CN106379959B - 一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置 - Google Patents

一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106379959B
CN106379959B CN201610956419.3A CN201610956419A CN106379959B CN 106379959 B CN106379959 B CN 106379959B CN 201610956419 A CN201610956419 A CN 201610956419A CN 106379959 B CN106379959 B CN 106379959B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cavitation
sewage
water
clear water
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610956419.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106379959A (zh
Inventor
张�成
周生荣
朱义洲
郑文睿
汪伊然
张�浩
沈源
陈刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201610956419.3A priority Critical patent/CN106379959B/zh
Publication of CN106379959A publication Critical patent/CN106379959A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106379959B publication Critical patent/CN106379959B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002Construction details of the apparatus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00General aspects of water treatment
    • C02F2301/06Pressure conditions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其包括污水储水罐(18)、清水储水罐(10)、高压泵(7)及污水泵(9),其特征在于:该装置还包括空化反应炉体(1),其一端通过污水进水管(2)与所述污水泵(9)和污水储水罐(18)连接,另一端通过清水进水管(3)与所述高压泵(7)和清水储水罐(10)连接,所述污水进水管(2)和清水进水管(3)相交处设有喷嘴(25);以及炉内换热器(21),其设置于所述空化反应炉体(1)中,用于将所述空化反应产生的热量导出作为热源加以利用。本发明的装置实现高效率地利用水力空化效应对污水进行处理,大幅度降低污水中有机质的含量,并回收反应产生的热量加以利用。

Description

一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置
技术领域
本发明属于污水处理领域,更具体地,涉及一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置。
背景技术
我国水资源严重短缺,而随着城市化进程的不断加快,城市污水排放量也逐年增加。根据环保部颁布的《2015中国环境状况公告》,2015年全国污水排放量逾400亿立方米,化学需氧量排放总量为2223.5万吨。
目前的污水处理方法按原理大致可分为三种,都存在各自的不足:
(1)物理方法:以分离悬浮状态的固体污染物质为主。难处理可溶性污染物,对污染物的选择性小。
(2)化学方法:以化学氧化为主,须不断投入氧化剂。催化剂易中毒,后期维护成本高,且生成的污泥还需较高的处理成本。
(3)生物方法:利用微生物分解,需要建立反应池或人工湿地。占地面积大,建设成本高,且处理污水的适用范围受BOD/COD值限制。
同时,传统污水处理通常只关注物质的变化(即COD或TOC的去除率)而忽视了能量的转化。污水中的化学能与生物质能没有得到充分利用。
由于许多新化学物质的出现,污水中含有许多是生物难降解的有毒有机污染物,通过传统的处理方式难以对它们进行处理。这些污染物进入环境后将对环境造成污染。因此,生物难降解废水的处理一直是人们研究的方向。利用水力空化进行处理有机废水为污水处理提供了新思路。
水力空化是指在液体流经某处时,人为制造低压强、高流速的状态,当液体压强小于饱和蒸汽压时,液体中的气泡就会不断膨胀,体积变大。而随着流体运动,气泡到达高压强、低流速区域之后,气泡就会塌缩、爆裂。有研究认为,液体中空化泡破裂时局部温度可达5000K,压力可达300个大气压,并伴随着强烈的冲击波和微射流。在这样的环境下水可被分解成具有强氧化性的羟基自由基,与污水中有机物发生氧化反应将其分解。同时,空化效应所产生的强烈冲击波和微射流,可促进反应体系中各反应物间充分接触,提高传质速率,促进有机污染物的氧化降解。
水力空化现象可以通过一定的水力条件形成,例如在有管径急剧变化的管道中(如孔板、喷嘴等)。形成的空化气核与液体一起做整体流动过程中不断发育,可在较大范围内形成一个比较均匀的空化强化场,有利于大规模地对污水进行处理。
水力空化具有反应装置结构简单、反应效率高、运行成本低廉、易大规模推广等优点。目前,人们对利用空化效应处理污水已经开展了一些研究,主要采用孔板等装置产生水力空化效应,但还存在空化率较低、反应速度较慢、有机物降解不够彻底等问题。
专利文献CN105439322A公开了一种基于水力空化的废水处理方法和装置,该装置是利用氧化剂的同时采用一级射流、二级旋流、三级限流实现水力空化。但是专利文献CN105439322A公开的装置结构复杂,对流体产生了很大的阻力,并且氧化剂会对装置产生腐蚀,因此该设备存在着流动阻力大,难以加工等问题,很难满足工程中生产要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其目的在于实现高效率地利用水力空化效应对污水进行处理,大幅度降低污水中有机质的含量,并回收反应产生的热量加以利用,并实现处理工艺中水系统的循环利用等。
为了实现上述目的,本发明提供一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其包括污水储水罐、清水储水罐、高压泵及污水泵,其特征在于:
该装置还包括空化反应炉体,其一端通过污水进水管与所述污水泵和污水储水罐连接,另一端通过清水进水管与所述高压泵和清水储水罐连接,所述污水进水管和清水进水管相交处设有喷嘴,用于形成负压区,使得污水可被吸入并与清水混合,混合水喷入所述空化反应炉体内发生空化反应,可形成瞬间的高温高压微环境和微射流,使得污水中有机质被氧化分解;以及
炉内换热器,其设置于所述空化反应炉体中,用于将所述空化反应产生的热量导出作为热源加以利用。
进一步地,所述喷嘴设置在清水连通方向,其从两端到中部,直径逐渐减小,形成两端宽、中间窄的结构,使得所述清水流经喷嘴中部窄区域时流速增加,压力急剧减小,从而形成负压区,所述污水进水管与喷嘴连通,所述污水可在污水泵和所述负压的作用下被吸入,并与清水混合后喷入所述空化反应炉体内发生空化反应。
进一步地,所述喷嘴为多个,采用多层、每层多个的布置形式,对称布置于所述空化反应炉体的外侧。
进一步地,该装置还包括分离器,其安装于所述空化反应炉体的底部,用于将所述清水分离成与喷嘴对应的多路并分别进入相应的所述喷嘴中。
进一步地,所述清水储水罐外设置套管换热器,使得进出的水进行热交换,提高进入所述空化反应炉体中水的温度,有利于空化泡的溃灭,提高空化反应效率。
进一步地,该装置还包括螺旋出渣器,其一端与所述空化反应器连接,另一端与所述套管换热器连接,用于对空化反应后的污水进行过滤,一部分进入所述清水储水罐参与下一步的反应,实现水循环利用,其余部分排出。
进一步地,所述清水进水管上设有泄压阀,可以改变管路中的流量,进而控制所述空化反应炉体的进口压力,以调节空化效应的强度。
进一步地,所述清水进水管上安装有压力表,用于测定水管的压力,从而保证所述空化反应安全顺利进行。
进一步地,所述高压泵的使用扬程不低于100m,流量不大于16m3/h。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明的技术方案中,利用水力空化射流处理普通生物法难以处理的污水,具有环境普适性,同时也避免了现有方法存在的未解决的诸多弊端,并设置多层循环,不产生二次污染,处理效果优良;
(2)本发明的技术方案中,装置结构设计巧妙而紧凑,分流器及喷嘴的对冲布置提升了空化反应效率,多层循环保证了化学反应的有序进行,膨胀罐、气囊和泄压阀等元件为装置的安全性提供了保证;
(3)回收化学反应产生的大量热量,实现污水处理的从“负收益”到“正收益”的跨越性突破。
附图说明
图1为本发明实施例的一种城市污水处理及废热利用一体化装置的模型示意图;
图2为本发明实施例的一种城市污水处理及废热利用一体化装置的结构示意图;
图3为本发明实施例的一种城市污水处理及废热利用一体化装置中涉及的喷嘴处结构示意图。
图1和图2中,相同的附图标记表示相同的元件,其中:1-空化反应炉体、2-污水进水管、3-清水进水管、4-分流器、5-炉体出水口、6-螺旋除渣器、7-高压泵、8-套管换热器、9-压力表、10-清水储水罐、11-高压泵出口、12-泄压阀、13-高压泵入口、14-处理后水排出口、15-处理后水回流管、16-清水入口、17-污水入口、18-污水储水罐、19-污水泵、20-回气管(含泄压阀)、21-炉内换热器、22-Y型过滤器、23-污水罐出渣口、24-膨胀气罐、25-喷嘴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明实施例的一种城市污水处理及废热利用一体化装置的模型示意图;图2为本发明实施例的一种城市污水处理及废热利用一体化装置的结构示意图。如图1和图2所示,该装置主要由供水循环系统,空化反应系统,换热装置组成。
其中,供水循环系统包括清水储水罐10,一个用于将清水从清水储水罐抽出并泵入水力空化系统的高压泵7;一个提供清水和反应后回流水进行热交换场所的套管换热器8;一个将来水均匀分成16路流出的分流器;一个储存经过预处理的污水储水罐18;一个用于将污水从污水罐抽出并泵入水力空化系统的污水泵19;在供水系统的各管道上均安装有阀门与压力表9分别用于控制管道内的废水流量和测定管道压力。
在本发明的优选实施例中,高压泵7使用扬程不低于100m,流量不大于16m3/h。
如图1和图2所示,清水储水罐10外接清水入水口16,罐中清水经过出水管路13进入固定在系统最底端高压泵7加压进入套管换热器8,与反应后出来的水进行热交换提高反应效率。从套管换热器8出来的高压水进入分流器4,均匀分成16路进入空化反应系统;
如图1和图2所示,空化反应系统由空化反应炉体1及相关的控制系统组成。经过分流器4的分流高压水通过管路环绕进入炉体上分布的16个喷嘴。本实施例中,所述喷嘴从两端到中部,直径逐渐减小,形成两端宽、中间窄的结构,使得所述清水流经喷嘴中部窄区域时流速增加,压力急剧减小,从而形成负压区,溶解在水中的气体会释放出来,同时水汽化而产生大量空化泡,环绕在喷嘴外部的污水在负压和污水泵19的双重作用下被吸入喷嘴与清水混合。在此过程中空化气核不断生长,当空化气泡随混合流体进入所述空化反应炉体时,由于压力突然增大,气泡破裂,从而产生空化效应,形成瞬间的高温高压微环境和微射流,使得污水中有机质被氧化分解。
在本发明的优选实施例中,所示喷嘴采用4层,每层4个的布置方式,即采用4×4对称布置。
如图1和图2所示,混合液体在所述空化反应炉体中经换热器导流作用,从上到下一层层地掠过换热器表面,使得空化反应和换热进行更加充分。反应后的液体经过螺旋除渣器过滤后,一部分进入储水箱,实现水循环利用,降低装置使用成本,同时达到节约用水的目的;另一部分通过排污口排出。调节支路上的阀门,可以改变管路中的流量,进而控制所述空化反应炉体的进口压力,以控制空化效应的强度。此外Y型过滤器22、泄压阀12、膨胀罐24等部件为系统的安全运行提供了保证。
如图1和图2所示,换热装置固定在空化反应炉体中。换热装置将反应氧化产生的大量热量导出反应装置,用来加热水。实验表明,加热出来水温可达40-60℃,能够满足日常生活需要。同时,收集的低品位热能也可用于小型制冷系统中,实现污水处理的从“负收益”到“正收益”的跨越性突破。
图3为本发明实施例的一种城市污水处理及废热利用一体化装置中涉及的喷嘴结构示意图。如图3所示,所述喷嘴从两端到中部,直径逐渐减小,形成两端宽、中间窄的结构,使得所述清水流经喷嘴中部窄区域时流速增加,压力急剧减小,从而形成负压区,溶解在水中的气体会释放出来,同时水汽化而产生大量空化泡,环绕在喷嘴外部的污水在负压和污水泵19的双重作用下被吸入喷嘴与清水混合。此外,通过Fluent模拟可以得出采用如图结构设计所示的角型喷嘴能够获得最佳处理效果。
本发明的技术方案中,实施中给出了效果较优的喷嘴数量及其布置方式,但本发明不限于实施中给出的喷嘴数量及其布置方式,所述喷嘴25为多个,采用多层、每层多个的布置形式,对称布置于所述空化反应炉体1的外侧,可以取实施中的16个,采用4层,每层4个的布置方式,也可以取25个,采用5层,每层5个布置方式,还可以取36个,采用6层,每层6个的布置方式,具体喷嘴数量及其布置方式根据实际需要确定。
总之,本发明中所涉及的一种基于空化效应的城市污水处理及废热利用一体化装置和方法,结构简单,实现起来方便有效,实现高效率地利用水力空化效应对城市污水进行处理,大幅度降低污水中有机质的含量,并回收反应产生的热量加以利用,并实现处理工艺中水系统的循环利用等。为解决城市污水的处理和利用提供了一种新的思路。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其包括污水储水罐(18)、清水储水罐(10)、高压泵(7)及污水泵(19),其特征在于:
该装置还包括空化反应炉体(1),其一端通过污水进水管(2)与所述污水泵(19)和污水储水罐(18)连接,另一端通过清水进水管(3)与所述高压泵(7)和清水储水罐(10)连接,所述污水进水管(2)和清水进水管(3)相交处设有喷嘴(25),用于形成负压区,使得污水可被吸入并与清水混合,混合水喷入所述空化反应炉体(1)内发生空化反应,可形成瞬间的高温高压微环境和微射流,使得污水中有机质被氧化分解;以及
炉内换热器(21),其设置于所述空化反应炉体(1)中,用于将所述空化反应产生的热量导出作为热源加以利用;
所述喷嘴(25)为多个,采用多层、每层多个的布置形式,对冲布置于所述空化反应炉体(1)的外侧;
该装置还包括分流器(4),其安装于所述空化反应炉体(1)的底部,用于将所述清水分离成与喷嘴对应的多路并分别进入相应的所述喷嘴(25)中。
2.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述喷嘴(25)设置在清水连通方向,其从两端到中部,直径逐渐减小,形成两端宽、中间窄的结构,使得所述清水流经喷嘴中部窄区域时流速增加,压力急剧减小,从而形成负压区,所述污水进水管(2)与喷嘴连通,所述污水可在污水泵(19)和所述负压的作用下被吸入,并与清水混合后喷入所述空化反应炉体(1)内发生空化反应。
3.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述清水储水罐(10)外设置套管换热器(8),使得进出的水进行热交换,提高进入所述空化反应炉体(1)中水的温度,有利于空化泡的溃灭,提高空化反应效率。
4.根据权利要求3所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:该装置还包括螺旋除渣器(6),其一端与所述空化反应器(1)连接,另一端与所述套管换热器(8)连接,用于对空化反应后的污水进行过滤,一部分进入所述清水储水罐(10)参与下一步的反应,实现水循环利用,其余部分排出。
5.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述清水进水管(3)上设有泄压阀(12),可以改变管路中的流量,进而控制所述空化反应炉体(1)的进口压力,以调节空化效应的强度。
6.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述清水进水管(3)上安装有压力表,用于测定水管的压力,从而保证所述空化反应安全顺利进行。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述高压泵(7)的使用扬程不低于100m,流量不大于16m3/h。
CN201610956419.3A 2016-10-27 2016-10-27 一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置 Expired - Fee Related CN106379959B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610956419.3A CN106379959B (zh) 2016-10-27 2016-10-27 一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610956419.3A CN106379959B (zh) 2016-10-27 2016-10-27 一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106379959A CN106379959A (zh) 2017-02-08
CN106379959B true CN106379959B (zh) 2019-08-30

Family

ID=57956575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610956419.3A Expired - Fee Related CN106379959B (zh) 2016-10-27 2016-10-27 一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106379959B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101733211A (zh) * 2009-12-15 2010-06-16 江苏大学 一种内混合式中心体空化喷嘴
CN102491486A (zh) * 2011-12-19 2012-06-13 中国人民解放军后勤工程学院 强化水射流空化降解含苯酚废水的设备
CN202864986U (zh) * 2012-06-21 2013-04-10 济南大学 一种基于空化效应的有机废水处理装置
CN203498231U (zh) * 2013-08-28 2014-03-26 范鹏辉 一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置
CN103420462B (zh) * 2013-07-15 2016-12-07 钟震德 超高压空化水流处理船舶压载水系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101733211A (zh) * 2009-12-15 2010-06-16 江苏大学 一种内混合式中心体空化喷嘴
CN102491486A (zh) * 2011-12-19 2012-06-13 中国人民解放军后勤工程学院 强化水射流空化降解含苯酚废水的设备
CN202864986U (zh) * 2012-06-21 2013-04-10 济南大学 一种基于空化效应的有机废水处理装置
CN103420462B (zh) * 2013-07-15 2016-12-07 钟震德 超高压空化水流处理船舶压载水系统
CN203498231U (zh) * 2013-08-28 2014-03-26 范鹏辉 一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106379959A (zh) 2017-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202864986U (zh) 一种基于空化效应的有机废水处理装置
CN206915935U (zh) 乳化液废水处理系统
CN104003460B (zh) 基于板式微孔介质发泡机理的微细气泡发生装置
CN203498231U (zh) 一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置
CN103332784A (zh) 三级循环好氧反应器
CN109264862A (zh) 一种用于处理农村生活污水的一体化高效污水处理设备
CN106186179A (zh) 一种基于水力空化的有机水污染降解系统
CN108249691B (zh) 一体化低能耗分散式村镇生活污水处理系统
CN103979681A (zh) 硝化/反硝化一体化农村生活污水处理系统
CN101885532B (zh) 一种臭氧氧化污水处理设备
CN109851089A (zh) 一种油气田作业废液处理方法及装置
CN103626323A (zh) 一种制药、造纸废水深度处理的工艺方法及专用装置
CN102745803A (zh) 深井曝气装置
CN108033558A (zh) 强化印染废水水解酸化性能的方法
CN106379959B (zh) 一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置
CN103979670B (zh) 塔式污水生物处理装置
CN202482156U (zh) 高级氧化联合气浮处理反渗透浓水系统
CN204022633U (zh) 一种剩余污泥减量化处理装置
CN105417868B (zh) 一种环流式污水处理组合装置
CN210528705U (zh) 一种喷水织机污水回用处理的成套装置
CN212833130U (zh) 一种用于高浊度污水的净化装置
CN104211173B (zh) 模块化智能厌氧反应系统
CN203360111U (zh) 三级循环好氧反应器
CN203980697U (zh) 一种印染污水余热回收装置
CN203382600U (zh) 三元复合驱回注水处理除油系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190830