CN111170395A - 一种高压多相涡流混合器及其实现全溶气气浮分离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压多相涡流混合器，包括壳体、内芯、污水进水管；所述壳体顶部设置有高压空气进气管，底部设置有出水管；所述内芯固定在壳体内，该内芯为环形结构，并且其上均匀开设有若干圆形斜孔，所有的圆形斜孔环绕内芯一周均匀布设，同时，内芯的内环同时与高压空气进气管和出水管连通；所述污水进水管与壳体连通，并且该污水进水管上还设有药剂注入口。本发明还另外提供了该高压多相涡流混合器实现全溶气气浮分离的方法。通过上述方案，本发明可以使污水、药剂、空气充分混合，实现全溶气气浮分离的目的。因此，本发明非常适合在废水处理、尤其是高污染含油废水处理方面大规模推广应用。

Description

一种高压多相涡流混合器及其实现全溶气气浮分离的方法
技术领域
本发明涉及污水处理、尤其是高污染含油废水处理技术领域，具体涉及的是一种高压多相涡流混合器及其实现全溶气气浮分离的方法。
背景技术
溶气气浮分离是将空气与水在一定的压力和条件下，使气体极大限度地溶入水中，力求处于饱和状态，然后把所形成的压力溶气水通过特殊装置释压，把压能转化为动能，使气体脱离水分子引力的束缚，并急速产生大量的微气泡，与水中的悬浮物(经过加药后的絮凝体)充分接触，在絮粒的“网捕”、“包卷”、“架桥”作用下，气泡和悬浮物形成一个稳定的夹气絮体，其视密度远小于水，因此夹气絮体很快升至水面，悬浮物在液面结聚成浮渣，把浮渣进行刮集、清除即可达到固液分离的目的。
采用部分溶气工艺或者全溶气工艺的气浮设备，其溶气水的释压与原水的混合，微气泡与悬浮物的接触粘附及形成载体后的上升过程都是在同容器内完成的，也就是说混合反应和分离反应是在一个池体内相继完成。而气浮处理效率的高低，取决于单位体积溶气水所能浮起的浮粒子的最大绝干重量，我们将其定义为单位浮量，这是度量溶气水质好坏的一项客观指标。空气属于难溶于水的物质，常压下空气在水中的溶解度约为1.8％，在0.3Mpa的压力下，溶解度可达到5.4％，如何让这些有限的溶解空气充分发挥作用，是气浮技术的关键。而缩小气泡的直径、增大气泡群密度、改良气泡群均匀度，是提高气浮效率的关键，三者互相关联、相互制约。1个100UM的气泡如果变成等体保积的1UM的气泡，其微量可以达到1000000个，所以，在溶解空气总量一定的前提下，缩小单个气泡的直径，即可增大气泡群密度，同时气泡群的均匀性也可以得到改善。
下面介绍传统气浮所存在的缺陷：
(1)效率低。其最重要的原因就是因为所产生的气泡直径过大，主体气泡群气泡的直径一般都在50UM以上，气泡群的密度(消能后单位体积溶气水中所含气泡个数)一般在108/M3以下，气泡群均匀性(主体气泡群数量占总气泡数量的比例)差，直径大于100UM的气泡占85％以上，这些气泡都属于无效浮选气泡，而且由于气泡直径过大导至气泡上升速度过快，致使絮凝体遭到冲击而破裂，浮选效果降低。研究表明,只有比漂浮粒子(絮凝前的单个粒子)直径小的气泡,才能与该悬浮粒子发生有效的吸附作用,在自然水体中,短时间内难以沉淀的悬浮粒子,其直径大多在10-30UM，50UM以上的固态悬浮粒子经过几个小时的静置,可以自然下沉或浮出水面,乳化液粒子径在0.25-2.5UM之间,其中少量大颗粒直径约10UM左右,所以,1UM左右微气泡对绝大多数粒子都有很好的吸附作用。
(2)处理负荷低。传统常规气浮所能分离的(SS)含量一般在1000mg/L左右，仅对SS含量在几百mg/L左右的废水具有一定的实用价值。
(3)低效率的气泡发生器。传统气浮由于其释放器本身的缺陷和局限性，也对浮选效果产生了致命的影响：普通气体释放器结构无法产生10微米以下的微气泡，因为要产生微气泡，首先要克服的是气泡的表面张力，气泡越小，其表面张力就越大，要消耗的能量就越高，目前获得的气泡直径最小的方法是电解，其次就是压力溶气。
综上，如何有效提高溶气气浮分离的效果，便成为本领域亟需解决的主要问题之一。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高压多相涡流混合器及其实现全溶气气浮分离的方法，其可以使污水、药剂、空气充分混合，实现全溶气气浮分离的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高压多相涡流混合器，包括壳体、内芯、污水进水管；所述壳体顶部设置有高压空气进气管，底部设置有出水管；所述内芯固定在壳体内，该内芯为环形结构，并且其上均匀开设有若干圆形斜孔，所有的圆形斜孔环绕内芯一周均匀布设，同时，内芯的内环同时与高压空气进气管和出水管连通；所述污水进水管与壳体连通，并且该污水进水管上还设有药剂注入口。
进一步地，所述壳体上部设有上密封盖，下部设有下密封盖。
再进一步地，所述圆形斜孔中设有螺纹。
优选地，相邻的圆形斜孔角度为60°。
具体地，所述污水进水管由依次连接的横直管、弯管、竖直管构成，其中，横直管与壳体连通，药剂注入口设置在弯管上。
基于上述结构，本发明还提供了该高压多相涡流混合器实现全溶气气浮分离的方法，包括以下步骤：
(1)将带压的污水通入污水进水管；
(2)将药剂注入污水进水管中与污水预混合；
(3)预混合药剂的污水进入壳体内部，同时，将高压空气通入内芯；
(4)污水沿内芯外壁上的圆形斜孔切向进入内芯的内部，产生涡流，并从上到下涡流强度不断上升，使高压空气与药剂，污水充分混合，实现全溶气气浮分离，处理后的水经由出水管排出。
进一步地，所述圆形斜孔中设有螺纹，通过旋上堵头螺丝可以减少水流的过流面积，并增大反应压力。
本发明的设计原理在于，使用高压进水泵将废水从废水收集池输入混合器中形成涡流，然后将高压空气直接溶解在入流废水中，紧接着化学药剂直接投加至溶气液中，完成药剂与污染物颗粒(固体)、水、气三相混合。
在上述过程中，逐渐形成的絮体在高压形态下为固液气三态混合物，一旦压力降低，絮体中的溶气慢慢释放长大，将絮体中的水分挤出，气体和固体絮体形成多孔中空形态，含水率显著降低，同时自身比重越来越轻，如此即可不借助外力自行上浮，最终形成浮渣被刮除。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用了环形结构的内芯设计，并在内芯上周向均布了多个圆形斜孔，从而利用内芯的结构和斜孔的形状设计特点，使进入混合器的预混合药剂的污水产生涡流，进而再与高压气溶和后实现全溶气气浮分离，使浮渣得以全面的清除。本发明巧妙利用混合器的结构设计，使得化学药剂能被最大限度的利用，其不仅能有效伸展化学药剂分子链，使原先盘绕在药剂分子中的电荷得到充分利用，而且药剂的污染物捕获能力也提高了数十倍。另外，借助涡流提供完全充分的药剂混合功能，本发明可以使污染物被化学药剂分子链捕获的效率接近100％，极大地减少了药剂的消耗量。
(2)本发明通过圆形斜孔上的螺纹设计，利用堵头螺丝的配合，可以实现涡流能量的调节，从而保证适应不同的进水状况，在污水性质、温度和流量发生突变时能迅速适应并可及时调整工况，保证稳定出水。这种设计，很好地突破了传统气浮在水质大幅变化时无法适应的缺点，确保了整个污水处理工艺(包括后级工艺)的稳定性，大幅减少了单击性负荷事故及因此而产生的事故处理费用、事故处理时间、因废水系统无法正常运行而产生的环保罚款和企业荣誉损失、因废水系统停运而导致生产线减产或停产而产生的交货延误、客户及自己的利润和声誉受损等一系列问题。
(3)本发明的结构设计，有别于庞大复杂的传统气浮，真正实现了整机一体化，极大地节约了投资成本。并且污水全溶气设计实现气、固、液三相混合，完善的压力调节系统能使气泡产生于晶核形成状态，实现接近于零的最小气泡直径，并直接生长在絮体颗粒内，无需附着过程。因此，本发明很好地实现了絮体上浮的革新，省略了溶气水制备、循环水系统和缓慢低效的气泡附着过程，实现前所未有的浮渣去除效率和设备超小的体积，节省80％以上占地面积和大量基建投资。
(4)由于去除效率高，本发明可以大大降低后级处理工艺的负荷并增加其稳定性。同时，由于所产生的浮渣含水少且密实，可以大大地降低浮渣收容池的体积，进而使得占地和运行成本都大大降低(由于采用污水全溶气旋流设计，本发明表面负荷率高达15-20m3/m2h，而传统气浮在3-6m3/m2h)，这同样是节能、环保和低碳的体现及标志。
(5)由于没有溶气水罐及气泡释放器等部件，因而本发明可以处理进水含固率在5％以下的污水，甚至可用于污泥的预浓缩，并且因为进气不像涡凹气浮采用引气气浮的方式，所以本发明处理得到的微气泡体积也明显要远小于涡凹气浮，其处理效果远远优于现有技术。
(6)本发明设计合理、结构简单、使用方便、处理效率高，非常适合在废水处理、尤其是高污染含油废水处理方面大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为内芯的结构示意图。
图3为图2中A-A面的结构示意图。
其中，附图标记对应的零部件名称为：
1-高压空气进气管，2-上密封盖，3-壳体，4-内芯，5-圆形斜孔，6-下密封盖，7-出水管，8-污水进水管，9-药剂注入口。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
本发明提供了一种高压多相涡流混合器，可以完成高压空气溶解、药剂分子拉伸提效、混凝絮凝搅拌、絮体形成、气泡晶核生成和超轻中空化絮体形成的所有步骤，从而实现对高污染含油废水的处理。
如图1所示，本发明结构上主要包括壳体3(壳体上下分别设有上密封盖2、下密封盖6)、内芯4、出水管7、污水进水管8。所述的壳体3顶部设置有高压空气进气管1，用于通入高压气体；壳体3底部设置有出水管7，用于将处理后的水排出。
所述的污水进水管8与壳体3连通，用于通入高压进水泵泵入的待处理废水，该污水进水管8由依次连接的横直管、弯管、竖直管构成，其中，横直管与壳体连通，而弯管上则设有药剂注入口9。如此设计，废水由污水进水管8的竖直管处通入后，沿着弯管变向加速，并最终经由横直管通入至壳体内，而在这其中，化学药剂经由药剂注入口9进入与废水混合。
所述的内芯4固定在壳体内，其是本发明的核心部件，用于气液固三相在其内混合实现全溶气气浮分离。作为本发明的主要设计点，所述的内芯采用环形结构设计，其上由外向内开设有圆形斜孔5，所述的圆形斜孔设有若干个，并且环绕内芯一周均布，同时还由上往下布设多排，同一排相邻的圆形斜孔角度为60°，并且每个圆形斜孔中设有螺纹，如图2、3所示。当混合了化学药剂的高压废水加速进入壳体内之后，将从内芯上的各个圆形斜孔切向进入至内芯内部，产生涡流，并与同时进入的高压气体混合实现气浮分离。具体来说，本发明处理废水的过程如下：
(1)将带压的污水通入污水进水管；
(2)将药剂注入污水进水管中与污水预混合；
(3)预混合药剂的污水进入壳体内部，同时，将高压空气通入内芯；
(4)污水沿内芯外壁上的圆形斜孔切向进入内芯的内部，产生涡流，并从上到下涡流强度不断上升(涡流强度可以通过改变内芯上的圆形斜孔数量来实现调节)，使高压空气与药剂，污水充分混合，实现全溶气气浮分离，处理后的水经由出水管排出。
在上述混合过程中，药剂分子由初始状态的盘绕状，经涡流拉伸提效，最后在与高压气体充分混合后实现对污染物的“捕集”，使其最终逐渐形成絮体，然后当压力下降后，絮体中的溶气慢慢释放长大，将絮体中的水分挤出，气体和固体絮体形成多孔中空形态，含水率显著降低，同时自身比重越来越轻，即可自行上浮。
此外，在实际应用中，可以通过旋上堵头螺丝来减少水流的过流面积，从而增大反应压力，同理旋下堵头螺丝可以减小反应压力。采用简单的操作手段即可很好地匹配和满足不同废水量的处理需求。
需要说明的是，上述过程是一级混合器的工作流程，本发明可根据实际情况选择多级混合器串联，即可投加多种药剂，并且加强处理效果。还需要说明的是，本发明不止局限于应用在全溶气气浮方面，任何需要充分混合多相物质的场合均可使用本发明。
本发明通过简单、巧妙的结构设计，结合气液固三相混合的微观形态变化，不仅突破了传统气浮所存在的限制，实现了重大的创新，而且带来了一系列不可预料的技术效果(例如提高了化学药剂的使用率和污染物被化学药剂分子链捕获的效率、能完全适应水质的大幅变化、省略了溶气水制备、循环水系统和缓慢低效的气泡附着过程、大幅降低了占地面积和成本投入等等)。因此，本发明相比现有技术来说，技术进步十分明显，很好地符合了科技发展的潮流，响应了节能环保的号召，具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压多相涡流混合器，其特征在于，包括壳体(3)、内芯(4)、污水进水管(8)；所述壳体(3)顶部设置有高压空气进气管(1)，底部设置有出水管(7)；所述内芯(4)固定在壳体内，该内芯为环形结构，并且其上均匀开设有若干圆形斜孔(5)，所有的圆形斜孔环绕内芯一周均匀布设，同时，内芯的内环同时与高压空气进气管(1)和出水管(7)连通；所述污水进水管(8)与壳体(3)连通，并且该污水进水管(8)上还设有药剂注入口(9)。
2.根据权利要求1所述的一种高压多相涡流混合器，其特征在于，所述壳体(3)上部设有上密封盖(2)，下部设有下密封盖(6)。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压多相涡流混合器，其特征在于，所述圆形斜孔(5)中设有螺纹。
4.根据权利要求3所述的一种高压多相涡流混合器，其特征在于，相邻的圆形斜孔角度为60°。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种高压多相涡流混合器，其特征在于，所述污水进水管(8)由依次连接的横直管、弯管、竖直管构成，其中，横直管与壳体(3)连通，药剂注入口(9)设置在弯管上。
6.一种高压多相涡流混合器实现全溶气气浮分离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将带压的污水通入污水进水管；
(2)将药剂注入污水进水管中与污水预混合；
(3)预混合药剂的污水进入壳体内部，同时，将高压空气通入内芯；
(4)污水沿内芯外壁上的圆形斜孔切向进入内芯的内部，产生涡流，并从上到下涡流强度不断上升，使高压空气与药剂，污水充分混合，实现全溶气气浮分离，处理后的水经由出水管排出。
7.根据权利要求6所述的一种高压多相涡流混合器实现全溶气气浮分离的方法，其特征在于，所述圆形斜孔中设有螺纹，通过旋上堵头螺丝可以减少水流的过流面积，并增大反应压力。
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