CN209367830U - 一种双射流立式水力超空泡反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双射流立式水力超空泡反应装置，其特点是，包括从上至下设置的混流腔室、环型喷射腔室、增压反应腔室和底座依次固连。在混流腔室设有进气调节装置和双射流喷嘴，能够对污水（污泥）空泡产生的过程、能量的消耗、能量的转化实现有效的控制，促进动能与势能的有效转化，使空化过程连续进行，增强了污水（污泥）处理过程的物理、化学反应效果。该装置性能可靠，能耗低，运行参数可调，处理效率高，适用于城镇及工业污水（污泥）的处理。

Description

一种双射流立式水力超空泡反应装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，是一种双射流立式水力超空泡反应装置。

背景技术

当今，在环保领域中，有机污染物是造成水污染的最重要因素之一；城市生活废水及工业污水处理的日处理量与日俱增。

目前污水处理中，生物法仍占据主导地位。生物法处理污水伴随着剩余污泥的产生是必不可少的，污泥处理、处置占整体污水处理费用投资及运行费用20-50%，高浓度的有机废水，污染物高，处理工艺复杂，投资及运行费用也非常高，已成为污水处理行业沉重的经济负担和难点。

现有的生物处理污水（污泥）工艺中，利用空化技术产生的高聚能，实现污泥处理、处置“减量化、稳定化、无害化、资源化”的要求和解决处理高浓度有机污染物的可生化性，提高生物处理高浓度废水的效率、范围。已推出了超声空化、文丘里管、单孔板、多孔板、射流等空化反应器，应用于污泥处理、处置，高浓度有机废水的预处理，但是，存的问题是，处理效率低，反应时间长，一次性处理量小，能耗大等缺点。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构合理，能够对空化过程中液流能量的消耗给予补充，使能量充分利用，空化过程连续性好，处理效果佳的双射流立式水力超空泡反应装置。

实现本实用新型的目的采用的技术方案是：一种双射流立式水力超空泡反应装置，其特征是，包括从上至下设置的混流腔室4、环型喷射腔室8、增压反应腔室2和底座1，所述混流腔室4、环型喷射腔室8、增压反应腔室2和底座1依次固连，所述混流腔室4由混流腔室外筒404，在混流腔室外筒404上固连的混流腔室顶盖405，在混流腔室外筒404内置的环型喷射腔室内锥体3的顶部锥体和伸入混流腔室外筒404内进气调节装置5的进气管501构成的容积；所述环型喷射腔室8由环型喷射腔室内锥体3及其底端的底锥体，固定在环型喷射腔室外筒803内侧的环型喷射腔室外锥体802构成的容积；所述增压反应腔室2由增压反应腔室外筒203，在增压反应腔室外筒203的底端固连有增压反应腔室底板201，在增压反应腔室外筒203内中心位置设置的增压反应腔室锥形底座302构成的容积；在增压反应腔室外筒203上设有出水管205，在所述混流腔室4的中心置有进气调节装置5，在所述混流腔室4的混流腔室外筒404上横置伸入混流腔室4的双射流喷嘴6，所述双射流喷嘴6与进水调节装置7固连。

所述进气调节装置5由进气管501，在进气管501上端设置的空气流量计503和进气调节阀502组成，在进气管501上设有若干个配气孔，进气管501下端的定位锥体407与所述环型喷射腔室内锥体3上端的锥形定位筒304锥面配合。

所述进水调节装置7由进水管703，在进水管703的进水端设有进水调节阀702，进水管703通过进水短接704与双射流喷嘴6固连，在进水短接704上设置进水口测压表701组成。

在所述增压反应腔室底板201上设有排渣孔206。

在所述增压反应腔室外筒203上设有观测窗口202。

在所述出水管205上设置出水口测压表9。

本实用新型的一种双射流立式水力超空泡反应装置，由于采用从上至下设置的混流腔室、环型喷射腔室、增压反应腔室的结构，能够对污水（污泥）空泡产生的过程、能量的消耗、能量的转化实现有效的控制，促进动能与势能的有效转化，使空化过程连续进行，增强了污水（污泥）处理过程的物理、化学反应效果。该装置性能可靠，能耗低，运行参数可调，处理效率高，适用于城镇及工业污水（污泥）的处理。

附图说明

图1为一种双射流立式水力超空泡反应装置结构剖视示意图；

图2为图1中局部Ι放大示意图；

图3为图1中局部Ⅱ放大示意图；

图4为图1中局部放大示意图；

图5为图1中局部放大示意图。

图中：1底座，2增压反应腔室，201增压反应腔室底板，202观测窗口，203增压反应腔室外筒，204增压反应腔室法兰，205出水管，206排渣孔，3环型喷射腔室内锥体，302增压反应腔室锥形底座， 304锥形定位筒，4混流腔室，401混流腔室法兰，403射流喷嘴支撑套，404混流腔室外筒，405混流腔室顶盖， 407定位锥体，5进气调节装置，501进气管，502进气调节阀，503空气流量计，6双射流喷嘴，7进水调节装置，701进水口测压表，702进水调节阀，703进水管，704进水短接，8环型喷射腔室，801环型喷射腔室下法兰，802环型喷射腔室外锥体，803环型喷射腔室外筒，804环型喷射腔室上法兰，9出水口测压表，10配气孔。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本实用新型作进上步说明。

参照图1-图5，本实用新型的一种双射流立式水力超空泡反应装置，包括：从上至下设置的混流腔室4、环型喷射腔室8、增压反应腔室2和底座1。所述混流腔室4、环型喷射腔室8通过混流腔室外筒404上的混流腔室法兰401与环型喷射腔室外筒803上的环型喷射腔室上法兰804固连。所述环型喷射腔室8、增压反应腔室2通过环型喷射腔室外筒803上的环型喷射腔室下法兰801与增压反应腔室外筒203上的增压反应腔室法兰204固连。所述增压反应腔室2的增压反应腔室底板201与底座1固连。所述混流腔室4由混流腔室外筒404，在混流腔室外筒404上固连的混流腔室顶盖405，在混流腔室外筒404内置的环型喷射腔室内锥体3的顶部锥体和伸入混流腔室外筒404内进气调节装置5的进气管501构成的容积。所述环型喷射腔室8由环型喷射腔室内锥体3及其底端的底锥体，固定在环型喷射腔室外筒803内侧的环型喷射腔室外锥体802构成的容积。所述增压反应腔室2由增压反应腔室外筒203，在增压反应腔室外筒203的底端固连有增压反应腔室底板201，在增压反应腔室外筒203内中心位置设置的增压反应腔室锥形底座302构成的容积。在增压反应腔室外筒203上设有出水管205。在所述出水管205上设置出水口测压表9。在所述增压反应腔室外筒203上设有观测窗口202。

参照图1-图3，在所述混流腔室4的中心置有进气调节装置5，在所述混流腔室4的混流腔室外筒404上横置伸入混流腔室4的双射流喷嘴6，所述双射流喷嘴6与进水调节装置7固连。所述进气调节装置5由进气管501，在进气管501上端设置的空气流量计503和进气调节阀502组成，在进气管501上设有若干个配气孔，进气管501下端的定位锥体407与所述环型喷射腔室内锥体3上端的锥形定位筒304锥面配合。所述进水调节装置7由进水管703，在进水管703的进水端设有进水调节阀702，进水管703通过进水短接704与双射流喷嘴6固连，在进水短接704上设置进水口测压表701组成。

参照图1和图4，在所述增压反应腔室底板201上设有排渣孔206。

参照图1和图5，所述环型喷射腔室内锥体3与其底端的底锥体相接处的过渡圆弧半径R为40-60°。所述环型喷射腔室外锥体802与其底端的底锥体相接处的过渡圆弧半径R为40-60°。

参照图1-图5，本实用新型一种双射流立式水力超空泡反应装置采用现有技术和工艺加工制作。所述双射流喷嘴6是可更换的射流空化器。其结构设计，依据所处理的介质物理性质，处理量不同分别设计。尺寸优选方案：进出口面积比：4-6/1，管嘴长度L与管嘴口径d之比：L/d=1.4-1.8。所述双射流喷嘴6的材质选用陶瓷或合金材料。所述双射流喷嘴6收缩管最佳为波型管或内表面粗糙度低于6.3。

本实用新型一种双射流立式水力超空泡反应装置的工作过程为：

所处理的污水（污泥）等介质由外设的离心泵抽取原水，离心泵选用扬程不小于60m。

以污水为例，首先将污水输送到进水调压装置7，途经进水管703进入调节阀702，调节至设定的压力，一般设定为：处理液当期温度气化压强的1.3-1.5倍，由测压表701显示。经调压后的污水通过进水短接704进入双射流喷嘴6。双射流喷嘴6为圆形收缩管外接管嘴，其功能是污水在双射流喷嘴6流动中，压力减小，流速增大，产生一次空化和负压效应，实现液流气化、形成高速空化流，以出口速度不低于30m/s射入混流腔室4。进气调节装置5输入气体，其进气量由空气流量计503显示，由进气调节阀502控制，本设计控制进气量为进水量的3-5%，借以补充空化过程中气量的消耗，实现空化流气、水两相均衡的比例。双射流喷嘴6以不低于30m/s的双射流空化水流，射入混流腔体中，形成空化水流的相向碰撞，连续的碰撞和扩散，使水流进行能量、热量、质量的交换，实现空化射流轴向速度减小，转为径向流，其流速迅速增大。空化污水连续的撞击，产生强烈的波动和涡旋，空化水流产生相变，水相破碎成水滴和微团，气相中瞬时空泡溃灭，产生空化效应。空泡溃灭，空化水流含气量减少，但射流一次空化的负压作用，吸入进气调节装置5输入的气体。空泡连续的云爆，加剧了水膜的破裂，动能的耗散，湍动的加剧强化了空化效应和混合效应，形成环状空化流。

环状空化流，在自身质量重力和传递的动量双重能量的作用下进入环型喷射腔室8。由于环型喷射腔室8为环型喷射腔室内锥体3及其底端的底锥体，固定在环型喷射腔室外筒803内侧的环型喷射腔室外锥体802所构成的容积，使环型喷射腔室8的环型喷射腔室内锥体3与环型喷射腔室外筒803内侧形成渐缩环型腔室结构，而环型喷射腔室8的环型喷射腔室内锥体3的底端的底锥体与环型喷射腔室外筒803内侧形成渐扩环型腔室结构，渐缩环型腔室与渐扩环型腔室的结合部位称之为环型拉法尔喷嘴。渐缩环型腔室：进出口面积比为5-7/1倒锥环型腔室，腔室长度L为L/d=25-28，d为出口环型面积的宽度。腔室长度L/d=6-7，d为收缩腔体出口环型面积的宽度。渐扩环型腔室：设计为环型喷射腔室内锥体3与其底端的底锥体相接处采用圆弧过渡，环型喷射腔室外锥体802与其底端的底锥体相接处也采用圆弧过渡的正锥形圆环腔室；即环型拉法尔喷嘴为半径R=40-60mm弧形环带，与渐缩环型腔室出口，渐扩环型腔室进口相连接。环型喷射腔室8环状空化流，以较强烈的湍动，流入环型喷嘴腔室。初始阶段，气水两相相对运动速度较小，空化流中所协的稳定性空泡，周边由于湍动，存在压力脉动，条件成熟时，稳定性空泡增长、溃灭、产生空化，加剧液流湍动。空化流进入倒锥形、渐缩环型腔体阶段，由于自上而下，势能加大，惯性作用流速在渐缩腔体内迅速递增，压力梯度逐渐减小。水流受渐缩壁面的约束，其接触面积增大，但由于壁面粗糙、波型，界面压力脉动加大，液相气化，产生含有蒸汽的初始微小空泡。由于气体密度相对于液体密度小了几个量级，气相流速滞后于液相流速，水脱离壁面，微泡覆盖壁面，连续不断的作用在一定的区域里，形成超空泡现象，产生气穴，即大气泡，环状空化流流动中减少了壁面阻力，相对促进了环状空化流的流速加大，减少了动量损失，同时滞后的空泡，在静压达到一定的程度，又产生空化现象，增强了水流的动能。环状空化流在环型渐缩腔室流动阶段：其时均压力梯度减小，流速明显增大，边界脉动压力负值显著增大，在这样的流场条件下，强化了空化过程，并以高速、低压的状态，流经弧形拉法尔管嘴。拉法尔管嘴设计为弧形结构，阻力小，动量损失小，其空化流继续以高速流入环型渐扩腔室。由于环型渐扩腔室出口处的锥角B为40-50°的正锥形，空化射流扩散，中心速度不减，形成圆柱形空泡群，扩散边界流速减小，空化液产生回流，形成涡流空泡群，此时空化首先在扩散界面发生。携有柱状空泡群的空化水流以高速进入增压反应腔室2，增压反应腔体2内设有增压反应腔室锥形底座302，携有柱状空泡群的空化水流，以高速进入增压反应腔室2时，其水流产生强烈冲量，水相中的水滴、微团，随着冲量撞击增压反应腔室锥形底座302，进一步破碎成更小微粒，形成雾状空化水流。此时由于腔室扩容，雾状空化水流压力增大，产生强烈的空化现象，使空化效应进一步增强。设观测窗口202，可监控空化反应过程的状况。设排渣孔206定期清理反应装置残留的异物。出水管205上设置的水测压表9用于监控出水压力。本实用新型的双射流水力超空泡反应装置，能够实现空化的连续性，强冲击波，微射流，以每秒数十万次的频率作用于水中的污染物。该装置产生的高速微射流和流体剪切力，形成的机械剪切效应，能高效破碎剩余污泥中的絮状体和微生物细胞，将其中可溶性有机物和水释放出来，使水相中SCOD值显著增加。强烈的涡流扰动扩大了射流剪切层面，加速把大分子或大粒径物质破碎，形成小粒径微物质，为含有难以生物降解的有机废水处理，提供了破解有机物的结构，提高可生化性的条件。该装置在空化连续过程中，水在空泡长大、破裂的瞬间产生的高温、高压作用下，形成“超临界”（临界点：T=374.2℃，P=22.1MPa）状态，由于连续的空化，成为超临界水，此时水的物理、化学性质发生突变，具有良好的溶剂化性质，能够与许多气体完全互溶，成为一种理想的反应介质，提高了化学反应速率。该装置强化了空化过程的连续性，连续产生空化效应，集破碎、高级氧化、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术特点于一身，其适用范围广，为污水（污泥）处理、处置提供一种性能可靠，能耗低，运行参数可调，处理效率高的反应装置。

本实用新型的具体实施方式仅为一种限的实例，并非穷举，本领域技术人员根据本实用新型的启示所做的任何显而易见的改动，都属于本实用新型权利保护的范围。

Claims (6)

1.一种双射流立式水力超空泡反应装置，其特征是，包括从上至下设置的混流腔室(4)、环型喷射腔室(8)、增压反应腔室(2)和底座(1)，所述混流腔室(4)、环型喷射腔室（8）、增压反应腔室(2)和底座(1)依次固连，所述混流腔室(4)由混流腔室外筒(404)，在混流腔室外筒(404)上固连的混流腔室顶盖(405)，在混流腔室外筒(404)内置的环型喷射腔室内锥体(3)的顶部锥体和伸入混流腔室外筒（404）内进气调节装置（5）的进气管（501）构成的容积；所述环型喷射腔室（8）由环型喷射腔室内锥体（3）及其底端的底锥体，固定在环型喷射腔室外筒（803）内侧的环型喷射腔室外锥体（802）构成的容积；所述增压反应腔室（2）由增压反应腔室外筒（203），在增压反应腔室外筒（203）的底端固连有增压反应腔室底板（201），在增压反应腔室外筒（203）内中心位置设置的增压反应腔室锥形底座（302）构成的容积；在增压反应腔室外筒（203）上设有出水管（205），在所述混流腔室（4）的中心置有进气调节装置（5），在所述混流腔室（4）的混流腔室外筒（404）上横置伸入混流腔室（4）的双射流喷嘴（6），所述双射流喷嘴（6）与进水调节装置（7）固连。

2.根据权利要求1所述的一种双射流立式水力超空泡反应装置，其特征是，所述进气调节装置（5）由进气管(501)，在进气管(501)上端设置的空气流量计(503)和进气调节阀(502)组成，在进气管(501)上设有若干个配气孔，进气管(501)下端的定位锥体(407)与所述环型喷射腔室内锥体(3)上端的锥形定位筒(304)锥面配合。

3.根据权利要求1所述的一种双射流立式水力超空泡反应装置，其特征是，所述进水调节装置(7)由进水管(703)，在进水管(703)的进水端设有进水调节阀(702)，进水管（703）通过进水短接（704）与双射流喷嘴（6）固连，在进水短接（704）上设置进水口测压表(701)组成。

4.根据权利要求1所述的一种双射流立式水力超空泡反应装置，其特征是，在所述增压反应腔室底板(201)上设有排渣孔(206)。

5.根据权利要求1所述的一种双射流立式水力超空泡反应装置，其特征是，在所述增压反应腔室外筒(203)上设有观测窗口(202)。

6.根据权利要求1所述的一种双射流立式水力超空泡反应装置，其特征是，在所述出水管(205)上设置出水口测压表(9)。