CN106904684B - 一种组合处理有机污染物的水力空化发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合处理有机污染物的水力空化发生器，其包括进水管和与进水管连通的空化管，进水管的出口收敛，在进水管与空化管的连接处设置有组合空化头，组合空化头是由穿孔板和喷嘴拼接而成，且喷嘴喷口的中心线与进水管的中心轴重合，在空化管内腔设置有簧片，簧片的劈尖与喷嘴喷口正对；本发明通过将穿孔板与簧片哨组合使用，将簧片置于空化腔的焦点位置，当喷嘴出口水流撞击簧片振动产生声波，声波从空化腔的焦点处发出，声波经锥形变截面的空化腔曲面反射后将平行于水流方向射出，扩大声能的辐射范围，使更广泛区域的空化泡在声能的作用下发生有效的空化，进一步加强了空化泡的崩溃程度，从而提高有机污染物的降解能力。

Description

一种组合处理有机污染物的水力空化发生器

技术领域

本发明属于污水空化处理设备研究技术领域，尤其涉及组合处理有机污染物的水力空化发生器。

背景技术

水是人类赖以生存和发展的物质基础，水资源的保护和循环利用是环境保护中最重要的课题之一。中国是世界上十三个贫水国之一，近二十几年来，我国的水体污染十分严重，对118个大中城市所调查的水体表明，重度污染占40％。造成水污染的主要污染源为工业污染废水、农业污染废水和城市生活污水。尤其是难降解的“三致”(致癌、致畸、致基因突变)有机污染物，它们不仅大量消耗水体中的溶解氧，使水体失去自我净化的能力，而且能长期在环境中的存在，并通过食物链侵入到人体中并逐步积累，对人体健康已构成了严重威胁。同时，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。我国的科学家、社会与经济学学者和政府管理部门十分关注水资源的可持续利用，强调水资源的可持续利用是所有自然资源可持续开发利用中最重要的一个问题，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、农业污染废水和城市生活污水进行有效地、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。早期的水力空化应用是穿孔板和文丘里管，他们的优势在于，空化所形成的空化泡随液体流动，能在较大范围内形成空化场，而且能量利用率高，处理量大，然而它们处理污水虽然有效，但有机物降解率不高，造成这个原因的是这种水力空化强度不足，所产生的自由基浓度不高，导致处理效果不佳。簧片哨作为另一种水力空化方式，由于簧片的振动，由于声的产生，引起空化强度的增加，可以生成较高浓度的高活性自由基，但传统的簧片哨由于产生空化区域小，簧片振动产生的声能没有充分使用，造成声能浪费。

发明内容

为了能够克服现有空化处理有机污染物技术所存在的不足，本发明提供了将穿孔板与簧片哨组合使用，充分利用簧片哨振动产生的声能，可增加声能的辐射范围、提高空化效果和强化自由基浓度，进而提高有机污染物的降解能力的组合处理有机污染物的水力空化发生器。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：

一种组合处理有机污染物的水力空化发生器，包括进水管和与进水管连通的空化管，所述进水管的出口收敛，在进水管与空化管的连接处设置有组合空化头，所述的组合空化头是由穿孔板和喷嘴拼接而成，且喷嘴喷口的中心线与进水管的中心轴重合，在空化管内腔设置有簧片，簧片的劈尖与喷嘴喷口正对；

在空化管的纵截面所在平面上建立坐标系，坐标原点在进水管的中心轴上，以进水管的中心轴为x轴，空化管是以曲线1为母线，以x轴为中心轴旋转360°所构成的圆锥管结构，空化管母线的延伸线交点与坐标原点重合，曲线1对应的线性方程为：

y²＝2px

其中，p/2为曲线1的焦点，p＝8～10，x为1～200mm。

进一步限定，上述簧片的劈尖设置在空化管的曲线1焦点上。

进一步限定，上述簧片的厚度为0.8～1.2mm，劈尖角度是3～10°；所述喷嘴的喷口是矩形口，喷口的长度不大于簧片的宽度，喷口的口宽不小于簧片的厚度。

进一步限定，上述组合空化头还包括设置在在穿孔板和喷嘴之间使穿孔板和喷嘴形成收敛形流道的锥形障碍体。

本发明还提供另一种组合处理有机污染物的水力空化发生器，其包括进水管和与进水管连通的空化管，所述进水管的出口收敛，在进水管与空化管的连接处设置有组合空化头，所述的组合空化头是由穿孔板和喷嘴拼接而成，且喷嘴喷口的中心线与进水管的中心轴重合，在空化管内腔设置有簧片，簧片的劈尖与喷嘴喷口正对；

在空化管的纵截面所在平面上建立坐标系，坐标原点在进水管的中心轴上，以进水管的中心轴为x轴，空化管的结构是以曲线2为母线，以x轴为中心轴旋转α角度所构成的半圆锥管与半径为13～55.47mm的半圆管或平面板所围成的管状结构，180°≤α≤270°，空化管母线的延伸线交点与坐标原点重合，其对应的线性方程为：

y²＝2px

其中，p/2为曲线2的焦点，p＝8～10，单位为mm；

当曲线2以x轴为中心轴旋转β角度时，0≤β≤180°，对应x∈[1,200]且y≥4；

当曲线2以x轴为中心轴旋转γ角度时，180＜γ＜360°且β+γ＝α，对应x∈[1,50]，y≤-4.0。

进一步限定，上述簧片的劈尖设置在空化管的曲线2的焦点上。

进一步限定，上述簧片的厚度为0.8～1.2mm，劈尖角度是3～10°；所述喷嘴的喷口是矩形口，喷口的长度不大于簧片的宽度，喷口的口宽不小于簧片的厚度。

进一步限定，上述组合空化头还包括设置在在穿孔板和喷嘴之间使穿孔板和喷嘴形成收敛形流道的锥形障碍体。

进一步限定，上述空化管为半圆锥管与半圆管拼接而成的不规则管，半圆管的圆心角为110～120°，半径为13～55.13mm。

本发明的组合处理有机污染物的水力空化发生器，其是将穿孔板与簧片哨组合使用，将簧片置于空化腔的焦点位置，当喷嘴出口水流撞击簧片振动产生声波，声波从空化腔的焦点处发出，声波经锥形变截面的空化腔曲面反射后将平行于水流方向射出，扩大声能的辐射范围，使更广泛区域的空化泡在声能的作用下发生有效的空化，同时，经穿孔板和喷口产生的空化泡始终处于声波的辐射范围，更进一步加强了空化泡的崩溃程度，有利于提高强自由基浓度的产生，从而提高有机污染物的降解能力，此外，本发明结构设计简单，能耗小，运行成本低，处理效果大幅提高，适于大量有机物废水处理应用。

附图说明

图1为实施例1的水力空化发生器结构示意图。

图2为图1的A-A面剖视图。

图3为图1中组合空化头2的结构示意图。

图4为图3的B向视图。

图5为图1中喷嘴2-3的结构示意图。

图6为实施例2的水力空化发生器结构示意图。

图7为图6的C-C面剖视图。

图8为实施例3的水力空化发生器结构示意图。

图9为图8的D-D面剖视图。

图10为障碍体2-4的安装结构示意图。

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和2可知，本实施例的组合处理有机污染物的水力空化发生器包括进水管1、组合空化头2、簧片3、空化管4以及固定板5。其中，进水管1的入口端与进水泵连通，其入口端内径为60mm，出口端内径为48mm。在进水管1的出口端连接有空化管4，并且在进水管1与空化管4的连接处安装有组合空化头2，该组合空化头2是由空化套2-1、穿孔板2-2与喷嘴2-3组成，喷嘴2-3与穿孔板2-2并列安装在空化套2-1内腔，该空化套2-1焊接在进水管1的出口端，与进水管1连接为一体，在空化套2-1内腔上下并列安装有穿孔板2-2和喷嘴2-3，即穿孔板2-2是半圆形结构，占空化套2-1截面高度的1/5～1/3。该穿孔板2-2的孔径为1mm，过水率为5％。本实施例的喷嘴2-3出口端面上加工有矩形喷口，而且矩形喷口的对称中心线与进水管1的中心轴重合，即矩形喷口在进水管1中心线上对称分布。该矩形喷口的口宽h为1mm，长度l为24mm。

从组合空化头2喷出的水流进入空化管4，本实施例的空化管4通过螺纹方式与进水管1连接，而且在连接处通过密封材料填充实现密封连接。

在空化管4的纵截面所在平面上建立坐标系，坐标原点在进水管1的中心轴上，以进水管1的中心轴为x轴，本实施例的空化管4是以曲线1为母线，以x轴为中心轴旋转360°所构成的圆锥管结构，从而形成曲面空化腔，空化管4母线的延伸线交点与坐标原点重合，曲线1对应的线性方程为：

y²＝2px

其中，p/2为曲线1的焦点，p＝10，x为1～200mm。

在空化管4的内腔通过固定板5固定有簧片3，该簧片3的厚度可以是0.8～1.2mm范围内调整，宽度可以在20～24mm范围内调整，长度可为38～42mm，本实施例优选簧片3厚度为1mm，宽度为22mm，长度为40mm，簧片3的劈尖角度也可以在3～10°内调整，优选5°。簧片3的劈尖与喷嘴2-3的喷口正对且距离喷嘴2-3的喷口水平距离为5mm，即保证簧片3的劈尖落在曲线1的焦点上，使声波经管道辐射将沿着管道的轴线平行射出，增大声波的辐射范围，进而提升处理装置的空化效果，倍数级提高处理效率。

需要进一步说明的是，组合空化头2的空化套2-1可以与进水管1加工为一体结构，也可以独立加工，通过螺纹方式连接或者通过卡扣卡接。

需要进一步说明的是，为了保证空化效果更好，如图3和4所示，将喷口的流道加工为收敛型流道，其入口尺寸大于喷口的尺寸，也可以直接加工为矩形通道，如图5所示，此外，喷口的口宽h也可以在1～1.5mm范围内调整，长度l为24～26mm。

需要进一步说明的是，为了保证簧片3的固定可靠而且不影响其振动效果，本实施例的簧片3通过厚度为3～5mm的薄固定板5固定，固定板5的两端固定在空化管4内壁上，且固定板5与簧片3平行设置，使固定板5也能够起到二次振动的效果，更进一步利于声波传播，扩大声能辐射范围。也可以将簧片3通过沿着空化管4径向分布的固定杆固定，且固定杆在空化管4的截面上均匀分布。

实施例2

由图6和7可知，本实施例中进水管1的入口端内径为60mm，出口端内径为48mm。在进水管1的出口端连接有空化管4，并且在进水管1与空化管4的连接处安装有组合空化头2，该组合空化头2是由空化套2-1、穿孔板2-2与喷嘴2-3组成，喷嘴2-3与穿孔板2-2并列安装在空化套2-1内腔，该空化套2-1焊接在进水管1的出口端，与进水管1连接为一体，在空化套2-1内腔上下并列安装有穿孔板2-2和喷嘴2-3，即穿孔板2-2是半圆形结构，占空化套2-1截面高度的1/5～1/3。该穿孔板2-2的孔径为1.5mm，过水率为6％。本实施例的喷嘴2-3出口端面上加工有矩形喷口，而且矩形喷口的对称中心线与进水管1的中心轴重合，即矩形喷口在进水管1中心线上对称分布。该矩形喷口的口宽h为1mm，长度l为24mm。

在空化管4的纵截面所在平面上建立坐标系，坐标原点在进水管1的中心轴上，以进水管1的中心轴为x轴，空化管4的结构是以曲线2为母线，以x轴为中心轴旋转α角度所构成的半圆锥管与平面板6所围成的管状结构，180°≤α＜360°，空化管4母线的延伸线交点与坐标原点重合，其对应的线性方程为：

y²＝2px

其中，p/2为曲线2的焦点，p＝8，单位为mm；

当曲线2以x轴为中心轴旋转β角度时，0≤β≤180°，对应x∈[1,200]，y∈[4.0，56.56]；

当曲线2以x轴为中心轴旋转γ角度时，180＜γ＜360°，且β+γ＝α，对应x∈[1,50]，y∈[-4.0，-28.28]。

需要进一步说明的是，空化管4的半圆锥管母线旋转角度α可以在180～360°之间调整，但是以200～340°为佳。

在空化管4的内腔通过固定板5固定有簧片3，该簧片3的厚度为1mm，宽度为22mm，长度为40mm，簧片3的劈尖角度是10°。

需要进一步说明的是，该簧片3的厚度可以是0.8～1.2mm范围内调整，宽度可以在20～24mm范围内调整，长度可为38～42mm。簧片3的劈尖角度也可以在3～10°内调整。

本实施例簧片3的劈尖与喷嘴2-3的喷口正对且距离喷嘴2-3的喷口水平距离为5mm，即保证簧片3的劈尖落在曲线2的焦点上，使声波经管道辐射将沿着管道的轴线平行射出，增大声波的辐射范围，进而提升处理装置的空化效果，倍数级提高处理效率。

实施例3

由图8和9可知，本实施例中，进水管1的入口端内径为60mm，出口端内径为48mm。在进水管1的出口端连接有空化管4，并且在进水管1与空化管4的连接处安装有组合空化头2，该组合空化头2是由空化套2-1、穿孔板2-2与喷嘴2-3组成，喷嘴2-3与穿孔板2-2并列安装在空化套2-1内腔，该空化套2-1焊接在进水管1的出口端，与进水管1连接为一体，在空化套2-1内腔上下并列安装有穿孔板2-2和喷嘴2-3，即穿孔板2-2是半圆形结构，占空化套2-1截面高度的1/5～1/3。该穿孔板2-2的孔径可以在1～1.5mm范围内调整，过水率可为5～6％。本实施例的喷嘴2-3出口端面上加工有矩形喷口，而且矩形喷口的对称中心线与进水管1的中心轴重合，即矩形喷口在进水管1中心线上对称分布。该矩形喷口的口宽h为1mm，长度l为24mm。

在空化管4的纵截面所在平面上建立坐标系，坐标原点在进水管1的中心轴上，以进水管1的中心轴为x轴，空化管4的结构是以曲线2为母线，以x轴为中心轴旋转α角度所构成的半圆锥管与半径为45mm的半圆管7所围成的管状结构，180°≤α＜360°，空化管4母线的延伸线交点与坐标原点重合，其对应的线性方程为：

y²＝2px

其中，p/2为曲线2的焦点，p＝10，单位为mm；

当曲线2以x轴为中心轴旋转β角度时，对应x∈[1,200]，y∈[4.0，63.24]；0≤β≤180°

当曲线2以x轴为中心轴旋转γ角度时，对应x∈[1,50]，y∈[-4.47，-31.62]；180＜γ＜360°且β+γ＝α。

上述空化管4的上半部分半圆锥管的母线旋转角度α可以在180°～270°之间调整，以200°～250°为佳，而且下半部分的半圆管7的圆心角可以在110～120°范围内调整，半径为13～55.13mm，可以调整。

在空化管4的内腔固定有簧片3，该簧片3的厚度可以是0.8～1.2mm范围内调整，宽度可以在20～24mm范围内调整，长度可为38～42mm，本实施例优选簧片3厚度为1mm，宽度为22mm，长度为40mm，簧片3的劈尖角度也可以在3～10°内调整，优选5°。簧片3的劈尖与喷嘴2的喷口正对且距离喷嘴2喷口的水平距离是5mm，即保证簧片3的劈尖落在曲线2的焦点上，使声波经管道辐射将沿着管道的轴线平行射出，增大声波的辐射范围，进而提升处理装置的空化效果，倍数级提高处理效率。这样，穿孔板2-2与喷嘴2-3所形成的空化泡遇到簧片3振动所产生的声波作用时发生崩溃，由于簧片3上部的声波反射路径与簧片3下部的声波反射路径不同且发生碰撞，从而在撞击面上形成二次空化，与穿孔板2-2、喷口组合产生的一次空化效果叠加，更进一步加强空化效果，产生更多的强化自由基，使有机污染物降解效果更好，而且能耗小，声能利用率更高。

需要进一步说明的是，在上述实施例1～3中所涉及的组合空化头2还可以是如图10所示的结构，即组合空化头2还包括设置在在穿孔板2-2和喷嘴2-3之间的锥形障碍体2-4，障碍体2-4的锥度为30～40°，锥高为25～30mm，障碍体2-4的锥顶与水流方向正对，使穿孔板2-2和喷嘴2-3形成收敛形流道，从进水管1流入的水流在遇到障碍体2-4碰撞后发生初级空化，并向两侧的穿孔板2-2和喷嘴2-3分散，经收敛形流道收敛，水压增大，再经穿孔板或喷嘴2-3喷口喷出，大大增强空化效果。

上述实施例中未详细描述的连接方式属于常规技术。以上所述也仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种组合处理有机污染物的水力空化发生器，包括进水管(1)和与进水管(1)连通的空化管(4)，其特征在于：所述进水管(1)的出口收敛，在进水管(1)与空化管(4)的连接处设置有组合空化头(2)，所述的组合空化头(2)是由穿孔板(2-2)和喷嘴(2-3)拼接而成，且喷嘴(2-3)喷口的中心线与进水管(1)的中心轴重合，在空化管(4)内腔设置有簧片(3)，簧片(3)的劈尖与喷嘴(2-3)喷口正对；

在空化管(4)的纵截面所在平面上建立坐标系，坐标原点在进水管(1)的中心轴上，以进水管(1)的中心轴为x轴，空化管(4)是以曲线1为母线，以x轴为中心轴旋转360°所构成的圆锥管结构，空化管(4)母线的延伸线交点与坐标原点重合，曲线1对应的线性方程为：

y²＝2px

其中，p/2为曲线1的焦点，p＝8～10，x为1～200mm。

2.根据权利要求1所述的组合处理有机污染物的水力空化发生器，其特征在于：所述簧片(3)的劈尖设置在空化管(4)的曲线1焦点上。

3.根据权利要求2所述的组合处理有机污染物的水力空化发生器，其特征在于：所述簧片(3)的厚度为0.8～1.2mm，劈尖角度是3～10°；所述喷嘴(2-3)的喷口是矩形口，喷口的长度不大于簧片(3)的宽度，喷口的口宽不小于簧片(3)的厚度。

4.根据权利要求1～3任一项所述的组合处理有机污染物的水力空化发生器，其特征在于：所述组合空化头(2)还包括设置在穿孔板(2-2)和喷嘴(2-3)之间使穿孔板(2-2)和喷嘴(2-3)形成收敛形流道的锥形障碍体(2-4)。

5.一种组合处理有机污染物的水力空化发生器，包括进水管( 1) 和与进水管 (1)连通的空化管(4)，其特征在于：所述进水管(1)的出口收敛，在进水管(1)与空化管(4)的连接处设置有组合空化头(2)，所述的组合空化头(2)是由穿孔板(2-2)和喷嘴(2-3)拼接而成，且喷嘴(2-3)喷口的中心线与进水管(1)的中心轴重合，在空化管(4)内腔设置有簧片(3)，簧片(3)的劈尖与喷嘴(2-3)喷口正对；

在空化管(4)的纵截面所在平面上建立坐标系，坐标原点在进水管(1)的中心轴上，以进水管(1)的中心轴为x轴，空化管(4)的结构是以曲线2为母线，以x轴为中心轴旋转α角度所构成的半圆锥管与半径为13～55.47mm的半圆管(7)或平面板(6)所围成的管状结构，180°≤α≤270°，空化管(4)母线的延伸线交点与坐标原点重合，其对应的线性方程为：

y²＝2px

其中，p/2为曲线2的焦点，p＝8～10，单位为mm；

当曲线2以x轴为中心轴旋转β角度时，0≤β≤180°，对应x∈[1,200]且y≥4；

当曲线2以x轴为中心轴旋转γ角度时，180＜γ＜360°且β+γ＝α，对应x∈[1,50]，y≤-4.0。

6.根据权利要求5所述的组合处理有机污染物的水力空化发生器，其特征在于：所述簧片(3)的劈尖设置在空化管(4)的曲线2的焦点上。

7.根据权利要求6所述的组合处理有机污染物的水力空化发生器，其特征在于：所述簧片(3)的厚度为0.8～1.2mm，劈尖角度是3～10°；所述喷嘴(2-3)的喷口是矩形口，喷口的长度不大于簧片(3)的宽度，喷口的口宽不小于簧片(3)的厚度。

8.根据权利要求5～7任一项所述的组合处理有机污染物的水力空化发生器，其特征在于：所述组合空化头(2)还包括设置在穿孔板(2-2)和喷嘴 (2-3)之间使穿孔板(2-2)和喷嘴(2-3)形成收敛形流道的锥形障碍体(2-4)。

9.根据权利要求8所述的组合处理有机污染物的水力空化发生器，其特征在于：所述空化管(4)为半圆锥管与半圆管(7)拼接而成的不规则管，半圆管(7)的圆心角为110～120°，半径为13～55.13mm。

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