CN204324933U - 大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，主要由若干并联固定安装的微孔管(10)，与流体相关的区域则可以分为水腔、环形气腔两大部分组成。水腔与环形气腔之间的密封通过Ｏ形密封圈(26)、(28)来实现，以确保水腔与环形气腔之间除微孔管管壁之外能够完全封闭隔离；气体与原水之间的唯一通道是微孔管(10)管壁上微米级的小孔。工作中，原水通过切向入口管(24)进入微细气泡发生器的水腔内，而气体则通过进气口并经防冲板(27)减速漫流后进入微细气泡发生器的环形气腔内，进入环形气腔内的气体在内外压差作用下，以微细气流的形式通过微孔管(10)管壁上的微米级小孔被剪切分散地挤压入水腔中，在压力水流的冲刷作用下形成微细气泡。水腔中“微细气泡+水”的多相混合物在经出水口排出微细气泡发生器之前，通过丝网(29)把其中的大气泡予以切割阻挡；稳定工作后微细气泡发生器的顶部会产生一定的气相空间，多余的气体由排气口排出以保持液面基本不变。本实用新型结构简单、体积紧凑占地面积小、重量轻、加工制造成本低、微细气泡产生能力强、微细气泡与原水接触混合均匀、微孔管有效工作周期长、使用维护方便，便于工业化推广应用。

Description

大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器

技术领域

本实用新型涉及一种大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，适用于市政污水、含油污水等水质净化处理及其它适用于气浮或浮选法处理的工艺场合。

背景技术

气浮法水处理工艺就是设法在原水中产生足够数量、尺寸均匀的微细气泡(有时还一同加入浮选剂)，并使原水中的油颗粒、固体悬浮物(SS)等污染物质与气泡发生粘附，然后借助浮力上升到水面，通过收集泡沫浮渣达到水质净化的目的。根据微细气泡产生方式的不同，气浮技术可分为加压溶气气浮(Dissolved gas Flotation, DGF)、多相溶气泵气浮、诱导气浮(Induced Gas Flotation, IGF)、电解气浮等，目前在市政污水和工业废水处理行业应用较多的有加压溶气气浮和诱导气浮。

加压溶气气浮的基本原理是，首先将空气或其它气体在一定压力作用下溶解于待处理的原水中，并达到过饱和状态，随后降低溶气水的压力，使溶解在其中的气体以微细气泡的形式逸出，进而完成气浮过程。传统加压溶气气浮形成的气泡细小，但需要配气体增压输送设备(如空压机等)、填料溶气罐、释气器(如减压阀)等设备，致使系统组成较为复杂，运行能耗较高、设备占地面积较大等。随着多相流泵送技术的日益成熟，基于多相溶气泵的气浮技术越来越引起人们的关注。该技术与传统加压溶气气浮技术的最大区别在于，使用多相溶气泵代替了传统加压溶气气浮系统中的空压机、填料溶气罐等设备，在一台多相溶气泵内完成水增压、气体吸入、气体溶解剪切过程，泵出口的污水中已经含有大量的微细气泡。目前已知的多相流泵有美国Exterran^TM公司的ONYX-Micro Bubble泵、德国西门子公司的Brise^TM IGF泵、德国Edur公司的溶气泵、日本NIKUNI公司的涡流泵等，其中德国Edur公司的溶气泵产品线最为丰富、应用最为广泛。多相溶气泵所产生微气泡的粒径基本在30μm左右，气液混合程度高。虽然多相溶气泵气浮系统的配置简单，运行维护容易，但其功耗和泵自身的成本问题不可忽视。试验研究还发现，多相溶气泵对原水存在着较强的剪切乳化作用，对于有些原水(如含油污水等)而言，这种剪切乳化的负面影响不容忽视，甚至会引起净化效率的大幅度降低。

诱导气浮有机械诱导气浮和水力诱导气浮两种。机械诱导气浮也称叶轮旋切气浮，主要依靠电动机带动叶轮旋转，工作腔室所产生的负压环境致使气体自动进入，随后完成剪切以产生微气泡。该技术的主要缺点是机械系统的转动部件维护复杂，同时系统无法进行回流操作；同时存在液位控制难度较大、较易出现短流和死流区等不足，所产生微气泡的粒径与叶轮旋切强度密切相关，微气泡粒径通常在10~300μm之间，通过添加发泡剂粒径可减小至7~63μm。水力诱导气浮也称射流气浮，自20世纪80年代末在油气田或石化企业采油污水处理中得到了广泛应用，国内外相继出现了一批成熟可靠的射流气浮产品，如美国Cameron集团Wemco? ISF? Systems以及国内YFP喷射式诱导气浮机、FXP喷射式浮选机、YQJ型射流气浮净化机、HGF卧式诱导气浮罐等。射流气浮的关键元器件是射流器或高速文丘里管，喉管段水流流速较高、压力较低，致使气体自动进入，随后完成剪切以产生微气泡。射流气浮的电能消耗低(仅为叶轮旋切气浮的一半)，同时射流器或高速文丘里管内没有转动部件，剪切力较小，不会造成粘附体的破散。但是，射流气浮所产生的微气泡粒径较大，而且其效率受射流器或高速文丘里管出口孔径的影响较大，对进入喷嘴的水质和压力要求较为苛刻，较小的波动可能会对净化效率造成较大影响。

鉴于加压溶气气浮、多相溶气泵气浮、诱导气浮存在的不足，人们迄今一直不断探索研制新型高效的微细气泡发生设备。随着材料加工合成技术的不断进步和普遍应用，基于微孔介质材料的微孔发泡技术日益引起关注。该技术的基本工作原理是，通过微孔介质材料切割连续气体形成微细气流，水流“剪切冲刷”微细气流得到微气泡。与加压溶气气浮析出气泡相比，微孔发泡技术设备简单，省去了庞大的填料溶气罐，而且气体的利用效率较高、运行费用也相对降低；此外，该技术完全能够设法克服多相溶气泵气浮、诱导气浮对原水水流的强剪切作用。

美国Clean Water Technology公司在美国专利US6964740、US7347939、US7374689中提出了一种基于微孔发泡技术的气浮工艺，所设计的微细气泡发生器总体上采用同心管状布置，原水自上部入口进入到外环腔室后，经多个切向孔状入口切向向内进入内环腔室，自上而下地旋转流动。空气透过圆柱-圆锥状中心微孔管从内向外流动形成微细气流，在旋转水流的冲刷作用下便得到大量的微细气泡。但该微细气泡发生器结构较为复杂，而且原水在通过多个切向小孔流动的过程中，不仅流动阻力损失较大，而且对含油污水等水质的剪切乳化负面作用也较强。国内杨义勇、季林红等人在专利CN 101549257A中提出了一种气泡发生器以处理含藻海水，含藻海水通过直流方式进入进水管路，流经微孔膜管，同时压缩空间先通过充气接口送入到环形空腔，再由微孔膜管上的微孔进入到微孔膜管内，被微孔膜管分割的气流在微孔膜管内被高速流动的流体剪切作用下形成微细气泡并随流体进入管道结构的混合器。但是该方案结构进水管路采用直行形式，且流体中多混杂颗粒等杂质，会引起流体流动不均，甚至引起流体渗透进入环形空腔，导致冲刷气泡的效率大打折扣。进气管路虽然采用双入气口，但径向进入方式会引起气体在环形空腔内压力与流速不均匀，进而致使气体通过微孔进入微孔膜管内的流速不均匀，气泡直径跨度大，甚至加速流体湍流。专利CN 101347687B中也介绍了一种带微细气泡含油水的发生装置，核心设备溶气水发生器由柱状容器和其内的旋流式溶气水发生管组成，后者又包括带有切向导流口的圆柱形密封管部、圆锥形密封管部以及下部的圆柱段微孔管部。结构设计所达到的最终效果是，进入到圆柱段微孔管部含油污水呈螺旋状旋转，而进气腔内的带压气体穿过带有无数微小固定孔径的圆柱段微孔管壁，产生大量符合规定尺寸的微细气泡，并最终从旋流式溶气水发生管底部的开口流入第一出液腔。但该专利中的微孔管部采用微孔金属烧结管或微孔金属激光钻孔或微孔陶瓷管，在其所用操作参数条件下所产生的气泡粒径均值偏大且大气泡数量较多，因此在溶气水发生器后面串联使用了一个大气泡去除器。依据该技术加工制造的微气泡浮选撬结构较为庞大、运行维护麻烦，污水处理量300000BPD时配套微气泡浮选橇重达6.8t，且使用了2.5(m)×2.4(m)×3.5(m)和1.6(m)×1.2(m)×1.5(m)两个橇装。申请人在专利CN 203269611U中设计了一种污水气浮处理用微细气泡发生器，总体上由水腔管和单一一根微孔管组成，水腔管上部轴向端口封闭、下部端口与所述微孔管相连接，且其水腔管上部设有切向入口水管、中下部内壁上固定有螺旋导流片；微孔管外套设有环形气腔管，气腔管的侧壁上设有入口气管；微孔管的开口端与出口管相连接。工作时原水、气体分别通过入口水管、入口气管进入所述微气泡发生器的水腔管、环形气腔管，气体经管壁微孔切割并经过处理水流的不断冲刷剪切形成微细气泡，并最终形成“微细气泡+原水”的多相混合物从出口管排出。该结构的微细气泡发生器能够有效地产生足够数量、尺寸均匀的微细气泡，其优良的性能已经在油田现场使用中得到了成功验证，但原水流量不大于10m³/h，离满足工程实际中动辄上数百m³/h的流量需要尚有差距，且不能通过简单放大该微气泡发生器水腔管、微孔管相关直径尺寸的方式来予以解决。

基于上述原因，有必要进一步研制开发新型的微细气泡发生器，克服上述气泡发生装置的不足。

发明内容

根据背景技术所述，本实用新型的目的在于开发一种大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，以使其结构简单、节能、流量大、易于制造和推广。

为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，适用于市政污水、含油污水等水质净化处理及其它适用于气浮法或浮选法处理的工艺场合。新型微细气泡发生器的核心部件为上述微孔管(10)，与流体相关的区域则可以分为水腔、气腔两大部分。水腔由封头(1)、水腔外壳(2)、平板(4)、微孔管(10)的内腔、法兰盘(13)、水腔外壳(17)法兰盘(18)、平板(25)共同包围而成。处理水流体管路连接方式为切向入口管(24)与水腔短管(23)切向连接，水腔短管(23)通过平板(12)与微孔管(10)连接，微孔管(10)与出水口通过多孔平板(4)连接，出水口另一端接水出口管路，从而实现对处理水中添加微气泡的过程。

气腔为气腔外壳(9)与微孔管(10)之间的环形空间，通过法兰盘(5)、(11)和平板(4)、(12)连接包围而成，并由进气口与外界气源连接。外界气源与进气口相连，进气口位于气腔外壳中部。水腔与气腔之间的密封通过Ｏ形密封圈(26)、(28)来实现，并应确保水腔与气腔之间除微孔管之外能够完全封闭隔离，致使气体与污水的唯一通道便是微孔管(10)上微米级的小孔。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下优点和效果：

(1)本装置能有效地产生足够数量、尺寸均匀的微细气泡，完全能够满足水质气浮净化处理工艺的需要；

(2)本装置结构紧凑、重量轻、占地面积小；

(3)本实用新型系统设备避免了因处理水中杂物堵塞微孔管而带来的清理麻烦，能够实现长期稳定运行，且无转动部件，使用安装维护修理简易；

(4)本实用新型系统设备节能，只有提高气体压力耗功，无其它功耗；

(5)本实用新型系统运行费用低，易于推广普及；

(6)本实用新型系统可以适应不同的工作流量需求。

附图说明

图1为实施例一中大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器的结构示意图；

图2为图1中的A-A断面图；

图3实施例二中大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器的结构示意图；

图4为图3中的A-A断面图；

图5实施例二中水质气浮净化处理用微细气泡发生器消除大气泡的扩张管的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1～2所示，该种水质气浮净化处理用微细气泡发生器，属于体内消除大气泡，适用于市政污水、含油污水等工业废水处理及其它适用于气浮法或浮选法处理的工艺场合。与流体相关的区域则可以分为水腔、气腔两大部分。新型微细气泡发生器的核心部件为上述微孔管10，微孔管10为一个圆柱状陶瓷管，也可以是其他材料合成加工而成的、带有大量微细孔隙、且具有一定强度和耐腐蚀性的圆柱管状构件，如陶瓷微孔膜管(如Shirasu porous glass membranes，SPG膜)，也可以是其他材料合成加工而成的、带有大量微细孔隙、且具有一定强度和耐腐蚀性的管状构件，如聚乙烯(PE)微孔膜管、金属粉末烧结而成的金属微孔管等。微孔管内部为流体通道，外部与气腔外壳(9)之间形成环形空间，通过法兰盘5、法兰盘11、平板4、平板12连接形成气腔。气腔内的气体具有一定的压力，使气体能够克服微孔管10管体的阻力，进入微孔管10内部的流体通道。气体压力一般应高出水流压力0.1-0.2MPa，最合适的压力差宜为0.15MPa。水腔由封头1、水腔外壳2、平板4、微孔管10的内腔、法兰盘13、水腔外壳、17法兰盘18、平板25共同包围而成。处理水流体管路连接方式为切向入口管24与水腔短管23切向连接，水腔短管23通过平板12与微孔管10连接，出水口另一端接水出口管路。处理水通过进水口进入水腔，通过切向入口管24切向进入水腔短管23，并在水腔短管23内旋流进入微孔管10内；环形气腔内的气体在压差作用下，以微细气流的形式通过微孔管10管壁上的微米级小孔被剪切分散地挤压入水腔中，在压力水流的冲刷作用下形成微细气泡；与此同时，也会有部分气体在压力作用下溶解在原水中形成溶气水，在后续处理工艺过程中会因压力的降低而从原水中以微细气泡的形式从原水中释放出来。最终通过出水口将“微细气泡+原水”的多相混合物排出。

为了保护最临近进气口的微孔管10，避免气流对该微孔管造成过度冲刷而致使破坏，进气口附近设置有防冲板27，防冲板27为弧形，当然也可以采用其它适宜的形状。

如果对微细气泡的总体粒径分布要求特别高，需要设法对“微细气泡+原水”多相混合物中的大粒径气泡予以控制。为此，设置有消除大气泡的丝网29，以阻止大气泡进入下一步工序；当然，部分大气泡甚至会直接上升而难以达到出水口附近。随着大气泡的不断积累和增多，稳定工作后微细气泡发生器的顶部会产生一定的气相空间，可以将多余的气体由排气口排出，以保持液面基本不变。如果有事某种意外原因而致使水腔压力短时间内大于气腔压力，也可能会使得原水从水腔经微孔管而进入气腔内，此时可以将多余的液体从排液口排出。

显然，微细气泡的形成效果可以通过微孔管孔壁的孔隙大小、环形气腔-水腔之间的内外压差、水流的剪切速度等因素予以调节。气腔-水腔之间的内外压差可以通过调节气源的供气压力等来实现，水流的剪切速度可通过调节入口污水的流量等来实现。微孔管采用并联固定安装的方式，可以根据不同的工作流量需求设置不同数目的微孔管，也可以根据不同的工作流量需求而在入口管24的端部加装相应数量的闭水帽。此外，根据在原水压力保持不变的情况下，可以通过调节气源压力而改变所产生维细气泡的直径大小。

显然，当气源气体为空气或含氧量较高的气体(尤其是纯氧时)，该新型微细气泡发生器还可以用于向原水中充氧，辅助强化好氧生化过程的进行。

实施例二：

如图3～5所示，该种水质气浮净化处理用微细气泡发生器，属于体外消除大气泡，没有实施例一中的丝网，上部采用平封头，大气泡需要在微细气泡发生器外消掉，为此可以采取扩张管方案。图3中的出水口接图5中的进水口，扩张管作用有两个：(1)使待净化污水具有足够的稳定时间，一般在1分钟左右；(2)释放未能溶解的多余气体，起到气液分离罐的作用。由于空气与水在微孔管内接触时间较短，吸入的空气不可能完全溶解，其中必然存在一定量的大气泡。为了去除这些大气泡，增设了扩张管，气－水混合液进入扩张管，增加了空气与水的接触时间，使得空气能够进一步充分溶解，同时将未溶解的空气自放气阀排出。另外，为了便于操作，也为了使未溶解的大气泡更易于从溶气水中分离出来，扩张管与水平面成20°夹角倾斜安装，溶气污水自扩张管上部进入。

Claims (5)

1.一种大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，包括：若干并联固定安装的微孔管(10)，与流体相关的区域则可以分为水腔、气腔两大部分及相应的法兰、水气入口、水出口共同组成，其特征在于：气腔为气腔外壳(9)与微孔管(10)之间的环形空间，通过法兰盘(5)、(11)和平板(4)、(12)连接包围而成，并由进气口与外界气源连接；水腔由封头(1)、水腔外壳(2)、平板(4)、微孔管(10)的内腔、法兰盘(13)、水腔外壳(17)法兰盘(18)、平板(25)共同包围而成，进气口与外界气源连接，进水口与待处理的原水连接，并通过出水口将微细气泡与原水的多相混合物排出。

2.根据权利要求1所述的大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，其特征在于：水腔与气腔之间通过Ｏ形密封圈(26)、(28)来实现密封，水腔与气腔之间除微孔管(10)之外完全封闭隔离；微孔管(10)为圆柱状陶瓷微孔膜管。

3.根据权利要求1所述的大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，其特征在于：原水由进水口进入水腔，污水通过切向入口管(24)进入微细气泡发生器的水腔内，污水采用切向进入方式，入口管(24)的端部加装闭水帽；进气口位于气腔外壳(9)中部，并加装有防冲板(27)。

4.根据权利要求3所述的大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，其特征在于：防冲板(27)是弧形。

5.根据权利要求1所述的大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器，其特征在于：出水口设置有消除大气泡的丝网(29)。