CN111847559A

CN111847559A - 一种微纳米气泡用于控制管道内有害气体的装置

Info

Publication number: CN111847559A
Application number: CN202010651573.6A
Authority: CN
Inventors: 张志强; 常娜; 卢金锁; 苏林东
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2020-07-08
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2040-07-08
Also published as: CN111847559B

Abstract

本发明公开了一种污水管道有害气体治理装置，包括箱体，还包括连接设置于箱体外部的太阳能供电模块和箱体内部的中央控制模块，中央控制模块上连接有气泵、气体检测装置和微纳米曝气模块；太阳能供电模块用于为中央控制模块、气泵、气体检测装置和微纳米曝气模块提供稳定的工作电压；气泵用于通气曝气；气体检测装置用于检测污水管道内有害气体浓度并将检测得到的有害气体浓度发送至中央控制模块；微纳米曝气模块用于微纳米曝气；中央控制模块用于根据从气体检测装置接收到的有害气体浓度控制微纳米曝气模块和气泵工作。本发明还公开了污水管道有害气体治理方法，利用污水管道内的污水进行微纳米曝气实现污水管道内有害气体的治理。

Description

一种微纳米气泡用于控制管道内有害气体的装置

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及管道环境处理，具体涉及一种将通气与加入微纳米气泡水组合的有害气体控制装置。

背景技术

城市污水管网是城市公共设施的重要组成部分，是人类健康和水环境安全的重要保障。但是，近些年来关于污水管道的问题越来越多，讨论最多的就是污水管道内有害气体的影响。由于污水在管道内的停留时间长，管内会形成厌氧环境，管壁上会生长大量生物膜，生物膜中的厌氧微生物就会在排水管网中产生大量的有毒有害气体。城市污水中的硫酸盐的含量在40-200mg/l，管网的硫酸盐还原菌会将其还原产生大量的H₂S气体，这也是管道内有毒有害气体的主要成分，对人体、城市环境以及管道寿命等都造成威胁，因此，排水管网内硫化氢气体的控制对城市的发展来说非常关键。

国内外对污水管道气体控制的具体措施主要是通过化学或生物的方法抑制微生物活性以减少已产生的有害气体。其中，在众多化学试剂中，O₂的经济性较高，有害气体控制效果好。但是向管道中注入空气或O₂来控制有害气体的方法多用于压力流污水管道。采用注入空气的方法时，能够向管道中输送的O₂含量有限且利用率较低，而采用注入O₂的方法时，又有产生火灾隐患的可能性，安全性较低。因此急需一种能够有效控制污水管道内有害气体的装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种污水管道内有害气体控制装置，通过向污水管道中排入停留时间长的微小气泡，延长对污水中有害气体的吸附时间，达到对污水管道中有害气体进行有效治理的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种污水管道有害气体治理装置，包括箱体，还包括连接设置于箱体外部的太阳能供电模块和箱体内部的中央控制模块，中央控制模块上连接有气泵、气体检测装置和微纳米曝气模块；

太阳能供电模块用于为中央控制模块、气泵、气体检测装置和微纳米曝气模块提供稳定的工作电压；

气泵用于通气曝气；

气体检测装置用于检测污水管道内有害气体浓度并将检测得到的有害气体浓度发送至中央控制模块；

微纳米曝气模块用于微纳米曝气；

中央控制模块用于根据从气体检测装置接收到的有害气体浓度控制微纳米曝气模块和气泵工作。

本发明还具有如下技术特征：

所述微纳米曝气模块包括连接设置的溶气泵和混合室，所述溶气泵与中央控制模块相连用于生成气液混合物，所述混合室用于存储气液混合物并通过降压析出微纳米气泡，所述溶气泵上还连有进水管和第一进气管，所述混合室的一端还连有出水管，出水管的输出端设置有多个第一喷头。

具体的，所述中央控制模块上还连接控制有药剂泵，所述药剂泵的一端连接加药管。

具体的，所述太阳能供电模块包括太阳能光伏板、第一蓄电池组和充电控制箱，所述太阳能光伏板、第一蓄电池组和充电控制箱通过光伏电线相连，所述充电控制箱分别连接中央控制模块、气泵、气体检测装置、溶气泵和药剂泵。

具体的，所述气泵上连通设置有第二进气管、用于将气体通入污水管道的通气管，所述通气管的另一端设置有第二喷头。

具体的，所述气体检测装置上连通设置有第三进气管。

具体的，所述箱体内还设置有氧气罐和用于提供备用电的第二蓄电池组。

一种污水管道有害气体治理方法，该方法采用如上所述的污水管道有害气体治理装置对污水管道进行有害气体治理，具体包括以下步骤：

步骤1：将治理装置放入污水管道中；

步骤2：气体检测装置获取污水管道内的H₂S气体浓度并传送给中央控制模块；

步骤3：当检测到的H₂S气体浓度小于50ppm时，开启气泵；当检测得到的H₂S气体浓度大于等于50ppm且小于等于700ppm时，开启气泵和溶气泵；在H₂S气体浓度大于等于700ppm时，开启气泵、溶气泵和药剂泵，所述药剂泵用于向污水管道内添加药剂。

更进一步的，步骤3中所述的药剂为硝酸盐、亚硝酸盐、金属氢氧化物、铁盐和过氧化氢中的一种。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、本发明装置用于污水管道内有害气体的控制，可向管道内通入气体或加入药剂，直接利用污水管道内的污水进行微纳米曝气，产生微纳米气泡，为污水管道内有害气体的控制提供了新方案。

2、本发明装置生成的微纳米气泡的尺寸小、在水中上升速度慢、停留时间长、溶解效率高，且微纳米气泡具备自增氧、带负电荷和富含强氧化性的羟基自由基(·OH)，羟基自由基(·OH)具有超高的氧化还原电位，所产生的超强氧化还原作用可降解水中正常条件下难以分解的水体污染物，对污染水体中的氮、磷、色度及油的去除有很好的促进作用，可以改善市政污水管道的气相及液相环境。。

3、与传统的处理方法相比，本发明装置减少了占地面积，降低了投资，使用更加方便灵活，可以应付各种突发状况，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为实施例1性能试验中H₂S气体的连续变化情况对比图；

图3为实施例1性能试验中硫化物的连续变化情况对比图；

图4为实施例1性能试验中硫酸盐的连续变化情况对比图；

图5为实施例1性能试验中CO气体的连续变化情况对比图；

图6为实施例1性能试验中CH₄气体的连续变化情况对比图。

图中各标号的含义为：1-箱体，2-太阳能供电模块，3-中央控制模块，4-气泵，5-气体检测装置，6-微纳米曝气模块；21-太阳能光伏板，22-第一蓄电池组，23-充电控制箱；41-第二进气管，42-通气管；43-第二喷头，31-药剂泵，32-加药管，51-第三进气管，61-溶气泵，62-进水管，63-第一进气管，64-混合室，65-出水管，66-第一喷头。

以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是，本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明的装置针对于污水管道内有害气体的控制。本装置通过直接通入空气或氧气，加入微纳米气泡水及药剂，与现有技术中仅向管道内通入气体或加入药剂的有害气体治理方法相比，本发明更大程度的抑制了硫化物、一氧化碳及甲烷气体的产生。

以下对本发明涉及的定义或概念内涵做以说明：

微纳米气泡：气体和液体的分界面上存在一种特殊的气体状态，微纳米气泡是气泡发生时产生直径在五十微米(um)和数十纳米(nm)之间的微小气泡。微纳米气泡发生之后的气泡自己收缩，在这个过程因气泡变得小所以上升速度变缓慢,导致融化效率高。由于气泡的体积已经达到分子级别，因而具备了常规宏观大气泡所没有的物理与化学特性，比表面积增加数万倍，可迅速提高水中溶氧度，体积小，因此所受浮力可以忽略不计，上升速度慢，可长时间滞留在水中，表面带负电荷可吸附水中有机物。

实施例：

遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种污水管道有害气体治理装置，包括箱体1，还包括连接设置于箱体1外部的太阳能供电模块2和箱体1内部的中央控制模块3，中央控制模块3上连接有气泵4、气体检测装置5和微纳米曝气模块6；

太阳能供电模块2用于为中央控制模块3、气泵4、气体检测装置5和微纳米曝气模块6提供稳定的工作电压；气泵4用于通气曝气；气体检测装置5用于检测污水管道内有害气体浓度并将检测得到的有害气体浓度发送至中央控制模块3；微纳米曝气模块6用于微纳米曝气；中央控制模块3用于根据从气体检测装置5的接收到的有害气体浓度控制微纳米曝气模块6和气泵4工作。

微纳米曝气模块6包括连接设置的溶气泵61和混合室64，溶气泵61与中央控制模块3相连用于生成气液混合物，混合室64用于存储气液混合物并通过降压析出微纳米气泡，溶气泵61上还连有进水管62和第一进气管63，混合室64的一端还连有出水管65，出水管65的输出端设置有多个第一喷头66。第一喷头66用于向污水管道中喷洒在混合室中生成的、含微纳米气泡的水。作为优选方案，本实施例中第一喷头66的喷洒覆盖角度为106°，多个第一喷头66的喷洒区域之间存在重叠，可确保喷洒不会出现死角。

中央控制模块3上还连接控制有药剂泵31，药剂泵31的一端连接加药管32，中央控制模块3可以控制药剂泵31向污水管道内添加药剂。

太阳能供电模块2包括太阳能光伏板21、第一蓄电池组22和充电控制箱23，太阳能光伏板21、第一蓄电池组22和充电控制箱23通过光伏电线相连，充电控制箱23分别连接中央控制模块3、气泵4、气体检测装置5、溶气泵61和药剂泵31。

气泵4上连通设置有第二进气管41、用于将气体通入污水管道的通气管42，通气管42的另一端设置有第二喷头43。

气体检测装置5上连通设置有第三进气管51，气体检测装置5用于检测通过第三进气管51引入的气体中的有害气体的浓度。

箱体内还设置有氧气罐14和用于提供备用电的第二蓄电池组15，氧气罐14用于提供氧气，在需要氧气源时使用氧气罐14。第二蓄电池组15用于在需要时为有害气体治理装置供电。

在本实施例中，为便于使用本发明的有害气体治理装置，在箱体1的两侧设置了护板、在箱体1下方设置了由防腐材料制成的车轮，在管道内使用装置时，护板可以防止污水进入箱体。箱体1上设置有防腐涂层，以防污水对装置箱体产生腐蚀。

在进水管及第一进气管、第二进气管、第三进气管上设置了阀门，调节进气流量及进水流量，在溶气泵处设置压力表。本实施例中选用了黄铜材质的进气管，进气管的流量从0.38～65L/min不等，可调范围大。

本发明装置能耗低，并且将产生的太阳能最大化利用；氧气利用率高；与传统方法相比，所需投资大大降低，尽可能的减少对下游污水厂运行的影响；并且车体有抗腐蚀材料做的护板，避免了车体、轮胎和箱体等组件的腐蚀。

本发明还公布了一种如上所述污水管道有害气体治理装置对污水管道进行有害气体治理的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将治理装置放入污水管道中；

步骤3中所述的药剂为硝酸盐、亚硝酸盐、金属氢氧化物、铁盐和过氧化氢中的一种。

本发明装置处理污水管道内有害气体的工作过程如下：

先利用太阳能光伏电池板2收集太阳能并向气泵4、溶气泵61、气体检测装置4、中央控制模块4、药剂泵31及混合室64提供稳定的工作电压。

将有害气体治理装置放入污水管道或检查井，装置中的气体检测装置5用于检测污水管道内有害气体浓度并将检测得到的有害气体浓度发送至中央控制模块3。

当气体检测装置5发送的H₂S气体浓度小于50ppm时，通过中央控制模块3开启气泵4，有害气体治理装置内没有水源进入，外界气源由第二进气管41进入，经过气泵4由通气管42将外界气源排入污水管道。

当气体检测装置5发送的H₂S气体浓度大于等于50ppm且小于等于700ppm时，通过中央控制模块3开启气泵4和溶气泵61；外界气源由第三进气管51进入溶气泵61，水源由进水管62进入溶气泵61，之后气水混合物进入混合室64，生成微纳米气泡，由出水管65将带有微纳米气泡的水通入污水管道。

当气体检测装置5发送的H₂S气体浓度大于等于700ppm时，通过中央控制模块3开启气泵4、溶气泵61和药剂泵31，外界气源由第三进气管51进入溶气泵61，水源由进水管62进入溶气泵61，之后气水混合物进入混合室64，生成微纳米气泡，由出水管65将带有微纳米气泡的水通入污水管道，同时，通过药剂泵31向污水管道内添加药剂。

如果需要在室外使用有害气体治理装置，可根据检查井的高度调节通气管42和出水管65的管道长度，如果在污水管道内使用本发明装置，则可根据污水管道的高度调节进第一进气管63的管长。为加强使用效果，可在箱体中设置氧气罐，在使用时，将氧气管与第一进气管63连通，将空气源改为氧气源。

本发明方法的原理如下：

通过气泵、微纳米曝气模块6及药剂泵31的组合使用，实现污水管道内有害气体浓度的控制。通过气泵4向污水管道内通入气体，实现通风曝气；微纳米曝气模块6中的溶气泵61经由第二进气管63引入气源，通过进水管62引入污水，在生成微纳米气泡后，通过出水管65将含有微纳米气泡的污水排入污水管道实现微纳米曝气，药剂泵31在中央控制模块3的控制下直接向污水管道中添加药剂。

性能测试实验

实验采用有机玻璃制成的有害气体治理装置，有害气体治理装置的内径为160mm，体积为6.5L。有害气体治理装置内气相空间和液相空间各占50％，模拟50％充满度条件下的重力流污水管道。用蠕动泵实现连续进出水，污水在有害气体治理装置内的水力停留时间为3h。用外加机械搅拌器对污水进行搅拌，模拟管道内污水流动过程中对管壁生物膜的剪切力。微纳米发生装置(LF-1500)通过加压溶气产生微纳米气泡水，泵压采用0.4Mpa，处理时间为10分钟。

共进行四组实验，对照组CR的有害气体治理装置内未添加气泡水，第一实验组ER1、第二实验组ER2和第三实验组ER3的有害气体治理装置中分别加入100、300、500mL的微纳米气泡水，实验结果如图2～6所示。

由图2所示的实验结果可知，与对照组相比，第一实验组ER1、第二实验组ER2和第三实验组ER3中，有害气体治理装置内水中H₂S产气量分别降低了47％、60％及72％。

由图3所示的实验结果可知，与对照组CR相比，第一实验组ER1、第二实验组ER2和第三实验组ER3中，有害气体治理装置内水中液态硫化物产生量相比对照组分别降低了17％、31％及55％。

由图4所示的实验结果可知，与对照组CR相比，第一实验组ER1、第二实验组ER2和第三实验组ER3中，有害气体治理装置内的硫酸盐消耗量相比对照组分别降低了4％、11％及15％；即微纳米气泡水可抑制硫酸盐向硫化物转化，减少硫化物产生。

由图5所示的实验结果可知，与对照组CR相比，第一实验组ER1、第二实验组ER2和第三实验组ER3中，有害气体治理装置内的CO产气量分别降低了33％、49％及69％；实验组CO产量明显降低，微纳米气泡水可抑制CO的产生。

由图6所示的实验结果可知，与对照组CR相比，第一实验组ER1、第二实验组ER2和第三实验组ER3中，有害气体治理装置内的CH₄气体的含量分别降低了24％、27％及54％；加入微纳米气泡水后甲烷产生速率降低，其可抑制甲烷产生。

综上所述，本发明装置生成的微纳米气泡可降解水中难以分解的水体污染物，对污染水体中的H₂S、硫酸盐、CO、CH₄等有害气体和有害物质的去除有很好的促进作用，可以改善市政污水管道的气相及液相环境。

需要说明的是，本实施例中涉及到的所有部件，除特殊说明的之外，均为现有技术中可以通过购买获得的部件。中央控制模块采用的单片机型号为SST89E/V52RD2，微纳米发生器型号为LF-1500，气泵型号为LLSPLUS-B163。

Claims

1.一种污水管道有害气体治理装置，包括箱体(1)，其特征在于，还包括连接设置于箱体(1)外部的太阳能供电模块(2)和箱体(1)内部的中央控制模块(3)，所述中央控制模块(3)上连接有气泵(4)、气体检测装置(5)和微纳米曝气模块(6)；

所述太阳能供电模块(2)用于为中央控制模块(3)、气泵(4)、气体检测装置(5)和微纳米曝气模块(6)提供稳定的工作电压；

所述气泵(4)用于通气曝气；

所述气体检测装置(5)用于检测污水管道内有害气体浓度并将检测得到的有害气体浓度发送至中央控制模块(3)；

所述微纳米曝气模块(6)用于微纳米曝气；

所述中央控制模块(3)用于根据从气体检测装置(5)的接收到的有害气体浓度控制微纳米曝气模块(6)和气泵(4)工作。

2.如权利要求1所述的污水管道有害气体治理装置，其特征在于，所述微纳米曝气模块(6)包括连接设置的溶气泵(61)和混合室(64)，所述溶气泵(61)与中央控制模块(3)相连用于生成气液混合物，所述混合室(64)用于存储气液混合物并通过降压析出微纳米气泡，所述溶气泵(61)上还连有进水管(62)和第一进气管(63)，所述混合室(64)的一端还连有出水管(65)，出水管(65)的输出端设置有多个第一喷头(66)。

3.如权利要求1所述的污水管道有害气体治理装置，其特征在于，所述中央控制模块(3)上还连接控制有药剂泵(31)，所述药剂泵(31)的一端连接加药管(32)。

4.如权利要求1所述的污水管道有害气体治理装置，其特征在于，所述太阳能供电模块(2)包括太阳能光伏板(21)、第一蓄电池组(22)和充电控制箱(23)，所述太阳能光伏板(21)、第一蓄电池组(22)和充电控制箱(23)通过光伏电线相连，所述充电控制箱(23)分别连接中央控制模块(3)、气泵(4)、气体检测装置(5)、溶气泵(61)和药剂泵(31)。

5.如权利要求1所述的污水管道有害气体治理装置，其特征在于，所述气泵(4)上连通设置有用于通入外界气源的第二进气管(41)、用于将气体通入污水管道的通气管(42)，所述通气管(42)的另一端设置有第二喷头(43)。

6.如权利要求1所述的污水管道有害气体治理装置，其特征在于，所述气体检测装置(5)上连通设置有第三进气管(51)。

7.如权利要求1所述的污水管道有害气体治理装置，其特征在于，所述箱体内还设置有氧气罐(14)和用于提供备用电的第二蓄电池组(15)。

8.一种污水管道有害气体治理方法，其特征在于，该方法采用权利要求1至8任一权利要求所述的污水管道有害气体治理装置对污水管道进行有害气体治理，具体包括以下步骤：

步骤1：将治理装置放入污水管道中；

9.如权利要求8所述的污水管道有害气体治理方法，其特征在于，步骤3中所述的药剂为硝酸盐、亚硝酸盐、金属氢氧化物、铁盐和过氧化氢中的一种。