CN204162498U - 太阳能微纳米气泡水机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能微纳米气泡水机。本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作方便、安全环保、成本较低的太阳能微纳米气泡水机，以提高污水处理和水质净化的效率。本实用新型的技术方案是：包括气液混合装置、直流直驱高压水泵、压力溶气罐、节流装置、太阳能电池板和PLC控制器，其中气液混合装置进水口接进水管路，气液混合装置进气口经电动阀门接气泵，该气液混合装置输出口依次经直流直驱高压水泵、压力溶气罐和节流装置接出水管路，压力溶气罐内表面黏贴电气石功能材料；压力溶气罐与节流装置之间管路上接有远传压力表，该远传压力表与PLC控制器电路连接，PLC控制器与电动阀门电路连接。进气口可根据需要连接臭氧气体发生器，提高处理效率。

Description

太阳能微纳米气泡水机

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能微纳米气泡水机。适用于污水处理、水质净化、水产养殖、农业生产等领域。

背景技术

人类在数量稀少、居住分撒的时代，环境中所有水域基本都保持着良好的质量，随着人类活动的逐渐频繁，水域污染才慢慢加重起来的，原因是人类活动排放的污染已经超出了水域自我净化能力的极限。

所有的水域都有一定程度的自净能力，这种自净能力来源于水中的溶解氧，如果水中缺氧，水域一定处于严重污染中。水中溶解氧含量越高，水域的自净能力越强，通常自然水域的天然溶解氧含量为1ppm左右。当水域中进入少量的污染物之后，水域中的溶解氧将污染物氧化分解成没有污染作用的无机物并以气体形态释放，水域中恢复洁净，再经过一段时间的自然溶解，水域中恢复溶解氧含量，从而实现水域自净能力的循环平衡，维持水域的洁净生态环境。

但是，当进入水域中的污染物总量超过水中溶解氧含量的自净能力时，水中的溶解氧含量在氧化分解部分污染物后被消耗光，剩余的污染物以溶解、悬浮两种形态与水分子结合成为庞大的胶体性质聚合分子团，在这种胶体聚合分子团中，所有的水分子都通过化学键连接和带电粒子电性吸附方式与污染物紧密结合，这种结合致使水分子因为所有的对外连接化学键和电性吸附间隙被水分子和其他污染物分子占据而失去了所有的活性和与其他物质结合的能力，即使采用强制曝气、通入氧气手段也无法使水中溶解氧，而污染物分子也因为所有的对外连接化学键和电性吸附间隙被水分子和其他污染物分子占据而不能直接氧化分解。这种庞大的胶体聚合分子团弥漫在全部水域中，导致整个水域丧失全部的溶解氧能力，水域的自净能力彻底消失。使用化学药剂也只能临时解除部分污染物与水的连接，但是这些药剂又与水形成新的连接，同样没有给氧创造出溶解于水的空间，因此这样的水域只能是污染越来越严重、使用化学手段越治理越污染的结果。

由于水中没有溶解氧，导致水中生长的各种好氧生物大量死亡而沉入水底，腐烂变质后沉积为水底淤泥，构成了水域中的内污染源，再加上垃圾、污水等其它污染物继续排入水中，导致水域的富养化污染程度进一步恶化，从而爆发多种重度污染表象，如发臭、蓝藻、赤潮、水葫芦等。因此污水处理过程实际上是给水中提供充足的活性氧的过程，只有保证水中有充足的活性氧、溶解氧，才能保证污水处理彻底，并且污水处理后没有后续污泥污染问题。

目前国内采用的水域污染治理技术中还没有任何一种技术可以彻底解决水域环境净化还原的问题，常规的方法为药剂处理、人工清理水底淤泥、打捞蓝藻和水葫芦等，而药剂实质是污染转化，暂时受到水净化效果，但是过了一段时间又会发生新的污染；人工清理水底淤泥只能维持2～3年的时间，并且不能改变水质，只能维护短期内水质不恶化；人工打捞蓝藻、水葫芦也只能解决眼前问题，蓝藻和水葫芦将继续并持续爆发，而打捞的蓝藻和水葫芦本身容易腐烂变质，产生恶臭气体，而国内还没有获得使用蓝藻和水葫芦处理的技术，所以这种做法等同于污染转型。因此纵观国内水域污染治理方案，普遍存在着使用临时手段解决眼前问题的现象，因此导致水域污染越治理越严重，水域污染定期或不定期爆发。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、操作方便、安全环保、成本较低的太阳能微纳米气泡水机，以提高污水处理和水质净化的效率。

本实用新型所采用的技术方案是：一种太阳能微纳米气泡水机，其特征在于：包括气液混合装置、直流直驱高压水泵、压力溶气罐、节流装置、太阳能电池板和PLC控制器，其中气液混合装置进水口接进水管路，气液混合装置进气口经电动阀门接气泵，该气液混合装置输出口依次经直流直驱高压水泵、压力溶气罐和节流装置接出水管路，所述压力溶气罐内表面黏贴电气石功能材料；气液混合装置输出的气水混合液经直流直驱高压水泵的旋转挤压形成微纳米气泡水，压力溶气罐使已经形成的气泡水进一步挤压、撞击形成更小的气泡水团。

所述压力溶气罐与节流装置之间管路上接有远传压力表，该远传压力表与PLC控制器电路连接，PLC控制器与所述电动阀门电路连接；

所述太阳能电池板经开关电路连接直流直驱高压水泵。

作为优选，所述电气石功能材料采用加利弗空气能健康软墙材料。

作为优选，所述压力溶气罐顶部装有泄压阀。

作为优选，所述泄压阀的泄压值为大于1.5或2.0Mpa时泄压。

作为优选，所述直流直驱高压水泵输出压力大于1Mpa。

作为优选，所述气泵进气口还接有臭氧气体发生器。

微纳米气泡水的物理与化学特性：

(1)压坏(微泡沫的压坏)现象

在水体中，由于微泡沫受到水的物理(水的流动过程产生的压缩和膨胀，旋涡流等)的刺激后，会因瞬间绝热压缩而产生超高压超高温的极限反应场。这个极限反应场能与周围的水作用生成效率高的OH等的自由基。而自由基分子是非常不稳定的活性物质，为了从其他的分子夺取电子以求自身的电平衡，会发挥出极强的氧化能力，这种强氧化性可以分解难分解的有害化学物质。利用微泡沫的压坏现象，在水体中会产生大量的纳米泡沫。这种纳米泡沫就是微泡沫压弄坏了之后才产生，所产生的纳米泡沫存在的时间不长，如果再结合纳米泡沫的稳定性技术，就可以开发高效率的纳米泡沫水。

(2)电离现象

气体在水中的溶度受气压影响较大，不过，如果电解质的离子化水，可以让溶入的微泡沫表面形成电双层的离子，并随着表面积的不断减少与急剧深缩，被包进去的纳米微泡沫就具有类似壳的保护效果被产生，可以让纳米泡沫内的气体散逸得以抑制，以实现微泡沫的稳定化蓄存，从而大大提高了溶解度。

(3)超声波性

微泡沫会因高能破裂而产生超声波，这种超声波对水体具有很强的杀菌作用；如果脱离水表面破裂会产生大量的负离子。

(4)带电性

微气泡表面带有负电荷，所以气泡间很难合为一体，在水体中能产生非常浓密而细腻的气泡，不会像常规气泡一样会融合增大而破裂。通常微泡沫的表面电位为-30～-50mv，可以吸附水体中带正电的物质。利用表面电荷对水体微粒的吸附性，可以把水体中的有机悬浮物固定而分离，这特性是它得以在水处理中发挥出超常分离效应的关键所在。

(5)滞留性

微泡沫在水体中上升速度非常的缓慢，似香烟雾在水中弥漫，如10μm的气泡，以每秒100μm的速度上升，在水体中上升1m，就需化3小时的时间，所以微纳米泡沫会很长地在水中逗留，这特性也是其具有高度溶解效率的核心所在。这种滞留性的产生与其气泡微小化浮力减少有关外，更重要是由它的电性所致，如果采用极板设计进行观察，随着电极的转换，可以看到小气泡的极性运动与Z字形缓慢上升的现象。

(6)自我加压性

微泡沫自身的表面具有较强的张力，在水中不断收缩，而形成气液临界表面积更大的超细微泡沫，最后收缩到一定程度则消失溶解于水体中，这是它具有强大溶氧性的原因所在。而且在收缩的过程中，随着气泡的缩小，气泡内的气压呈反比例地迅速提高，让泡内气体处于超高压状态，这种超高压状态与超高温效应结合，是微气泡产生超声波性状的重要原因所在。

(7)扩散性

微纳米泡沫与普通泡沫不同，普通泡沫因大气泡效应很快就会合并上升与破裂，在水中的扩散性差，在实施处理时，只局限于水体的局部环境，而微纳米泡沫具有极高的气泡密度与横向的扩散性，在具体生产实践中如果再结合大气泡曝气，可以产生更好的效果，因大气泡曝气可以加剧水体的对流，大大加快了和微纳米气泡的扩散速度，对于抵御温度成层破坏热与物质循环有很好的促进作用，低层水中包含的氨等有害物质也能对流的促进而被净化。在生产中因气泡的良好扩散性可以减少气泡发生点实现节能处理，在较大的水域还可以结合太阳能实现大水体的漂移处理。

(8)氧化性

因微泡沫在压坏时在局部处于强大的高温高压状态，激发大量的自由基，可以发挥出强大的氧化性。

(9)稳定性

气泡的逗留性可以让机能性的臭氧水实现物理化学稳定性，这是常规气泡所不具有独有特性。臭氧气体通过微纳米泡沫技术与电解质增进稳定技术的结合，可以达到数月保存的稳定性，这是微纳米泡沫特有的性状。

(10)杀菌性

纳米微泡沫的杀菌性与常规的杀菌技术有着独特的区别，它的杀菌过程包括吸引与杀灭两个过程，采用二相流体法生成的泡沫因两相摩擦而产生强大的静电，这种带电的气泡可以吸附水体中的细菌与病毒。随着气泡的缩小压坏破裂，于气泡周围激发大量的自由基及破裂所产生的超高温高压，把吸附的细菌病毒杀死。这过程是一个完全的物理杀灭过程与常规的消毒杀菌法有着本质的区别，所以它在环境保全型的农业生产中具有更实用的意义。

(11)生理活性

微纳米泡沫与常规泡沫最大的区别除了它的物理特性不同外，还具有明显的生物生理活性，这种区别在动植物的生产科研实践中得以证明。以扇贝的养殖为例，采用微纳米泡沫技术，扇贝的增长促进得以实现，稚贝类的成长得以近2倍的增重速度被提高，在养殖时间上可以减少一半。这与微泡沫使血流量水平提高有关，在微泡沫作用下，血流量可以提高2-3倍，但血流的脉动周期没有变化，只是平均血流量与振幅增大而已。另外，与微泡沫的温度效应有关，在微泡沫环境中生物体表的温度得以提高。而且贝类在微泡沫水体中其开口度是平常的2倍，这与贝类闭壳肌肉的松驰化有关。

电气石的物理化学特性：

电气石是一种以含硼为特征的结构十分复杂的硅酸盐矿物。电气石具有热电性、压电性、自发电极、红外辐射等独特而重要的性质，因此在水中它具有如下特有的作用：

(1)吸附性

电气石具有高的机械化学稳定性，不溶于酸，将电气石晶体置于待处理废水中，电气石晶体表面会吸附水中重金属离子并形成沉淀，使水中重金属离子浓度降低，通过水流搅动很容易使形成的沉淀脱离电气石表面，电气石可反复使用。在一定条件下电气石对废水中重金属离子的去除率能达到99％。

(2)电解性

在电气石表面厚度十几微米范围内存在107－104V/m的高场强。在此高强度的静电场的作用下，电气石附近的水分子发生电解，形成H+和OH_,H+和水分子结合形成活性分子H3O+，活性分子具有极强的界面活性，可以吸引水中的杂质、污垢，起到净化水源的作用；OH_和水分子结合形成负离子，可以增加空气中的负离子数，改善人们的生活环境。负离子可以分解空气中的有害物质，降低PM2.5的含量。

本实用新型的有益效果是：本实用新型为一种直接利用直流太阳能光伏电池板驱动直流直驱高压水泵，结合本设计的其他功能装置，实现微纳米气泡水发生的装，置采用自然太阳光作为动力，不消耗额外能源，节约资源和成本。本实用新型还增加了具有电气石的压力溶气罐设计，微纳米气泡水与电气石材料协同作用，提高在污水处理和水质净化中具有强力分解和还原有机物的能力，极大的提高污水处理和水质净化的效率。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图。

图2为本实用新型中节流装置的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例为一种太阳能微纳米气泡水机，包括气液混合装置2、直流直驱高压水泵3、压力溶气罐5、节流装置7、太阳能电池板4和PLC控制器12，其中气液混合装置2进水口连接进水管路1，气液混合装置进气口经电动阀门10接气泵11，气泵11进气口还可连接臭氧气体发生器14，气液混合装置输出口接直流直驱高压水泵3输入口，高压水泵输出口接压力溶气罐5输入口，压力溶气罐5输出口接节流装置7输入端，节流装置7输出端连接出水管路8。压力溶气罐5与节流装置7之间管路上接有远传压力表9，该远传压力表与PLC控制器12电路连接，远传压力表将压力信息传输给PLC控制器12。PLC控制器12电路连接电动阀门10，控制电动阀门10开闭。太阳能电池板4经开关13电路连接直流直驱高压水泵3，同时太阳能电池板也为其余元件供电。

本实施例中压力溶气罐5顶部装有泄压阀6，泄压阀6的泄压值为大于1.5或2.0Mpa时泄压，当外部管道遇特殊情况堵塞时，由泄压阀泄出压力。压力溶气罐5除进出管路和泄压管路开孔外其内表面用电气石功能材料黏贴，电气石功能材料可以参考选用中科院最新专利产品加利弗空气能健康软墙材料。

节流装置7安装在压力石溶气罐5的输出口，用长60mm,直径为45mm的不锈钢棍，加工成D32mm的标准外螺纹口，在距始端长度为57mm的部分加工成D32mm的标准水管内径以与溶气罐输出端相接，在距始端57mm和末端之间加工成直径为d3.5mm光滑的圆孔(见图2)，使气泡水释放输出。

本实施例的具体工作原理如下：

太阳能光伏电池板4采集太阳光发电经开关13给直流直驱高压水泵3供电。

需处理或净化的污水池或河道污水经进水管路1经气液混合装置2吸入直流直驱高压水泵3，气水混合流经高压电机的旋转挤压形成微纳米气泡水流送入压力溶气罐5。压力溶气罐5使已形成的气泡水进一步挤压、撞击以形成更小的气泡水团，同时在压力溶气罐内电气石功能材料的作用下，形成更多的羟基和负离子，增强水处理的效率。气泡水团经节流装置7释放并由出水管路8输出。

经研究表明要产生良好的微纳米气泡水(小于50um)，在设计溶解气体积比例1：9的情况下，直流直驱高压水泵3的输出压力须大于1Mpa的压力。当进气量大时，输出压力将降低，进气量小时，输出压力将增大，因此高压水泵输出压力的稳定是产生稳定微纳米气泡水的首要条件，本实施例用远传压力表9测试高压水泵的输出压力，并将数值送PLC控制器12分析，利用PLC控制器12控制电动阀门10，控制进气量，使输出压力基本恒定。

本装置可安装在河边、污水处理池边使用或使用浮动装置，在水处理池或河道内移动使用，可采用定时方式或测试溶解氧的方式对需处理或净化的污水循环不断的处理。也可安装在农业养殖的湖边或种植的田边，给鱼、虾等水产养殖或植物增氧使用。同时气泵11进气口可连接臭氧气体发生器14，使微纳米气泡中为臭氧气体分子，增强处理效果，用于河道或污水池污水的深度处理。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的范围内，做出的变化、改添加或替换，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种太阳能微纳米气泡水机，其特征在于：包括气液混合装置(2)、直流直驱高压水泵(3)、压力溶气罐(5)、节流装置(7)、太阳能电池板(4)和PLC控制器(12)，其中气液混合装置(2)进水口接进水管路(1)，气液混合装置进气口经电动阀门(10)接气泵(11)，该气液混合装置输出口依次经直流直驱高压水泵(3)、压力溶气罐(5)和节流装置(7)接出水管路(8)，所述压力溶气罐(5)内表面黏贴电气石功能材料；

所述压力溶气罐(5)与节流装置(7)之间管路上接有远传压力表(9)，该远传压力表与PLC控制器(12)电路连接，PLC控制器(12)与所述电动阀门(10)电路连接；

所述太阳能电池板(4)经开关(13)电路连接直流直驱高压水泵(3)。

2.根据权利要求1所述的太阳能微纳米气泡水机，其特征在于：所述电气石功能材料采用加利弗空气能健康软墙材料。

3.根据权利要求1所述的太阳能微纳米气泡水机，其特征在于：所述压力溶气罐(5)顶部装有泄压阀(6)。

4.根据权利要求3所述的太阳能微纳米气泡水机，其特征在于：所述泄压阀(6)的泄压值为大于1.5或2.0Mpa时泄压。

5.根据权利要求1所述的太阳能微纳米气泡水机，其特征在于：所述直流直驱高压水泵(3)输出压力大于1Mpa。

6.根据权利要求1所述的太阳能微纳米气泡水机，其特征在于：所述气泵(11)进气口还接有臭氧气体发生器(14)。