专利名称：一种气浮水处理溶气释放器的制作方法
技术领域：
本发明是属于压力溶气气浮水处理工艺释气系统中的关键装置，它对气泡的尺寸大小、分布及对气浮净水效果的好坏和日常运行费用的高低均有影响。在水处理工艺中，该装置能将在压力下溶解的气体通过特定设计的减压消能通道而释放出密集的微细气泡，与水中的絮体或其它颗粒物进行粘附，从而形成密度比水小的气泡-絮体的聚集体，易于上浮至水面，达到固液分离的结果。国外采用不同类型的释放器，有简单阀门、针型阀以及专用的释放器；尤其对于后者，国外将其列入专利。
1975年，英国水研究中心(WRC)研究成功了“WRC”专利释放器；瑞典的AKA公司有“AKA”专利释放器。荷兰有“Lesidse”释放器及其改进型和DWL“The Hague”释放器及其改进型，并且改进型释放器易于清洗，从而使回流比保持恒定。芬兰最流行的释放器是“Model Rictor”专利释放器。南非于80年代由Dr.LRJ Van Vuuren和Water TEK合作发明了一种释放器，成为典型的“NIWR”释放器。历来国外学者均认为释气泡的大小与溶气压力有关，认为低压很难获得供气浮用的微细气泡。
国内在方面有所突破，改善释放器的构造，避免气泡并大，而以微细气泡的形式释放，则在2-3Kg/cm2的条件下仍能满足气浮净水的需要。同济大学78年研究成功了TS-78型溶气释放器，继而又研究成功了TJ型释放器，它可以防止杂物堵塞，扩大单个释放器的出流量及加速气泡与待处理水的混合过程。80年代中期研究成功TV型释放器并获得专利86206538，这些释放器已得到了广泛应用；由冶金建筑研究总院80年代研制了YJH型高效气浮喷头，工作压力为2-3Kg/cm2，较“WRC”专利释放器的性能更优越。
同济大学的TJ、TV型释放器压力溶气水的输出过程，依然与传统的设计形式一致，即释气水在与压力溶气水输入方向一致，沿盘的边缘平面上释放，这样易于形成液团而释气水分布不均匀。冶金建筑研究总院的YJH型高效喷头的减压消能通道没有特定的设置，从释气理论上认为有所争议。在压力溶气水的减压消能是通过截面积的扩大来实现，而气体的逸出则是通过涡流、返混、局部真空、振动、推流等流体运动特征去完成，至于超细气泡并大并生成较为微米级的气泡，则是需要一个比较稳定的流态。
表1 各种释放器的工作参数与释气粒径参数 释气压力流量回 流 比释气泡直径(Kg/cm2) (m3/h)(％) (μm)WRC(英)3.5-6 0.36-0.68 4-10(饮用水) 10-120(平均40)AKA(瑞典) 4-65-15(饮用水)Lesidse(荷兰EWR) 4-76.5-15(饮用水)TheHague(荷兰DZH) 4-76.5-15(饮用水)Model Rictor(芬兰) 4-75.6-42(饮用水)NIWR(南非) 4-76-10(饮用水)中国 2.5-3.5 TS 0.25-4.92 5-10(饮用水)TS、TJ、TV型TJ 0.98-11.75 20-30(废水) 平均20-30TV 0.95-6.64YJH＜40本发明专利采用上述原理，按照压力溶气水释气的规律设计了一种SK型气浮水处理溶气释放器。该释放器基于国内外释放器的特点，可以在低压下进行高效的释气。当压力溶气水通过该装置时，其合理的水流通道使得减压消能极为迅速彻底，气体逸出完全及时，最后超细气泡并大并生成较为微米级的气泡是在温和的流态下进行，采用的壳体周边布水设计使得含微气泡的释气水可以更加均匀的释放分布、作用面积更大、与絮体或其它颗粒物作用机会增加；由于释放器内的孔隙设计最终趋向CSTR型反应器，形成的密度较高的微气泡的粒径分布均匀。同时为了防止和及时清除堵塞，本发明型参照了TV型释放器的清除堵塞物的装置，进行改进以适应SK型气浮水处理溶气释放器的实际设计，从而使得SK型气浮水处理溶气释放器可以及时彻底的清除堵塞物。
本发明型设计的装置有两部分，一是压力溶气水释气结构装置，一是清除堵塞物的装置；可以在不发生堵塞的情况下单独采用第一部分构成了SK型气浮水处理溶气释放器的一种整体或者在堵塞的情况下两部分装置通过组合连接构成了SK型气浮水处理溶气释放器的另一种整体。释气结构由上盖(1)、圆盘(2)、壳体(3)、环形薄片(26)组成；清除堵塞物装置由活塞(16)、套筒(17)、圆柱销(19)和(20)、拉簧(21)、空心连接镙柱(24)、压缩空气管(22)、换气三通阀(23)、排气管(25)组成。该装置可以在很少发生堵塞的环境中布设清除堵塞物装置，仅仅将圆盘下部与壳体通过螺纹相扣而密封。
本装置的优点是进水管道(6)正对圆盘(2)中心一较大截面的凹孔(7)，在径向的楔形圆周曲槽(8)、细狭缝(9)、两道相互嵌入的环形凸缘(10)(上盖)和环形曲槽(11)(圆盘)、从里向外逐渐扩大的楔形圆周狭缝(12)，溶气水经过该通道时经历几次挤压-扩大-挤压，形成涡流、返混、推流和局部真空、波浪式射流、剧烈涡流紊动；使得压力溶气水迅速减压消能、气体逸出。外壳与圆盘之间有环形导流通道(13)；环形缓冲室(14)是由圆盘与壳体下部所限定的一个环状空间；在壳体的下部、与释放器中心轴线垂直的横截面上设有一定数目的园孔，为布水通道(15)，从而在较为稳定的流态下形成微小浓密的气泡，并且均匀布散。上盖和圆盘间孔隙可以通过螺纹调节进行优化，从而达到溶气释放最佳减压消能与释气间距。其清除堵塞物质的结构可以方便的操作；而且该装置在不易堵塞的环境中可以取消清除堵塞物装置，从而灵活的因地制宜的进行应用。
发明型的具体设计由以下实施实例及附
图1、2给出。
附图1是本发明型SK型气浮水处理溶气释放器(有清除堵塞物质的结构)的结构剖面示意图；附图2本发明型SK型气浮水处理溶气释放器(取消清除堵塞物质的结构)的结构剖面示意图。
下面结合附图1详细说明本发明SK型气浮水处理溶气释放器的实施过程。
上盖(1)有外接管道(5)、进水管道(6)，在圆盘(2)的中心有一直径较大的凹孔(7)与(6)正对；上盖和圆盘上依次有相互对应的楔形圆周槽(8)、细狭缝(9)、两道相互嵌入的环形凸缘(10)(上盖)和环形曲槽(11)(圆盘)、从里向外逐渐扩大的楔形圆周狭缝(12)，它们组成了减压消能通道；外壳与圆盘之间有环形导流通道(13)；环形缓冲室(14)是由圆盘与壳体下部所限定的一个环状空间；在壳体的下部、与释放器中心轴线垂直的横截面上设有一定数目的园孔，为布水通道(15)，其中释气室(14)与壳体下部的布水通道(15)相通，布水通道(15)与外部相同。圆盘下平面中心与活塞(16)连接成一体，套筒与壳体有镙丝扣相接，活塞(16)在套筒(17)中可以往复运动，活塞(16)有环形槽，其中镶有密封圈(18)。为了有助于圆盘在排除堵塞时下移迅速，活塞(16)和套筒(17)上各安装了一个圆柱销(19)、(20)，并有拉簧(21)相连，这样拉簧的拉力可使圆盘顺利下移。压缩空气管(22)的一端接三通阀(23)和排气管(25)，另一端用空心镙柱(24)与套筒(17)连成一体。为了防止活塞在压力下上移密闭消能室间隙，在套筒顶部的位置处有圆环形的薄片(26)与壳体用丝扣相连，并套在圆盘下部的柱体上。
SK型气浮水处理溶气释放器的工作过程如下压力溶气水通过通道(5)进入进水通道(6)与凹孔(7)，此刻溶气水进行了一次迅速挤压-扩大的过程，部分减压消能从而形成湍流，加速空气分子的逸出速度；随后，水流经过楔形槽又重复经历了一种形式的挤压-扩大-挤压的过程，在楔形槽内形成返混、湍动紊流、瞬间真空，均可进一步加速气体逸出范德华力场的束缚；接着水流进入一极窄的狭缝，水流断面极度收缩，紊动程度更为剧烈，并出现较长时间的局部真空，从而使得流动液膜急剧减薄，其表面更新的速率达到了极点，使得气体几乎全部逸出；水流流入环形槽(10)和(11)，波浪式运动，形成振动有利于气体逸出；此后水流依次进入逐渐扩大通道(12)，水流速度逐渐减慢，有利于超微气泡在较为稳定的条件下并大；然后水流折向流入环形通道(13)，到达环状空间(14)，在此过程中，水流改变方向并进入缓冲区，有利于气体的逸出和气泡的形成；最后乳白色的释气水通过壳体上的布水通道(15)缓缓流出；至此完成了压力溶气水的释放过程。
当释放器在工作时遇到上盖和圆盘间空间堵塞时，可转动换向三通阀(23)90度，切断压缩空气源，此时套筒(17)中的剩余的压缩空气从排气管(25)放出，圆盘可在重力和拉簧(21)的拉力而向下运动，增加上盖和圆盘间的孔隙，这样堵塞物可被压力溶气水冲走。如果堵塞物冲走后，转动三通阀(23)，接通压缩空气源，使得活塞向上移动，直至接触到圆形薄片(26)处，释放器重新进入工作状态。
SK型气浮水处理溶气释放器的应用实例本研究实验通过絮凝-溶气气浮中试实验结果数据工艺参数原水流量 Q气浮=1.5m3/hr混合 n=380rpm，t=30s絮凝反应 n1=42rpm，t1=10/3×60sn2=25rpm，t2=10/3×60sn3=17rpm，t3=10/3×60s压力 P=3.30Kgf/cm2回 流 比 q=3.0-5.0％释 放 器 不同尺寸的减压消能与释气通道间距的SK型气浮水处理溶气释放器(0.5-2.0mm)絮 凝 剂 配成一定浓度的液体聚铝。测量仪器流动电流检测仪SCD,CHEMTRAC Systems INC.-Model3000XR浊度仪1720型低量程在线浊度仪，HACH公司表2 SK型气浮水处理释放器-1的处理效果实验(压力P:3.3Kgf/cm2，回流比r:4.0-4.7％)
表3 SK型气浮水处理释放器-2的处理效果实验(压力 P:3.3Kgf/cm2，回流比r:4.0-4.7％)
表4 SK型气浮水处理释放器-3的处理效果实验(压力P:3.3Kgf/cm2，回流比r:3.4-4.0％)
表5 SK型气浮水处理释放器-4的处理效果实验(压力P:3.3Kgf/cm2，回流比r:43-4.7％)
上面的数据依次表达了使用不同尺寸释气通道的SK型气浮水处理释放器时DAF的除浊效果，减压消能与释气通道间距在0.5-2.0mm的释放器在适当的投药量时均可获得较好的除浊效果，除浊率可达70％以上；对于如此低浊水，其中所含的颗粒物量很少，需要较小的回流比依然可取得很好的除浊效果。
权利要求
1．SK型气浮水处理溶气释放器，是由上盖(1)、圆盘(2)、壳体(3)、清洗装置(4)等部件组成。其特征在于上盖(1)有外接管道(5)、进水管道(6)，在圆盘(2)的中心有一直径较大的凹孔(7)与(6)正对；上盖和圆盘上依次有相互对应的楔形槽(8)、细狭缝(9)、两道相互嵌入的环形凸缘(10)(上盖)和环形曲槽(11)(圆盘)、从里向外逐渐扩大的楔形圆周狭缝(12)，它们组成了减压消能通道；外壳与圆盘之间有环形导流通道(13)；圆盘与壳体下部所限定的一个环状缓冲室(14)可以缓冲水流速度，使得流态更稳定，利于气泡的形成；在壳体的下部、与释放器中心轴线垂直的横截面上设有一定数目的园孔，为布水通道(15)，其中环状空间(14)与壳体下部的布水通道(15)相通，布水通道(15)与外部相通。圆盘下平面中心与活塞(16)连接成一体，套筒与壳体有镙丝扣相接，活塞(16)在套筒(17)中可以往复运动，活塞(16)有环形槽，其中镶有密封圈(18)。为了有助于圆盘在排除堵塞时下移迅速，活塞(16)和套筒(17)上各安装了一个圆柱销(19)、(20)，并有拉簧(21)相连，这样拉簧的拉力可使圆盘顺利下移。压缩空气管(22)的一端接三通阀(23)，另一端用空心镙柱(24)与套筒(17)连成一体。为了防止活塞在压力下上移密闭消能室间隙，在套筒顶部的位置处有圆环形的薄片(26)与壳体用丝扣相连，并套在圆盘下部的柱体上。
2．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于进水通道(6)的截面积小于圆盘中心凹孔(7)的截面积。
3．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于可以通过调节上盖(1)与壳体(3)间的螺纹来调节上盖与圆盘的间距，达到最佳消能间距。
4．根据权利要求1所述的SK型溶气释放器，其特征在于上盖(1)与圆盘(2)各有一楔形槽(8)，且中心相对。
5．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于上盖(1)与圆盘(2)间有一细狭缝(9)，其截面积等于权利要求4中所述的锲形槽(8)的出口截面积。
6．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于上盖(1)有环形的凸缘(10)与圆盘上的环形槽(11)相嵌。
7．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于上盖(1)与圆盘(2)组成从里向外逐渐扩大的楔形圆周狭缝(12)。
8．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于圆盘(2)下部柱体套有环形薄片(26)，此薄片与壳体(3)用螺纹相连，并可以通过调节螺纹而调节消能室间距。
9．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于套筒(17)下端用螺纹连接在壳体上。
10．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于圆盘(2)、壳体(3)组成了一个环形缓冲室。
11．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于布水通道(15)在壳体(3)的下部、与释放器中心轴线垂直的横截面上打有一定数目的园孔，形成环形均匀布水。
12．根据权利要求1所述的SK型气浮水处理溶气释放器，其特征在于该装置可以在很少发生堵塞的环境中布设清除堵塞物装置，仅仅将圆盘(2)下部与壳体(3)通过螺纹相扣而密封。
全文摘要
本发明型属于用于压力溶气气浮水处理工艺中的关键装置,这种气浮水处理溶气释放器利用经过特殊设计的上盖、圆盘组成高效释气通道,在外壳下部设环状布水通道;该释放器释出的气泡微小,且浓密、均匀而稳定,而且布水均匀,更加有利于与水中的颗粒物相互粘附,从而达到固液高效分离的目的。而且,当狭缝遇到堵塞时,本装置可附加相应清除堵塞物的设计使得圆盘下移,增加通道宽度,让高压水冲走堵塞的颗粒物。
文档编号C02F1/20GK1302767SQ00100080
公开日2001年7月11日 申请日期2000年1月6日 优先权日2000年1月6日
发明者汤鸿霄, 王毅力 申请人:中国科学院生态环境研究中心