CN204522788U - 一种增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，可根据需要发生水-空气或水-臭氧微-纳米泡，包括依次连接的第一级混合溶气系统、第二级混合溶气系统和压力释放输出系统、以及连接上述三个系统的监控系统。本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统可使用于污水处理工程降解COD、BOD、除臭脱色、杀菌灭毒；也可使用于民生以提高水质和水中氧气、臭氧含量，用于卫生保健业的健肤润肺及水产养殖业。

Description

一种增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统

技术领域

本实用新型涉及水污染治理技术领域，更具体地说，涉及一种增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统。

背景技术

工业化和城镇化极大地增加了水资源保护和污水治理的工作量，常规的污水治理效率急待提高，此外占用土地的矛盾也日益加剧。利用微-纳米泡带有负电和上浮速度慢等特性，可明显提高污水治理效率、杀菌灭毒和减少需要占用的土地，此外在水产养殖业和健肤润肺等卫生保健业领域也有明显效益。

现有的“压力溶气微气泡发生装置”产生的气泡直径还远不能真正达到微/纳米级水平，这其中主要原因主要是以自吸方式进气，气流量一定时，气流体粗度在大尺度状态下，动力体系难以在短时间内把动能和压能有效地转化成巨大的表面能，更不能自如一体地运用不同比重的气源(如气源既可以是空气，也可以是臭氧)产生有效的微-纳米气泡。

其中发明专利ZL200910109601.5《地表水受控在线分级测试识别和分质排放监控系统及方法》、发明专利ZL201210125049.0《水质水文环境感知与水利设施一体化的智能管理系统和方法》以及发明专利ZL2013103576009《基于分质排放和分质处理的水污染防治系统及方法》实现了设施分级在线监测并依据在线监测数据快速自动执行分质排放和分质处理，并对设施进行远程控制的功能，但是这些分质处理技术中，无法对水和气制成微-纳米气泡的二相液分质处理的效果进行有效控制，且目前也没有既能处理COD、BOD、除臭脱色、杀菌灭毒过程又具备很好的性价比的简单设备使水处理效果更好，更无法通过远程技术实现多级管理部门同时掌握和管理管辖区域内的监控点的处理COD、BOD、除臭脱色、杀菌灭毒实时状态。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，解决了现有技术中的“压力溶气微气泡发生装置”产生的气泡直径还远不能真正达到微/纳米级水平的问题以及无法对水和气制成微-纳米气泡的二相液分质处理的效果进行有效控制。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，包括第一级混合溶气系统、第二级混合溶气系统、压力释放输出系统、以及分别与所述第一级混合溶气系统、第二级混合溶气系统和压力释放输出系统相连接的监控系统，所述第一级混合溶气系统用于对气体增压并将气体形成截面为微米级的微细气柱，通过与水体射流的相互作用将所述微细气柱切割粉碎，并与所述水体射流混合，形成第一级增压气水混溶液；所述第二级混合溶气系统用于对所述第一级增压气水混溶液增压、加速，进而提高气水的混溶程度，得到第二级增压气水混溶液；所述压力释放输出系统用于控制所述第二级增压气水混溶液在压力达到所需值时突然释放，产生爆轰效应，形成气水微-纳米泡混溶液；所述监控系统用于在线监测并控制所述第一级混合溶气系统、第二级混合溶气系统和压力释放输出系统，并实现与互联网的通讯以及远程控制。

在本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统中，所述第一级混合溶气系统包括水体射流形成装置和气体预粉碎装置；所述水体射流形成装置包括进水喷嘴，所述进水喷嘴的一端形成内径为D的进水口，所述进水喷嘴的另一端形成内径为d的出水口，其中D＞d；所述气体预粉碎装置包括用于对气体增压的压缩机、至少一用于储存气体的透气储气仓、至少一用于将增压的气体引入进所述透气储气仓的进气导管、以及用于从所述进水喷嘴内引入所述水体射流并发生所述水体射流切割粉碎所述微细气柱的缩径水管；所述透气储气仓由微米级多筛孔的透气筛壁构成；所述缩径水管的内孔径为d且所述缩径水管一端开口与所述出水口相对接，所述透气储气仓设置在所述缩径水管的内孔内，每一所述进气导管的一端从所述缩径水管的外周壁插入并与每一所述透气储气仓一一对应连通，每一所述进气导管的另一端与所述压缩机相连接。

在本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统中，所述透气储气仓内的气体被增压至1.5bar-2.0bar时，气体穿透过所述透气筛壁形成所述微细气柱；所述透气筛壁的厚度为1.0mm-1.5mm，所述透气筛壁上的筛孔≤50微米。

在本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统中，所述第二级混合溶气系统包括动力水泵以及与所述动力水泵相连接的用于调节所述动力水泵的功率调节装置，所述动力水泵与所述缩径水管相连。

在本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统中，所述压力释放输出系统包括与所述动力水泵相连的用于储放所述第二级增压气水混溶液的储液罐、连接至所述储液罐的用于待压力增至所需值时突然释放所述第二级增压气水混溶液形成气水微-纳米泡混溶液的释放阀、以及用于输出所述气水微-纳米泡混溶液的输出口；所述储液罐的顶端设有用于释放未混溶气体的排气阀；在所述释放阀的内侧设有用于在线监测所述第二级增压气水混溶液释放前的压力的数字式压力监测仪，在所述释放阀的外侧设有用于在线监测所述气水微-纳米泡混溶液的输出流量的流量监测计。

在本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统中，所述监控系统分别与所述第一级混合溶气系统的压缩机、第二级混合溶气系统的功率调节装置以及压力释放输出系统的数字式压力监测仪、释放阀和流量监测计相连接；所述监控系统还配置有远程数据传输装置，所述远程数据传输装置与互联网连接且用于运行过程的远程控制和数据的远程传输。

实施本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，具有以下有益效果：本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统中，利用简单的设备和普通水泵，即可制备出气水微-纳米泡混溶液，适用于污水治理工程，有利于显著提高治理效率和降低治理成本，本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统可适用于污水处理工程，高效地降解COD、BOD、除臭脱色、杀菌灭毒；也可使用于民生以提高水质和水中氧气、臭氧含量，用于卫生保健业的健肤润肺及水产养殖业。

附图说明

图1为本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统的方框示意图；

图2为本实用新型的第一级混合溶气系统的结构示意图；

图3为本实用新型的压力释放输出系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统的原理和具体实现作进一步说明，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统适用于污水治理工程，有利于显著提高治理效率和降低治理成本，可以将本系统接入需要治理的污水气浮池回路，使系统的输出管设置在靠近曝气池底部，将向系统回流的回流管口设置在气浮池的上部，但避开池中的气浮物层。

如图1所示，本实用新型的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统包括依次连接的第一级混合溶气系统、第二级混合溶气系统和压力释放输出系统，还包括分别与上述三个系统相连的监控系统。

如图2所示，第一级混合溶气系统包括水体射流形成装置和气体预粉碎装置，其中水体射流形成装置包括驱动水泵和进水喷嘴1，气体预粉碎装置包括压缩机、至少一透气储气仓2、至少一进气导管3以及缩径水管4，进气导管3分别与压缩机和透气储气仓2相连接，缩径水管4与进水喷嘴1相连接。其中压缩机是用于对气体增压的，透气储气仓2与进气导管3是一一对应的，其数量可以是一个，也可以是两个或更多个。

如图2所示，进水喷嘴1的一端形成内径为D的进水口11，进水喷嘴1的另一端形成内径为d的出水口12，其中D＞d，优选D/d≥1.5～2，这样形成的水体射流可以起到较佳的切割粉碎微细气柱的作用，其中进水喷嘴1内壁从内径D平滑过渡至内径d；缩径水管4的内孔径为d且缩径水管4一端开口与出水口12相对接，透气储气仓2设置在缩径水管4的内孔内，进气导管3的一端从缩径水管4的外周壁插入并与透气储气仓2连通，进气导管3的另一端与压缩机相连接。其中透气储气仓2优选为圆柱体状，透气储气仓2仅有一端是开口的且与进气导管3相连通，透气储气仓2以其轴向垂直于缩径水管4的轴向的方式设置在缩径水管4内。

上述透气储气仓2是由微米级多筛孔的透气筛壁构成的圆柱管状体，当压力不够时，气体储存在透气储气仓2内；当压力大于一定值时，储存在透气储气仓2内的气体会穿过透气筛壁形成微米级的微细气柱。该透气筛壁优选使用钢性材料制成，既能满足承受压力的需求，又尽量的节省成本。其中钢性透气材料形成的透气筛壁的厚度与压缩机对气体的压力及进气量要求相关，实际控制厚度优选为1.5mm-2.0mm，同时钢性透气材料制备的透气筛壁的筛孔≤50微米，一般要求在7微米≤筛孔≤35微米之间为优。气体从透气储气仓2内穿过透气筛壁喷出气柱粗度≤50微米时，可以得到效果较好的气水微-纳米泡混溶液，形成微纳米泡颗粒组的良好粒径分布。且上述优选的厚度和筛孔的透气筛壁形成的透气储气仓2内的压力只需达到1.5bar-2.0bar，气体即可穿过透气筛壁形成微细气柱，对压力的要求不高，使用普通压缩机即可，容易实现，节省成本。

钢性透气储气仓2的加工方法和步骤是：先以线切割方法加工出设计的圆柱体；以钻具钻出圆柱体内孔径形成透气储气仓2空间；以酸液清洗圆柱体内外侧；再以电火花电蚀圆柱体内外侧；最后加工透气储气仓2的内螺纹，该内螺纹用于与进气导管3实现螺纹连接。

当气体在透气储气仓2内和透气储气仓2外的压力差大于透气储气仓2的阻力值时，气体从透气储气仓2喷出形成微米级微细气柱。

如图2所示，第二级混合溶气系统包括动力水泵5以及与动力水泵相连接的功率调节装置，其中动力水泵5与第一级混合溶气系统的缩径水管4相连。

如图3所示，压力释放输出系统包括：与动力水泵5相连的用于储放第二级增压气水混溶液的储液罐6、连接至储液罐6的用于待压力增至所需值时突然释放第二级增压气水混溶液形成气水微-纳米泡混溶液的释放阀7、以及用于输出气水微-纳米泡混溶液的输出口61；储液罐6的顶端设有用于释放未混溶气体的排气阀8。在释放阀7的内侧设有用于在线监测第二级增压气水混溶液释放前的压力的数字式压力监测仪9，在释放阀7的外侧设有用于在线监测所述气水微-纳米泡混溶液的输出流量的流量监测计10。需要说明的是，这里“释放阀7的内侧”是指释放阀7靠近储液罐6的一侧，即在释放阀7与储液罐6之间设置数字式压力监测仪9；“释放阀7的外侧”是指释放阀7背离储液罐6的一侧，即在释放阀7与输出口61之间设置流量监测计10。

在系统开始运行后，压缩机开始工作，待气体被增压到设定压力时，依次启动驱动水泵和打开进气阀门。水流通过驱动水泵带动流经进水喷嘴1形成水体射流，气体(如：空气或臭氧)由压缩机通过进气导管3压入透气储气仓2内，气体在压力较小时并不能从透气储气仓2透出，可以暂时储存在透气储气仓2内，压缩机继续对气体施加压力，透气储气仓内2的气体在压缩机的增压压力和透气储气仓2外的水体射流形成的负压共同作用下，穿过透气储气仓2喷向缩径水管4中的高速水流并被切割成沿透气储气仓2的径向和轴向射出的微米级的微细气柱，射出的微细气柱被进水喷嘴1喷出的水体射流再切割、粉碎，混合形成第一级增压气水混溶液，并流进第二级增压混合溶气系统的动力水泵5的流道中。在第一级增压混合溶气过程中，系统将部分的压力能和动能转变为气-液两相的表面能。

需要说明的，上述气体可以是不同气源、可以是空气、氧气也可以是臭氧等等。

当气体在透气储气仓2内和透气储气仓2外的压力差大于透气储气仓2的阻力值时，从透气储气仓2喷出的微米级微细气柱与高速水流相互剪切力作用下，气体转变成独立的微细小泡，产生气-水两相的增压、溶气、混合效果，形成第一级增压气水混溶液，这是对气体作增压预粉碎的核心环节，它强化了整个系统气-水两相的增压、溶气、混合效果。

第二级混合溶气系统将进入动力水泵5叶轮根部的第一级增压气水混溶液进一步加速、增压和混合，形成第二级增压气水混溶液，进一步强化气体和水体的溶混程度并将第二级增压气水混溶液压向压力释放输出系统的储液罐6中。气体和水体的溶混程度和第二级增压气水混溶液的输出流量和压力可通过功率调节装置在一定范围内调节。从气水溶混的两相液中分离出的大尺度气体从排气阀8排放出储液罐6外。其中形成的第二级增压气水混溶液在动力水泵5中的压力优选为3.0bar-4.0bar。

动力水泵5可以是不同形式的动力泵，可选涡流系列泵或其它离心、自吸、多级增压系列泵。

压力释放输出系统将接受的第二级增压气水混溶液注入储液罐6内，待其压力增至所需值，一般是3.5bar-4.0bar，即自动开启释放阀7，通常是指截流阀，当然也可以其它种类的阀门，使第二级增压气水混溶液突然释放压力，产生爆轰效应，形成气水微-纳米泡混溶液，这一效应中的主要能量集中转变为气水微-纳米泡混溶液的颗粒的表面能，形成所需级别的气水微-纳米泡混溶液，输向使用终端。

本实用新型的监控系统分别与第一级混合溶气系统的压缩机、第二级混合溶气系统的功率调节装置以及压力释放输出系统的释放阀7、数字式压力监测仪9和流量监测计10相连接。具体地，监控系统用于在线监测对第一级混合溶气系统的进气种类、进气压力和进气量，并进行控制；监控系统对第二级增压气水混溶液释放前的压力控制释放阀7的开启(即截流阀的开启)；监控系统还通过在线监测第二级增压气水混溶液释放前的压力和释放后的气水微-纳米泡混溶液的输出流量进而控制调节第二级混合溶气系统中动力水泵5的功率调节装置，进而调节第二级增压气水混溶液的压力和输出流量，以保证输出连续、稳定。

监控系统还配置有远程数据传输装置，远程数据传输装置与互联网连接且用于运行过程的远程控制和数据的远程传输，即实现系统运行状态的数据远程传输和远程控制。

需要说明的是，根据使用的气体(空气、氧气或臭氧)设定压缩机输出压力；系统启动后，气浮池回流水从系统的进水喷嘴的进水口吸入被加速成高速水流。缩径水管4内的高速水流随即受到圆柱形透气储气仓2的阻碍，不仅原来呈层流的射流束突然改变流向，变成湍流，并对从透气储气仓2喷出的微细气柱进行冲撞、切割、混合和搅溶。压缩机输出压力通过压力监测器监测并传输到监控系统。虽然压缩机的输出压力已经按照气体的种类事先设定，压缩机自动按设定压力启动停止；但根据第二级增压气水混溶液释放前的压力变化需要增加压缩机输出压力时，监控系统即发出指令并修改原先设定的目标压力值，使压缩机将按新的目标压力运行。

从第一级混合溶气系统流入动力水泵5的第一级增压气水混溶液被动力水泵5进一步增压、进一步将气-水搅溶混合；动力水泵5通过功率调节装置和监控系统连接，用变频器调节动力水泵5功率。正常情况下，动力水泵5在50HZ的频率和略低于额定功率运行；当监控系统发现为保持输出流量输出端的第二级增压气水混溶液的压力会降低时，就会指令功率调节装置适当增大频率。需要作这种调节的时刻和调节的幅度通过本实用新型的整体系统与用户系统安装连通进行调试确定。

动力水泵5输出的第二级增压气水混溶液经过气液分离器被送入储液罐6中，储液罐6输出端设置有与监控系统相连接的数字式压力监测仪9以及释放阀7(即截流阀)和流量监测计10；当储液罐6内第二级增压气水混溶液的压力达到设定值时，通常是3.5bar-4.0bar，监控系统即指令开启释放阀7，使经过释放阀7喷出的第二级增压气水混溶液突然释放压力，突然释放压力的第二级增压气水混溶液在经过释放阀7前，需事先调节好控制流量的释放阀7，使突然释放压力输出的第二级增压气水混溶液发生爆轰效应，形成设定流量的气水微-纳米泡混溶液。

系统可以对不同气源的输入进行选择性控制，使得同一装备设施能根据需要选择不同气源，形成不同功能：如空气源的气浮功能、臭氧溶水的杀菌灭毒功能或纯氧源的养护功能。

监控系统具有在线监测、识别和控制功能；可根据设定的要求进行开机启动、运行、关闭；并选择气源、气量、气压；水压、进出水量。控制原则是：以控制第一级增压气水混溶液的进气量为基础，第二级增压气水混溶液压力为依据，以气水微纳米泡混溶液输出流量和效果为目标。

自适应调整动力水泵功率(频率)和进气端压缩机压力目标值。由于现场条件多样多变，监控系统自适应调整的启动点和调节的幅度需要从本实用新型的整体系统和用户系统联通的调试过程获得的数据给出。

为了远程传输系统的运行数据和对其进行远程控制，为监控系统增配数据远程传输单元(DTU)与互联网连接。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，其特征在于，包括第一级混合溶气系统、第二级混合溶气系统、压力释放输出系统、以及分别与所述第一级混合溶气系统、第二级混合溶气系统和压力释放输出系统相连接的监控系统，

所述第一级混合溶气系统用于对气体增压并将气体形成截面为微米级的微细气柱，通过与水体射流的相互作用将所述微细气柱切割粉碎，并与所述水体射流混合，形成第一级增压气水混溶液；

所述第二级混合溶气系统用于对所述第一级增压气水混溶液增压、加速，进而提高气水的混溶程度，得到第二级增压气水混溶液；

所述压力释放输出系统用于控制所述第二级增压气水混溶液在压力达到所需值时突然释放，产生爆轰效应，形成气水微-纳米泡混溶液；

所述监控系统用于在线监测并控制所述第一级混合溶气系统、第二级混合溶气系统和压力释放输出系统，并实现与互联网的通讯以及远程控制。

2.根据权利要求1所述的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，其特征在于，所述第一级混合溶气系统包括水体射流形成装置和气体预粉碎装置；

所述水体射流形成装置包括进水喷嘴(1)，所述进水喷嘴(1)的一端形成内径为D的进水口(11)，所述进水喷嘴(1)的另一端形成内径为d的出水口(12)，其中D＞d；

所述气体预粉碎装置包括用于对气体增压的压缩机、至少一用于储存气体的透气储气仓(2)、至少一用于将增压的气体引入进所述透气储气仓(2)的进气导管(3)、以及用于从所述进水喷嘴(1)内引入所述水体射流并发生所述水体射流切割粉碎所述微细气柱的缩径水管(4)；

所述透气储气仓(2)由微米级多筛孔的透气筛壁构成；

所述缩径水管(4)的内孔径为d且所述缩径水管(4)一端开口与所述出水口(12)相对接，所述透气储气仓(2)设置在所述缩径水管(4)的内孔内，每一所述进气导管(3)的一端从所述缩径水管(4)的外周壁插入并与每一所述透气储气仓(2)一一对应连通，每一所述进气导管(3)的另一端与所述压缩机相连接。

3.根据权利要求2所述的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，其特征在于，所述透气储气仓(2)内的气体被增压至1.5bar-2.0bar时，气体穿透过所述透气筛壁形成所述微细气柱；所述透气筛壁的厚度为1.0mm-1.5mm，所述透气筛壁上的筛孔≤50微米。

4.根据权利要求2所述的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，其特征在于，所述第二级混合溶气系统包括动力水泵(5)以及与所述动力水泵(5)相连接的用于调节所述动力水泵的功率调节装置，所述动力水泵(5)与所述缩径水管(4)相连。

5.根据权利要求4所述的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，其特征在于，所述压力释放输出系统包括与所述动力水泵(5)相连的用于储放所述第二级增压气水混溶液的储液罐(6)、连接至所述储液罐(6)的用于待压力增至所需值时突然释放所述第二级增压气水混溶液形成气水微-纳米泡混溶液的释放阀(7)、以及用于输出所述气水微-纳米泡混溶液的输出口(61)；所述储液罐(6)的顶端设有用于释放未混溶气体的排气阀(8)；

在所述释放阀(7)的内侧设有用于在线监测所述第二级增压气水混溶液释放前的压力的数字式压力监测仪(9)，在所述释放阀(7)的外侧设有用于在线监测所述气水微-纳米泡混溶液的输出流量的流量监测计(10)。

6.根据权利要求5所述的增压预粉碎气水微-纳米泡混溶液发生的系统，其特征在于，所述监控系统分别与所述第一级混合溶气系统的压缩机、第二级混合溶气系统的功率调节装置以及压力释放输出系统的数字式压力监测仪(9)、释放阀(7)和流量监测计(10)相连接；

所述监控系统还配置有远程数据传输装置，所述远程数据传输装置与互联网连接且用于运行过程的远程控制和数据的远程传输。