CN111302479A - 一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，包括臭氧发生器、混合泵、反应塔和储液槽，所述臭氧发生器和储液槽均连接至混合泵的输入端，所述混合泵的输出端连接反应塔的输入端，所述混合泵包括电机和泵体，所述电机的输出轴连接泵体，所述泵体的上端一侧设气相进口和液相进口，所述泵体的上端另一侧设混合相出口，所述泵体的下端设气液分散梁和设于气液分散梁内的叶轮；本发明提供的装置，在臭氧氧化技术上常使用微泡形式加以强化，臭氧微泡化大大提高了气‑液接触面积，有效的提高了其传质效率，且微泡化臭氧在微泡收缩破裂瞬间将产生羟基自由基，提高了体系氧化能力，从而达到废水中有机污染物高效降解的目的。

Description

一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置

技术领域

本发明属于曝气技术领域，具体涉及一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置。

背景技术

人们通常把存在于水里的大小在到几十微米的气泡叫做微米气泡；把大小在数百纳米以下的气泡叫做纳米气泡，而存于双方中间的气泡混合状态称微纳米气泡，在现有的微纳米气泡的发生技术中，有溶气释气法、超声波法、化学反应法、剪切空气法等等，而应用性较强的是剪切空气法和溶气释气法。容气释气法主要是通过将气体和水混合后输入到压力装置中进行加压，使气体溶解在水中，然后通过释气装置将已溶解的气体释放出来，这样便产生微纳米气泡，微纳米曝气是利用“超溶解释气技术”与“纳米分散技术”相结合产生微纳米气泡，然后释放到水体中，达到快速充氧的效果。

臭氧氧化技术是一种绿色高效的水处理技术，无二次污染，且不受废水色度、胶体物质和高温高压等条件限制，然而，臭氧氧化处理工艺单独使用时，一般以直接氧化途径为主，存在选择性氧化和处理不彻底等缺点，同时臭氧在水中的溶解度比较低，稳定性差接触时间短，利用率低，单独臭氧处理技术存在气液传质效率低、氧化能力弱和有机物矿化不彻底，反应速率慢等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，在臭氧氧化技术上常使用微泡形式加以强化，臭氧微泡化大大提高了气-液接触面积，有效的提高了其传质效率，且微泡化臭氧在微泡收缩破裂瞬间将产生羟基自由基，提高了体系氧化能力，从而达到废水中有机污染物高效降解的目的。

本发明的目的是这样实现的：

一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，包括臭氧发生器、混合泵、反应塔和储液槽，所述臭氧发生器和储液槽均连接至混合泵的输入端，所述混合泵的输出端连接反应塔的输入端，所述混合泵包括电机和泵体，所述电机的输出轴连接泵体，所述泵体的上端一侧设气相进口和液相进口，所述泵体的上端另一侧设混合相出口，所述泵体的下端设气液分散梁和设于气液分散梁内的叶轮，所述臭氧发生器的输出端连接至混合泵的气相进口，所述储液槽的输出端连接至混合泵的液相进口，所述混合泵的混合相出口连接反应塔的输入端。

进一步的，所述反应塔和储液槽均采用有机玻璃材质。

进一步的，所述臭氧发生器的输出端通过流量计连接混合泵，所述储液槽的输出端通过阀门连接混合泵。

进一步的，所述反应塔的顶部设压力表，所述反应塔的顶部输出端设球形阀。

进一步的，所述反应塔内部设氧化反应塔，所述氧化反应塔呈S型设置，所述氧化反应塔的底部输入管道上连接第一通氧风机，所述氧化反应塔的中间管道上连接第二通氧风机。

进一步的，所述氧化反应塔的内侧底部设置有二氧化钛涂层。

进一步的，所述氧化反应塔的输入端和输出端均通过密封组件连接反应塔，所述密封组件包括上法兰盘、下法兰盘和拉杆，所述上法兰盘和下法兰盘之间设密封垫，所述上法兰盘、下法兰盘和密封垫之间通过紧固螺栓连接，所述氧化反应塔的外周沿长度方向设拉杆，所述拉杆贯穿上法兰盘和下法兰盘并螺栓连接下法兰盘的外表面。

进一步的，所述下法兰盘设于氧化反应塔靠近输入端的一侧，所述氧化反应塔的轴向通过密封圈密封设置。

进一步的，所述混合泵产生的压力为100-400KPa，所述混合泵产生的微泡粒径为15-30μm。

进一步的，所述反应塔的输出端通过曝气柱连接活性炭柱，所述，活性炭柱内装有颗粒活性炭，所述活性炭柱的出水流量为30-50L/min，停留时间为30min。

进一步的，所述储液槽内设聚四氟乙烯换热管。

进一步的，所述混合泵中气液两相流中的表面张力F满足：

F=2kμut（α₁ρ₁+α₂ρ₂）/（ρ₁+ρ₂），

其中ρ为密度，u为流体速度；α₁、α₂分别为空气和水所占的体积百分比，t为时间，μ为流体动力黏性系数，且μ=α₁μ₁+α₂μ₂，k_n为常数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，由于臭氧溶解性较低，臭氧氧化处理染料废水的速率控制步骤是臭氧从气相到液相的传质,因此在臭氧氧化技术上常使用微泡形式加以强化，一方面臭氧微泡化大大提高了气-液接触面积，有效的提高了其传质效率，另一方面微泡化臭氧在微泡收缩破裂瞬间将产生羟基自由基，提高了体系氧化能力，从而达到有机污染物高效降解的目的。

2、本发明提供的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，在气液混合泵中气液两相从泵吸入口进入，在进入泵体内之前先经过气液混合梁，初步将大气泡分散成小气泡进入泵体内，进入泵体内叶轮叶片的气液混合相在叶轮的高速转动作用下充分混合，最终形成微气泡从泵体的出水口排出,气液混合泵产生微泡粒径为15-30μm，气体溶解率高达95%以上。

3、本发明提供的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，微纳米泡体系中气泡粒径更小，微气泡具有较大的表面积，有效地提高了传质面积，从而提高了其传质效率，增加了臭氧溶解度。

附图说明

图1是本发明一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置结构示意图。

图2是本发明一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置混合泵示意图。

图3是本发明一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置氧化反应管示意图。

图4是本发明一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置密封组件示意图。

图中：1、臭氧发生器；2、混合泵；21、电机；22、泵体；23、气液分散梁；24、液相进口；25、气相进口；26、混合相出口；27、叶轮；3、流量计；4、反应塔；41、氧化反应管；42、上法兰盘；43、密封垫；44、下法兰盘；45、拉杆；46、紧固螺栓；5、压力表；6、球形阀；7、储液槽；8、阀门；9、第二通氧风机；10、第一通氧风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合图1，一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，包括臭氧发生器1、混合泵2、反应塔4和储液槽7，所述反应塔4和储液槽7均采用有机玻璃材质，所述臭氧发生器1和储液槽7均连接至混合泵2的输入端，所述混合泵2的输出端连接反应塔4的输入端，所述臭氧发生器1的输出端通过流量计3连接混合泵2，所述储液槽7的输出端通过阀门8连接混合泵2，所述反应塔4的顶部设压力表5，所述反应塔4的顶部输出端设球形阀6，将适量液体介质储存于储液槽7中，启动混合泵2，同时启动臭氧发生器1，待臭氧浓度稳定后，打开气体管道与气液混合泵2之间阀门，调节反应塔4出口球型阀6控制反应塔4内部压力。

采用耐压、耐温、耐酸碱且价格低廉加工方便的有机玻璃作为反应塔4和储液槽7的主要材料，管道部分需要密封，方便拆卸，采用PVC-U管以及PVC活接连接，PVC管具有质轻，搬运装卸便利，耐酸、耐碱、耐腐蚀特性，壁面光滑，流体阻力小，耐冲击性大，机械强度大，化学稳定性好，不影响水质等特点，冷却系统设计在储液槽7之内，需直接接触反应体系，采用耐酸碱、耐氧化的聚四氟乙烯管。

实施例2

在实施例1的基础上，结合图2，所述混合泵2包括电机21和泵体22，所述电机21的输出轴连接泵体22，所述泵体22的上端一侧设气相进口25和液相进口24，所述泵体22的上端另一侧设混合相出口26，所述泵体22的下端设气液分散梁23和设于气液分散梁23内的叶轮27，所述臭氧发生器1的输出端连接至混合泵2的气相进口25，所述储液槽7的输出端连接至混合泵2的液相进口24，所述混合泵2的混合相出口26连接反应塔4的输入端，在气液混合泵2中气液两相从泵吸入口进入，在进入泵体22内之前先经过气液混合梁23，初步将大气泡分散成小气泡进入泵体22内，进入泵体22内叶轮27的叶片的气液混合相在叶轮27的高速转动作用下充分混合，最终形成微气泡从泵体22的混合相出口26排出,气液混合泵2产生微泡粒径为15-30μm，气体溶解率高达95%以上。

在反应塔4底部，气体和液体经过混合泵2充分混合溶解，形成大量的微米级气泡，微气泡随着液体向上运行，在反应塔4上部少量气泡聚集成粒径较大的气泡，体系压力越小，直径较大的气泡数量越多，由气泡聚并能量理论可知，系统压力升高气泡聚并的推动力降低，小气泡聚并成为大气泡的趋势减弱，大气泡破裂成为小气泡的趋势增强。

实施例3

结合图3和图4，所述反应塔4内部设氧化反应管41，所述氧化反应管41呈S型设置，所述氧化反应管41的底部输入管道上连接第一通氧风机10，所述氧化反应管41的中间管道上连接第二通氧风机9，保证氧化反应管41的内部氧气的充足。

所述氧化反应管41的输入端和输出端均通过密封组件连接反应塔4，所述密封组件包括上法兰盘42、下法兰盘44和拉杆45，所述上法兰盘42和下法兰盘44之间设密封垫43，所述上法兰盘42、下法兰盘44和密封垫43之间通过紧固螺栓46连接，所述氧化反应管41的外周沿长度方向设拉杆45，所述拉杆45贯穿上法兰盘42和下法兰盘44并螺栓连接下法兰盘44的外表面，所述下法兰盘44设于氧化反应管41靠近输入端的一侧，所述氧化反应管41的轴向通过密封圈47密封设置。

通过法兰连接，密封圈轴向密封，两端法兰采用拉杆固定，对体系反应器部分采取了加压措施，进一步强化臭氧的传质效率。

实施例4

所述混合泵中气液两相流中的表面张力F满足：F=2kμut（α₁ρ₁+α₂ρ₂）/（ρ₁+ρ₂），其中ρ为密度，u为流体速度；α₁、α₂分别为空气和水所占的体积百分比，t为时间，μ为流体动力黏性系数，且μ=α₁μ₁+α₂μ₂，k_n为常数。

由于臭氧溶解性较低，臭氧氧化处理染料废水的速率控制是臭氧从气相到液相的传质,在臭氧氧化技术上常使用微泡形式加以强化，一方面臭氧微泡化大大提高了气-液接触面积，有效的提高了其传质效率，另一方面微泡化臭氧在微泡收缩破裂瞬间将产生羟基自由基，提高了体系氧化能力，从而达到有机污染物高效降解的目的，微纳米泡体系中气泡粒径更小，微气泡具有较大的表面积，有效地提高了传质面积，从而提高了其传质效率，增加了臭氧溶解度。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，其特征在于：包括臭氧发生器（1）、混合泵（2）、反应塔（4）和储液槽（7），所述臭氧发生器（1）和储液槽（7）均连接至混合泵（2）的输入端，所述混合泵（2）的输出端连接反应塔（4）的输入端，所述混合泵（2）包括电机（21）和泵体（22），所述电机（21）的输出轴连接泵体（22），所述泵体（22）的上端一侧设气相进口（25）和液相进口（24），所述泵体（22）的上端另一侧设混合相出口（26），所述泵体（22）的下端设气液分散梁（23）和设于气液分散梁（23）内的叶轮（27），所述臭氧发生器（1）的输出端连接至混合泵（2）的气相进口（25），所述储液槽（7）的输出端连接至混合泵（2）的液相进口（24），所述混合泵（2）的混合相出口（26）连接反应塔（4）的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，其特征在于：所述反应塔（4）和储液槽（7）均采用有机玻璃材质。

3.根据权利要求1所述的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，其特征在于：所述臭氧发生器（1）的输出端通过流量计（3）连接混合泵（2），所述储液槽（7）的输出端通过阀门（8）连接混合泵（2）。

4.根据权利要求1所述的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，其特征在于：所述反应塔（4）的顶部设压力表（5），所述反应塔（4）的顶部输出端设球形阀（6）。

5.根据权利要求1所述的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，其特征在于：所述反应塔（4）内部设氧化反应塔（41），所述氧化反应塔（41）呈S型设置，所述氧化反应塔（41）的底部输入管道上连接第一通氧风机（10），所述氧化反应塔（41）的中间管道上连接第二通氧风机（9）。

6.根据权利要求5所述的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，其特征在于：所述氧化反应塔（41）的输入端和输出端均通过密封组件连接反应塔（4），所述密封组件包括上法兰盘（42）、下法兰盘（44）和拉杆（45），所述上法兰盘（42）和下法兰盘（44）之间设密封垫（43），所述上法兰盘（42）、下法兰盘（44）和密封垫（43）之间通过紧固螺栓（46）连接，所述氧化反应塔（41）的外周沿长度方向设拉杆（45），所述拉杆（45）贯穿上法兰盘（42）和下法兰盘（44）并螺栓连接下法兰盘（44）的外表面。

7.根据权利要求6所述的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，其特征在于：所述下法兰盘（44）设于氧化反应塔（41）靠近输入端的一侧，所述氧化反应塔（41）的轴向通过密封圈（47）密封设置。

8.根据权利要求1所述的一种臭氧超溶解释气及微纳米分散的装置，其特征在于：所述混合泵（2）产生的微泡粒径为15-30μm。

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