-4)是沿着第一喷嘴(5-2)和第二喷嘴(5-3)的外围在同一圆周上均匀分布。

7.根据权利要求1所述的带有导向体构件的喷射环流反应器，其特征在于：所述第一喷嘴(5-2)和第二喷嘴(5-3)的外壁与振动杆(5-4)之间的间距H是0.5～1.5mm。

8.根据权利要求1所述的带有导向体构件的喷射环流反应器，其特征在于：所述第一喷嘴(5-2)和第二喷嘴(5-3)均是由锥形段和直管段组成，其锥形段的长度是32～38mm，直管段的长度是2～5mm。

9.根据权利要求1所述的带有导向体构件的喷射环流反应器，其特征在于：所述第一喷嘴(5-2)和第二喷嘴(5-3)的外壁距离外筒(1)底部的最小高度是10cm。