CN116395823A - 一种搅拌式多级污水处理器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种搅拌式多级污水处理器，包括叶轮和驱动部分，所述驱动部分通过轴驱动叶轮旋转，所述轴上轴向间隔设有至少1个叶轮，每个叶轮的单叶片由2个背对背安装的叶片单元构成，所述叶片单元呈“Y”型结构，且在单叶片中相邻叶片单元的背流面之间设有间隙；每个所述叶片单元上设有叶片孔。所述叶片单元由叶片上半部分和叶片下半部分对称构成“Y”型结构，所述叶片上半部分和叶片下半部分分别设有叶片孔，“Y”型结构的迎流‑引流面与叶轮径向平行，用于使叶片单元以切线方向与流体接触。本发明通过特定叶片的结构形式来控制超空化区域最大与空化降解效果的最优，且外形简单，易安装和更换，工况适应性强，生产成本较低。

Description

一种搅拌式多级污水处理器

技术领域

本发明涉及空化装置领域，特别涉及一种搅拌式多级污水处理器。

背景技术

水力空化降解技术借助于空泡溃灭将大量的能量释放至周围液体，而这种巨大的能量释放具有以下效果：(1)机械效应：产生大量冲击波，拥有极大的瞬间压力和剪切应力。(2)热效应：形成具有极高温度的局部热点，加热和冷却在微秒内。(3)化学作用：水分子可分解成具有强氧化性的-OH活性自由基，其具有极高的氧化电位(2.80eV)，能与大多数有机污染物发生快速的链式反应，将有害物质氧化成CO₂、H₂O或矿物盐，无二次污染。

由于环境污染日益严重，我国水资源质量不断下降，其中废水排放是造成水污染的重要来源，现阶段对有机物水的处理过程往往不够理想。在对有机物污水处理领域，如果可以利用水力空化发生过程产生的巨大能量，使绝大多数有机污染物实现几乎完全降解，是解决当前水污染问题的最新型方案之一。

现有技术公开了一种涡流空化装置，包括进水管、涡流仓、空化块和挡板。该装置由一定压力和流速的有机污水通过进水管,由于一定的低压，即在空化仓中有机污水进入双螺旋窄缝发生空化，发生空化的有机污水通过空化块进一步加速水流的速度发生空化，通过底部锥形小孔排出带有空化泡有机污水冲击下方的挡板导致空化溃灭，加强空化效应。该装置虽然结构简单，但能量损失比较大，关键组件损坏会比较快。现有技术公开了一种用于污废水处理的水力空化装置，该装置具备多个空化腔道，空化效率高。并可将臭氧引入空化腔，臭氧在水力空化效应所产生的高温高压条件下，可以分解成具有更强氧化性的羟基自由基，进一步提高了空化效率。现有技术公开了一种用于化工分离技术领域涡流空化器可以在较低的温度和不加或者少加化学破乳剂的条件下对含水乳化油或者乳化含油废水进行低成本和高效率的破乳处理。

以上专利主要是以射流空化或板式结构为主的污水空化降解装置与方法，无法实现对大流量污水进行高效的空化降解处理，而且对装置的安装与工作方式等有较高的要求限制。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种搅拌式多级污水处理器，为了确保实现高效的空化降解，通过特定叶片的结构形式来控制超空化区域最大与空化降解效果的最优，且外形简单，易安装和更换，工况适应性强，生产成本较低。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种搅拌式多级污水处理器，包括叶轮和驱动部分，所述驱动部分通过轴驱动叶轮旋转，所述轴上轴向间隔设有至少1个叶轮，每个叶轮的单叶片由2个背对背安装的叶片单元构成，所述叶片单元呈“Y”型结构，且在单叶片中相邻叶片单元的背流面之间设有间隙；每个所述叶片单元上设有叶片孔。

进一步，所述叶片单元由叶片上半部分和叶片下半部分对称构成“Y”型结构，所述叶片上半部分和叶片下半部分分别设有叶片孔，“Y”型结构的迎流-引流面与叶轮径向平行，用于使叶片单元以切线方向与流体接触。

进一步，呈“Y”型结构的所述叶片单元上的叶片孔中心轴线与叶片上半部分和叶片下半部分之间对称面的夹角15°～75°。

进一步，所述叶片上半部分和叶片下半部分表面至少设有2排叶片孔，所述叶片上半部分和叶片下半部分上的叶片孔交错分布。

进一步，所述叶片孔的形式为直孔或锥孔或台阶孔。

进一步，所述叶片上半部分与叶片下半部分最大夹角θ₁为90°～180°。

进一步，至少2个叶轮串联安装在轴上，且相邻叶轮的单叶片相位角一一对应。

进一步，相邻叶轮的单叶片之间设有空化间隙，用于在一个叶轮的叶片下半部分与相邻叶轮的叶片上半部分之间的两侧形成空化区域。

进一步，所述空化间隙δ的范围为(0.05h，0.15h)，其中h为2个叶轮的中心距。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的搅拌式多级污水处理器，通过动力机构驱动叶片在污水介质中旋转，使得叶片的整个迎流-引流面处于超空化状态，在此状态下，超空化区域内的空泡逐渐发生溃灭，向周围液体释放出极大的能量，利用这些能量产生的机械效应、热效应和化学作用等实现污水降解处理。

2.本发明所述的搅拌式多级污水处理器，呈“Y”型结构的所述叶片上设有叶片孔，流体通过叶片上半部分和叶片下半部分的叶片孔，产生空泡云，且形成流体对冲，并与空间内低速流体发生剪切，使空泡完全溃灭。

3.本发明所述的搅拌式多级污水处理器，既可以正转也可以反转，多级结构可以增加处理器效率。这是因为叶片数量的增加，使得处理污水的能力增加。其次，上下对应的叶片形成了多个空化区域，流体从左侧进入，首先流体经过叶片下部分和叶片上部分加速，此时流体具有较高的速度，在A区相遇对冲产生涡流，加之，流体从结构收缩的A区处流出，导致流体压力进一步下降，下降到液体饱和蒸气压附近时，产生空化；除此之外流体经过叶片上部分和叶片下部分上的叶片孔产生空化泡，如图3中B区和C区的箭头所示，未溃灭的空泡及高速流体对冲产生涡流，然后A区、B区和C区产生的空泡在高速流体的作用下被引流到高压区，在D区发生完全溃灭，释放出巨大能量用于污水中有机物的降解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的搅拌式多级污水处理器结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为所述的搅拌式两级叶片间流体流动方向示意图。

图4为所述的搅拌式单级对应叶片间流体流动方向示意图。

图5为所述的空化间隙示意图。

图中：

1-电机；2-轴；3-叶轮；4-单叶片；41-左叶片；42-右叶片；43-叶片孔；44-迎流-引流面；45-固定盘；46-叶片上部分；47-叶片下部分；48-背流面。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明所述的搅拌式多级污水处理器，包括叶轮3和驱动部分，所述驱动部分通过轴2驱动叶轮3旋转，所述轴2上轴向间隔设有至少1个叶轮3，每个叶轮3的单叶片4由2个背对背安装的叶片单元构成，所述叶片单元4呈“Y”型结构，且在单叶片4中相邻叶片单元的背流面之间设有间隙；每个所述叶片单元4上设有叶片孔43。

图2为一个单叶片结构图，所述单叶片4包括左叶片41和右叶片42，所述左叶片41和右叶片42分别呈“Y”型结构，呈“Y”型结构的所述左叶片41尾部与呈“Y”型结构的所述右叶片42尾部背对背对称设置。所述左叶片41头部为迎流-引流面44，所述左叶片41尾部为背流面48；所述左叶片41的背流面48与右叶片42的背流面48之间设有间隙；需要解释下，当图1顺时针转，左叶片41的背流面48在尾部，而右叶片42的背流面48在头部，当图1逆时针转，右叶片42的背流面48在尾部，左叶片41的背流面48在头部。这样会导致所述左叶片41的背流面48与右叶片42的背流面48之间设有间隙无法理解，本发明的所述左叶片41的背流面48与右叶片42的背流面48之间设有间隙实际指的是右叶片42尾部与左叶片41尾部之间设有间隙，或者在顺时针转时的左叶片41的背流面48与在逆时针转时的右叶片42的背流面48之间设有间隙。这样设计可以满足搅拌式多级污水处理器正反转的设计要求。

下面以左叶片41为例，所述左叶片41由叶片上半部分46和叶片下半部分47对称构成“Y”型结构，左叶片41安装在固定盘45上，所述叶片上半部分46和叶片下半部分47分别设有叶片孔43，“Y”型结构的迎流-引流面44与固定盘45的径向平行，用于使叶片单元4以切线方向与流体接触。叶片上半部分46的叶片孔43中心轴线与叶片上半部分46和叶片下半部分47之间对称面的夹角15°～75°，即叶片上半部分46的叶片孔43的中心轴线与叶片下半部分47的叶片孔43的中心轴线之间的夹角θ为30°～150°。所述叶片上半部分46和叶片下半部分47表面至少设有2排叶片孔43，所述叶片上半部分46和叶片下半部分47上的叶片孔43交错分布。所述叶片孔43的形式为直孔或锥孔或台阶孔。所述叶片上半部分46与叶片下半部分47最大夹角θ₁为90°～180°。呈“Y”型结构的所述左叶片41上设有叶片孔43，流体通过叶片上半部分42和叶片下半部分43的叶片孔41，产生空泡云，且形成流体对冲，并与空间内低速流体发生剪切，使空泡完全溃灭。

如图4所示，当单级搅拌式多级污水处理器工作时，既可以正转也可以反转，不会影响此时处理器效率，一部分流体通过在呈“Y”型结构的叶片槽内产生涡流(a区)，还有一部分流体通过叶片上半部分46和叶片下半部分47上的叶片孔41时，收缩结构导致流体压力下降，下降到其饱和蒸气压附近时，产生空泡，加之，流出的流体具有较高的速度，相互剪切同样产生空泡，在b区实现溃灭；处在b区的流体一部分从上、下两个方向流出(如图中箭头所示)，被引流到高压区进行完全溃灭，一部分从右侧的叶片上的叶片孔43流出，再次产生空泡，分散进入c区高压区，进行完全的空泡溃灭，释放出巨大能量用于污水中有机物的降解，且不会对后边的叶片产生影响。图4中相对应的两个叶片上的叶片孔与轴线之间的距离L1与L2可以相等，也可以不等。当距离不等时，两叶片之间的流体从另一侧叶片孔流出时，就会发生更明显的绕流，同样易产生空泡。

另一个实施例，如图3所示，至少2个叶轮3串联安装在轴2上，且相邻叶轮3的单叶片4相位角一一对应。相邻叶轮3的单叶片4之间设有空化间隙，用于在一个叶轮3的叶片下半部分47与相邻叶轮3的叶片上半部分46之间的两侧形成空化区域。如图3所示，当采用两级或者多级搅拌式污水处理器来处理污水时，既可以正转也可以反转，多级结构可以增加处理器效率。产生此种效果的原因有两点：第一点，叶片数量的增加，使得处理污水的能力增加。第二点如图所示，上下对应的叶片4形成了多个空化区域，流体从左侧进入，首先流体经过叶片上半部分46和叶片下半部分47加速，此时流体具有较高的速度，在A区相遇对冲产生涡流，加之，流体从结构收缩的A区处流出，导致流体压力进一步下降，下降到液体饱和蒸气压附近时，产生空化；除此之外流体经过叶片上半部分46和叶片下半部分47上的叶片孔43产生空化泡，如图3中B区和C区的箭头所示，未溃灭的空泡及高速流体对冲产生涡流，然后A区、B区和C区产生的空泡在高速流体的作用下被引流到高压区，在D区发生完全溃灭，释放出巨大能量用于污水中有机物的降解。

如图5所示，相邻叶轮3的单叶片4之间设有空化间隙δ，用于在一个叶轮3的叶片下半部分47与相邻叶轮3的叶片上半部分46之间的两侧形成空化区域。空化间隙δ的范围为(0.05h，0.15h)，其中h为2个叶轮3的中心距。因为空化间隙δ过大，无法实现空化，而空化间隙δ过小，其过流面积太小，影响空化效率。一般叶片上半部分46和叶片下半部分47的高度均为h₁，而2个叶轮3的中心距h优先为2.1～2.3h₁。

本发明中的搅拌式多级污水处理器长期工作时，需进行表面强化处理，当叶片表面破坏严重时需要更换叶片以继续进行污水处理。本发明搅拌式多级污水处理器安装适用范围广泛，叶片工作空间可采用圆柱形箱体或矩形箱体。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种搅拌式多级污水处理器，包括叶轮(3)和驱动部分，所述驱动部分通过轴(2)驱动叶轮(3)旋转，其特征在于，所述轴(2)上轴向间隔设有至少1个叶轮(3)，每个叶轮(3)的单叶片(4)由2个背对背安装的叶片单元构成，所述叶片单元(4)呈“Y”型结构，且在单叶片(4)中相邻叶片单元的背流面之间设有间隙；每个所述叶片单元(4)上设有叶片孔(43)。

2.根据权利要求1所述的搅拌式多级污水处理器，其特征在于，所述叶片单元(4)由叶片上半部分(46)和叶片下半部分(47)对称构成“Y”型结构，所述叶片上半部分(46)和叶片下半部分(47)分别设有叶片孔(43)，“Y”型结构的迎流-引流面(44)与叶轮(3)径向平行，用于使叶片单元(4)以切线方向与流体接触。

3.根据权利要求2所述的搅拌式多级污水处理器，其特征在于，呈“Y”型结构的所述叶片单元上的叶片孔(43)中心轴线与叶片上半部分(46)和叶片下半部分(47)之间对称面的夹角15°～75°。

4.根据权利要求2所述的搅拌式多级污水处理器，其特征在于，所述叶片上半部分(46)和叶片下半部分(47)表面至少设有2排叶片孔(43)，所述叶片上半部分(46)和叶片下半部分(47)上的叶片孔(43)交错分布。

5.根据权利要求2所述的搅拌式多级污水处理器，其特征在于，所述叶片孔(43)的形式为直孔或锥孔或台阶孔。

6.根据权利要求2所述的搅拌式多级污水处理器，其特征在于，所述叶片上半部分(46)与叶片下半部分(47)最大夹角θ₁为90°～180°。

7.根据权利要求1-6任一项所述的搅拌式多级污水处理器，其特征在于，至少2个叶轮(3)串联安装在轴(2)上，且相邻叶轮(3)的单叶片(4)相位角一一对应。

8.根据权利要求7所述的搅拌式多级污水处理器，其特征在于，相邻叶轮(3)的单叶片(4)之间设有空化间隙δ，用于在一个叶轮(3)的叶片下半部分(47)与相邻叶轮(3)的叶片上半部分(46)之间的两侧形成空化区域。

9.根据权利要求8所述的搅拌式多级污水处理器，其特征在于，所述空化间隙δ的范围为(0.05h，0.15h)，其中h为2个叶轮(3)的中心距。

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