CN111888955A - 微纳米气泡发生装置、气浮装置及液体处理方法 - Google Patents

微纳米气泡发生装置、气浮装置及液体处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微纳米气泡发生装置、气浮装置及液体处理方法。该微纳米气泡发生装置包括：框架、微纳米气泡发生组件、驱动机构、气体压缩机和气管；所述气管具有进气孔和出气孔；所述气体压缩机与所述进气孔连接，所述气体压缩机用以产生压缩气体并将所述压缩气体通过所述进气孔送入所述气管；所述微纳米气泡发生组件包括：具有空腔的中空轴、若干套设于所述中空轴的微孔陶瓷膜片和支架，所述微孔陶瓷膜片位于相邻两个支架之间，所述微孔陶瓷膜片与所述空腔实现气体流通，所述中空轴设置于所述框架，所述中空轴的一端连接所述出气孔，另一端连接所述驱动机构。本发明使用微孔陶瓷膜片直接诱导生成纳米级气泡，气泡尺寸均匀度高。

Description

微纳米气泡发生装置、气浮装置及液体处理方法
技术领域
本发明涉及气液两相混合装置领域，尤其涉及一种微纳米气泡发生装置、气浮装置及液体处理方法。
背景技术
微纳米气泡具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点。在水中通入微纳米气泡，可有效分离水中固体杂质、快速提高水体氧浓度、杀灭水中有害病菌、降低固液界面摩擦系数，因此在气浮净水、水体增氧、臭氧水消毒和微气泡减阻等领域中，相比于宏观气泡具有更高的效率，应用前景也更为广阔。气泡发生器是气泡制造技术中的主要设备，它的性能好坏直接影响生成的气泡尺寸、数量和均匀度，目前制造微气泡的方法有很多，如物理切割法、加压溶气释气法、水温差法、电场法等。基于物理切割法的微纳米气泡发生器，主要是通过多孔过滤介质把空气剪切破碎，其能切割形成微细气泡且效率较高，但也存在气泡均匀化程度不高，充气量需求较大时难以满足的问题；加压溶气释气法效率非常低、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，在实际应用中难以推广。
因此，本领域的技术人员致力于研究一种新型的微纳米气泡发生装置，以解决现有的制造微气泡的方法中存在的气泡均匀化程度不高、耗能高、操作复杂、结构繁琐等问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，因而提供了一种具有充气量大、气泡直径小、气泡尺寸均匀度高、耗能少的微纳米气泡发生装置。
具体地，本发明提供了一种微纳米气泡发生装置，包括：框架、微纳米气泡发生组件、驱动机构、气体压缩机和气管；
所述气管具有进气孔和出气孔；
所述气体压缩机与所述进气孔连接，所述气体压缩机用以产生压缩气体并将所述压缩气体通过所述进气孔送入所述气管；
所述微纳米气泡发生组件包括：具有空腔的中空轴、若干套设于所述中空轴的微孔陶瓷膜片和支架，所述微孔陶瓷膜片位于相邻两个支架之间，所述微孔陶瓷膜片与所述空腔实现气体流通，所述中空轴设置于所述框架，所述中空轴的一端连接所述出气孔，进入所述气管的所述压缩气体可从所述出气孔进入所述中空轴的空腔，并进入所述微孔陶瓷膜片；
所述驱动机构与所述中空轴的另一端连接，通过驱动机构带动所述中空轴旋转，从而带动所述微孔陶瓷膜片旋转。
进一步地，所述框架包括相对设置的第一安装件和第二安装件，以及连接所述第一安装件和第二安装件的连接件；
所述中空轴贯穿所述第一安装件和第二安装件，所述微孔陶瓷膜片位于所述第一安装件和第二安装件之间。
进一步地，所述微纳米气泡发生装置还包括：
第一密封件，所述第一密封件用于将所述中空轴密封安装至所述第一安装件；和/或
第二密封件，所述第二密封件用于将所述中空轴密封安装至所述第二安装件。
进一步地，所述气体压缩机为空气压缩机；和/或
所述压缩气体以1-2bar的压力送入所述气管；和/或
所述驱动机构的转速为100-1000转/分。
进一步地，所述微孔陶瓷膜片的两侧设置有用以将所述微孔陶瓷膜片密封于相邻两个支架之间的第一密封圈和第二密封圈，所述相邻两个支架中的一个支架上设置有与所述第一密封圈配合的第一容纳槽，另一个支架上设置有与所述第二密封圈配合的第二容纳槽。
进一步地，所述中空轴具有沿其周向设置的凹槽，当所述微孔陶瓷膜片套设于所述中空轴时，所述凹槽与所述微孔陶瓷膜片的内侧壁相对；
所述凹槽的内壁设有第二通孔，所述第二通孔与所述中空轴的空腔连通，进入所述中空轴的空腔的压缩气体通过所述第二通孔进入所述微孔陶瓷膜片。
进一步地，所述中空轴具有沿其周向设置的挡板，当所述支架安装至所述中空轴时，所述挡板与所述支架抵接。
进一步地，所述微孔陶瓷膜片具有用于套设于所述中空轴的第三通孔，所述微孔陶瓷膜片的内部设有若干个气流通道，所述气流通道的入口与所述第三通孔连通，所述压缩气体通过所述气流通道进入所述微孔陶瓷膜片。
进一步地，所述微孔陶瓷膜片产生的微纳米气泡的直径为30nm-100μm；和/或
相邻的所述微孔陶瓷膜片之间的距离为1cm-5cm。
本发明还提供了一种气浮装置，包括：
用于容纳待处理液体的容器，所述容器具有进液口和出液口，所述待处理液体从所述进液口进入所述容器，所述待处理液体经所述气浮装置处理后从所述出液口流出；
设置于所述容器的上述微纳米气泡发生装置。
本发明还提供了一种液体处理方法，包括如下步骤：
1)提供上述气浮装置；
2)使得待处理液体从所述进液口进入所述容器，经所述气浮装置处理完成后从所述出液口流出。
进一步地，所述液体处理为废水净化、水体增氧、臭氧水消毒、河流水体净化或微气泡减阻。
本发明提供的微纳米气泡发生装置、气浮装置及液体处理方法具有以下技术效果：
1、本发明的微纳米气泡发生装置基于旋转膜技术研发而来，使用的微孔陶瓷膜片直接诱导生成纳米级气泡，无需将气体溶解于水中，本发明的微纳米气泡发生装置产生的气泡直径小、气泡尺寸均匀度高。
2、本发明的微纳米气泡发生装置组件少、结构简单，易于安装、操作和维护，占地面积最小。
3、本发明的气浮装置使用的微孔陶瓷膜片比传统扩散器的表面积多600多倍。大的气液界面加上低压产生的缓慢上升的气泡速度，能实现更高的气体传输效率。
4、使用本发明微纳米气泡发生装置的气浮装置，通过将压缩气体以低压(1-2bar)注入中空轴中，并通过微孔陶瓷膜片注入液体中。在能耗极低(<0.05kWh/m3)的情况下，产生纳米级气泡，非常节能，适于低压下工作仅需要较小的气量。另外，与传统DAF(溶气气浮)系统相比，本发明的气浮装置不需要溶气罐、循环泵和喷嘴，系统更可靠并且产生更大的经济效益。
5、本发明的气浮装置可使用任何种类的气体，气泡大小和数量可调节，不受盐度、温度和pH值影响，在极端条件下依旧可靠。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的微纳米气泡发生装置的一个较佳实施例的结构示意图；
图2是图1中的中空轴的结构示意图；
图3是图1中的微孔陶瓷膜片的结构示意图；
图4是图1中的微孔陶瓷膜片与支架配合的结构示意图；
图5是图1中的微孔陶瓷膜片与支架配合的剖视图；
图6是微孔陶瓷膜片与支架配合的结构示意图，其示出了支架的又一实现方式；
图7是本发明的气浮装置的一个较佳实施例的结构示意图。
附图标号说明：驱动机构1、中空轴2、凹槽21、第二通孔22、空腔23、挡板25、微孔陶瓷膜片3、第三通孔31、入口32、微孔陶瓷膜片的内侧壁33、支架4、第四通孔41、尾部42、第一容纳槽43、第二容纳槽44、气管5、进气孔51、出气孔52、气管接头53、连接头54、第一密封件61、第二密封件62、框架7、第一安装件71、第二安装件72、连接件73、气体压缩机8、第一密封圈91、第二密封圈92、微纳米气泡发生装置10、进液口111、出液口112、浮渣池113、容器114、折流板115、浮渣出口116、泵117。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面参考附图对本发明的实施例进行描述。在以下的附图中，相同的零部件使用同样的附图号。虽然本发明中使用表示方向的术语，诸如“上”、“下”、“左”、“右”等描述实施例，但在此使用这些术语只是为了方便说明，这些术语是基于附图中显示的示例性方位而确定的。由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。
本发明中所使用的诸如“第一”、“第二”等序数词仅仅用于区分、标识，而不具有任何其他含义，如未特别指明则不表示特定的顺序，也不具有特定的关联性。例如，术语“第一通孔”本身并不暗示“第二通孔”的存在，术语“第二通孔”本身也不暗示“第一通孔”的存在。
实施例1
如图1-5所示，本发明的微纳米气泡发生装置10包括框架7、微纳米气泡发生组件、驱动机构1、气体压缩机8和气管5。
气管5具有进气孔51和出气孔52，进气孔51处使用气管接头53与气体压缩机8连接。微纳米气泡发生组件包括具有空腔23的中空轴2、若干套设于所述中空轴2的微孔陶瓷膜片3和支架4，所述微孔陶瓷膜片3位于相邻两个支架4之间，所述微孔陶瓷膜片(3)与所述空腔(23)实现气体流通，中空轴2设置于框架7，中空轴2的一端连接出气孔52，进入气管5的压缩气体可从出气孔52进入中空轴2的空腔23，并进入微孔陶瓷膜片3。驱动机构1与中空轴2的另一端连接，通过驱动机构1带动中空轴2旋转，从而带动中空轴2上的微孔陶瓷膜片3旋转。
框架7的具体结构如图1所示，包括相对设置的第一安装件71和第二安装件72，以及连接第一安装件71和第二安装件72的连接件73；中空轴2贯穿第一安装件71和第二安装件72，微孔陶瓷膜片3位于第一安装件71和第二安装件72之间。在本实施例中，第一安装件71和第二安装件72均为安装板，连接件73位于第一安装件71和第二安装件72之间并分别与第一安装件71和第二安装件72固定连接，第一安装件71、第二安装件72和连接件73之间形成了微纳米气泡发生组件的容纳空间。应当理解，框架7也可以别的形式呈现，只要能达到作为中空轴2的载体、容纳微孔陶瓷膜片3的作用即可，而并非受图1所示的结构限制。
为了使中空轴2密封安装至第一安装件71和第二安装件72，使得中空轴2的旋转更加稳定，本实例还设置了第一密封件61和第二密封件62，第一密封件61用于将中空轴2密封安装至第一安装件71，第二密封件62用于将中空轴2密封安装至第二安装件72。
气体压缩机8的作用是产生压缩气体并将压缩气体通过进气孔51送入所述气管5，气体压缩机8可以是空压机，那么进入气管5的则是空气；气体压缩机8也可以是其他气体的压缩机，比如氮气、甲烷、氧气、臭氧、二氧化碳、氢气等的压缩机，那么此时进入气管5的则相应地是氮气、甲烷、氧气、臭氧、二氧化碳、氢气等。具体气体压缩机8选择哪种气体的压缩机，可以根据实际情况进行选择。在本发明中，压缩气体可以以1-2bar的压力送入气管5，在能耗极低(<0.05kWh/m3)的情况下，产生纳米级气泡，非常节能，适于低压下工作仅需要较小的气量。
驱动机构1可以为减速机，主要目的是实现中空轴2的旋转，因此任何能实现中空轴2旋转的动力机构均适用，驱动机构1的转速优选为100-1000转/分。
支架4的具体结构如图4-6所示，包括用于套设于中空轴2的第四通孔41。图4-5示出了支架4的一种实现方式。图6示出了支架4的另一种实现方式，优选在支架4的外周设置有尾部42，用以实现扰流的作用。微孔陶瓷膜片3的具体结构如图3所示，其具有内侧壁33和用于套设于中空轴2的第三通孔31，微孔陶瓷膜片3的内部设有若干个气流通道，气流通道具有入口32，入口32与第三通孔31连通，气流通道由入口32向微孔陶瓷膜片3的外周方向延伸而成。中空轴2的具体结构如图2所示，其具有沿其周向设置的凹槽21，凹槽21的内壁设有第二通孔22，第二通孔22与中空轴2的空腔23连通，中空轴2还具有沿其周向设置的挡板25，以限制支架4的轴向运动，中空轴2的一端通过连接头54与出气孔52连接。
为了实现微孔陶瓷膜片3与支架4之间的密封，本实施例在微孔陶瓷膜片3的两侧设置第一密封圈91和第二密封圈92，相邻两个支架4中的一个支架4上设置有与第一密封圈91配合的第一容纳槽43，另一个支架4上设置有与第二密封圈92配合的第二容纳槽44。通过此种设计，进入中空轴2中的压缩气体将尽可能地进入微孔陶瓷膜片3，而不会逸出到支架4外的地方。
当将支架4和微孔陶瓷膜片3安装至中空轴2时，首先将一个支架4套设于中空轴2，以图2所示的中空轴2的方向为例，即将支架从中空轴2的右端套至左端直至该支架4与挡板25抵接。安装好第一个支架4后，然后将密封圈放入支架的容纳槽，接着将微孔陶瓷膜片3套设于中空轴2，再将密封圈和第二个支架4套设于中空轴2，此时微孔陶瓷膜片3的内侧壁33与中空轴2的凹槽21呈位置相对，微孔陶瓷膜片3位于相邻两个支架4之间，继续重复前述方式安装微孔陶瓷膜片3和支架4，即可完成支架4和微孔陶瓷膜片3于中空轴2上的安装，安装完成后，用固定件固定以限制支架4在轴向上的运动。
本实施中的微孔陶瓷膜片3产生的微纳米气泡的直径为30nm-100μm，相邻的微孔陶瓷膜片3之间的距离为1cm-5cm。
当上述微纳米气泡发生装置10在运行时，进入中空轴2的空腔23的压缩气体通过中空轴2上的第二通孔22和气流通道的入口32进入微孔陶瓷膜片3，并从微孔陶瓷膜片3的表面逸出。
应当理解，上述中空轴2及支架4有诸多其他实现方式，比如中空轴2上的凹槽21也可以替换成沿中空轴2轴向或者周向上的凸起，相应的，支架4的第四通孔41的侧壁上设置与之配合的凹陷；空腔23、支架4和挡板25的形状在本实施例中为圆柱形，实际上可以为任意形状，本发明不做限定。
实施例2
如图7所示，本发明的气浮装置包括用于容纳待处理液体的容器114和实施例1中的微纳米气泡发生装置10。
容器114具有进液口111和出液口112，待处理液体通过泵117从进液口111进入容器114，经处理后从出液口112流出；容器114的上方还可以根据需要设计有浮渣池113和浮渣出口116，当然如果只是对液体进行处理而不会产生浮渣，比如水体增氧，则无需设计浮渣池。
微纳米气泡发生装置10的气体压缩机8设置在容器114外，驱动机构1可设置在容器114内，也可设置在容器114外，其余部件如微孔陶瓷膜片3、框架7、支架4、气管5等均设置于容器114内。
容器114的进液口111处设有折流板115，具体呈“7”字型，使得从进液口111进入的液体从容器114底部缓慢并均匀进入容器114。
实施例3
本发明还提供了一种液体处理方法，包括如下步骤：
1)提供实施例2中的气浮装置；
2)使得待处理液体从进液口111进入容器114，待处理完成后从出液口112流出。
应当理解，本实施例中的液体处理包括但不限于废水净化、水体增氧、臭氧水消毒、河流水体净化或微气泡减阻。其中废水净化可应用于以下行业：石油和天然气、炼油和石化、汽车和金属加工、食品和饮料以及钢铁和铝生产。
实施例4
对实施例2中的气浮装置进行性能测试。
a、对难处理的工业废水进行处理，气浮装置尺寸：1300mm*800m*1600mm，1-5m3/h处理量，处理结果如表1所示：
表1工业废水处理结果
污水所含组分 悬浮固体含量(ppm) 油含量(ppm)
处理前 456.52 7569.6
处理后 3.29 15.4
从表1中可以看出，工业废水通过本申请的气浮装置处理后，悬浮固体的去除率高达99％以上，油的去除率高达99.5％以上。由此可见，本申请的气浮装置对于工业废水达到了非常好的处理效果。
b、对3组水体进行增氧，气浮装置尺寸：600*300*300mm，处理过程中检测水体溶解氧，结果如表2所示：
表2水体增氧处理结果
Figure BDA0002620496730000091
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种微纳米气泡发生装置，其特征在于，包括：框架(7)、微纳米气泡发生组件、驱动机构(1)、气体压缩机(8)和气管(5)；
所述气管(5)具有进气孔(51)和出气孔(52)；
所述气体压缩机(8)与所述进气孔(51)连接，所述气体压缩机(8)用以产生压缩气体并将所述压缩气体通过所述进气孔(51)送入所述气管(5)；
所述微纳米气泡发生组件包括：具有空腔(23)的中空轴(2)、若干套设于所述中空轴(2)的微孔陶瓷膜片(3)和支架(4)，所述微孔陶瓷膜片(3)位于相邻两个支架(4)之间，所述微孔陶瓷膜片(3)与所述空腔(23)实现气体流通，所述中空轴(2)设置于所述框架(7)，所述中空轴(2)的一端连接所述出气孔(52)，进入所述气管(5)的所述压缩气体可从所述出气孔(52)进入所述中空轴(2)的空腔(23)，并进入所述微孔陶瓷膜片(3)；
所述驱动机构(1)与所述中空轴(2)的另一端连接，通过所述驱动机构(1)带动所述中空轴(2)旋转，从而带动所述微孔陶瓷膜片(3)旋转。
2.如权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：
所述框架(7)包括相对设置的第一安装件(71)和第二安装件(72)，以及连接所述第一安装件(71)和第二安装件(72)的连接件(73)；
所述中空轴(2)贯穿所述第一安装件(71)和第二安装件(72)，所述微孔陶瓷膜片(3)位于所述第一安装件(71)和第二安装件(72)之间。
3.如权利要求2所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于，还包括：
第一密封件(61)，所述第一密封件(61)用于将所述中空轴(2)密封安装至所述第一安装件(71)；和/或
第二密封件(62)，所述第二密封件(62)用于将所述中空轴(2)密封安装至所述第二安装件(72)。
4.如权利要求1所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：
所述气体压缩机(8)为空气压缩机；和/或
所述压缩气体以1-2bar的压力送入所述气管(5)；和/或
所述驱动机构的转速为100-1000转/分。
5.如权利要求4所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：
所述微孔陶瓷膜片(3)的两侧设置有用以将所述微孔陶瓷膜片(3)密封于相邻两个支架(4)之间的第一密封圈(91)和第二密封圈(92)，所述相邻两个支架(4)中的一个支架(4)上设置有与所述第一密封圈(91)配合的第一容纳槽(43)，另一个支架(4)上设置有与所述第二密封圈(92)配合的第二容纳槽(44)。
6.如权利要求5所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：
所述中空轴(2)具有沿其周向设置的凹槽(21)，当所述微孔陶瓷膜片(3)套设于所述中空轴(2)时，所述凹槽(21)与所述微孔陶瓷膜片(3)的内侧壁(33)相对；
所述凹槽(21)的内壁设有第二通孔(22)，所述第二通孔(22)与所述中空轴(2)的空腔(23)连通，进入所述中空轴(2)的空腔(23)的压缩气体通过所述第二通孔进入所述微孔陶瓷膜片(3)。
7.如权利要求6所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：
所述中空轴(2)具有沿其周向设置的挡板(25)，当所述支架(4)安装至所述中空轴(2)时，所述挡板(25)与所述支架(4)抵接。
8.如权利要求7所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：
所述微孔陶瓷膜片(3)具有用于套设于所述中空轴(2)的第三通孔(31)，所述微孔陶瓷膜片(3)的内部设有若干个气流通道，所述气流通道的入口(32)与所述第三通孔(31)连通，所述压缩气体通过所述气流通道进入所述微孔陶瓷膜片(3)。
9.如权利要求7所述的微纳米气泡发生装置，其特征在于：
所述微孔陶瓷膜片(3)产生的微纳米气泡的直径为30nm-100μm；和/或
相邻的所述微孔陶瓷膜片(3)之间的距离为1cm-5cm。
10.一种气浮装置，其特征在于，包括：
用于容纳待处理液体的容器(114)，所述容器(114)具有进液口(111)和出液口(112)，所述待处理液体从所述进液口(111)进入所述容器，所述待处理液体经所述气浮装置处理后从所述出液口(112)流出；
设置于所述容器(114)的如权利要求1-9中任一项所述的微纳米气泡发生装置。
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