CN210559484U - 用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机，包括曝气装置、气泡释放管、带有刮渣装置的气浮池，所述曝气装置包括压力溶气罐、设置在压力溶气罐顶部的减压阀、进出水管、空压机、搅拌机构；所述曝气装置设置在气浮池两端，由气泡释放管连通，空压机向溶气罐中通气，并增加压力溶气罐中的压力，所述气泡释放管设置在气浮池底部，其两端与曝气装置连通，在气泡释放管与曝气装置连接处设置有阀门，阀门通过控制系统控制，使两个曝气装置交替工作，连续出气；本实用新型的占地面积不大，絮凝剂混合充分、微纳气泡能够连续释放，使用效果更好。

Description

用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机

技术领域

本实用新型设计属于净水设备领域，具体涉及一种气浮机。

背景技术

气浮法净水是通过水中的微纳气泡将杂质浮出水面而去除的方法，微纳气泡是直径在10微米左右到数百纳米之间的气泡，具有比表面积大、表面带电、上升速度慢、溶解效率高、富含强氧化的自由基等特性，因此在废水处理中有良好的吸附效果与高效的去除率；目前常用的气浮方法有：电解气浮法、溶气气浮法、涡凹气浮法，但电解气浮法能耗太高对极板损耗较大，涡凹气浮法的气泡过大净水效果不佳，虽然溶气气浮法净水效果相对前两者较好但其问题也很多，比如辅助设备过多，占地面积大；絮凝剂利用率低；气泡大小不均匀等问题。

申请号为201521144009.6题为“一种压力溶气气浮设备”的中国实用新型专利公开的气浮设备是通过在气浮池中隔出一个小室并在其中设置搅拌设备来将药剂搅拌均匀，然后再将污水抽入压力溶气罐中加压制成气泡水，排入气浮池中达到净化效果；该专利通过射流代替传统填料式来降低溶气罐的高度，但是射流会在溶气罐内形成涡流或紊流，而且该专利在压力溶气阶段的时间很短不足以平复涡流或者紊流，微纳气泡在涡流或紊流状态下会合并变大，使效果反而不好，另外该专利并未对溶气装置做其他改动，不能克服传统溶气中气泡大小不稳定的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能解决溶气过程中存在的气泡不均匀、设备占地过大、絮凝剂混合不充分等突出问题的溶气设备。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机，包括曝气装置、气泡释放管、气浮池，其中所述曝气装置包括压力溶气罐、设置在压力溶气罐顶部的减压阀、设置在压力溶气罐上由阀门控制的进出水管、通过压力溶气罐底部气管提供压缩气体的空压机、控制系统；所述曝气装置设置在气浮池两端由气泡释放管连通的罐体；所述气泡释放管设置在气浮池底部，其两端与曝气装置连通，在气泡释放管与曝气装置连接处设置有阀门。

进一步地，所述压力溶气罐底部的压缩气泡释放管管口设置有一个搅拌机构，将释放出的压缩气体打碎成小气泡。

进一步地，所述压力溶气罐内设置有稳定流体用的整流板。

进一步地，所述空压机与压力溶气罐连接的气管处设置有装有絮凝剂粉末的盒体，通过高速气流带入压力溶气罐中。

进一步地，所述空压机与压力溶气罐连接的气管为硬质管道。

进一步地，所述控制系统包括水位检测器、压力监测器、PLC、受PLC控制的进出水口阀门和压缩气体阀门、受PLC控制的搅拌机构和减压阀，水位传感器与压力监测器均与PLC连接。

本实用新型相比现有技术，至少能实现以下有益效果：

（1）气泡更多更均匀，搅拌机构不仅将气体“打碎”，在转动过程中也帮助气泡扩散，可以在随后的压力溶气时产生更多气泡。

（2）可以持续工作，两个曝气装置交替工作实现稳定输出微纳气泡。

（3）絮凝器更分散，絮凝剂随气泡进入压力溶气罐，在搅拌机构的作用下搅拌形成絮凝水，并随着气泡上浮，使得扩散更加均匀。

（4）气体留存量大，设置在压力溶气罐中的整流板能够稳定流体中的涡流或紊流，减少涡流或紊流对微纳气泡的合并。

（5）控制系统的加入使整个过程更加自动。

（6）不容易积累污垢，气泡在上升的过程中也在清洁整流板，使其不容易藏污纳垢。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为本实用新型中的曝气装置示意图；

其中，附图标记如下：1-进水管阀门，2-减压阀，3-压力溶气罐，4-空压机，5-通气管，6-粉盒，7-搅拌装置，8-排水管，9-排水管阀门，10-整流板，11-进水管，12-气泡释放管，13-气浮池。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1~2所示，用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机是由曝气装置、气泡释放管12、气浮池13、控制系统组成，所述控制系统主要是用于控制曝气系统中的水阀、气阀实现自动化生产；所述气浮池13的底部设置有若干根气泡释放管12，每根气泡释放管12两端均与两个曝气装置连接，工作过程是先通过曝气装置产生微纳气泡，通过气体释放管12将微纳气泡均匀释放在污水中，一段时间后污水中的杂质便会浮在水面上。

曝气装置是用来产生微纳气泡的装置，包括压力溶气罐3、进水管11、排水管8、空压机4、搅拌装置7、整流板10，其中本实用新型将曝气装置设置在气浮池13两侧，且两两一组，每组的两个曝气装置的排水管8与同一根气泡释放管12连通，而且每组的两个曝气装置交替工作，即一台曝气装置在制气时，另一台曝气装置在排气，由于曝气装置的制气时间与排气时间相当，所以可以实现持续供气，而现有技术提供的曝气装置是单一的大容量压力溶气罐3，一旦压力溶气罐3内的气体释放完，就需要重新制备之后才能释放，因此不能实现持续的供气，需要长时间稳定供气的情况下，就需要将压力溶气罐3的体积做大，这显然是不经济的。

压力溶气罐3顶部设置有减压阀2以及进水管11，减压阀2能够迅速释放压力溶气罐3内的压力；压力溶气罐3的底部设置有压缩空气出气口，通过设置在外部的空压机4将压缩空气打入压力溶气罐3中，其中连接空压机4与压力溶气罐3的通气管5的中部设置有装有絮凝剂的粉盒6，如图2所示，粉盒6不封口并与通气管5直接连通，在气体高速流动时能随着气流进入压力溶气罐3，另外粉盒6是可拆卸的，方便加料；所述空压机4设置在高于液面的位置，防止故障时压力罐内的水回灌进空压机4，在压力溶气罐3的压缩空气出气口外设置有搅拌装置7，所述搅拌装置7是搅拌轴和搅拌桨构成，搅拌轴固定在压力溶气罐3底部，由电机驱动而旋转，使用时，高速转动的搅拌装置7将出气口出来的压缩空气打碎成小气泡并随着搅拌产生的涡流分散，使气泡初步分散；压力溶气罐3中部设置有若干个整流板10，整流板10的表面有网状镂空，气泡能从中穿过，整流板10是用来稳定流体中涡流的装置，其原理是涡流或者紊流作用在整流板10上时，整流板10不随之运动并抵消掉液流的动能，使其能量减少，经过多个整流板10后液流的动能就很小了，从而实现稳定液流的作用，并保证压力溶气罐3中流体的相对稳定，避免了流体中的涡流或者紊流导致微纳气泡的合并的现象，另外整流板10也能减少进水时水流对搅拌装置7的直接冲刷，更好地保护设备，使用中上浮气泡对整流板10也有一个清洁的作用。

本实用新型曝气的原理是：通过高速旋转的搅拌装置7将空压机4排出的气泡打散成小气泡，同时搅拌装置7旋转产生的涡流也将小气泡分散到整个液体中，使压力溶气罐3中的整个液体充满气泡，空压机4不断向压力溶气罐3中通气使罐体压力增加，由于空气在水中的溶解度会随着压力增加而增加，气泡的存在极大增加了气体和液体的接触面积，空气能够更快溶解在水中，同时水中的气泡会因为部分溶解在水中而变小，部分小气泡会因此形成微纳气泡而悬浮在液体中，更大的气泡会浮到水面上，当压力达到特定值以后，保持一段时间，使气体充分溶解在水中，接下来迅速减压，压力骤减会使原本溶解在水中的过量气体以微纳气泡的形式析出，从而得到足量的微纳气泡；相比起现有技术，不仅能产生更多的微纳气泡，而且加压过程中均布在压力溶气罐3中的气泡极大地增加了空气与水的接触面积，加快了溶解时间，另外本设计通过气流带动絮凝剂粉末进入水中并经过搅拌装置7搅拌均匀，省去了现有技术中搅拌室等用于搅拌絮凝剂的结构，整体结构更加合理。

气泡释放管12是设置在气浮池13底部，气泡释放管12两端与曝气装置两通并在连接处设置阀门控制，由于曝气装置排气结束后要重新制气才能继续排气，因此单一溶气罐的设计不能满足持续供气的条件，本实用新型采用两个曝气装置为一组，通过两个曝气装置交替供气来实现持续稳定的供气。

具体使用过程如下：

进水混合阶段：水位传感器检测到压力溶气罐3中没有液体时，将水位信号通过电路传递给PLC，PLC打开进水管阀门1和水泵、减压阀2、空压机4和气阀、搅拌装置7，开始从顶端进水，如图1所示，进水口采集的是待处理污水，不额外消耗自来水，在水位上升的过程中，空压机4将带着絮凝剂粉末的空气从压力溶气罐3底部的出气口释放，高速旋转的搅拌装置7将空压机4释放的空气迅速打成许多小气泡，也让随空压机4气流一同进入污水中的絮凝剂粉末得到充分混合，同时搅拌装置7高速旋转时会产生一个涡流，气泡随着涡流迅速向水面上浮并帮助絮凝剂扩散均匀，涡流遇到整流板10时，在多个整流板10作用下逐渐减小，整流板10也减小了进水水流对压力溶气罐3内液体的扰乱，当进水达到所需量时，PLC收到水位信息关闭进水阀和水泵以及减压阀2，空压机4、气阀与搅拌装置7继续运转。

压力溶气阶段：减压阀2关闭使压力溶气罐3内压力随着空压机4进气而不断增大，压力传感器收集压力信息发送给PLC，达到足够压强以后，PLC关闭搅拌机装置关闭空压机4和高压气阀以及搅拌装置7，维持压力溶气罐3内的高压状态30秒，压力增加使空气在水的溶解度增加，由于空压机4始终在向压力溶气罐3中通气，使压力溶气罐3中的液体中始终还有大量未上浮的气泡，随着压力溶气罐3中的压力逐渐增大，空气在水中的溶解度也增加，水中的气泡也因为空气在水中的溶解度增加而变小，同时由于气泡在水中分布均匀，使压力溶气罐3中的整个液体溶解了更多的空气，保持高压状态30秒后， PLC打开减压阀2，迅速释放多余的压力，使罐内压力维持在0.27MPa左右，压力溶气罐3内的水因为压力骤减，空气在水中的溶解度迅速减少，因压力增大而溶解在水中的空气此时迅速以微纳气泡形式析出，接着打开气泡释放管12的阀门，由于罐内压力仍旧大于大气压，所以压力溶气罐3内含有大量微纳气泡的水能够通过排水管8排出到气泡释放管12，由气泡释放管12将其释放到气浮池13的污水中。

交替运行阶段：当一个压力溶气罐3内的液体排完后，水位传感器将信号传递给PLC，关闭气泡释放器的阀门，重复上述过程，而气泡释放管12另一端的曝气装置打开阀门，释放已经制备好的带有微纳气泡的水；由于曝气装置两两一组，通过气泡释放管12连通，而且两个曝气装置是交替排气的，即一个曝气装置排气时另一个曝气装置正在制气，由于制气时间和排气时间大体一致，但在实际使用中会有一定误差，因此通过PLC调节高压状态维持时间来保持制气时间与排气时间的动态稳定，保证一个曝气装置排气完成后同组的另一个曝气装置完成制气并开始排气，从而实现气泡的持续稳定输出。

气浮分离阶段：气泡释放管12排出的水中不仅还有大量的微纳气泡还含有絮凝剂，絮凝剂也随着气泡向气浮池13中扩散，水中的杂质被絮凝剂吸附形成更大的絮粒，微纳气泡在缓慢上升的过程中将絮粒裹携至污水表面，实现水质的净化。

作为一个较优的实施例，所述的压力溶气阶段的压强设置为0.45MPa。

本实施例中，使用到的进水管阀门、排水管阀门、压缩空气气管阀、减压阀、空压机、气泡释放管、水泵均为成熟的现有技术，可以直接购买，本实施例中，对这些现有技术采用到的具体型号是不用限制的，流通在市面的基本型号都能够适用。

当然，本实施例中PLC与水位传感器、压力传感器的连接以及PLC对气阀水阀的控制方法是非常常规的现有技术，因此，不作说明。

按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机，包括曝气装置、气泡释放管、带有刮渣装置的气浮池，其特征在于：

所述曝气装置包括压力溶气罐、设置在压力溶气罐顶部的减压阀、设置在压力溶气罐上由阀门控制的进出水管、通过压力溶气罐底部气管提供压缩气体的空压机以及用于控制阀门的控制系统；所述曝气装置设置在气浮池两端由气泡释放管连通的罐体；

所述气泡释放管设置在气浮池底部，其两端与曝气装置连通，在气泡释放管与曝气装置连接处设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机，其特征在于：所述压力溶气罐底部的压缩气泡释放管管口设置有搅拌机构，将释放出的压缩气体打碎成小气泡。

3.根据权利要求1所述的用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机，其特征在于：所述压力溶气罐内设置有稳定流体用的整流板。

4.根据权利要求1所述的用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机，其特征在于：所述空压机与压力溶气罐连接的气管处设置有装有絮凝剂粉末的盒体，通过高速气流带入压力溶气罐中，并且该盒体与压力溶气罐连接的气管为可拆卸连接。

5.根据权利要求1或4任意一项所述的用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机，其特征在于：所述空压机与压力溶气罐连接的气管为硬质管道。

6.根据权利要求1所述的用于气液两相流分离的微纳气泡气浮机，其特征在于：所述控制系统包括水位检测器、压力监测器、PLC、受PLC控制的进出水口阀门和压缩气体阀门、受PLC控制的搅拌机构和减压阀，水位传感器与压力监测器均与PLC连接，并将监测的数据传到PLC。

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