CN109264808A - 一种除去水中溶解氧的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种除去水中溶解氧的装置和方法，除去水中溶解氧的装置包括：箱体，所述箱体内限定有第一容纳腔，所述箱体的侧壁面上设有与所述第一容纳腔相连通的进水口和出水口；氮气罩，所述氮气罩设在所述箱体的上端，所述氮气罩内限定有第二容纳腔，所述第二容纳腔与所述第一容纳腔相连通；疏水膜，所述疏水膜设在所述第一容纳腔内且一端伸出所述箱体以形成真空接口。根据本发明实施例的除去水中溶解氧的装置，通过在箱体上设置氮气罩，第一容纳腔与第二容纳腔相连通，疏水膜设在第一容纳腔内，该除去水中溶解氧的装置不仅结构简单，而且可以除去水中氧气，避免水挥发和污染。

Description

一种除去水中溶解氧的装置和方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地，涉及一种除去水中溶解氧的装置和方法。

背景技术

水相较于油来说成本低，无环境毒性，是一种更经济、更环保的液压介质。但是，由于水与油物理性质和化学性质均存在较大差异，所以用水代替油进行液压操作还面临一些难题。其中，水中溶解氧对液压金属机构的腐蚀便是其中最大的问题之一。另外，由于水容易蒸发并且溶有溶解性气体，可能导致泵和液压缸内存在气泡，导致气蚀。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种除去水中溶解氧的装置。

本发明还提供一种除去水中溶解氧的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的除去水中溶解氧的装置包括：

箱体，所述箱体内限定有第一容纳腔，所述箱体的侧壁面上设有与所述第一容纳腔相连通的进水口和出水口；

氮气罩，所述氮气罩设在所述箱体的上端，所述氮气罩内限定有第二容纳腔，所述第二容纳腔与所述第一容纳腔相连通；

疏水膜，所述疏水膜设在所述第一容纳腔内且一端伸出所述箱体以形成真空接口。

进一步地，所述进水口设在所述出水口的下方。

进一步地，所述箱体与所述氮气罩分别形成为圆筒体，所述箱体的径向尺寸大于所述氮气罩的径向尺寸。

进一步地，所述疏水膜的总表面积与所述氮气罩的横截面积比为5000:1～1000:1。

进一步地，所述疏水膜为由多个中空纤维膜管沿所述箱体轴向设置形成的一端封闭的管件，所述管件的开口端形成为所述真空接口。

进一步地，所述疏水膜形成为PTFE材料件、PVDF材料件或者PP材料件。

根据本发明第二方面实施例的除去水中溶解氧的方法基于上述所述除去水中溶解氧的装置，所述方法包括如下步骤：

将给水从进水口输入箱体内且保持其液位处于氮气罩内的第二容纳腔内；

将所述疏水膜内抽至真空并保持真空状态；

向所述液位上方的氮气罩内通入氮气，以形成氮气对流，并将产水从出水口压出。

进一步地，所述氮气的压力为0.03MPa-0.3MPa。

进一步地，所述疏水膜内的真空度为-75KPa以上。

进一步地，流入所述进水口的所述给水为自来水经过40μm的过滤器过滤获得。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的除去水中溶解氧的装置，通过在箱体上设置氮气罩，第一容纳腔与第二容纳腔相连通，疏水膜设在第一容纳腔内，该除去水中溶解氧的装置不仅结构简单，而且可以除去水中氧气，避免水挥发和污染。

附图说明

图1为传统膜式除氧器的结构示意图；

图2为根据本发明实施例中除去水中溶解氧的装置的结构示意图；

图3为根据本发明实施例中除去水中溶解氧的方法的流程图。

附图标记：

除去水中溶解氧的装置100；箱体10；进水口11；出水口12；氮气罩20；疏水膜30；真空接口31；除去水中溶解氧的方法200；传统膜式除氧器1。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

本发明是本申请的发明人基于以下事实所作出的发明创造。

传统的热力除氧气结构复杂，能耗大，需高温，对于使用条件有诸多限制，通常用于大型锅炉，目前，比较先进的除氧技术以脱气膜除氧为主。

待处理水从传统膜式除氧器1中流过。除氧器腔体内存在很多中空纤维疏水膜，疏水膜管路中间为真空或者吹扫气体(一般为氮气)。由于水中的氧气分压要高于中空纤维膜内部的氧气分压，因此水中的氧气会逐渐从水中通过膜，传输至中空纤维膜中，被真空泵或者吹扫气体带走，从而达到除去水中溶解氧的目的。

一方面，传统膜式除氧器1为了提升效率，通常采用真空或真空与吹扫相组合的方式。在液相内部，当溶解氧的分压与中空纤维膜内真空度相平衡时，因为不存在整体平衡压差，只存在氧分子的扩散作用，而不存在一开始压差较大时的溶解氧(氮气)的对流作用。因为液相内绝对氧气浓度已经很低，其平衡分压与中空纤维管内的氧气分压无法形成较大压差，从而限制了传质效率，制约溶解氧向膜方向的移动，进而影响除氧效率。因此传统装置在处理效率要求较高的情况下，需要多个膜组件的串联使用，不仅增加了运行和维护成本，而且增加了装置的体积和系统的复杂性。3M公司的Liqui-Cel系列产品为了克服这个问题，则利用了微型通道使水流均匀排布，在反应器内部相对于膜始终保持较短距离，从而减少传质效率低对去除率的影响。但此类设备结构较为复杂，工艺要求高，成本较高，其产品对比相同膜面积的传统膜处理单元，售价高出几倍甚至十倍以上。

另一方面，如图1所示，传统膜式除氧器1作为管道流动式反应器，一般用作电渗析和锅炉供水的前端处理，用作液压装置供水会存在一些操作上的问题。传统装置水是从反应器内部连续流过的。因此在反应器内的停留时间，由水的流速所决定。也就是说一般要求流速(输送泵所输出的流量)稳定在一个值，停留时间越长，处理效率越高。如果流速或停留时间产生波动的话，容易造成除氧效率的不稳定。而在液压装置中，水的流速是根据液压泵的启停来决定的，有时是断续的，不规则波动的。因此通常是要预存一定的水量，以保证装置的稳定运行的。如果在传统除氧器尾端加入无氧水储存装置，涉及到高要求的密封和氮封等机构，增加了系统的复杂性和一定的成本和资源浪费。

另外，气蚀现象也是用水作为操作介质需要考虑的重点问题之一。水作为液压操作介质时，引起气蚀现象的气体来源分为两种，一种是介质水由于气压降低瞬间蒸发产生的水蒸气，另一种则是水中溶解的气体由于气压陡然变化而析出产生的。为了杜绝第一种来源，通常水介质液压泵都避免采用吸程较高的泵，例如齿轮泵，而是选用吸程较低或者无吸程的柱塞泵。由于液压柱塞泵吸程较低甚至为0，这就需要依靠外力来将水压进柱塞活塞，一般采用压力水罐。但是一旦采用压力罐，水中的溶解性气体总量则会增加。由于水在进入柱塞活塞时，多少存在一定的瞬间压降，因此溶解性气体有瞬间析出并淬灭的风险。如何解决这个问题也是延长泵及其他液压设备寿命的关键点之一。

基于现有技术存在的上述技术问题，本申请的发明人对传统膜式除氧器1进行了研究和改进，提出一种除去水中溶解氧的装置100。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的除去水中溶解氧的装置100。

如图2所示，根据本发明实施例的除去水中溶解氧的装置100包括箱体10、氮气罩20和疏水膜30。

具体而言，箱体10内限定有第一容纳腔，箱体10的侧壁面上设有与第一容纳腔相连通的进水口11和出水口12，氮气罩20设在箱体10的上端，氮气罩20内限定有第二容纳腔，第二容纳腔与第一容纳腔相连通，疏水膜30设在第一容纳腔内且一端伸出箱体10以形成真空接口31。

换言之，除去水中溶解氧的装置100主要由箱体10、氮气罩20和疏水膜30组成，其中，箱体10上设有进水口11和出水口12，箱体10内限定出第一容纳腔，第一容纳腔用于容纳水，氮气罩20内限定出第二容纳腔，第一容纳腔与第二容纳腔相连通，第二容纳腔用于容纳氮气，氮气罩20设在箱体10上可以防止水的挥发和污染，疏水膜30设在第一容纳腔内并设有真空接口31以便于使疏水膜30处于真空状态，通过控制氮气的压力可以保证并稳定柱塞泵所需的供水压力，利用氮气与疏水膜30内的真空在箱体10内部形成氮气对流，解决了氧气传质效率低问题。

由此，根据本发明实施例的除去水中溶解氧的装置100，通过在箱体10上设置氮气罩20，第一容纳腔与第二容纳腔相连通，疏水膜30设在第一容纳腔内，该除去水中溶解氧的装置100不仅结构简单，而且可以除去水中氧气，避免水挥发和污染。

根据本发明的一些具体实施例，进水口11设在出水口12的下方，便于水对流，除氧效果好。

优选地，箱体10与氮气罩20分别形成为圆筒体，圆筒体结构简单，便于加工，箱体10的径向尺寸大于氮气罩20的径向尺寸。

根据本发明的一个实施例，疏水膜30的总表面积与氮气罩20的横截面积比为5000:1～1000:1。

也就是说，通过控制疏水膜30的面积与氮气罩20径向横截面的面积来控制水中总溶解氧的浓度，使总溶解氧浓度保持在一个较低的水平。

根据本发明的又一个实施例，疏水膜30为由多个中空纤维膜管沿箱体10轴向设置形成的一端封闭的管件，管件的开口端形成为真空接口31，该疏水膜30结构简单。

在本发明的一个实施例中，疏水膜30形成为PTFE材料件、PVDF材料件或者PP材料件。也就是说，膜材料根据不同的进水水质，如游离氯的浓度，可以采用PTFE、PVDF或者PP等材料制成。

总而言之，根据本发明实施例的除去水中溶解氧的装置100，通过在箱体10上设置氮气罩20，第一容纳腔与第二容纳腔相连通，疏水膜30设在第一容纳腔内，该除去水中溶解氧的装置100不仅结构简单，而且可以降低水中总溶解性气体的含量。

如图3所示，一种除去水中溶解氧的方法200基于上述除去水中溶解氧的装置100，方法包括如下步骤：将给水从进水口11输入箱体10内且保持其液位处于氮气罩20的第二容纳腔内；将疏水膜30内抽至真空并保持真空状态；向液位上方的氮气罩20内通入氮气，以形成氮气对流，并将产水从出水口12压出。

具体地，首先，将待处理水从进水管输入箱体10内且水位位于箱体10与氮气壳连接处的上方，然后，使疏水膜30内保持真空状态，同时，在液位上方氮气罩20内通入氮气，使氮气与疏水膜30内真空在水相内部形成氮气对流，带走水相内部的氧气并将除去氧之后的产水从出水口12压出，该方法能够降低由于压力水罐的水相内溶解性气体过高而导致气蚀的风险。

由此，根据本发明实施例的除去水中溶解氧的方法200解决了水作为操作介质时，水的溶氧浓度过高问题，提高了氧气传质效率，降低了液压泵内气蚀的风险。

根据本发明的一个实施例，氮气的压力为0.03MPa-0.3Mpa，该范围内的氮气压力可以满足柱塞泵所需要的供水压力，且不会超过疏水膜30材料的最大使用压力。

优选地，疏水膜30为中空纤维膜，中空纤维膜内的真空度为-75KPa以上。

根据本发明的一个实施例，流入进水口11的给水为自来水经过40μm的过滤器过滤获得，需要说明的是，其他类似水质(有机物含量低)的水源通过40μm孔径过滤器过滤后也可获得产水。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种除去水中溶解氧的装置，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体内限定有第一容纳腔，所述箱体的侧壁面上设有与所述第一容纳腔相连通的进水口和出水口；

氮气罩，所述氮气罩设在所述箱体的上端，所述氮气罩内限定有第二容纳腔，所述第二容纳腔与所述第一容纳腔相连通；

疏水膜，所述疏水膜设在所述第一容纳腔内且一端伸出所述箱体以形成真空接口。

2.根据权利要求1所述的除去水中溶解氧的装置，其特征在于，所述进水口设在所述出水口的下方。

3.根据权利要求1所述的除去水中溶解氧的装置，其特征在于，所述箱体与所述氮气罩分别形成为圆筒体，所述箱体的径向尺寸大于所述氮气罩的径向尺寸。

4.根据权利要求1所述的除去水中溶解氧的装置，其特征在于，所述疏水膜的总表面积与所述氮气罩的横截面积比为5000:1～1000:1。

5.根据权利要求1所述的除去水中溶解氧的装置，其特征在于，所述疏水膜为由多个中空纤维膜管沿所述箱体轴向设置形成的一端封闭的管件，所述管件的开口端形成为所述真空接口。

6.根据权利要求5所述的除去水中溶解氧的装置，其特征在于，所述疏水膜形成为PTFE材料件、PVDF材料件或者PP材料件。

7.一种利用权利要求1至6任一项装置除去水中溶解氧的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将给水从进水口输入箱体内且保持其液位处于氮气罩内的第二容纳腔内；

将所述疏水膜内抽至真空并保持真空状态；

向所述液位上方的氮气罩内通入氮气，以形成氮气对流，并将产水从出水口压出。

8.根据权利要求7所述的除去水中溶解氧的方法，其特征在于，所述氮气的压力为0.03MPa-0.3MPa。

9.根据权利要求7所述的除去水中溶解氧的方法，其特征在于，所述疏水膜内的真空度为-75KPa以上。

10.根据权利要求7所述的除去水中溶解氧的方法，其特征在于，流入所述进水口的所述给水为自来水经过40μm的过滤器过滤获得。