CN110404430A - 一种超微细气泡发生喷嘴装置及水体治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超微细气泡发生喷嘴装置及水体治理方法。其中装置包括喷嘴装置本体、类文丘里管状的过水通道，该过水通道包括从前到后依次连接的入口区、截面锥形收缩区、喉管部、截面锥形扩张区，所述喉管部的周壁上设置有若干组齿槽或/和多个凸起物。方法包括把处理水体流过类文丘里管状的过水通道，从而使处理水体在喉管部发生空化反应产生大量空化泡；处理水体还与喉管部中的齿槽端面或凸起物相撞击形成乱流，从而使空化泡剪切成大量的直径极小的超微细气泡；利用这些超微细气泡降低水体中有机污染物的含量。该装置和方法的成本低、能耗低、效率高，在实际应用中易于推广。

Description

一种超微细气泡发生喷嘴装置及水体治理方法

技术领域

本发明涉及水体治理技术领域，特别涉及一种超微细气泡发生喷嘴装置及水体治理方法。

背景技术

超微细气泡对水环境治理中的高溶解氧补给作用有非常重要的作用，超微细气泡由于体积小，同时其表面带有负电荷，气泡之间相斥，不会相互粘连聚合增大而破裂，在水中停留的时间更长，对水体有较强的增加溶解氧效果，在进行水体治理时高的溶解氧能将溶存在水体中的磷离子氧化并与水中的钙或铁等金属离子结合成磷酸盐沉淀于水底并相对稳定，使得水中的总磷浓度減少，超微细气泡由于表面带有负电荷，所以还能吸附水体中有机悬浮污染物微粒，可通过将处理水体中有机悬浮污染物微粒积凝固定而分离。

溶解氧（DO）増加，还能抑制水底堆积物中含有的相对固定磷的磷溶出，水体中作为营养盐的磷减小，使水体中得藻类及水棉的生长得到抑制，降低因藻类的大量繁殖造成水中溶解氧不足。

超微细气泡提高水体的溶解氧还具有氧化-还原作用及活化微生物的作用，能大幅降低BOD（Biochemical Oxygen Demand的简写，中文为生化需氧量或生化耗氧量，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示）及COD（Chemical Oxygen Demand的简写，中文为化学需氧量又称化学耗氧量，是表示水质污染度的重要指标），维持水体水质的稳定。高溶解氧的水体能大幅降低水体中因缺氧产生的恶臭（由氨、硫化氢等引起的气味），而且高溶解氧具有脱氮作用，水体中的氨经过氧化形成氮氧化物，氮氧化物再经脱氮形成氮气、硫化氢经过氧化形成二氧化硫。

国内外产生超微细气泡的方法多种多样，但总体而言还是相对复杂和效率低。如溶气罐加压溶气释气法、水温差法、电场法等，溶气罐加压溶气效率非常低、制造成本高；水温差法、电场法则都是操作过程复杂、能耗较高，其中水温差法难以精确控制水温的温差、电场法产生的超微细气泡存在量较少、电极易消耗、能耗较高，在实际应用中难于推广。

可见，现有技术有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种成本低、能耗低、效率高的超微细气泡发生喷嘴装置及水体治理方法。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种超微细气泡发生喷嘴装置，包括喷嘴装置本体，喷嘴装置本体中设置有贯穿前后的类文丘里管状的过水通道，该过水通道包括从前到后依次连接的入口区、截面锥形收缩区、喉管部、截面锥形扩张区，所述喉管部的周壁上设置有若干组齿槽或/和多个凸起物；每组齿槽包括多个沿喉管部的轴向延伸、并沿喉管部的周向均匀排布的齿槽；所述凸起物可散布在喉管部的周壁上或以若干个环状排布在喉管部的周壁上。

所述的超微细气泡发生喷嘴装置中,所述喉管部的周壁上设置有若干个喷气孔，喷气孔用于向喉管部中的水流喷气。

所述的超微细气泡发生喷嘴装置中,所述喉管部的外侧设置有环型空气腔，所有喷气孔均与环型空气腔连通，该环型空气腔具有至少一个进气口。

所述的超微细气泡发生喷嘴装置中,所述喷嘴装置本体包括前后连接的进水口件、若干个喉管件、出水口件，喉管件外套设有由若干个气体腔件前后连接而成的罩体，罩体与喉管件之间的间隙为所述的环型空气腔，其中至少一个气体腔件上设置有所述进气口。

所述的超微细气泡发生喷嘴装置中,所述进水口件与最前侧的喉管件之间、各喉管件之间、最后侧的喉管件与出水口件之间具有间隔，该间隔即为所述的喷气孔。

所述的超微细气泡发生喷嘴装置中,所述间隔的宽度为0.02mm-1mm，相邻的间隔之间的间距相等、且该间距为喉管部最小直径的2倍-3倍。

所述的超微细气泡发生喷嘴装置中,所述喉管部的前部为圆柱状，后部为前小后大的截锥状。

所述的超微细气泡发生喷嘴装置中, 所述截面锥形收缩区的半锥角为3°-9°，其长度为喉管部最小直径的2倍-5倍；所述喉管部后部的半锥角为1°-1.5°，喉管部前部的长度为喉管部最小直径的1倍-1.5倍，喉管部后部的长度为喉管部最小直径的7倍-9倍；所述截面锥形扩张区的半锥角为7°-9°，其长度为喉管部最小直径的3倍-6倍。

一种水体治理方法，把处理水体流过从前到后包括入口区、截面锥形收缩区、喉管部、截面锥形扩张区的类文丘里管状的过水通道，从而使处理水体在喉管部发生空化反应产生大量空化泡；水还与喉管部中的齿槽端面或凸起物相撞击形成乱流，从而使空化泡剪切成大量的直径极小的超微细气泡；利用这些超微细气泡降低水体中有机污染物的含量。

所述的水体治理方法中,在喉管部处向水注入空气，提高超微细气泡的数量并增加水中的溶解氧含量。

有益效果：

本发明提供的一种超微细气泡发生喷嘴装置及水体治理方法，水体流经喉管部时由于截面积变小、流速变大而导致压力降低，从而使溶解在水中的气体释放出来，形成空化反应,产生大量空化泡，水与喉管部中的齿槽端面或凸起物相撞击形成乱流，从而使空化泡剪切成大量的直径极小的超微细气泡，利用这些超微细气泡对处理水体进行高溶解氧补给，通过水体中好氧微生物的快速生长繁殖降解水体中有机污染物质，同时空化泡的最终溃灭将伴随多种物理、化学效应，瞬间可释放出巨大能量，对处理水体具有极强的氧化特性，降低水体中有机污染物的含量。该喷嘴装置和水体治理方法成本低、能耗低、效率高，在实际应用中易于推广。

附图说明

图1为本发明提供的一种超微细气泡发生喷嘴装置的结构示意图。

图2为本发明提供的一种超微细气泡发生喷嘴装置的爆炸图。

图3为本发明提供的一种超微细气泡发生喷嘴装置中，喉管件的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种超微细气泡发生喷嘴装置及水体治理方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

为了方便描述，本文中规定，水流动的方向为后，即图1中的右侧；前与后反向，即图1中的左侧。

请参阅图1-3，本发明提供的一种超微细气泡发生喷嘴装置，包括喷嘴装置本体1，喷嘴装置本体中设置有贯穿前后的类文丘里管状的过水通道2，该过水通道2包括从前到后依次连接的入口区2.1、截面锥形收缩区2.2、喉管部2.3、截面锥形扩张区2.4，所述喉管部2.3的周壁上设置有若干（本文中，若干是指一个或多个）组齿槽2.5或/和多个凸起物（图中没画）；每组齿槽包括多个沿喉管部2.3的轴向延伸、并沿喉管部的周向均匀排布的齿槽；所述凸起物可散布在喉管部的周壁上或以若干个环状排布（即分成若干组，每组沿喉管部的周向均匀排布有多个）在喉管部的周壁上。

装置运行时，处理水体从前到后地从过水通道2流过，流经喉管部2.3时由于截面积变小、流速变大而导致压力降低，从而使溶解在水中的气体释放出来，形成空化反应,产生大量空化泡，水流（的外侧部分）与喉管部中的齿槽2.5端面或凸起物相撞击形成乱流，从而使空化泡剪切成大量的直径极小的超微细气泡，利用超微细气泡能使得治理水体中溶解氧（DO）増加，通过水体中好氧微生物的快速生长繁殖降解水体中有机污染物质，同时空化泡的最终溃灭将伴随多种物理、化学效应，瞬间可释放出巨大能量，对处理水体具有极强的氧化特性，可有效降低水中的有机污染物含量，溶解氧（DO）的増加，对水体底部污泥厌氧分解产生抑制作用，间接抑制水体底污泥氮磷的释出。该喷嘴装置结构简单、成本低、能耗低、效率高，在实际应用中易于推广。

图1、3中仅画出了具有齿槽2.5的情况，而没有画出具有凸起物的情况，但它们的作用原理相同，均是通过与水流撞击而使水流产生乱流，从而把气泡剪切成大量的直径极小的超微细气泡。不同的是，凸起物会减小喉管部的横截面积，从而降低流量，效率比设置齿槽的情况稍低。

优选的，所述齿槽2.5与水流相迎的端面与喉管部2.3的轴向垂直，所述凸起物与水流相迎的端面与喉管部的轴向垂直；这样，水流会以接近90°的角度撞击，同样条件下产生的超微细气泡数量最多，直径最小（超微细气泡直径最大值为38μm至51μm）。

图1、3中的齿槽2.5为月牙齿槽，其槽深为0.5mm-2mm，槽宽为1mm-8mm，每组齿槽具有12个-32个齿槽。采用月牙齿槽对水流的阻力较小，而采用该尺寸的月牙齿槽的效果较佳。图1中只画出了具有一组齿槽的情况，但并非对其数量的限定，可根据实现需要设置更多组齿槽。除了月牙齿槽，还可采用其它形状的齿槽，如矩型齿槽、梯型齿槽、三角型齿槽等。

优选实施方式中，见图2,所述喉管部2.3的周壁上设置有若干个喷气孔3，喷气孔用于向喉管部中的水流喷气。通过向水注入空气，可大大地提高超微细气泡的数量并增加水中的溶解氧含量，从而提高氧化-还原作用及活化微生物，进而进一步降低有机污染物的含量；此外，通过适量加入扰动气体, 可提高空化羟自由基产率, 增强空化强化效果。

进一步的,所述喉管部2.3的外侧设置有环型空气腔4，所有喷气孔3均与环型空气腔4连通，该环型空气腔具有至少一个进气口4.1。使用时，同一从进气口4.1注入空气，空气进入环型空气腔4再从各喷气孔3喷出，避免了对每个喷气孔3连接一根输气管进行输气，可大大地简化结构，提高紧凑度。

进一步的，见图1、2,所述喷嘴装置本体1包括前后连接的进水口件1.1、若干个喉管件1.2、出水口件1.3，喉管件1.2外套设有由若干个气体腔件1.4前后连接而成的罩体，罩体与喉管件1.2之间的间隙为所述的环型空气腔4，其中至少一个气体腔件1.4上设置有所述进气口4.1。虽然图中只画出了具有四个喉管件1.2的情况，但并非对其数量的限定，其具体数量可根据实际需要进行设置，其中，所述齿槽2.5可设置在其中至少一个喉管件1.2的前部，如图1、3所示。

进一步的，见图1,所述进水口件1.1与最前侧的喉管件1.2之间、各喉管件1.2之间、最后侧的喉管件1.2与出水口件1.3之间具有间隔，该间隔即为所述的喷气孔3。即喷气孔3为环状孔，通过该环状孔喷气，扰动效果较好，进一步提高空化羟自由基产率, 增强空化强化效果。

为实现进水口件1.1与最前侧的喉管件1.2之间、各喉管件1.2之间、最后侧的喉管件1.2与出水口件1.3之间的间隔设置，可在各连接处沿周向设置至少三根定位销1.5和对应的定位孔1.5a，定位销的两端分别插入对应的定位孔中且定位销的长度较长，从而使连接处的两个端面具有间隔。

优选的,所述间隔的宽度为0.02mm-1mm（间隔宽度），相邻的间隔之间的间距相等、且该间距为喉管部2.3最小直径的2倍-3倍。间隔的宽度过大会使喉管部中压力与外部压力的压差会缩小，从而使空化反应效果降低，生成的超微细气泡数量反而降低，0.02mm-1mm是比较合适的范围，而采用所述间隔之间的间距，超微细气泡生成效果较佳。

当然，所述喷气孔3的形状不限于此，还可设置为分布在各喉管件1.2中的小通孔，或设置为小通孔和环状孔的组合。

优选实施方式中，见图1,所述喉管部2.3的前部2.3a为圆柱状，后部2.3b为前小后大的截面锥状。当喉管部中的水由于空化反应而产生大量空化泡，会向周边扩散，当水流外层部分在碰到截面锥状管壁后返回会使水流呈涡旋状态前进，从而可使空化泡即注入的气体混合得更充分，产生的超微细气泡数量更多且大小更均匀。

所述的超微细气泡发生喷嘴装置中,所述截面锥形收缩区2.2的半锥角为3°-9°，其长度为喉管部最小直径（即前部2.3a的直径）的2倍-5倍；

所述喉管部后部2.3b的半锥角为1°-1.5°，喉管部前部2.3a的长度为喉管部最小直径的1倍-1.5倍，喉管部后2.3b部的长度为喉管部最小直径的7倍-9倍；通过在过水通道中设计较长的喉管部2.3, 让装置的空化区域更大, 使流经喷嘴装置的处理水体更充分的空化,水体中的气体释放出来，产生大量空化泡；

所述截面锥形扩张区2.4的半锥角为7°-9°，其长度为喉管部最小直径的3倍-6倍；所述截面锥形扩张区截面积逐渐增大, 液体中压强亦逐渐增强, 随液体流动的空化泡被压缩发生溃灭, 溃灭时会对有机污染物产生剧烈的氧化反应，从而有效降低有机污染物含量，合理设置此区域的半锥角, 提高了空化效率。

本发明还提供一种水体治理方法，处理水体流过从前到后包括入口区、截面锥形收缩区、喉管部、截面锥形扩张区的类文丘里管状的过水通道，从而使处理水体在喉管部由于压力变化发生空化反应产生大量空化泡；处理水体还与喉管部中的齿槽端面或凸起物相撞击形成乱流，从而使空化泡剪切成大量的直径极小的超微细气泡；利用这些超微细气泡能使得治理水体中溶解氧（DO）増加，通过水体中好氧微生物的快速生长繁殖降解水体中有机污染物质，同时空化泡的最终溃灭将伴随多种物理、化学效应，瞬间可释放出巨大能量，对处理水体具有极强的氧化特性，可有效降低水中有机污染物的含量。

由于超微细气泡表面带有负电荷，气泡之间相斥，不会相互粘连聚合增大而破裂，对水体有较强的增加溶解氧效果，在进行水体治理时高的溶解氧能将溶存在水体中的磷离子氧化并与水中的钙或铁等金属离子结合成磷酸盐沉淀于水底并相对稳定，使得水中的总磷浓度減少，超微细气泡由于表面带有负电荷，所以还能吸附水体中有机悬浮污染物微粒，可通过将处理水体中有机悬浮污染物微粒积凝固定而分离。

进一步的,可在喉管部处向水注入空气，提高超微细气泡的数量并增加水中的溶解氧含量，从而提高氧化-还原作用及活化水中微生物，进而进一步降低有机污染物的含量。

溶解氧増加，一方面能抑制水底堆积物中含有的相对固定磷的磷溶出，水体中作为营养盐的磷减小，使水体中的藻类及水棉的生长得到抑制，降低因藻类的大量繁殖造成水中溶解氧不足；另一方面能大幅降低水体中因缺氧产生的恶臭（由氨、硫化氢等引起的气味），而且高溶解氧具有脱氮作用，水体中的氨经过氧化形成氮氧化物，氮氧化物再经脱氮形成氮气、硫化氢经过氧化形成二氧化硫；另外，高溶解氧能活化微生物，从而提高微生物对有机污染物的分解速度。

以下通过实施例进行进一步说明：

实施例一

通过对佛山市南海区罗村芦塘村王芝涌（黑臭河涌）安装并运行超微细气泡发生喷嘴装置, 同时检测王芝涌所安装超微细气泡喷嘴装置附近范围水样中的溶解氧（DO）数值，以检验超微细气泡发生喷嘴装置对黑臭河涌溶解氧的提升效果，并为罗村芦塘村王芝涌治理及水质提升工作提供参考帮助。

试验详情如下：

1. 时间：2018年10月17日；

2. 超微细气泡喷嘴装置规格: 总长475mm、喉管部长240mm、喉管部最小直径30mm；

3. 潜污泵参数: 额定电压380V、额定功率5.5KVA、扬程17m、流量50t/h、排水口径100mm；

4. 采样方法依据HJ T91-2002 地表水和污水监测技术规范，检测项目,见表1；

表1 检测项目

5.检测方法为快速检测，检测仪器为便携式溶解氧测定仪（JOB-607A），检出限为0.1mg/L；

6.检测结果见表2；

表2 检测结果

通过以上试验，证明该超微细气泡喷嘴装置在黑臭河涌水体的增氧应用有一定效果，并且增氧作用能达到距离超微细气泡喷嘴装置的290米以上。

实施例二

通过对佛山市南海区罗村芦塘村王芝涌（黑臭河涌）安装并运行超微细气泡发生喷嘴装置, 同时检测王芝涌所安装超微细气泡喷嘴装置附近范围水样中的溶解氧（DO）数值，以检验超微细气泡发生喷嘴装置对黑臭河涌溶解氧的提升效果，并为罗村芦塘村王芝涌治理及水质提升工作提供参考帮助。

试验详情如下：

1. 时间：2018年11月1日；

2. 超微细气泡喷嘴装置规格: 总长316mm、喉管部长152mm、喉管部最小直径19mm；

3. 潜污泵参数: 额定电压380V、额定功率3KVA、扬程25m、流量25t/h、排水口径50mm；

4.采样方法依据HJ T91-2002 地表水和污水监测技术规范，检测项目,见表3；

表3 检测项目

5.检测方法为快速检测，检测仪器为便携式溶解氧测定仪（JOB-607A），检出限为0.1mg/L；

6.检测结果见表4；

表4 检测结果

通过以上试验，证明该超微细气泡喷嘴装置在黑臭河涌水体的增氧应用有一定效果，并且增氧作用能达到距离超微细气泡喷嘴装置的290米以上。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超微细气泡发生喷嘴装置，其特征在于,包括喷嘴装置本体，喷嘴装置本体中设置有贯穿前后的类文丘里管状的过水通道，该过水通道包括从前到后依次连接的入口区、截面锥形收缩区、喉管部、截面锥形扩张区，所述喉管部的周壁上设置有若干组齿槽或/和多个凸起物；每组齿槽包括多个沿喉管部的轴向延伸、并沿喉管部的周向均匀排布的齿槽；所述凸起物可散布在喉管部的周壁上或以若干个环状排布在喉管部的周壁上。

2.根据权利要求1所述的超微细气泡发生喷嘴装置，其特征在于,所述喉管部的周壁上设置有若干个喷气孔，喷气孔用于向喉管部中的水流喷气。

3.根据权利要求2所述的超微细气泡发生喷嘴装置，其特征在于,所述喉管部的外侧设置有环型空气腔，所有喷气孔均与环型空气腔连通，该环型空气腔具有至少一个进气口。

4.根据权利要求3所述的超微细气泡发生喷嘴装置，其特征在于,所述喷嘴装置本体包括前后连接的进水口件、若干个喉管件、出水口件，喉管件外套设有由若干个气体腔件前后连接而成的罩体，罩体与喉管件之间的间隙为所述的环型空气腔，其中至少一个气体腔件上设置有所述进气口。

5.根据权利要求4所述的超微细气泡发生喷嘴装置，其特征在于,所述进水口件与最前侧的喉管件之间、各喉管件之间、最后侧的喉管件与出水口件之间具有间隔，该间隔即为所述的喷气孔。

6.根据权利要求5所述的超微细气泡发生喷嘴装置，其特征在于,所述间隔的宽度为0.02mm-1mm，相邻的间隔之间的间距相等、且该间距为喉管部最小直径的2倍-3倍。

7.根据权利要求1-6任一项所述的超微细气泡发生喷嘴装置，其特征在于,所述喉管部的前部为圆柱状，后部为前小后大的截面锥状。

8.根据权利要求7所述的超微细气泡发生喷嘴装置，其特征在于, 所述截面锥形收缩区的半锥角为3°-9°，其长度为喉管部最小直径的2倍-5倍；所述喉管部后部的半锥角为1°-1.5°，喉管部前部的长度为喉管部最小直径的1倍-1.5倍，喉管部后部的长度为喉管部最小直径的7倍-9倍；所述截面锥形扩张区的半锥角为7°-9°，其长度为喉管部最小直径的3倍-6倍。

9.一种水体治理方法，其特征在于，把处理水体流过从前到后包括入口区、截面锥形收缩区、喉管部、截面锥形扩张区的类文丘里管状的过水通道，从而使处理水体在喉管部发生空化反应产生大量空化泡；水还与喉管部中的齿槽端面或凸起物相撞击形成乱流，从而使空化泡剪切成大量的直径极小的超微细气泡；利用这些超微细气泡降低水体中有机污染物的含量。

10.根据权利要求9所述的水体治理方法，其特征在于, 在喉管部处向水注入空气，提高超微细气泡的数量并增加水中的溶解氧含量。