CN216799410U - 一种溶解臭氧投加系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种溶解臭氧投加系统。它包括反应罐、扩散器、臭氧/氧气管道和溶合水管道；反应罐顶设水雾喷嘴和臭氧/氧气喷嘴；溶合水管道上设有水泵；臭氧/氧气管道上设有调压阀组；在反应罐底部出口与扩散器入口之间的高浓度臭氧/富氧溶液管道上设控制阀；扩散器设置在待处理的水中；扩散器的筒形侧壁上开有释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道为小孔或窄缝隙，或者是小孔和窄缝隙的组合，其能产生一定的背压并使过饱和富氧溶液以一定的出口压力喷射到待处理的水中，保证扩散器的出口压力与待处理的水的压力两者之间有2bar以上的压差。该系统能精准调节水质，提高臭氧溶解度的同时大幅提高臭氧/氧气的利用率。

Description

一种溶解臭氧投加系统

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，涉及一种溶解臭氧投加系统。该溶解臭氧投加系统适用于水处理工艺中投加臭氧/富氧溶液对水进行消毒处理。

背景技术

臭氧是广谱的消毒剂，通常投加臭氧的方式射流器混合法、混合塔臭氧投加方法、臭氧曝气混合投加、混合泵臭氧投加方法。这些方式均存在以下缺点：

射流器，利用水流在文丘里喷管中形成低压区，压差将臭氧/氧气吸入并混合，进而将带有气泡的混合液注入待处理水中。由于水中气泡的逸出，这种投加方法虽然优于曝气法，但气体的使用率低于45％。

混合塔臭氧投加方法，通常将水以水滴/雾的形式注入塔内，然后臭氧/氧气和水混合并以气泡的形式与水自然混合形成混合液，混合液被投入待处理的水中，这种方式无法避免臭臭氧/氧气泡从水中逸出，而降低水中的臭氧浓度。

混合泵臭氧投加安装方法，通常采用涡流泵，在泵内形成负压，吸气口吸入气体，通过多个叶轮的搅拌可以进行气-液混合。采用混合泵溶解臭氧的效率较高，一般低于70％。但是气液比规定范围太苛刻,不适合匹配大型臭氧发生器。

以上臭氧投加方式，无论哪种臭氧投加方式及臭氧投加系统，结果都是将气液混合物投加到水中，由于水处于低压，混合液与水相遇时，混合液中的气体以气泡形式从混合液中析出，从而降低臭氧液的浓度，进而降低消毒效果或需要消耗大量的臭氧/氧气和能源以保证消毒效果。

臭氧在水中的溶解度取决于水的温度、压力，符合亨利定律，水温越低溶解度越大，压力越大溶解度越大，臭氧的浓度的保持是影响消毒效果的重要因素，控制水温需要消耗大量能源，不适合运用于大水量的使用场景中，而通过压力的提升和控制并生成过饱和溶液的投加方法是更为经济可行的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种能大幅提高臭氧/氧气的利用率的溶解臭氧投加系统。

本实用新型的技术构思如下：将一定压力臭氧/氧气和一定压力的溶合水送入反应罐，气和水在罐内以一定比例的混合，在罐内压力的作用下生成高浓度臭氧/富氧溶液；再通过一个控制阀将饱和高浓度臭氧/富氧溶液封闭在反应罐与控制阀之间，使饱和高浓度臭氧/富氧溶液变成过饱和高浓度臭氧/富氧溶液；最后再通过扩散器将过饱和高浓度臭氧/富氧溶液逆向注入待处理的水中，使高浓度臭氧/富氧溶液与水瞬间溶合，增加水体溶解臭氧的浓度，同时能大幅减少气泡的产生，大幅提高氧气的利用率，多余的臭氧通过排放管回到反应罐。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型一种溶解臭氧投加系统，即一种高浓度臭氧/富氧溶液投加系统，它包括反应罐和扩散器，还包括臭氧/氧气管道、溶合水管道；反应罐内罐顶设水雾喷嘴和臭氧/氧气喷嘴；溶合水管道上设有水泵；水泵出口通过溶合水管道与反应罐罐顶的水入口及水雾喷嘴连接；臭氧/氧气管道上设有调压阀组；调压阀组出口通过臭氧/氧气管道与反应罐罐顶的臭氧/氧气入口及臭氧/氧气喷嘴连接；反应罐底部出口与扩散器入口连接；在反应罐底部出口与扩散器入口之间的高浓度臭氧/富氧溶液管道上设有一个能精准控制流量和压力的控制阀；扩散器设置在待处理的水中；扩散器是一端开口另一端封闭的中空筒形物体；所述扩散器的筒形侧壁上开有释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道为小孔或窄缝隙，或者是小孔和窄缝隙这两种的组合；所述释放臭氧/富氧溶液的通道能产生一定的背压并使过饱和富氧溶液以一定的出口压力喷射到待处理的水中，保证扩散器的出口压力与待处理的水的压力两者之间有2bar以上的压差；所述臭氧/富氧溶液为高浓度臭氧/富氧溶液；

扩散器设置在待处理的有水流动的原水或水管道中，位于水流的上游，扩散器的一半侧壁上开有释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道为一个或多个，或者是一排或多排；扩散器垂直于水流方向插入原水或水管道中，扩散器上开有释放臭氧/富氧溶液的通道的一侧正对着水流上游，能使扩散器内的富氧溶液从所述释放臭氧/富氧溶液的通道逆向对着水流喷射出来并能产生涡流强化混合效果；

或者，扩散器设置在待处理的没有水流动的水池、水塘或污水罐中，在扩散器的双侧侧壁上或整个筒形侧壁上，开有多个或多排释放臭氧/富氧溶液的通道。

进一步地，所述释放碳酸溶液的通道能产生3bar以上的背压并使过饱和碳酸溶液以大于3bar的出口压力喷射到待处理的水中；扩散器背压大于3bar，并维持整个系统的压力大于3bar。

进一步地，溶合水管道入口与待处理的水被投加臭氧溶液处理后的富氧出水连接(即：将经本实用新型的臭氧溶液投加系统及投加工艺处理后的富氧出水作为水泵用水即溶合水)，亦即：待处理的有水流动的原水或水管道下游出水口通过溶合水管道与水泵入口连接；或者，待处理的没有水流动的水池、水塘或污水罐出水口通过溶合水管道与水泵入口连接。亦即，过量的臭氧/氧气通过排放管并中和处理后回到反应罐。

本实用新型的高浓度臭氧/富氧溶液投加系统及投加工艺处理后的滤后水作为水泵用水即溶合水。比如：污水厂的客户可以将消毒后的水作为水泵用水；自来水厂可将消毒后的水作为水泵用水；自然水体通过砂滤后作为水泵用水。

进一步地，所述的高浓度臭氧/富氧溶液投加系统，还包括依次连接的液态氧储罐、电子汽化器或热交换器、臭氧发生器；或者，还包括依次连接的空分装置、臭氧发生器；或者，还包括依次连接的杜瓦罐或钢瓶、臭氧发生器；臭氧发生器出口与臭氧/氧气管道入口连接；在臭氧发生器出口与反应罐罐顶的气体入口连接的臭氧/氧气管道上设有调压阀组。

高压低温液态氧储存在液态氧储罐中，将液态氧从液态氧储罐底部放出来，输送到电子汽化器或热交换器，电子汽化器或热交换器持续定量将液态氧加热气化转变为气态的氧气；或者，经过空分装置产生氧气；或者，氧气储存在杜瓦罐或钢瓶中，将氧气从杜瓦罐或钢瓶中释放出来；氧气通过管路被输送到臭氧发生器产生臭氧和氧气(氧气经臭氧发生器电离产生大约6-10％的臭氧和90-94％的氧气)；臭氧/氧气通过管路被输送到调压阀组调整到2bar以上的压力，再通过管路被输送到反应罐。

进一步地，在原水或水管道中水流的下游或者水池、水塘或污水罐的出水口设置水质在线检测仪(水质仪探头等)，水质在线检测仪与信号接收器连接，信号接收器与PLC控制器的输入端连接；PLC控制器的输出端与控制阀连接；水质在线检测仪实时传输信号到信号接收器，信号接收器接收到的信号经过PLC处理后控制控制阀的开启大小，以控制高浓度臭氧/富氧溶液的投放量，从而达到用户希望控制到的水质要求。

进一步地，扩散器设置在待处理的有水流动的原水或水管道中时，扩散器是截面一半为多边形另一半为圆弧形的一端封闭的中空长筒形物体，扩散器的多边形一侧的一半侧壁上开有若干释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道，是一排或多排小孔，一排或多排窄缝隙，或者是一排或多排小孔与一排或多排窄缝隙的组合(即小孔和窄缝隙这两种的组合)；也可以是一个或多个小孔，一个或多个窄缝隙，或者是一个或多个小孔与一个或多个窄缝隙的组合(即小孔和窄缝隙这两种的组合)；扩散器垂直于水流方向插入原水中，扩散器上带有小孔和/或窄缝隙的一侧正对着水流上游，能使扩散器内的富氧溶液从小孔和/或窄缝隙逆向对着水流喷射出来。

扩散器设置在待处理的没有水流动的水池、水塘或污水罐中时，实现360°投放的扩散器，可以设计成中空的圆筒形，在保证背压的前提下，也可以设计成中空的截面为多边形(如方形、六边形等)的方筒形。

更进一步地，每一排上的小孔和/或缝隙位于同一条垂直线上且均匀排列。

进一步地，同一水平面上的多个释放臭氧/富氧溶液的通道以小于180°的中心夹角均匀排列；同一水平面上相邻两个所述释放臭氧/富氧溶液的通道成锐角中心夹角排列，以保证富氧溶液以一定的出口压力(大于3bar)，对着水流方向射出与待处理的水混合，并能产生涡流强化混合效果。

进一步地，小孔被设计用于DN25以下的小管径管道，亦即，当所述高浓度富氧溶液管道为DN25以下的小管径管道时，所述释放臭氧/富氧溶液的通道是一排或多排小孔，或者是一排或多排小孔与一排或多排窄缝隙的组合；或者是一个或多个小孔，或者是一个或多个小孔与一个或多个窄缝隙的组合；窄缝隙更适合用于大于DN25的大管径管道，亦即，当所述高浓度富氧溶液管道为大于DN25的大管径管道时，所述释放臭氧/富氧溶液的通道是一排或多排窄缝隙，或者是一排或多排小孔与一排或多排窄缝隙的组合；或者是一个或多个窄缝隙，或者是一个或多个小孔与一个或多个窄缝隙的组合。

采用本实用新型的溶解臭氧投加系统投加臭氧/富氧溶液的方法的工作原理如下：高压低温液态氧气被储存在液态氧气储罐中，液态氧气从液态氧储罐底部出来，被输送到电子汽化器或热交换器，持续定量将液态氧气转变为氧气；或者，氧气储存在杜瓦罐或钢瓶中，氧气从杜瓦罐或钢瓶中释放出来；氧气经过臭氧发生器产生臭氧和氧气；通过调压阀组将压力调整到2bar以上；具有2bar以上压力的臭氧/氧气通过臭氧/氧气管道从罐顶被送入到反应罐内，并排出罐内空气；同时，溶合水(经过臭氧投加工艺处理后过滤去除杂质的富氧出水)通过水泵增压到2bar以上后通过溶合水管道从罐顶以高压雾状被送入到反应罐内，并将罐内压力保持在2bar以上；在反应罐中，臭氧/氧气与加压的溶合水混合，形成具有一定压力的气液混合物；因为水雾与臭氧/氧气的接触面积大，并且在罐内压力提升到设定的压力环境中，臭氧/氧气迅速溶解于水并生成高浓度臭氧/富氧溶液；随着臭氧/氧气的不断被送入，或者，随着带一定压力的水雾不断地进入罐内，提升罐内压力到设定压力，当反应罐内压力持续达到2bar以上，罐内高浓度臭氧/富氧溶液转换成饱和高浓度臭氧/富氧溶液；饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过反应罐罐底的管道被压送至一个能精准控制流量和压力的控制阀，控制阀将饱和高浓度臭氧/富氧溶液封闭在反应罐与控制阀之间，由于反应罐内持续的压力，饱和高浓度臭氧/富氧溶液成为过饱和高浓度臭氧/富氧溶液；打开控制阀，过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过控制阀内的阀芯，并通过管道输送到扩散器，通过扩散器上设计的释放臭氧/富氧溶液的通道即小孔和/或缝隙形成高浓度臭氧/富氧溶液和少量的臭氧/氧气微气泡的混合液被逆向喷射到水中，高浓度臭氧/富氧溶液迅速与水溶合，投放溶解臭氧/溶解氧(增加水中的溶解臭氧/溶解氧量)的同时，少量的臭氧/氧气微气泡被水流吸收。水质探头被设置在待处理的水中(原水或水管道中水流的下游或者水池、水塘或污水罐的出水口)，并实时传输信号到控制阀上的信号接收器，信号接收器接收到的信号经过PLC处理后控制控制阀的开启大小，以控制高浓度臭氧/富氧溶液的投放量，从而达到用户希望控制到的溶解臭氧量。

在反应罐罐体外设有信号输出的液位仪，罐内高浓度臭氧/富氧溶液的液位信号经过PLC处理器控制水泵和臭氧/氧气注入的开关。当液位下降，PLC处理器控制水泵和臭氧/氧气注入的开关打开，生成高浓度臭氧/富氧溶液，以补充投放到水里被消耗的高浓度臭氧/富氧溶液量。

臭氧/氧气被气化调压到2bar以上压力，溶合水被水泵增压到2bar以上压力，两者在反应罐内混合并在压力条件下，生成高浓度臭氧/富氧溶液。保持系统压力大于2bar，才能进一步将饱和高浓度臭氧/富氧溶液转化为过饱和高浓度臭氧/富氧溶液，否则，会影响99％以上的氧气利用率。高浓度臭氧/富氧溶液浓度通过小孔、缝隙时，由于压降，少量的臭氧/氧气以气泡的形式从溶液中溢出，所以，整个氧气的利用率是99％以上。

臭氧/氧气的溶解度与温度、压力相关：在同压力条件下，温度越低，溶解度越大；在同温条件下，压力越大，溶解度亦越大；所以，降低水温，提高罐内压力，都可以强化或加速碳酸的生成。根据每个使用场景的条件，如水温、水压、原水(待处理水)的水质参数，用户所期望的稳定的溶解臭氧量值和高浓度臭氧/富氧溶液投放点的位置等条件，可以选择水泵的参数和臭氧/氧气的用量。

降低水温、提高罐内压力的方法，可以强化或加速臭氧/富氧溶液的生成，如系统中添加水冷却系统…可以在反应罐内设冷却液盘管，或者，在反应罐中下部设补加的冷却水管。

水以雾状的形式与臭氧/氧气混合，是为了增加接触面积，加快混合生成臭氧/富氧溶液，利用该原理减小水雾和雾状混合物的尺寸，如纳米级等。所以，反应罐罐顶的水雾喷嘴可以采用工业声波纳米级雾化器。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种溶解臭氧投加系统，将臭氧/氧气与溶合水(经过本实用新型的溶解臭氧投加系统及臭氧投加工艺处理后过滤去除杂质的富氧出水)送入反应罐预先制成过饱和高浓度臭氧/富氧溶液，再通过扩散器将高浓度臭氧/富氧溶液投加到水中，高浓度臭氧/富氧溶液迅速与水溶合，投放溶解臭氧/溶解氧的同时少量的臭氧/氧气微气泡被水流吸收。

本实用新型的溶解臭氧投加系统及投加臭氧/富氧溶液的方法，与现有技术相比，具有以下优点：

1)本实用新型中将一定压力臭氧/氧气和一定压力的溶合水(经过本实用新型的溶解臭氧投加系统及臭氧投加工艺处理后过滤去除杂质的富氧出水)送入反应罐在罐内以一定比例的混合，在罐内压力作用下生成高浓度臭氧/富氧溶液；再通过一个控制阀将饱和高浓度臭氧/富氧溶液封闭在反应罐与控制阀之间，使饱和高浓度臭氧/富氧溶液变成过饱和高浓度臭氧/富氧溶液；最后再通过扩散器将过饱和高浓度臭氧/富氧溶液逆向注入待处理的水中，高浓度臭氧/富氧溶液迅速与水溶合，投放溶解臭氧/溶解氧的同时少量的臭氧/氧气微气泡被水流吸收，大幅减少气泡的产生的同时能，大幅提高氧气的利用率并精准控制溶解臭氧量。

2)过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过扩散器被投放到水里，由于水的压力处于低压状态，为了避免混合液中的臭氧/氧气气泡在压降中大量的逸出，本实用新型设计了这个扩散器，该扩散器的功能是稳定系统的压力，维持系统的背压并将高浓度臭氧/富氧溶液注入进原水。过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过扩散器的小孔喷射出，高浓度臭氧/富氧溶液迅速与水溶合。由于压降，少量臭氧/氧气气泡从高浓度臭氧/富氧溶液中逸出，所以，少量臭氧/氧气气泡和高浓度臭氧/富氧溶液一起被喷射出，与水产生强烈的涡流，加快了溶合时间。通过应用试验案例证明，气水混合物或混合溶液转化为过饱和高浓度臭氧/富氧溶液，高浓度臭氧/富氧溶液与水都是液体，瞬间完成溶合(液液溶合)，能精准稳定控制水体水质。与臭氧/氧气其他投加相比方式，氧气利用率高，用户使用成本大幅降低。

3)现有技术中使用臭氧/氧气投加的方式，曝气头或文丘里混合器是用于将气体投射到水里的部件，气体和水在文丘里喷嘴的收缩段或喉管处混合，然后通过扩张段射出。溶液的射出速度提高，压力迅速下降，大量的臭氧/氧气从溶液中析出形成大气泡，只有很少部分的臭氧/氧气与水溶合。由于水里不同高度的压力不同，在浅池、水池等开放环境中臭氧/氧气气泡从水里逃逸出来；在管道中臭氧/氧气气泡会破裂，引起震动和气蚀，并影响溶解臭氧量的精准度。

本实用新型中的扩散器的主要作用是利用小孔和/或缝隙稳定整个系统的压力在2bar以上，始终将臭氧/氧气封死在过饱和高浓度臭氧/富氧溶液中，并在压力释放时，生成稳定的高浓度臭氧/富氧溶液和少量臭氧/氧气气泡。扩散器的一半侧壁上开有释放臭氧/富氧溶液的通道，所述释放臭氧/富氧溶液的通道是一排或多排小孔，一排或多排缝隙，或者小孔和/或缝隙两种组合；同一水平面上的多个释放臭氧/富氧溶液的通道以小于180°的中心夹角均匀排列；同一水平面上相邻两个释放臭氧/富氧溶液的通道成锐角中心夹角排列，以保证高浓度臭氧/富氧溶液的出口压力大于2bar射出与待处理的水混合。通过小孔和/或缝隙，压力混合液的进口压力和出口压力(理想状态)一致，并以非常快的速度喷射到水里。由于压力下降，压差会造成部分臭氧/氧气从溶液中以微气泡的形式逸出，所以，高浓度臭氧/富氧溶液和微气泡的混合液一起被喷射与水混合，同时，由于每一排上的小孔和/或缝隙位于同一条垂直线上且均匀排列，扩散器有孔的一侧与无孔的一侧的压差，压力混合液在水中形成涡流，进一步加速溶合。

本实用新型中，用于喷射高浓度富氧溶液的扩散器，窄缝隙和小孔被组合使用或单独使用，小孔或窄缝隙和小孔的组合被设计用于DN25以下的小管径管道；窄缝隙或窄缝隙和小孔的组合更适合用于大于DN25的大管径管道；与只使用小孔相比，通过窄缝隙射出的溶液与水的接触面更大；根据使用场景，小孔和/或窄缝隙的组合设计也被应用。液体流经小孔，是收缩再扩散的过程，这过程液体的状态是紊流，会产生很大的压力损失，过多的小孔会导致更多的氧气的析出。相比较于小孔，液体经过窄缝隙且压力低于10bar时的状态是层流，此时氧气的析出相对小孔要少很多。但是，某些场合需要小孔和窄缝隙相结合，需要损失少量的氧气，形成一定的紊流，强化与原水的混合效果。窄缝隙与小孔相比，在系统使用中，窄缝隙也能解决小孔因气蚀产生变形，影响溶液射出流量和压力的问题。

与现有技术中的曝气头、文丘里混合器、混合罐、气液泵相比较，本实用新型中的高浓度臭氧/富氧溶液扩散器，解决了氧气的使用率(溶解率)低、噪音、震动、气蚀等问题；同时，高浓度臭氧/富氧溶液投加的应用场景范围也更宽广，如可以应用于自然湖泊、浅渠、浅池、管道、储液罐等等。

4)本实用新型解决了不同压力的气、水混合，臭氧/氧气易从液体中析出的问题；气水混合物转化为过饱和高浓度臭氧/富氧溶液需要压力和时间，反应罐的设计解决了这些问题，高浓度臭氧/富氧溶液在被封闭的压力环境中保持稳定。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中一种高浓度臭氧/富氧溶液投加系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例2中一种高浓度臭氧/富氧溶液投加系统的整体结构示意图；

图3是本实用新型中的扩散器6的剖切俯视结构示意图；

图4是本实用新型中的扩散器6的主视结构示意图；

图5是本实用新型中的扩散器6的侧视结构示意图。

图中：1、液态氧储罐 2、电子汽化器/热交换器 3、臭氧发生器 4、水泵 5、反应罐6、扩散器 7、水质仪探头 8、缝隙 9、小孔 10、调压阀组 11、溶合水管道 12、臭氧/氧气管道 13、臭氧/氧气注入的开关 14、控制阀 15、高浓度臭氧/富氧溶液管道 16、氧气空分装置 A、中心夹角 B、中心夹角

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例一种高浓度溶解臭氧投加系统，亦即一种高浓度臭氧/富氧溶液投加系统，包括依次连接的液态氧储罐1、电子汽化器/热交换器2、臭氧发生器3、反应罐5和扩散器6，还包括通过溶合水管道11与反应罐5罐顶的水入口连接的水泵4；在臭氧发生器出口与反应罐5罐顶的气体入口连接的臭氧/氧气管道12上设有调压阀组10；溶合水管道11和臭氧/氧气管道12各有一小段伸入反应罐5内；反应罐5内罐顶设水雾喷嘴(与溶合水管道11连接)和臭氧/氧气喷嘴(与臭氧/氧气管道12连接)；反应罐5底部出口与扩散器6入口连接；在反应罐5底部出口与扩散器6入口之间的高浓度臭氧/富氧溶液管道上设有一个能精准控制流量和压力的控制阀14；扩散器6设置在待处理的有水流动的水管道中，位于水流的上游，垂直于水流方向插入水管道中；扩散器6的一半侧壁上开有若干释放臭氧/富氧溶液的通道，所述释放臭氧/富氧溶液的通道能产生3bar以上的背压并使过饱和富氧溶液以大于3bar的出口压力喷射到待处理的水中(逆向喷射进水流上游的水中)，保证扩散器的出口压力与待处理的水的压力两者之间有2bar以上的压差；待处理的有水流动的水管道下游出水口通过溶合水管道11与水泵4入口连接(将经本实用新型的臭氧溶液投加系统及投加工艺处理后的富氧出水作为水泵4用水即溶合水)；在水管道中水流的下游设置水质仪探头7，水质仪探头7与信号接收器连接，信号接收器与PLC控制器的输入端连接；PLC控制器的输出端与控制阀14连接。

具有2bar以上压力的臭氧/氧气与被水泵4增压到2bar以上压力的加压的溶合水在反应罐5罐顶形成气水混合物；气水混合物在反应罐5内逐步形成饱和高浓度臭氧/富氧溶液；饱和高浓度臭氧/富氧溶液经过设在反应罐5与扩散器6之间的高浓度臭氧/富氧溶液管道15上的能精准控制流量和压力的控制阀14形成过饱和高浓度臭氧/富氧溶液；过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过扩散器6上的释放臭氧/富氧溶液的通道逆向喷射进水管道中水流上游的水中；水质仪探头7实时传输信号到信号接收器，信号接收器接收到的信号经过PLC处理后控制控制阀14的开启大小，以控制高浓度臭氧/富氧溶液的投放量，从而达到用户希望控制到的溶解臭氧量。

如图3-图5所示，扩散器6是截面一半为多边形另一半为圆弧形的一端封闭的中空长筒形物体，扩散器6的多边形一侧的一半侧壁上开有若干释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道为小孔和缝隙这两种的组合，中间有一排小孔9，两边各有一排缝隙8；同一水平面上相邻两个所述释放臭氧/富氧溶液的通道(小孔9和/或缝隙8)成锐角中心夹角排列(亦即，相邻两个所述释放臭氧/富氧溶液的通道与中心点的连线形成的中心夹角为锐角，如图3中A、B两个中心夹角均为锐角)，以保证高浓度臭氧/富氧溶液的出口压力大于2bar射出与待处理的水混合。

如图5所示，扩散器6设置在待处理的有水流动的水管道中，位于水流的上游；扩散器6垂直于水流方向插入水管道中，扩散器6上开有小孔9和窄缝隙8的一侧正对着水流上游，能使扩散器6内的高浓度富氧溶液从小孔9和窄缝隙8逆向对着水流喷射出来，高浓度富氧溶液喷出与水混合反应的同时，由于另一侧的压力低，能够产生涡流进一步加强混合效果。

扩散器6上的小孔9和窄缝隙8能产生3bar以上的背压并使高浓度富氧溶液以大于3bar的出口压力从小孔9和/或缝隙8逆向对着水流喷射出来，喷射到水管道内待处理的水中，保证扩散器6的出口压力与待处理的水的压力两者之间有2bar以上的压差。

用本实施例的溶解臭氧投加系统投加臭氧/富氧溶液的方法及工作原理如下：高压低温液态氧被储存在液态氧储罐1中；液态氧从液态氧储罐1底部出来，被输送到电子汽化器/热交换器2，电子汽化器/热交换器2持续定量将液态氧转变为氧气；或通过氧气空分装置16产出的氧气，通过臭氧发生器3将产生臭氧和氧气，臭氧/氧气通过管路被输送到调压阀组10将压力调整到2bar以上；2bar以上压力的臭氧/氧气通过臭氧/氧气管道12从罐顶(从臭氧/氧气喷嘴喷出)被送入到反应罐5内，并排出罐内空气；同时，溶合水(经过本实用新型的溶解臭氧投加系统及臭氧投加工艺处理后过滤去除杂质的富氧出水)通过水泵4增压到2bar以上后通过溶合水管道11从罐顶(从罐顶水入口进入，从水雾喷嘴喷出)以高压雾状被送入到反应罐5内，并将罐内压力保持在2bar以上；具有2bar以上压力的臭氧/氧气与溶合水的体积比不低于1：10；在反应罐5中，臭氧/氧气与加压的溶合水雾混合，形成具有一定压力的气液混合物；因为水雾与臭氧/氧气的接触面积大，并且在罐内压力提升到设定的压力环境中，臭氧/氧气迅速溶解于水并生成高浓度臭氧/富氧溶液；随着臭氧/氧气的不断被送入，当反应罐内压力持续达到2bar以上，罐内高浓度臭氧/富氧溶液转换成饱和高浓度臭氧/富氧溶液；饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过反应罐5罐底的管道被压送至一个能精准控制流量和压力的控制阀14，控制阀14将饱和高浓度臭氧/富氧溶液封闭在反应罐5与控制阀14之间，由于反应罐5内持续的压力，饱和高浓度臭氧/富氧溶液成为过饱和高浓度臭氧/富氧溶液；打开控制阀14，过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过控制阀14内的阀芯，并通过管道输送到扩散器6，通过扩散器6上设计的通道即小孔9和/或缝隙8形成高浓度臭氧/富氧溶液和少量的臭氧/氧气微气泡的混合液被逆向喷射到水中，高浓度臭氧/富氧溶液迅速与水溶合(与水中的被消毒物质相遇并开始进行消毒处理)，投放溶解臭氧/溶解氧(增加水中的溶解臭氧/溶解氧量)的同时，少量的臭氧/氧气微气泡被水流吸收，以达到增加溶解臭氧的目的，在大幅减少气泡的产生的同时，能大幅提高氧气的利用率并精准控制溶解臭氧量。水质仪探头7被设置在水管道中水流的下游，并实时传输信号到控制阀14上的信号接收器，信号接收器接收到的信号经过PLC处理后控制控制阀14的开启大小，以控制高浓度臭氧/富氧溶液的投放量，从而达到用户希望控制到的pH。

在反应罐5罐体外设有信号输出的液位仪(图中未标示)，罐内高浓度臭氧/富氧溶液的液位信号经过PLC处理器控制水泵4和臭氧/氧气注入的开关13。当液位下降，PLC处理器控制水泵4和臭氧/氧气注入的开关13打开，生成高浓度臭氧/富氧溶液，以补充投放到水里被中和消耗的高浓度臭氧/富氧溶液量。

一定压力臭氧/氧气与加压的溶合水混合，形成具有压力的气水混合物，气水混合物在反应罐5内被转化为饱和高浓度臭氧/富氧溶液；饱和高浓度臭氧/富氧溶液被封闭在反应罐5与控制阀14之间形成过饱和高浓度臭氧/富氧溶液；过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过扩散器6(图3-图5所示)被投放到水里(过饱和高浓度臭氧/富氧溶液与饱和高浓度臭氧/富氧溶液相比，更能减少气泡的产生)；由于水的压力处于低压状态，为了避免混合液中的臭氧/氧气气泡在压降中大量的逸出，本实用新型设计了这个扩散器6(图3-图5所示)，该扩散器6的功能是稳定系统的压力，维持系统的背压并将高浓度臭氧/富氧溶液注入进原水。过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过扩散器6的小孔喷射出，高浓度臭氧/富氧溶液迅速与水溶合。由于压降，少量臭氧/氧气气泡从高浓度臭氧/富氧溶液中逸出，所以，少量臭氧/氧气气泡和高浓度臭氧/富氧溶液一起被喷射出，与水产生强烈的涡流，加快了溶合速度，缩短了溶合时间。通过应用试验案例证明，气水混合物或混合溶液转化为过饱和高浓度臭氧/富氧溶液(氧气的有效利用率达到99％以上)，高浓度臭氧/富氧溶液与水的溶合是液-液，溶合反应时间在瞬间完成，能精准稳定控制溶解臭氧量的波动。与臭氧/氧气投加相比方式，氧气利用率高，用户使用成本大幅降低。

扩散器6的作用：除了将高浓度富氧溶液注入水中，同时，保持整个系统的压力，防止氧气从高浓度富氧溶液中逸出。扩散器6上的小孔9和/或缝隙8保持系统背压大于2bar，过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过扩散器6上的小孔9和/或缝隙8逆向喷射到待处理的水中，臭氧/氧气气泡被水涡流吸收的同时，高浓度臭氧/富氧溶液能快速地与水溶合。这个系统背压将维持整个转化过程和管道压力，可阻止由于压降而造成臭氧/氧气气泡从高浓度臭氧/富氧溶液中逸出，阻止高浓度臭氧/富氧溶液返回气水混合物状态。

扩散器6是中空多边形并为一端封闭的长筒形物体，垂直于水流方向插入，扩散器6上带有小孔9和/或缝隙8的一面正对着水流上游(见图4)，扩散器6顶端开口(未封闭的一端)，可以允许过饱和高浓度臭氧/富氧溶液进入，过饱和高浓度臭氧/富氧溶液从小孔9和/或缝隙8逆向对着水流喷射出后与水混合。溶液进入到水的过程是降压过程，在压力平衡的过程中，臭氧压力溶液和少量臭氧/氧气气泡在通过小孔9和/或缝隙8喷射的瞬间与水流上游和水流的下游形成涡流，小气泡被水流吸收，高浓度臭氧/富氧溶液与水反应，整个过程是强化混合和快速溶解混合过程。

综上所述，本实用新型提供了一套完整的溶解臭氧投加系统，采用该系统投加臭氧/富氧溶液，将氧气与溶合水在罐内的压力作用生成过饱和高浓度臭氧/富氧溶液，再通过扩散器将过饱和高浓度臭氧/富氧溶液投加到待处理水中从而调整待处理水的水质。

现有技术中使用臭氧气体投加的方式，文丘里喷嘴是用于将气体投射到水里的部件，气体和水在文丘里喷嘴的收缩段或喉管处混合，然后通过扩张段射出。溶液的射出速度提高，压力迅速下降，大量的臭氧/氧气从溶液中析出形成大气泡，只有很少部分的臭氧/氧气参与消毒。由于水里不同高度的压力不同，在浅池、水池等开放环境中臭氧/氧气气泡从水里逃逸出来；在管道中臭氧/氧气气泡会破裂，引起震动和气蚀，并影响溶解臭氧量的控制精准度。

本实用新型中的扩散器6的主要作用是利用图3-图5中所示的小孔9和缝隙8稳定整个系统的压力在2bar以上，始终将臭氧/氧气封死在过饱和高浓度臭氧/富氧溶液中，并在压力释放时，生成稳定的高浓度臭氧/富氧溶液和少量臭氧/氧气气泡。如图3-图5所示，扩散器6的一半侧壁上开有释放臭氧/富氧溶液的通道，所述释放臭氧/富氧溶液的通道是一排小孔9与多排缝隙8的组合(小孔和缝隙两种组合)；同一水平面上的多个释放臭氧/富氧溶液的通道以小于180°的中心夹角均匀排列；同一水平面上相邻两个释放臭氧/富氧溶液的通道成锐角中心夹角排列，以保证高浓度臭氧/富氧溶液的出口压力大于2bar射出与待处理的水混合。通过小孔9和缝隙8，压力混合液(具有一定压力的高浓度臭氧/富氧溶液和微气泡的混合液)的进口压力和出口压力(理想状态)一致，并以非常快的速度喷射到水里。由于压力下降，压差会造成部分臭氧/氧气从溶液中以微气泡的形式逸出，所以，高浓度臭氧/富氧溶液和微气泡的混合液一起被喷射与水混合，同时，由于每一排上的小孔9或缝隙8位于同一条垂直线上且均匀排列，扩散器6有孔的一侧和无孔的一侧存在压差，压力混合液在水中形成涡流，进一步加速了溶合。

与现有技术相比较，本实用新型中的高浓度臭氧/富氧溶液扩散器，解决了臭氧/氧气的使用率(溶解率)低、噪音、震动、气蚀等问题；同时，高浓度臭氧/富氧溶液投加的应用场景范围也更宽广，如可以应用于自然湖泊、浅渠、浅池、管道、储液罐等等。

实施例2

本实施例的溶解臭氧投加系统，与实施例1中的溶解臭氧投加系统基本相同；不同之处在于：扩散器6设置在待处理的没有水流动的水池中，扩散器6的双侧侧壁上开有多个释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道为小孔和窄缝隙这两种的组合。

如图2所示，扩散器6设置在待处理的没有水流动的水池中，在扩散器6的整个筒形侧壁上开有多圈小孔和窄缝隙(一排小孔9、一排窄缝隙8交错排列)，实现360°投放。

所述释放臭氧/富氧溶液的通道(小孔9和窄缝隙8)能产生3bar以上的背压并使过饱和富氧溶液以大于3bar的出口压力喷射到水池内待处理的水中，保证扩散器的出口压力与待处理的水的压力两者之间有2bar以上的压差。

待处理的没有水流动的水池出水口通过溶合水管道11与水泵4入口连接(将经本实用新型的臭氧溶液投加系统及投加工艺处理后的富氧出水作为水泵4用水)。

实施例3

本实施例的溶解臭氧投加系统，与实施例1中的溶解臭氧投加系统基本相同；不同之处在于：液态氧储罐1和电子汽化器/热交换器2没有，换成了空分装置(空分制氧装置)，通过空分装置产出氧气，氧气再通过臭氧发生器3产生臭氧和氧气；所述高浓度臭氧/富氧溶液管道15为大于DN25的大管径管道，所述释放臭氧/富氧溶液的通道为缝隙，中间有一排缝隙8，两边各有一排缝隙8。

实施例4

本实施例的溶解臭氧投加系统，与实施例1中的溶解臭氧投加系统基本相同；不同之处在于：电子汽化器/热交换器2换成了翅片热交换器；所述高浓度臭氧/富氧溶液管道15为DN25的小管径管道，所述释放臭氧/富氧溶液的通道为小孔和窄缝隙的组合，中间有一排窄缝隙8，两边各有一排小孔9。

实施例5

本实施例的高浓度臭氧/富氧溶液投加系统，与实施例1中的高浓度臭氧/富氧溶液投加系统基本相同；不同之处在于：液态氧储罐1和电子汽化器/热交换器2没有，换成了杜瓦罐或钢瓶。氧气从杜瓦罐或钢瓶中放出来后通过臭氧发生器产生的臭氧/氧气经调压阀组10将压力调整到2bar以上；2bar以上压力的臭氧/氧气通过臭氧/氧气管道12从罐顶被送入到反应罐5内，并排出罐内空气；同时，溶合水(经过本实用新型的溶解臭氧投加系统及臭氧投加工艺处理后过滤去除杂质的富氧出水)通过水泵4增压到2bar以上后通过溶合水管道11从罐顶以高压雾状被送入到反应罐5内，并将罐内压力保持在2bar以上；在反应罐5中，臭氧/氧气与加压的溶合水雾混合，形成具有一定压力的气液混合物；因为水雾与臭氧/氧气的接触面积大，并且在罐内压力提升到设定的压力环境中，臭氧/氧气迅速溶解于水并生成高浓度臭氧/富氧溶液；随着臭氧/氧气的不断被送入，当反应罐内压力达到2bar以上，罐内高浓度臭氧/富氧溶液转换成饱和高浓度臭氧/富氧溶液；饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过反应罐5罐底的管道被压送至一个能精准控制流量和压力的控制阀14，控制阀14将饱和高浓度臭氧/富氧溶液封闭在反应罐5与控制阀14之间，由于反应罐5内持续的压力，饱和高浓度臭氧/富氧溶液成为过饱和高浓度臭氧/富氧溶液；打开控制阀14，过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过控制阀14内的阀芯，并通过管道输送到扩散器6；过饱和高浓度臭氧/富氧溶液通过扩散器6中的小孔和/或缝隙形成高浓度臭氧/富氧溶液和少量的臭氧/氧气微气泡的混合液被逆向喷射到水中，高浓度臭氧/富氧溶液迅速与水溶合(与水中的被消毒物质相遇并开始进行消毒处理)，少量的臭氧/氧气微气泡被水流吸收。

Claims (9)

1.一种溶解臭氧投加系统，其特征在于，它包括反应罐和扩散器，还包括臭氧/氧气管道、溶合水管道；反应罐内罐顶设水雾喷嘴和臭氧/氧气喷嘴；溶合水管道上设有水泵；水泵出口通过溶合水管道与反应罐罐顶的水入口及水雾喷嘴连接；臭氧/氧气管道上设有调压阀组；调压阀组出口通过臭氧/氧气管道与反应罐罐顶的臭氧/氧气入口及臭氧/氧气喷嘴连接；反应罐底部出口与扩散器入口连接；在反应罐底部出口与扩散器入口之间的高浓度臭氧/富氧溶液管道上设有一个能精准控制流量和压力的控制阀；扩散器设置在待处理的水中；扩散器是一端开口另一端封闭的中空筒形物体；所述扩散器的筒形侧壁上开有释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道为小孔或窄缝隙，或者是小孔和窄缝隙这两种的组合；所述释放臭氧/富氧溶液的通道能产生一定的背压并使过饱和富氧溶液以一定的出口压力喷射到待处理的水中，保证扩散器的出口压力与待处理的水的压力两者之间有2bar以上的压差；

扩散器设置在待处理的有水流动的原水或水管道中，位于水流的上游，扩散器的一半侧壁上开有释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道为一个或多个，或者是一排或多排；扩散器垂直于水流方向插入原水或水管道中，扩散器上开有释放臭氧/富氧溶液的通道的一侧正对着水流上游，能使扩散器内的富氧溶液从所述释放臭氧/富氧溶液的通道逆向对着水流喷射出来并能产生涡流强化混合效果；

或者，扩散器设置在待处理的没有水流动的水池、水塘或污水罐中，在扩散器的双侧侧壁上或整个筒形侧壁上，开有多个或多排释放臭氧/富氧溶液的通道；

所述的高浓度臭氧/富氧溶液投加系统，还包括依次连接的液态氧储罐、电子汽化器或热交换器、臭氧发生器；或者，还包括依次连接的空分装置、臭氧发生器；或者，还包括依次连接的杜瓦罐或钢瓶、臭氧发生器；臭氧发生器出口与臭氧/氧气管道入口连接；在臭氧发生器出口与反应罐罐顶的气体入口连接的臭氧/氧气管道上设有调压阀组。

2.如权利要求1所述的溶解臭氧投加系统，其特征在于，所述释放臭氧/富氧溶液的通道能产生3bar以上的背压并使过饱和碳酸溶液以大于3bar的出口压力喷射到待处理的水中；扩散器背压大于3bar，并维持整个系统的压力大于3bar。

3.如权利要求1或2所述的溶解臭氧投加系统，其特征在于，溶合水管道入口与待处理的水被投加臭氧溶液处理后的富氧出水连接。

4.如权利要求1或2所述的溶解臭氧投加系统，其特征在于，在原水或水管道中水流的下游或者水池、水塘或污水罐的出水口设置水质在线检测仪，水质在线检测仪与信号接收器连接，信号接收器与PLC控制器的输入端连接；PLC控制器的输出端与控制阀连接。

5.如权利要求1或2所述的溶解臭氧投加系统，其特征在于，扩散器是截面一半为多边形另一半为圆弧形的一端封闭的中空长筒形物体，扩散器的多边形一侧的一半侧壁上开有若干释放臭氧/富氧溶液的通道；所述释放臭氧/富氧溶液的通道是一排或多排小孔，一排或多排缝隙，或者小孔和缝隙这两种的组合；扩散器垂直于水流方向插入原水中，扩散器上带有小孔和/或缝隙的一侧正对着水流上游，能使扩散器内的高浓度臭氧/富氧溶液从小孔和/或缝隙逆向对着水流喷射出来。

6.如权利要求5所述的溶解臭氧投加系统，其特征在于，每一排上的小孔和/或缝隙位于同一条垂直线上且均匀排列。

7.如权利要求1或2所述的溶解臭氧投加系统，其特征在于，同一水平面上的多个释放臭氧/富氧溶液的通道以小于180°的中心夹角均匀排列；同一水平面上相邻两个释放臭氧/富氧溶液的通道成锐角中心夹角排列。

8.如权利要求4所述的溶解臭氧投加系统，其特征在于，所述水质在线检测仪包括水质仪探头。

9.如权利要求1或2所述的溶解臭氧投加系统，其特征在于，反应罐内设有冷却液盘管，或者，反应罐中下部设有用于补加冷却水的补充冷却水管；反应罐罐顶的水雾喷嘴为工业声波纳米级雾化器。

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