CN111807463A

CN111807463A - 一种多相流处理污水的装置

Info

Publication number: CN111807463A
Application number: CN202010818267.7A
Authority: CN
Inventors: 陈尚熙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2020-10-23

Abstract

本发明涉及一种多相流处理污水的装置，包括：反应器，具有空腔结构，上部为圆柱型结构，下部为圆锥型结构，圆锥型结构的小径端朝向下设置；流体入口管，设置为偶数个，一端偏心切向插入反应器的圆柱型结构部分，位于反应器外侧的流体入口管与进料泵连接；出水管，与圆柱型结构的顶部连接和/或与圆锥型结构的底部连接；反应器的外侧壁设置有电磁场发生装置。固体、液体、气体物质在强撞击流、超重力场、水力空化以及电磁场的多重作用下，强化了非均相传质与同步催化反应过程。实现短时间内提高污水的处理效果。

Description

一种多相流处理污水的装置

技术领域

本发明属于污水处理设备技术领域，具体涉及一种多相流处理污水的装置。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

非均相反应(Heterogeneous reaction)又称“多相反应”，包括气固相反应、液固相反应、气液相反应、液液相反应、固固相反应，多相反应相比于均相反应具有反应速率快、催化效率高、反应强度大的特点，在化工、制药和环保等领域具有应用，例如采用非均相反应对各类难降解污水、废气、固废可实现非常好的降解处理效果。

但是非均相反应对不同相反应物(催化物)的传质要求很高，同时为了实现低能耗、高效反应，往往利用非均相反应实现快速反应过程，如高级氧化、Fenton，其反应过程均小于8-10秒，在这么短的时间内实现多相反应的高效进行。高效即为各类不同相反应物(催化物)进行充分的传质和充分的反应，传质过程和反应过程几乎同步完成才能实现在应用过程中具有更好的效果。这一要求就对实施非均相反应的设备和方法提出了较为苛刻的要求，必须同时满足高效传质、同步催化、同步反应，并且实施非均相反应的能耗尽量要低、反应物料消耗尽量要低，现有技术与设备难以满足如此苛刻的要求，这一情况长期以来严重制约了非均相反应技术在工农业、环保等产业内的广泛应用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种多相流处理污水的装置。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种多相流处理污水的装置，包括：

反应器，具有空腔结构，上部为圆柱型结构，下部为圆锥型结构，圆锥型结构的小径端朝向下设置；

流体入口管，设置为若干个，一端偏心切向插入反应器的圆柱型结构部分，位于反应器外侧的流体入口管与进料泵连接；

出水管，与圆柱型结构的顶部连接和/或与圆锥型结构的底部连接。

本发明提供了一种提供多相流混合的装置，多相物质在圆柱型结构的内部进行撞击混合形成高速撞击流，进行水平旋流，然后在超重力场的作用下在圆锥形结构的内部进行高速螺旋流动。电磁场发生装置产生电磁场作用于多相流体。然后通过底部出口或顶部出口排出，或者同时从顶部和底部出口排出，液体从顶部排出的动力是依靠流体压力排出。

实现了多相流的流体传质和非均相传质过程的有机结合，在非均相传质过程中通过多次催化反应降低传质物质过饱和度，使得在多相流流体中存在的大量非溶状态物质，可以通过传质过程不断补充进入多相流流体的主流体中，并不断为后期催化反应提供反应物质，实现了非均相传质与催化反应之间的良性促进，最大限度的提高了效率，节约了成本与能耗。

第二方面，利用上述的多相流处理污水的装置进行污水处理的方法为：

污水通过流体入口管进入的多相流处理污水的装置的圆柱型结构的内部，多相流在多相流处理污水的装置的内部进行传质和反应，然后进入到圆锥形结构的内部，形成旋流流体并高速下旋，形成撞击流与超重力场，然后在高能催化器、电磁发生装置或两者共同的作用下，污水进行降解反应，然后处理后的污水由出水管排出。

本发明的有益效果：

该非均相反应装置，以实现基于多相流的高效传质、同步催化和同步反应为目的，在水平旋流中心轴形成一个真空区域，气体在该区域内聚集，液体不断切割该区域气体，气液传质不断进行，固体物质的加入在所述装置中形成了多相流非均相反应体系，密度不同、流动性不同的物质在多相流运动中，不断促使污水中的污染物质被固体、液体、气体多相流体系形成的羟基自由基、氧自由基等活性物质，分解矿化，形成水相燃烧的反应过程，最大限度的提高了反应效率，节约成本与降低能耗，整个装置结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1的多相流处理污水的装置主视结构图；

图2为实施例1的多相流处理污水的装置侧面结构图；

图3为实施例1的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图4为实施例2的多相流处理污水的装置结构图；

图5为实施例2的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图6为实施例3的多相流处理污水的装置主视结构图；

图7为实施例3的多相流处理污水的装置侧面结构图；

图8为实施例3的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图9为实施例4的多相流处理污水的装置主视结构图；

图10为实施例4的多相流处理污水的装置侧面结构图；

图11为实施例4的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图12为实施例5的多相流处理污水的装置主视结构图；

图13为实施例5的多相流处理污水的装置侧面结构图；

图14为实施例6的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图15为实施例7的多相流处理污水的装置主视结构图；

图16为实施例7的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图17为实施例8的多相流处理污水的装置主视结构图；

图18为实施例8的多相流处理污水的装置侧面结构图；

图19为实施例8的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图20为实施例9的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图21为实施例10的多相流处理污水的装置主视结构图；

图22为实施例10的多相流处理污水的装置俯视结构图；

图23为实施例11的多相流处理污水的装置主视结构图；

图24为实施例3的多相流处理污水的装置的污水处理的COD去除效果；

图25为实施例3的污水处理各个时间短的样品的浊度去除效果，其中，a为污水原样，b为吹脱处理后的样品，c为15min后得到的污水样品，d为30min后得到的污水样品，e为45min后得到的污水样品，f为60min后得到的污水样品，g为90min后得到的污水样品，h为120min后得到的污水样品。

其中，1、反应器，201、圆锥型结构，202、圆柱型结构，203、撞击引管，204、流体入口管，205、出水管，206、电磁发生装置，303、端口法兰，304、高能催化器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的多相流处理污水的装置，包括反应器，具有空腔结构，上部为圆柱型结构，下部为圆锥形结构，圆锥形结构的小径端朝向下设置。反应器的空腔结构提供多相流体混合的场所，圆柱型结构部分，提供多相流混合撞击的场所，圆锥形结构部分，实现高速螺旋流动的场所，使多相流体不断的撞击混合和反应。

流体入口管用于引入污水和其它固相、液相、气相的混合相，混合相中包含催化剂，在撞击的过程中，提高与污水的反应效果。

流体入口管偏心切向插入反应器，这样进入的多相流体呈螺旋运动的状态，形成高速撞击流，进行水平旋流，围绕圆柱型结构的中心进行旋流，形成一个离心力场即超重力场，提高传质效果。多相流流体共同形成撞击流与超重力场，并在其共同作用下完成切向撞击与向心涡旋下行运动，当流体到达圆锥型结构的底部(小径端)，流体流速增大，压力变小，形成空化效应。

本发明所述小径端可以理解为圆锥型结构靠近的顶点的一端，本发明中圆锥型结构靠近顶点的一端设置开口，所以相当于从靠近顶点的位置截断，形成开口。

出水管，用于引出处理后的污水。

在本发明的一些实施方式中，反应器的外侧壁设置电磁场发生装置。电磁场发生装置产生电磁场，作用于污水，提高降解反应的处理效果。

本发明的处理污水的装置，可以在短时间内实现多相流体的混合反应。固体、液体、气体物质在强撞击流、超重力场、水力空化以及电磁场的多重作用下，强化了非均相传质与同步催化反应过程。水中的污染物被所述过程中产生的羟基自由基、氧自由基等活性物质迅速分解矿化，成为无机物或二氧化碳和水，实现了无害化处理。

在本发明的一些实施方式中，反应器的内部设置高能催化器，高能催化器与圆柱型结构的顶部固定连接或与圆锥型结构的底部固定连接。

高能催化器产生的能量波作用于所述旋流腔体的内的流体。

在本发明的一些实施例中，高能催化器为超声波发生器或紫外线灯管、微波发生器、激光发射器。

在本发明的一些实施方式中，位于同一轴向高度的两个流体入口管平行设置，与反应器的接口中心对称。

在本发明的一些实施例中，还包括撞击引管，撞击引管包括至少两个撞击引管分管，若干个撞击引管分管径向插入反应器的圆柱型结构部分，若干撞击引管分管相对于圆锥形的直径对称设置，位于反应器内部的流出口相对，撞击引管与流体入口管的接口位置不同。

本发明利用两个撞击引管分管相对的形式，实现了两股多相流体撞击的混合方式，在撞击的过程中，强化了撞击分散效果，而且，还会向四周扩散，扩散的过程中将流体分为若干股分别与旋流体混合，进一步强化扩散效果，有助于短时间内完成传质的过程。

在本发明的一些实施例中，撞击引管的轴线与圆柱型结构的直径重合或者撞击引管的外侧边与圆柱型结构内侧壁的切线重合。

在本发明的一些实施例中，若干撞击引管分管的流出口端向下弯曲。本发明提供了两种撞击引管的结构形式，及流出口端不同，其一为水平相对，其二为均向下弯曲，如果两个撞击引管分管的流出口正相对，两股多相流体在两个撞击引管分管之间的区域(撞击区)进行撞击并向周边扩散，最终进入旋流流体。

如果两个撞击引管分管的流出口向下弯曲，两股多相流体形成向下撞击的流体，并向周边扩散，撞击流可以形成局部的浓度密集区域，增加反应几率，提高反应速度和产率，强化反应效果。

撞击引管位于反应器的边缘的位置时，两个撞击引管共同进行污水的撞击混合反应。

在本发明的一些实施例中，出水管与圆柱型结构的顶部连接时，位于反应器内部的出水管底端伸入到圆锥形结构的内部。有利于在中轴线形成真空区，同时防止在接近顶部出水口位置形成短路流。

在本发明的一些实施例中，流体入口管流入的介质为污水原液和固体、液体、气体中的一种或多种的混合多相流流体。

在本发明的一些实施例中，撞击引管流入的介质为污水原液和固体、液体、气体中的一种或多种的混合多相流流体；

或，撞击引管流入的介质为气体与固体、液体、气体中的一种或多种的混合多相流流体。

优选的，固体为磁性纳米颗粒、石灰、过硫酸盐及其复合物、羟基氧化铁及其复合物、二氧化钛及其复合物、四氧化三铁及其复合物等固体粉状颗粒。

优选的，液体为水、过氧化氢及其水溶液、纳米磁性水溶液、污水原液、含石灰的混合溶液。含石灰的水溶液可以称为石灰乳，其中石灰的比例可以根据需要进行调配。

优选的，气体包括但不限于空气、氮气、氧气、二氧化碳、臭氧。

第二方面，利用上述多相流处理污水的装置进行污水处理的方法为：

优选的，污水同时通过撞击引管进入圆柱型结构中，污水形成撞击流。

下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

如图1、图2、图3所示，多相流处理污水的装置包括反应器、流体入口管、出水管、电磁发生装置、端口法兰、高能催化器，反应器分为上部的圆柱型结构和下部的圆锥型结构，高能催化器与圆锥型结构的底部固定连接，电磁发生装置位于反应器的外侧壁。端口法兰位于圆锥型结构的底部开口处。出水管与圆柱型结构的顶部连接，并且开口处设置端口法兰。流体入口管设置为两个。电磁发生装置为电磁线缆，高能催化器为紫外线灯管。

经过流体入口管204射入圆柱型结构202腔体内后形成高速撞击流，进行水平旋流，并在其所形成的超重力场作用下，向下做高速螺旋运动，在圆锥型结构201腔体底部流体流速增大，压力变小，在此过程中安装于端口法兰303上的所述高能催化器304所产生的能量波与电磁场发生装置207所产生的电磁场共同作用于所述反应器201的内的流体，所述流体最终经安装在端口法兰303上的出水管206排出。

实施例2

如图4和图5所示，与实施例1不同的是设置了四个流体入口管204，在纵向上分布，纵向相邻的流体入口管204与反应器的接口径向上的夹角为90度，高能催化器与圆柱型结构的顶部固定连接，高能催化器位于反应器的内部，出水管与圆锥型结构的底部连接。

实施例3

如图6、图7、图8所示，多相流处理污水的装置包括反应器、流体入口管、出水管、电磁发生装置、端口法兰、撞击管，反应器分为上部的圆柱型结构和下部的圆锥型结构，电磁发生装置位于反应器的外侧壁。出水管与圆锥型结构201的底部连接，并且开口处设置端口法兰。流体入口管设置为两个，偏心切向插入圆柱型结构202。电磁发生装置为电磁线圈。撞击管的中轴线与圆柱型结构的直径重合。撞击管与流体入口管平行。

流体入口管204射入圆柱型结构202的腔体内后形成高速撞击流，进行水平旋流，并在其所形成的超重力场作用下，向下做高速螺旋运动，流体通过撞击引管203高速射入所述圆柱型结构202的腔体内后，与相对应位置撞击引管203射出的流体形成撞击区，并由撞击区向周边扩散，最终混合进入旋流流体并高速下旋，在旋流腔体201底部流体流速增大，压力变小，在此过程中安装于所述圆锥型结构201腔体的外侧面的电磁场发生装置207所产生的电磁场作用于所述圆锥型结构201腔体内的流体，流体最终经安装在端口法兰303上的出水管206排出。

流体入口管的一股流体为污水原液与石灰乳(石灰与水配比形成)；另一股流体为污水原液与臭氧气体。撞击引管的两个撞击引管分管的两股流体分别为含臭氧的水溶液、硫酸盐水溶液。

实施例4

如图9、图10、图11所示，相比于实施例3，还包括高能催化器304，高能催化器与圆锥型结构201的底部连接，出水管206与圆柱型结构202的顶部连接，出水管206位于反应器内部的溢流口端(即出水管的底端)伸入圆锥型结构201的内部。高能催化器304为超声波发射器。

多相流体从圆柱型结构进入，从出水管流出，相比于实施例3，多相流体在圆锥型结构的内部同时受到超声波发射器的作用。相比于实施例3撞击管流出的多相流体与出水管撞击。

实施例5

如图12、图13所示，相比于实施例4，撞击引管的外侧边与圆柱型结构内侧壁的切线重合。设置一个撞击管。出水管设置两个，分别与圆柱型结构的顶部连接、圆锥型结构的底部连接。

多相流体由圆柱型结构进入，分别由两个出水管流出。相比于实施例4，撞击管的两股多相流体，相互撞击并与反应器的内壁撞击。

实施例6

如图14所示，相比于实施例5，设置两个撞击管。

实施例7

如图15、图16所示，相比于实施例3，撞击管的位于反应器的流出口端向下弯曲。流体入口管204设置4个，其中两个位于撞击管的上方，另两个位于撞击管的下方，位于同一轴向高度的流体入口管平行设置，与反应器的接口中心对称，位于不同高度上的若干流体入口管与反应器的接口的径向夹角为90度。出水管与圆锥型结构的底部连接，并与反应器通过端口法兰连接。

实施例8

如图17、图18、图19所示，与实施例5不同的是，还包括高能催化器，高能催化器与圆锥型结构的底部连接，出水管与圆柱型结构的顶部连接。

实施例9、

如图20所示，与实施例8不同的是撞击引管设置两个，相互平行，撞击引管的外侧边与圆柱型结构内侧壁的切线重合。

实施例10

如图21、图22所示，相比于实施例7，还包括高能催化器，高能催化器与圆柱形结构的顶部连接。

实施例11

如图23所示，相比于实施例10，撞击管的外侧边与圆柱型结构内侧壁的切线重合。

利用实施例3的污水处理装置，进行垃圾渗滤液纳滤浓缩液的处理，污水先经过吹脱处理之后进入到实施例2的污水处理装置。污水通过流体入口管进入的多相流处理污水的装置的圆柱型结构的内部，污水同时通过撞击引管进入圆柱型结构中，污水形成撞击流，多相流在多相流处理污水的装置的内部进行强化传质和反应，然后进入到圆锥形结构的内部，形成旋流流体并高速下旋，形成撞击流与超重力场，然后在高能催化器、电磁发生装置或两者共同的作用下，污水进行降解反应，然后处理后的污水由出水管排出。处理结果如表1所示，表1中吹脱表示原样经过吹脱处理后污水，表1中部分样品的COD的去除效果如图24所示。表1各个样品对应的浊度去除的程度如图25所示。通过图25可以看到，原样呈暗黑色，b表示吹脱处理得到为浅黄色，c表示浅黄色的颜色进一步变浅，然后从d-e-f-g再到h，颜色逐渐变浅，接近于无色。

表1垃圾浓缩液处理结果

样品编号	处理时长	水温	COD(mg/L)	氨氮	PH值
						JN-48	原样	/	13035	2731	7.6
JN-48a	吹脱	/	11867	49.3	8.6
						JN-48b	15min	39	8632	/	11.0
JN-48c	30min	47	6831	/	11.0
						JN-48d	45min	54	3647	/	11.0
JN-48e	60min	61	2233		10.8
						JN-48f	90min	49	1046	/	10.7
JN-48g	120min	62	984	/	10.4
						JN-48h	150min	/	442	/	11.1
JN-48i	180min	/	40	/	11.0

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多相流处理污水的装置，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：

反应器的外侧壁设置有电磁场发生装置；

或，反应器的内部设置高能催化器，高能催化器与圆柱型结构的顶部固定连接或与圆锥型结构的底部固定连接。

3.如权利要求2所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：高能催化器为超声波发生器或紫外线灯管、微波发生器、激光发射器。

4.如权利要求1所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：位于同一轴向高度的两个流体入口管平行设置，与反应器的接口中心对称。

5.如权利要求1所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：还包括撞击引管，撞击引管包括至少两个撞击引管分管，若干撞击引管分管垂直插入反应器的圆柱型结构部分，若干撞击引管分管相对于圆锥形的直径对称设置，位于反应器内部的流出口相对，撞击引管与流体入口管的接口位置不同。

6.如权利要求5所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：撞击引管的轴线与圆柱型结构的直径重合或者撞击引管的外侧边与圆柱型结构内侧壁的切线重合；

优选的，若干撞击引管分管的流出口端向下弯曲。

7.如权利要求1所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：出水管与圆柱型结构的顶部连接时，位于反应器内部的出水管的底端伸入到圆锥形结构的内部。

8.如权利要求1所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：流体入口管流入的介质为污水原液和固体、液体、气体中的一种或多种的混合多相流流体。

9.如权利要求1所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：撞击引管流入的介质为污水原液和固体、液体、气体中的一种或多种的混合多相流流体；

10.如权利要求8或9所述的多相流处理污水的装置，其特征在于：固体为磁性纳米颗粒、石灰、过硫酸盐及其复合物、羟基氧化铁及其复合物、二氧化钛及其复合物、四氧化三铁及其复合物等固体粉状颗粒；

或，液体为水、过氧化氢及其水溶液、磁性液体、纳米磁性水溶液、污水原液、含石灰的混合溶液；

或，气体包括但不限于空气、氮气、氧气、二氧化碳、臭氧。