CN107963696A - 一种基于电场强化的切割流体富氧装置 - Google Patents

一种基于电场强化的切割流体富氧装置 Download PDF

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谢涛
罗南
胡长英
洪晓曦
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Abstract

本发明公开了一种基于电场强化的切割流体富氧装置。该富氧装置由出水管1、出口支座2、出口法兰3、锁紧螺母4、壳体5、电线圈6、中心轴7、变螺距螺旋叶片8、填料管支座9、填料管法兰10、导流锥11、聚氨酯基催化填料12、填料管13、填料管导气管加气孔14、填料管导气管15、填料管气体连接管16、填料管导气管支座17、进水管支座18、进水管法兰19，填料管气管20、后流量阀21、氧气罐22、前流量阀23、进水管气管24、进水管气体连接管25、进水管导气管支座26、进水管导气管27、进水管导气管加气孔28和进水管29组成。本发明的有益效果是由该富氧装置制备的富氧水具有含氧量高、稳定时间长等优点。

Description

一种基于电场强化的切割流体富氧装置
技术领域
本发明属于污染废水和水体处理技术领域，特别涉及一种基于电场强化的切割流体富氧装置。
背景技术
天然水体具有一定的自净能力，其中微生物的氧化分解是水体自净的主要途径。如果水体中溶解氧含量较低，好氧微生物将受到抑制，而厌氧微生物处于活跃状态。当进入水体中污染物总量超过水体自净能力时，水体中溶解氧会被好氧微生物消耗殆尽，导致水体呈现厌氧状态，剩余污染物在厌氧微生物的作用下被分解为氨气、甲烧、二氧化碳、硫化氨等对水生生物具有毒害性的气体。同时，水分子同各种微生物的代谢产物结合成较大的聚合分子团进一步通过吸附的方式与水体中的污染物紧密结合，最终致使水体的自净能力丧失，并伴随着水体发黑变臭等现象的发生，对周围环境带来极大的影响。污染废水的生物处理是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用，从而使废水得到净化的一种处理方法，其中废水好氧生物处理以其效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。污染废水的好氧生物处理和污染水体的高效净化都需要氧气，因此如何向水体高效增氧是这些技术的关键所在。
微米气泡的直径一般在50μm以下，这种微小气泡与普通气泡相比具有许多独特的优势，如：高内压、高表面能、高界面活性等。纳米氧气泡的表面积能有效增大，如1mm的大气泡分散成100nm微气泡，表面积增大10000倍，气泡的表面能也从0.1卡增大到5-10卡，表面能的增大及气泡内能量增大可以加强表面氧化反应，可以提高氧的利用率。根据杨-拉普拉斯法则，气泡表面张力与气泡直径大小成反比，与气泡内压成正比。表面张力增大，气泡不断收缩，同时内压也随之增大，即所谓出现自我加压现象。一旦收缩的气泡内压与表面张力失去平衡，纳米气泡最后大约在4000个大气压的压力下破裂，气泡破裂后活性氧分子的自由热运动增强，可以随时加入到水分子共价键中形成溶解氧，气体即完全溶解于水液中，这样就实现了超饱和溶氧。如果能制成一种设备，将产生的超饱和溶氧应用于污染废水的好氧生物处理和污染水体的高效净化，将是一种非常有前景的水处理技术。但是，目前还缺少高效的富氧装置，特别是一种基于电场强化的切割流体富氧装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电场强化的切割流体富氧装置，以期创造一种结构紧凑，功能模块化和智能化的水处理装置，增强污染废水的好氧生物处理和污染水体的高效净化。
基于电场强化的切割流体富氧装置由该装置包括出水管1、出口支座2、出口法兰3、锁紧螺母4、壳体5、电线圈6、中心轴7、变螺距螺旋叶片8、填料管支座9、填料管法兰10、导流锥11、聚氨酯基催化填料12、填料管13、填料管导气管加气孔14、填料管导气管15、填料管气体连接管16、填料管导气管支座17、进水管支座18、进水管法兰19，填料管气管20、后流量阀21、氧气罐22、前流量阀23、进水管气管24、进水管气体连接管25、进水管导气管支座26、进水管导气管27、进水管导气管加气孔28、进水管29。
壳体5安装于出口支座2和填料管支座9之间，出水管1通过出口法兰3与壳体5相连；填料管13安装于填料管支座9和进水管支座18之间，填料管13通过填料管法兰10与壳体5相连；进水管29通过进水管法兰19与填料管13相连；
在壳体5的中心设置中心轴7，中心轴7通过锁紧螺母4安装于出口支座2上，中心轴7穿过填料管支座9进入填料管13内部，在中心轴7的顶端设置导水锥11；在壳体5右半部的中心轴7上设置变螺距螺旋切割片8，变螺距螺旋切割片8的中心孔与中心轴7间相连接；在壳体5左半部的外围缠有电线圈6；
在填料管13内装填聚氨酯基催化填料12和填料管导气管15，聚氨酯基催化填料12均匀装填于填料管13内，填料管导气管15通过填料管导气管支座17安装在填料管13的内部，在填料管导气管15的末端设置填料管导气管加气孔14，填料管导气管15通过填料管气体连接管16与填料管气管20相连；填料管气管20通过后流量阀21与氧气罐22相连；
在进水管29内安装进水管导气管27，进水管导气管27通过进水管导气管支座26安装在进水管29的内部，在进水管导气管27的末端设置进水管导气管加气孔28，进水管导气管27通过进水管气体连接管25与进水管气管24相连；进水管气管24通过前流量阀23与氧气罐22相连。
其中，所述聚氨酯基催化填料由如下方法制备：
(1)将220g粒径为1～2cm的聚氨酯颗粒用1000ml去离子水洗涤，然后在70℃条件下干燥7h，得到物质A；
(2)将22.35克MgCl2和16.54克ZnCl2加入到5000mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量5份，得到混合液H1、混合液H2、混合液H3、混合液H4、混合液H5；
(3)将200mL摩尔浓度为0.58mol/L的CuSO4溶液和100mL摩尔浓度为0.76mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J1；
(4)将物质A加入到混合液J1中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A1，物质A1在70℃条件下干燥7h，得到物质A2；
(5)将180mL摩尔浓度为0.56mol/L的CuSO4溶液和120mL摩尔浓度为0.74mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J2；
(6)将物质A2加入到混合液J2中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A3，物质A3在70℃条件下干燥7h，得到物质A4；
(7)将160mL摩尔浓度为0.54mol/L的CuSO4溶液和140mL摩尔浓度为0.72mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J3；
(8)将物质A4加入到混合液J3中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A5，物质A5在70℃条件下干燥7h，得到物质A6；
(9)将140mL摩尔浓度为0.52mol/L的CuSO4溶液和160mL摩尔浓度为0.70mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J4；
(10)将物质A6加入到混合液J4中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A7，物质A7在70℃条件下干燥7h，得到物质A8；
(11)将120mL摩尔浓度为0.50mol/L的CuSO4溶液和180mL摩尔浓度为0.68mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H5中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J5；
(12)将物质A8加入到混合液J5中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A9，物质A9在70℃条件下干燥7h，得到物质B；
(13)将1.38克N-乙基对甲苯磺酰胺、4.4克5,7-二氯-8-羟基喹啉、15mL乙醇、5mL正丁烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入2.9克2,5-二溴嘧啶和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌5min，得到混合液K；
(14)将物质B加入到混合液K中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质B1，将物质B1在70℃条件下干燥7h，得到物质C；
(15)将2.3克3,6-二碘哒嗪、6.2克4-氨甲基四氢吡喃、15mL甲醇、5mL甲烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入6.3克2-乙基蒽醌和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌20min，得到混合液L；
(16)将物质C加入到混合液L中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质C1，将物质C1在70℃条件下干燥7h，得到物质D；
(17)将3.6克2-溴-3-癸基噻吩、15mL乙醇、5mL甲烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入2.6克6-氟-2-甲基喹啉和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌20min，得到混合液M；
(18)将物质D加入到混合液M中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质D1，将物质D1在70℃条件下干燥7h，得到的物质即为用于电场强化富氧装置的聚氨酯基催化填料。
本发明的有益效果是，由基于电场强化的切割流体富氧装置制备的富氧水具有含氧量高、稳定时间长等优点。
附图说明
附图1是基于电场强化的切割流体富氧装置的示意图。附图1中1为出水管、2为出口支座、3为出口法兰、4为锁紧螺母、5为壳体、6为电线圈、7为中心轴、8为变螺距螺旋叶片、9为填料管支座、10为填料管法兰、11为导流锥、12为聚氨酯基催化填料、13为填料管、14为填料管导气管加气孔、15为填料管导气管、16为填料管气体连接管、17为填料管导气管支座、18为进水管支座、19为进水管法兰，20这填料管气管、21为后流量阀、22为氧气罐、23为前流量阀、24为进水管气管、25为进水管气体连接管、26为进水管导气管支座、27为进水管导气管、28为进水管导气管加气孔、29为进水管。
具体实施方式
实施例
(1)基于电场强化的切割流体富氧装置的制备过程如下：
本发明提出的基于电场强化的切割流体富氧装置由出水管1、出口支座2、出口法兰3、锁紧螺母4、壳体5、电线圈6、中心轴7、变螺距螺旋叶片8、填料管支座9、填料管法兰10、导流锥11、聚氨酯基催化填料12、填料管13、填料管导气管加气孔14、填料管导气管15、填料管气体连接管16、填料管导气管支座17、进水管支座18、进水管法兰19，填料管气管20、后流量阀21、氧气罐22、前流量阀23、进水管气管24、进水管气体连接管25、进水管导气管支座26、进水管导气管27、进水管导气管加气孔28和进水管29组成。
壳体5的长度为60cm，壳体壁厚度为1cm。填料管13的长度为30cm。变螺距螺旋叶片8的厚度为0.8mm。进水管导气管27安装于入进水管支座18右边40cm处；填料管导气管15安装于填料管13的中部位置。
壳体5安装于出口支座2和填料管支座9之间，出水管1通过出口法兰3与壳体5相连；填料管13安装于填料管支座9和进水管支座18之间，填料管13通过填料管法兰10与壳体5相连；进水管29通过进水管法兰19与填料管13相连。
在壳体5的中心设置中心轴7，中心轴7通过锁紧螺母4安装于出口支座2上，中心轴7穿过填料管支座9进入填料管13内部，在中心轴7的顶端设置导水锥11；在壳体5右半部的中心轴7上设置变螺距螺旋切割片8，变螺距螺旋切割片8的中心孔与中心轴7间相连接；在壳体5左半部的外围缠有电线圈6。
在填料管13内装填聚氨酯基催化填料12和填料管导气管15，聚氨酯基催化填料12均匀装填于填料管13内，填料管导气管15通过填料管导气管支座17安装在填料管13的内部，在填料管导气管15的末端设置填料管导气管加气孔14，填料管导气管15通过填料管气体连接管16与填料管气管20相连；填料管气管20通过后流量阀21与氧气罐22相连。
在进水管29内安装进水管导气管27，进水管导气管27通过进水管导气管支座26安装在进水管29的内部，在进水管导气管27的末端设置进水管导气管加气孔28，进水管导气管27通过进水管气体连接管25与进水管气管24相连；进水管气管24通过前流量阀23与氧气罐22相连。
填料管导气管加气孔14及进水管导气管加气孔28与中心轴7的轴线同轴，同轴度小于0.2mm。
(2)聚氨酯基催化填料由如下过程制备：
(1)将220g粒径为1～2cm的聚氨酯颗粒用1000ml去离子水洗涤，然后在70℃条件下干燥7h，得到物质A；
(2)将22.35克MgCl2和16.54克ZnCl2加入到5000mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量5份，得到混合液H1、混合液H2、混合液H3、混合液H4、混合液H5；
(3)将200mL摩尔浓度为0.58mol/L的CuSO4溶液和100mL摩尔浓度为0.76mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J1；
(4)将物质A加入到混合液J1中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A1，物质A1在70℃条件下干燥7h，得到物质A2；
(5)将180mL摩尔浓度为0.56mol/L的CuSO4溶液和120mL摩尔浓度为0.74mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J2；
(6)将物质A2加入到混合液J2中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A3，物质A3在70℃条件下干燥7h，得到物质A4；
(7)将160mL摩尔浓度为0.54mol/L的CuSO4溶液和140mL摩尔浓度为0.72mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J3；
(8)将物质A4加入到混合液J3中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A5，物质A5在70℃条件下干燥7h，得到物质A6；
(9)将140mL摩尔浓度为0.52mol/L的CuSO4溶液和160mL摩尔浓度为0.70mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J4；
(10)将物质A6加入到混合液J4中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A7，物质A7在70℃条件下干燥7h，得到物质A8；
(11)将120mL摩尔浓度为0.50mol/L的CuSO4溶液和180mL摩尔浓度为0.68mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H5中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J5；
(12)将物质A8加入到混合液J5中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A9，物质A9在70℃条件下干燥7h，得到物质B；
(13)将1.38克N-乙基对甲苯磺酰胺、4.4克5,7-二氯-8-羟基喹啉、15mL乙醇、5mL正丁烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入2.9克2,5-二溴嘧啶和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌5min，得到混合液K；
(14)将物质B加入到混合液K中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质B1，将物质B1在70℃条件下干燥7h，得到物质C；
(15)将2.3克3,6-二碘哒嗪、6.2克4-氨甲基四氢吡喃、15mL甲醇、5mL甲烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入6.3克2-乙基蒽醌和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌20min，得到混合液L；
(16)将物质C加入到混合液L中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质C1，将物质C1在70℃条件下干燥7h，得到物质D；
(17)将3.6克2-溴-3-癸基噻吩、15mL乙醇、5mL甲烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入2.6克6-氟-2-甲基喹啉和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌20min，得到混合液M；
(18)将物质D加入到混合液M中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质D1，将物质D1在70℃条件下干燥7h，得到的物质即为用于电场强化富氧装置的聚氨酯基催化填料。
(3)基于电场强化的切割流体富氧装置的应用
运用本发明得到的基于电场强化的切割流体富氧装置进行了富氧水制备试验，结果表明运用该富氧装置制备的富氧水中溶解氧含量可以达到48.6mg/L，放置2.5小时后富氧水中溶解氧含量为39.5mg/L。

Claims (1)

1.一种基于电场强化的切割流体富氧装置，其特征在于，该富氧装置由出水管1、出口支座2、出口法兰3、锁紧螺母4、壳体5、电线圈6、中心轴7、变螺距螺旋叶片8、填料管支座9、填料管法兰10、导流锥11、聚氨酯基催化填料12、填料管13、填料管导气管加气孔14、填料管导气管15、填料管气体连接管16、填料管导气管支座17、进水管支座18、进水管法兰19，填料管气管20、后流量阀21、氧气罐22、前流量阀23、进水管气管24、进水管气体连接管25、进水管导气管支座26、进水管导气管27、进水管导气管加气孔28和进水管29。组成；壳体安装于出口支座和填料管支座之间，出水管通过出口法兰3与壳体5相连；填料管13安装于填料管支座9和进水管支座18之间，填料管13通过填料管法兰10与壳体5相连；进水管29通过进水管法兰19与填料管13相连；在壳体5的中心设置中心轴7，中心轴7通过锁紧螺母4安装于出口支座2上，中心轴7穿过填料管支座9进入填料管13内部，在中心轴7的顶端设置导水锥11；在壳体5右半部的中心轴7上设置变螺距螺旋切割片8，变螺距螺旋切割片8的中心孔与中心轴7间相连接；在壳体5左半部的外围缠有电线圈6；在填料管13内装填聚氨酯基催化填料12和填料管导气管15，聚氨酯基催化填料12均匀装填于填料管13内，填料管导气管15通过填料管导气管支座17安装在填料管13的内部，在填料管导气管15的末端设置填料管导气管加气孔14，填料管导气管15通过填料管气体连接管16与填料管气管20相连；填料管气管20通过后流量阀21与氧气罐22相连；在进水管29内安装进水管导气管27，进水管导气管27通过进水管导气管支座26安装在进水管29的内部，在进水管导气管27的末端设置进水管导气管加气孔28，进水管导气管27通过进水管气体连接管25与进水管气管24相连；进水管气管24通过前流量阀23与氧气罐22相连；其中，所述聚氨酯基催化填料由如下方法制备：
(1)将220g粒径为1～2cm的聚氨酯颗粒用1000ml去离子水洗涤，然后在70℃条件下干燥7h，得到物质A；
(2)将22.35克MgCl2和16.54克ZnCl2加入到5000mL去离子水中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，摇匀后分成等量5份，得到混合液H1、混合液H2、混合液H3、混合液H4、混合液H5；
(3)将200mL摩尔浓度为0.58mol/L的CuSO4溶液和100mL摩尔浓度为0.76mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H1中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J1；
(4)将物质A加入到混合液J1中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A1，物质A1在70℃条件下干燥7h，得到物质A2；
(5)将180mL摩尔浓度为0.56mol/L的CuSO4溶液和120mL摩尔浓度为0.74mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H2中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J2；
(6)将物质A2加入到混合液J2中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A3，物质A3在70℃条件下干燥7h，得到物质A4；
(7)将160mL摩尔浓度为0.54mol/L的CuSO4溶液和140mL摩尔浓度为0.72mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H3中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J3；
(8)将物质A4加入到混合液J3中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A5，物质A5在70℃条件下干燥7h，得到物质A6；
(9)将140mL摩尔浓度为0.52mol/L的CuSO4溶液和160mL摩尔浓度为0.70mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H4中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J4；
(10)将物质A6加入到混合液J4中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A7，物质A7在70℃条件下干燥7h，得到物质A8；
(11)将120mL摩尔浓度为0.50mol/L的CuSO4溶液和180mL摩尔浓度为0.68mol/L的PbSO4溶液加入到混合液H5中，在1000r/min条件下搅拌3分钟，得到混合液J5；
(12)将物质A8加入到混合液J5中，在温度为35℃的摇床中摇动20分钟，过滤除去液体得到物质A9，物质A9在70℃条件下干燥7h，得到物质B；
(13)将1.38克N-乙基对甲苯磺酰胺、4.4克5,7-二氯-8-羟基喹啉、15mL乙醇、5mL正丁烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入2.9克2,5-二溴嘧啶和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌5min，得到混合液K；
(14)将物质B加入到混合液K中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质B1，将物质B1在70℃条件下干燥7h，得到物质C；
(15)将2.3克3,6-二碘哒嗪、6.2克4-氨甲基四氢吡喃、15mL甲醇、5mL甲烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入6.3克2-乙基蒽醌和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌20min，得到混合液L；
(16)将物质C加入到混合液L中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质C1，将物质C1在70℃条件下干燥7h，得到物质D；
(17)将3.6克2-溴-3-癸基噻吩、15mL乙醇、5mL甲烷依次加入到1000mL锥形瓶中，再加入2.6克6-氟-2-甲基喹啉和800mL去离子水，置于65℃水浴中在4000r/min条件下搅拌20min，得到混合液M；
(18)将物质D加入到混合液M中，在温度为45℃的摇床中摇动55分钟，过滤除去液体得到物质D1，将物质D1在70℃条件下干燥7h，得到的物质即为用于电场强化富氧装置的聚氨酯基催化填料。
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