专利名称：污水气浮处理用微细气泡发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水气浮处理用微细气泡发生器。
背景技术：
气浮法水处理工艺就是设法在原水中产生足够数量、尺寸均匀的微细气泡(有时还一同加入浮选剂)，并使原水中的油颗粒、固体悬浮物(SS)等污染物质与气泡发生粘附，然后借助浮力上升到水面，通过收集泡沫浮渣达到水质净化的目的。根据微细气泡产生方式的不同，气浮技术可分为加压溶气气浮(Dissolved gas Flotation, DGF)、多相溶气泵气浮、诱导气浮(Induced Gas Flotation, IGF)、电解气浮等，目前在市政污水和工业废水处理行业应用较多的有加压溶气气浮和诱导气浮。加压溶气气浮的基本原理是，首先将空气或其它气体在一定压力作用下溶解于待处理的原水中，并达到过饱和状态，随后降低溶气水的压力，使溶解在其中的气体以微细气泡的形式逸出，进而完成气浮过程。传统加压溶气气浮形成的气泡细小，但需要配气体增压输送设备(如空压机等)、填料溶气罐、释气器(如减压阀)等设备，致使系统组成较为复杂、运行能耗较高、设备占地面积较大等。随着多相流泵送技术的日益成熟，基于多相溶气泵的气浮技术越来越引起人们的关注。该技术与传统加压溶气气浮技术的最大区别在于，使用多相溶气泵代替了传统加压溶气气浮系统中的空压机、填料溶气罐等设备，在一台多相溶气泵内完成水增压、气体吸入、气体溶解剪切过程，泵出口的污水中已经含有大量的微细气泡。目前已知的多相流泵有美国Exterran 公司的ONYX-Micro Bubble泵、德国西门子公司的Brise IGF泵、德国Edur公司的溶气泵、日本NIKUNI公司的涡流泵等，其中德国Edur公司的溶气泵产品线最为丰富、应用最为广泛。多相溶气泵所产生微气泡的粒径基本在30 μ m左右，气液混合程度高 。虽然多相溶气泵气浮系统的配置简单，运行维护容易，但其功耗和泵自身的成本问题不可忽视。试验研究还发现，多相溶气泵对原水存在着较强的剪切乳化作用，对于有些原水(如含油污水等)而言，这种剪切乳化的负面影响不容忽视，甚至会引起净化效率的大幅度降低。诱导气浮有机械诱导气浮和水力诱导气浮两种。机械诱导气浮也称叶轮旋切气浮，主要依靠电动机带动叶轮旋转，工作腔室所产生的负压环境致使气体自动进入，随后完成剪切以产生微气泡。该技术的主要缺点是机械系统所具有的转动部件维护复杂，同时系统无法进行回流操作；叶轮旋切气浮机存在液位控制难度较大、较易出现短流和死流区等不足，同时气浮机产生微气泡的粒径与叶轮旋切强度密切相关，微气泡粒径较大且不均匀，通常在10 300 μ m之间。水力诱导气浮也称射流气浮，自20世纪80年代末在油气田或石化企业采油污水处理中得到了广泛应用，国内外相继出现了一批成熟可靠的射流气浮产品，如美国Natco公司Wemco'.SISF Systems以及国内YFP喷射式诱导气浮机、FXP喷射式浮选机、YQJ型射流气浮净化机、HGF卧式诱导气浮罐等。射流气浮的关键元器件是射流器或高速文丘里管，喉管段水流流速较高、压力较低，致使气体自动进入，随后完成剪切以产生微气泡。射流气浮的电能消耗低(仅为叶轮旋切气浮的一半)，同时射流器或高速文丘里管内没有转动部件，剪切力较小，不会造成粘附体的破散。但是产生的微气泡粒径较大，而且其效率受射流器或高速文丘里管出口孔径的影响较大，对进入喷嘴的水质和压力要求较为苛刻，较小的波动可能会对净化效率造成较大影响。鉴于加压溶气气浮、多相溶气泵气浮、诱导气浮存在的不足，发明人一直不断探索研制新型高效的微细气泡发生设备。随着材料加工合成技术的不断进步和普遍应用，基于微孔介质材料的微孔发泡技术得以实现。该技术的基本工作原理是，通过微孔介质材料剪切连续气体形成微细气流，水流“剪切冲刷”微细气流得到微气泡。与加压溶气气浮析出气泡相比，微孔发泡技术设备简单，省去了庞大的填料溶气罐，而且气体的利用效率较高、运行费用也相对降低；此外，该技术完全能够设法克服多相溶气泵气浮、诱导气浮对原水水流的强剪切作用，并且产生的气泡粒径细小、均匀、产生气泡量大。
发明内容
本发明的目的是提供一种污水气浮处理用微细气泡发生器。本发明所提供的一种污水气浮处理用微细气泡发生器，它包括水腔管和微孔管；所述水腔管的一端与所述微孔管相连接，另一端为封闭端；所述水腔管的侧壁上设有入口水管；所述微孔管外套设有气 腔管，所述气腔管与所述微孔管之间形成密闭的气腔；所述气腔管的侧壁上设有入口气管；所述微孔管的开口端与出口管相连接。上述的微细气泡发生器中，所述入口气管设于所述气腔管的中部；所述入口水管设于所述水腔管的中上部。上述的微细气泡发生器中，所述水腔管的封闭端可通过法兰进行密封或通过焊接封闭。上述的微细气泡发生器中，所述水腔管与所述微孔管之间可通过法兰或螺纹密封连接。上述的微细气泡发生器中，所述微孔管与所述出口管之间可通过法兰或螺纹密封连接。上述的微细气泡发生器中，所述水腔管与所述微孔管之间、所述微孔管与所述出口管之间均可通过密封圈或密封垫片进行密封。上述的微细气泡发生器中，所述出口管可为出口螺纹管或出口法兰管。上述的微细气泡发生器中，所述水腔管的内壁上螺旋导片；所述螺旋导片设于所述切向入口水管的下部，所述螺旋导片可以引导污水产生旋流，加强后续对气泡的剪切作用。上述的微细气泡发生器中，所述微细气泡发生器还包括一剪切加强管，所述剪切加强管从所述水腔的一封闭端延伸至所述微孔管的开口端；所述剪切加强管可以通过减小流体流通区域，从而加快流体的剪切速度。上述的微细气泡发生器中，所述剪切加强管的一端固定于密封所述水腔的法兰上；所述剪切加强管的另一端延伸距所述微孔管的开口端5 IOmm处；
所述剪切加强管的直径为所述微孔管的直径的1/3 1/2。另外，根据对处理效果要求的不同或工作流量需求的不同，本发明提供的微细气泡发生器可以采用串联或并联的方式组合，甚至可用于向原水中充氧，辅助强化好氧生化过程的进行。本发明中，所述微孔管具体选择为陶瓷管，也可以为其他材料合成加工而成的、带有大量微细孔隙、且具有一定强度和耐腐蚀性的管状构件，如金属粉末烧结微孔管、陶瓷膜
膜管等。使用本发明的微细气泡发生器时，处理水、气体分别通过所述入口水管、入口气管进入所述微气泡发生器的水腔管、气腔管，气体经所述微孔管切割并经过处理水流的不断冲刷剪切形成微气泡，水流携带形成的微气泡从出口管排出。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果:(I)本发明能有效地产生足够数量、尺寸均匀的微细气泡，完全能够满足气浮净化处理工艺需要。(2)本发明避免了因处理水中杂物堵塞微孔管而带来的清理麻烦，能够实现长期稳定运行，且无转动部件，使用安装维护修理简易。(3)本发明节能，只有提高气体压力耗功，无其它功耗。(4)本发明结构简单、紧凑，可有效节省空间，针对空间要求较高的工况极具应用优势。( 5 )本发明的 运行费用低，易于推广普及。
图1为本发明微细气泡发生器的结构示意图。图2为图1的接口方位示意图。图3为图1中A-A剖视示意图。图4为本发明微细气泡发生器的另一实施例的结构不意图。图5为图4的接口方位示意图。图6为图4中B-B剖视示意图。图7为本发明微气泡发生器的串联方式结构示意图。图中各标记如下:1法兰盖、2水腔管法兰、3切向入口水管、4水腔管、5切向入口气管、6气腔管、7微孔管、8法兰a、9法兰b、10出口螺纹管、11大O形密封圈、12小O形密封圈、13环形气腔、14水腔、15法兰、16密封垫片、17螺旋导片、18剪切加强管、19微细气泡发生器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。如图1-图3所示，本发明提供的微细气泡发生器包括水腔管4和微孔管7 ;该水腔管4的一端与微孔管7通过法兰15进行连接，且连接处设有大O形密封圈11，该水腔管4的另一端通过法兰盖I和水腔管法兰2进行连接，在连接处设有密封垫片16。该水腔管4侧壁的中上部设有一切向入口水管3，处理水通过该切向入口水管3进入水腔管4中，并在水腔管4内旋流进入微孔管7中。其中该微孔管7为一圆柱状陶瓷管，其具有若干个孔隙。在微孔管7外套设有一气腔管6，该气腔管6与微孔管7之间形成一密闭的环形气腔13，且在气腔管6侧壁中部设有一切向入口气管5，外界气源从该切向入口气管5进入环形气腔13中。该微孔管7的开口端与一个出口螺纹管10通过法兰a8和法兰b9进行连接，且连接处设有大O形密封圈11和小O形密封圈12。处理水冲刷剪切不断通过微孔管7上微米级的孔隙进入的气体，在流体的冲刷剪切下，形成富含微气泡的混合液，并通过出口螺纹管10将混入微细气泡的待净化处理水排出。如图4-图6所示(图中未标记与图1-图3中相同的部件)，为了产生所期望的旋流强度，加强后续对气泡的剪切作用，还可以设置螺旋导片17和剪切加强管18。其中螺旋导片17设于切向入口水管3的下部，螺旋导片17可以引导污水产生旋流，加强后续对气泡的剪切作用。该剪切加强管18的一端固定于法兰盖I上，从水腔管4的一封闭端延伸至微孔管7的开口端，且距离出口螺旋管10的上端IOmm处。本发明提供的微细气泡发生器，其中微孔管的管壁的孔隙大小、孔隙率、环形气腔与水腔之间的内外压差、水流的剪切速度(直接取决于入口流量)等因素会直接影响到微细气泡的形成效果。环形气腔与水腔之间的内外压差可以通过调节气源的供气压力等来实现，水流的剪切速度可通过调节入口污水的流量等来实现。剪切加强管的直径与微孔管的直径的比值可在1/3至1/2的范围内进行调整，且剪切加强管游离端延伸距微孔管的开口端5 IOmm处。此外，在原水处理量不变的情况下，还可以通过改变整个微细气泡发生器(尤其是微孔管)的长度、采用两个或多个串联工作等方式来增加原水中所携带微细气泡的数量；而对于同种类型规格的微细气泡发生器，则可以通过两个或多个并联工作等方式来满足对不同原水处理量的要 求，如图7所示，为采用串联的方式时的示意图，其中一个微细气泡发生器19的出口螺旋管10与另一个微细气泡发生器19的切向入口水管3相连接。显然，当气源气体为空气或含氧量较高的气体(其是纯氧时)，该新型微细气泡发生器还可以用于向原水中充氧，辅助强化好氧生化过程的进行。以上所述仅为本发明的具体实施例，本领域技术人员依据申请文件公开的技术理念，对本发明实施例进行的各种改动或变型，都并未脱离本发明的精神实质和涵盖范围。
权利要求
1.一种污水气浮处理用微细气泡发生器，其特征在于: 所述微细气泡发生器包括水腔管和微孔管；所述水腔管的一端与所述微孔管相连接，另一端为封闭端；所述水腔管的侧壁上设有入口水管； 所述微孔管外套设有气腔管，所述气腔管与所述微孔管之间形成密闭的气腔；所述气腔管的侧壁上设有入口气管； 所述微孔管的开口端与出口管相连接。
2.根据权利要求1所述的微细气泡发生器，其特征在于:所述入口气管设于所述气腔管的中部； 所述入口水管设于所述水腔管的中上部。
3.根据权利要求1或2所述的微细气泡发生器，其特征在于:所述水腔管的封闭端通过法兰进行密封或通过焊接封闭； 所述水腔管与所述微孔管之间通过法兰或螺纹连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微细气泡发生器，其特征在于:所述微孔管与所述出口管之间通过法兰或螺纹连接。
5.根据权利要求1-4中任 一项所述的微细气泡发生器，其特征在于:所述水腔管与所述微孔管之间、所述微孔管与所述出口管之间通过密封圈或密封垫片进行密封。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的微细气泡发生器，其特征在于:所述出口管为出口螺纹管或出口法兰管。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的微细气泡发生器，其特征在于:所述水腔管的内壁上设有螺旋导片；所述螺旋导片设于所述切向入口水管的下部。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的微细气泡发生器，其特征在于:所述微细气泡发生器还包括剪切加强管，所述剪切加强管从所述水腔管的封闭端延伸至所述微孔管的开口端。
9.根据权利要求8所述的微细气泡发生器，其特征在于:所述剪切加强管的一端固定于密封所述水腔管的法兰上； 所述剪切加强管的另一端延伸距所述微孔管的开口端5 IOmm处； 所述剪切加强管的直径为所述微孔管的直径的1/3 1/2。
10.一种污水气浮处理用微细气泡发生系统，其特征在于:所述系统包括若干个并联或串联的权利要求1-9中任一项所述污水气浮处理用微细气泡发生器。
全文摘要
本发明公开了一种污水气浮处理用微细气泡发生器。所述微细气泡发生器包括水腔管和微孔管；所述水腔管的一端与所述微孔管相连接，另一端为封闭端；所述水腔管的侧壁上设有入口水管；所述微孔管外套设有气腔管，所述气腔管与所述微孔管之间形成密闭的气腔；所述气腔管的侧壁上设有入口气管；所述微孔管的开口端与出口管相连接。使用本发明的微细气泡发生器时，处理水、气体分别通过所述入口水管、入口气管进入所述微气泡发生器的水腔管、气腔管，气体经所述微孔管切割并经过处理水流的不断冲刷剪切形成微气泡，水流携带形成的微气泡从出口管排出。本发明能有效地产生足够数量、尺寸均匀的微细气泡，完全能够满足气浮净化处理工艺需要；避免了因处理水中杂物堵塞微孔管而带来的清理麻烦，能够实现长期稳定运行，且无转动部件，使用安装维护修理简易。
文档编号C02F1/24GK103193288SQ20131011893
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者陈家庆, 王春升, 蔡小垒, 尚超, 符博, 张明, 郑晓鹏, 平朝春, 刘新福, 李世铭 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院