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一種撞擊流水力聲空化環流反應器.pdf

摘要
申請專利號:

CN201511019011.5

申請日:

2015.12.30

公開號:

CN105540736A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 1/36申請日:20151230|||公開
IPC分類號: C02F1/36 主分類號: C02F1/36
申請人: 陜西師范大學
發明人: 莫潤陽; 沈壯志
地址: 710062 陜西省西安市長安南路199號
優先權:
專利代理機構: 西安永生專利代理有限責任公司 61201 代理人: 曹宇飛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201511019011.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.03.06|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明所涉及的一種撞擊流水力聲空化環流反應器,是在外筒內腔設置導流筒,在外筒的上部開有出水口,在導流筒的下方或者底端兩壁之間設置有與進水管道連通的水力發聲器,水力發聲器的進水方向與外筒的中心軸垂直,水力發聲器是由第一固定盤、連接桿、第一噴嘴、第二固定盤、第二噴嘴和振動桿連接構成,本發明能夠大大提高水力空化降解效果,提高水處理能力,同時,空化能耗低,成本較低,結構簡單,操作方便,易于安裝和拆卸,適于廢水超聲處理。

權利要求書

1.一種撞擊流水力聲空化環流反應器,包括外筒(1)以及設置在外筒(1)
內腔的導流筒(2),在外筒(1)的上部開有出水口,其特征在于:在導流筒(2)
的下方或者底端兩壁之間設置有與進水管道連通的水力發聲器(4);
所述水力發聲器(4)由第一固定盤(4-1)、連接桿(4-2)、第一噴嘴(4-3)、
第二噴嘴(4-5)、振動桿(4-4)以及第二固定盤(4-6)組成,第一固定盤(4-1)
和第二固定盤(4-6)通過連接桿(4-2)連接,在第一固定盤(4-1)和第二固定
盤(4-6)的中心位置分別設置有收斂型的第一噴嘴(4-3)和第二噴嘴(4-5),第
一噴嘴(4-3)與第二噴嘴(4-5)的噴口相對并且其中心軸在同一條直線上,在第
一噴嘴(4-3)的外側沿著圓周方向設置有振動桿(4-4),振動桿(4-4)的另一端
與第二固定盤(4-6)固定并且與第一噴嘴(4-3)、第二噴嘴(4-5)的中心軸平行。
2.根據權利要求1所述的撞擊流水力聲空化環流反應器,其特征在于:所述
第一噴嘴(4-3)和第二噴嘴(4-5)的入口直徑D與出口直徑d之間滿足:D/d=1:0.4~
0.7,第一噴嘴(4-3)與第二噴嘴(4-5)之間的間距L=1.5~4.0mm。
3.根據權利要求1所述的撞擊流水力聲空化環流反應器,其特征在于:所述
振動桿(4-4)在第一噴嘴(4-3)、第二噴嘴(4-5)的外側同一圓周上均勻分布。
4.根據權利要求1所述的撞擊流水力聲空化環流反應器,其特征在于:所述
第一噴嘴(4-3)的外壁距振動桿(4-4)的徑向距離H是0.5~1.5mm。
5.根據權利要求4所述的撞擊流水力聲空化環流反應器,其特征在于:所述
第一噴嘴(4-3)和第二噴嘴(4-5)距離外筒(1)底部的高度為10~20cm。

說明書

一種撞擊流水力聲空化環流反應器

技術領域

本發明屬于液態流體空化發生裝置研究技術領域,尤其涉及一種利用水力聲
空化強化降解處理有機污染物廢水的撞擊流水力聲空化環流反應器。

技術背景

隨著人口的增長,社會經濟的不斷發展,污水的排放量與日俱增,水污染問
題已對人類生存和社會發展構成了越來越嚴重的威脅,防止水體惡化,保護水資
源,已經成為人類共同追求的目標。傳統的處理方法在防治水體污染方面已經并
正在發揮著重要的作用。但由于廢水量的不斷增加,組成成份的日趨復雜,對廢
水處理的日趨嚴格,傳統的處理方法在多功能性,高效穩定性,和經濟合理性方
面難以滿足不斷提高的環境要求,因此高環境的要求需要有新的技術為之配套。
空化作為一種物理方法處理污水技術,具有高效能,成本低,并具有不產生二次
污染,被稱為“綠色水處理”,受到了廣泛的關注。

目前研究主要是超聲空化和水力空化,近年來,對超聲空化技術的化學反應
的深人研究發現其在特種污水處理方面效果明顯。超聲空化雖然空化強度高,但
在總能耗中只有5%~10%用于空化,其余90%~95%的能量是以熱能的形式使系統
升溫,這使得超聲空化的應用受到極大的限制,難以實現工業化。隨著水力空化
的深入研究,水力空化在污水處理方面潛力巨大,具有簡便易行、能耗低、效率
高等特點,從能效和規模化方面比較,水力空化技術比超聲空化技術更具有優勢。
但水力空化處理存在空化強度較低的缺點,因此設計一種具有超聲空化強度高,
水力空化能耗低、效率高的水力發聲空化設備就顯得尤為重要。

發明內容

為了能夠有效克服傳統水力空化所存在的關鍵技術缺陷,以達到提高和強化
空化處理廢水效果的目的,本發明提供了一種能夠使流體生成大量自由基,有效
提高水力空化降解有機污染物的能力,并且氣液混合均勻、傳質傳熱效果好、操
作方便、易于管理、成本低、結構簡單的撞擊流水力聲空化環流反應器。

本發明所采用的技術方案是:該撞擊流水力聲空化環流反應器包括外筒以及
設置在外筒內腔的導流筒,在外筒的上部開有出水口,在導流筒的下方或者底端
兩壁之間設置有與進水管道連通的水力發聲器,水力發聲器的進水方向與外筒的
中心軸垂直;

所述水力發聲器由第一固定盤、連接桿、第一噴嘴、第二噴嘴、振動桿以及
第二固定盤組成,第一固定盤和第二固定盤通過連接桿連接,在第一固定盤和第
二固定盤的中心位置分別設置有收斂型的第一噴嘴和第二噴嘴,第一噴嘴與第二
噴嘴的噴口相對并且其中心軸在同一條直線上,在第一噴嘴的外側沿著圓周方向
設置有振動桿,振動桿的另一端與第二固定盤固定并且與第一噴嘴、第二噴嘴的
中心軸平行。

上述第一噴嘴和第二噴嘴的入口直徑D與出口直徑d之間滿足:D/d=1:0.4~0.7,
第一噴嘴與第二噴嘴之間的間距L=1.5~4.0mm。

上述振動桿在第一噴嘴、第二噴嘴的外側同一圓周上均勻分布。

上述第一噴嘴的外壁距振動桿的徑向距離H是0.5~1.5mm。

上述第一噴嘴和第二噴嘴距離外筒底部的高度為10~20cm。

本發明的撞擊流水力聲空化環流反應器,是利用水流分別從水力發聲器中相
對設置的第一噴嘴和第二噴嘴內的收斂型通道射出,形成相對方向的射流,產生
沖擊,在撞擊面上產生波動壓力,向四周擴散,從而對外側的振動桿產生振動,
引起振動桿振動發聲,作用在周圍水體上產生大量的自由基,與此同時,在撞擊
面上產生大量的微氣泡,產生超聲空化效應,微氣泡隨著液體向上運動進入導流
筒,與液體充分混合,增強了氣液間的傳質和傳熱效果,而且本發明大大提高水
力空化降解效果,提高水處理能力,空化能耗低,成本較低,結構簡單,操作方
便,易于安裝和拆卸,適于廢水超聲處理。

附圖說明

圖1為實施例1的撞擊流水力聲空化環流反應器的結構示意圖。

圖2為圖1中水力發聲器4的結構示意圖。

圖3為實施例2的撞擊流水力聲空化環流反應器的結構示意圖。

具體實施方式

現結合附圖和實施例對本發明的技術方案進行進一步說明。

實施例1

由圖1可知,本實施例的水力聲空化環流反應器是由外筒1、導流筒2、固定
桿3以及水力發聲器4組成。

本實施例的外筒1是直徑為60cm的圓筒結構,在該外筒1的上部側壁上開有
出水口,在外筒1的內腔距離外筒1底部45cm的位置通過固定桿3和螺紋緊固件
固定安裝有一個直徑為50cm的導流筒2,該導流筒2的中心軸與外筒1的中心軸
重合,導流筒2的下端口距離外筒1底部的高度是20cm,在導流筒2的正下方通
過固定桿3水平安裝有水力發聲器4。

參見圖2,本實施例的水力發聲器4是由第一固定盤4-1、連接桿4-2、第一噴
嘴4-3、第二固定盤4-6、第二噴嘴4-5和振動桿4-4連接構成。其中,第一固定盤
4-1和第二固定盤4-6之間通過焊接方式連接的連接桿4-2固定,均采用不銹鋼材
質,為了保證連接穩定,連接桿4-2分布在第一固定盤4-1和第二固定盤4-6的邊
沿處并且在同一圓周上均勻分布。在第一固定盤4-1的中心位置加工有中心安裝
孔,在中心安裝孔內用螺紋方式安裝有與延伸至外筒1外部的進水管道連通的第
一噴嘴4-3,本實施例的第一噴嘴4-3的外部是直管結構,內部是由錐形管段和直
管段連接形成收斂型流道,第一噴嘴4-3的中心軸與外筒1的中心軸垂直,且第一
噴嘴4-3的外壁距離外筒1底部的高度是12cm,第一噴嘴4-3內部的錐形管段長
度是34mm,進水端口的內徑D為8mm,出水端口的內徑d為4mm,d/D=0.5,
直管段連接在錐形管段的出口端,直管段的內徑是4mm,長度是4mm。在第一固
定盤4-11盤面上第一噴嘴4-3的外側焊接有振動桿4-4,振動桿4-4是4個,在第
一噴嘴4-3的外側同一圓周上均勻分布,該振動桿4-4的另一端焊接在第二固定盤
4-6上且與第一噴嘴4-3的中心軸平行,振動桿4-4的直徑是1.5mm,長度為78mm,
必須保證是細長桿狀,振動桿4-4距第一噴嘴4-3外壁的徑向距離H是1mm。

在第二固定盤4-6的中心位置加工有中心安裝孔,在中心安裝孔內用螺紋方式
安裝有與第一噴嘴4-3并列連接在進水管道上的第二噴嘴4-5,第二噴嘴4-5與第
一噴嘴4-3的噴口相對且噴口之間的水平間距L是2mm,距離外筒1底部的高度
是12cm,第二噴嘴4-5與第一噴嘴4-3關于導流筒2的中心軸對稱。本實施例的
第二噴嘴4-5與第一噴嘴4-3的結構相同且進水方向相對,該第二噴嘴4-5的外部
也是直管結構,內部是由錐形管段和直管段連接形成收斂型流道,錐形管段長度
是34mm,進水端口的內徑D為8mm,出水端口的內徑d為4mm,d/D=0.5,直
管段連接在錐形管段的出口端,直管段的內徑是4mm,長度是4mm。

使用時,進水管的水流分別從第一噴嘴4-3和第二噴嘴4-5的進水口進入,經
相對方向的第一噴嘴4-3和第二噴嘴4-5的出水口出射的射流相互碰撞,形成沿徑
向擴散的撞擊流,撞擊流擴散引起細長振動桿4-4振動發聲,所產生的的超聲引
起微氣泡空化,微氣泡隨著液體向上運動進入導流筒2,在導流筒2內進一步與液
體混合,由于導流筒2內液體與氣體接觸后其氣含率高于導流筒2外的氣含率,
導流筒2中兩相混合,密度較低,在導流筒2頂部氣液混合,與導流筒2外側形
成密度差,形成導流筒2內向上、外環向下的循環流動,實現氣液間的進一步混
合,增強了氣液間的傳質和傳熱效果。

實施例2

參見圖3,本實施例的水力發聲器4是直接固定在導流筒2的底端側壁上,即
在導流筒2底端相對的兩側壁上在同一高度位置分別安裝有接頭5,該接頭5屬于
常用水管接頭,其能夠方便水力發聲器4拆裝,即接頭5的一端分別與延伸至外
筒1外部的進水管道連通,另一端分別與水力發聲器4的第一噴嘴4-3、第二噴嘴
4-5連通。

本實施例的第一噴嘴4-3的外部是直管結構,內部是由錐形管段和直管段連接
形成收斂型流道,第一噴嘴4-3的中心軸與外筒1的中心軸垂直,且第一噴嘴4-3
的外壁距離外筒1底部的高度是20cm,第一噴嘴4-3內部的錐形管段的長度是
32mm,進水端口的內徑D為8mm,出水端口的內徑d為3.2mm,d/D=0.4,直管
段連接在錐形管段的出口端,直管段的內徑是3.2mm,長度是6mm。在第一固定
盤4-11盤面上第一噴嘴4-3的外側焊接有振動桿4-4,振動桿4-4是3個,在第一
噴嘴4-3的外側同一圓周上均勻分布,該振動桿4-4的另一端焊接在第二固定盤4-6
上且與第一噴嘴4-3的中心軸平行,振動桿4-4的直徑是3mm,長度為82mm,必
須保證是細長桿狀,振動桿4-4距第一噴嘴4-3外壁的徑向距離H是0.5mm。

本實施例的第二噴嘴4-5與第一噴嘴4-3的噴口相對且噴口之間的水平間距L
是1.5mm,距離外筒1底部的高度是20cm,第二噴嘴4-5的結構與第一噴嘴4-3
相同且進水方向與第一噴嘴4-3相對,該第二噴嘴4-5的外部也是直管結構,內部
是由錐形管段和直管段連接形成收斂型流道,錐形管段長度是34mm,進水端口的
內徑D為8mm,出水端口的內徑d為3.2mm,d/D=0.4,直管段連接在錐形管段
的出口端,直管段的內徑是3.2mm,長度是6mm。

其他的部件及連接關系、工作原理與實施例1相同。

實施例3

本實施例的水力發聲器4,在第一固定盤4-1的中心位置加工有中心安裝孔,
在中心安裝孔內用螺紋方式安裝有第一噴嘴4-3,第一噴嘴4-3的中心軸與外筒1
的中心軸垂直,且第一噴嘴4-3的外壁距離外筒1底部的高度是10cm,本實施例
的第一噴嘴4-3外部是直管結構,內部是由錐形管段和直管段連接形成收斂型流
道,其內部錐形管段的長度是38mm,進水端口的內徑D為8mm,出水端口的內
徑d為5.6mm,d/D=0.7,直管段連接在錐形管段的出口端,直管段的內徑是5.6mm,
長度是3mm。在第一固定盤4-11盤面上第一噴嘴4-3的外側焊接有振動桿4-4,
振動桿4-4是8個,在第一噴嘴4-3的外側同一圓周上均勻分布,該振動桿4-4的
另一端焊接在第二固定盤4-6上且與第一噴嘴4-3的中心軸平行,振動桿4-4的直
徑是2mm,長度為88mm,必須保證是細長桿狀,振動桿4-4距第一噴嘴4-3外壁
的徑向距離H是1.5mm。

在第二固定盤4-6的中心位置加工有中心安裝孔,在中心安裝孔內用螺紋方式
安裝有與第一噴嘴4-3并列連接在進水管道上的第二噴嘴4-5,第二噴嘴4-5與第
一噴嘴4-3的噴口相對且噴口之間水平間距L為4mm,距離外筒1底部的高度是
10cm,本實施例的第二噴嘴4-5與第一噴嘴4-3的結構相同,且進水方向相對,該
第二噴嘴4-5的外部也是直管結構,內部是由錐形管段和直管段連接形成收斂型流
道,其內部錐形管段的長度是38mm,進水端口的內徑D為8mm,出水端口的內
徑d為5.6mm,d/D=0.7,直管段連接在錐形管段的出口端,直管段的內徑是5.6mm,
長度是3mm。

其他的部件及連接關系、工作原理與實施例1相同。

本發明的水力發聲器4的安裝可以根據外筒1、導流筒2的規格以及處理水量
進行適當調節,外筒1與導流筒2的直徑、筒高以及第一噴嘴4-3、第二噴嘴4-5
以及振動桿4-4的設計尺寸以及間距均可根據實際水處理量以及處理要求進行調
整。

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