超微气泡产生装置及水净化系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种超微气泡产生装置及水净化系统和方法，该超微气泡产生装置包括高压供气机、射流器、高压水泵、气水混合器，所述高压供气机与所述气水混合器相连，所述高压水泵与所述射流器相连，所述高压水泵用于产生高压水体并送入所述射流器内；所述气水混合器用于将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液。本发明的有益效果是射流器通过改变高压水体形态不仅能显著提高气水溶合效率和速率，而且还可增大气体溶合量，并大大缩小气水混合器的体积；虽然射流器需要耗能，但是由于气体溶合量大幅提高，故单位气体溶合的能耗反而降低。
【专利说明】超微气泡产生装置及水净化系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水处理领域，尤其涉及超微气泡产生装置及水净化系统和方法。
【背景技术】
[0002]水环境治理是我国环境保护的软肋，如治理滇池已投入近300亿元，但水环境质量没有改善。
[0003]随着科技进步，利用微气泡净化水体的水处理技术已经从实验室阶段发展到了实际应用阶段。目前国内常见的有超微米气泡水处理技术、微纳米气泡发生技术等技术，但综合看来，这类技术还未趋于成熟，主要是因为未能稳定、均匀地产生大量超微气泡，以至于水质净化效果不佳。
[0004]1.超微米气泡水处理技术:
采用对称平衡式多级离心泵，吸入清水，逐级提高水的压力至0.3 5 M P a以上；进入气水混合器使气与水进行混合，通过过滤把水中直径大于Q.3 5 mm的泥渣滤除，产生2 O O纳米至4微米级的气泡。在污水池中分两次加入药液，并底部进行搅拌，污水絮凝8 — I 5分钟后，与上述2 O O纳米至4微米级的气泡相遇，两者充分结合，促使絮体比重减轻而上浮；两者充分结合后的污水从气浮池的中上部进入分离池，在分离池中停留2 0 - 4 0分钟，使渣与水充分分离；通过刮渣机将上浮的渣刮入污泥池中；清水从分离池底部由管道引出。
[0005]2.旋回式气液混合型，微纳米气泡发生技术:
如图1所示，进入气液混合器的液体在压力作用下高速旋转，形成强烈的液体湍流，水从上壁进入混合器，高速旋转的液体在混合器的中轴线处形成负压区，空气则从轴心处被吸进入，从两侧的边缘处流出，在高速旋转的水流作用下，进入轴心处的气泡被击碎成为直径为微纳米级的超微细气泡，可以发挥洁净水的功能，液流的旋转速度越快，对气泡的粉碎作用越强。
[0006]目前技术的缺点是:
1.能耗及运行费用较高；
2.气泡产生效率低，产生气泡量不均匀、不稳定，导致污染物处理效率低，出水水质不稳定;
3.气泡产生过程可控性差，不利于推广应用。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种超微气泡产生装置。
[0008]本发明提供了一种超微气泡产生装置，包括高压供气机、射流器、高压水泵、气水混合器，所述高压供气机与所述气水混合器相连，所述高压供气机用于产生高压气体并送入所述气水混合器内；所述高压水泵与所述射流器相连，所述高压水泵用于产生高压水体并送入所述射流器内；所述射流器与所述气水混合器相连，所述射流器用于将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合，并将雾状水滴送入所述气水混合器内；所述气水混合器用于将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液。
[0009]作为本发明的进一步改进，该超微气泡产生装置还包括用于逐级稳定降压的旋涡超微稳压器，所述旋涡超微稳压器与所述气水混合器相连，所述旋涡超微稳压器用于接收所述气水混合器输出的超饱和气水溶合液。
[0010]作为本发明的进一步改进，该超微气泡产生装置还包括调节剂容器、调节剂输送机构，通过所述调节剂输送机构将所述调节剂容器内的调节剂输送至所述旋涡超微稳压器内。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述调节剂输送机构包括计量泵，该超微气泡产生装置还包括用于对所述调节剂容器内的调节剂进行搅拌的搅拌机构。
[0012]本发明还提供了一种超微气泡产生方法，包括如下步骤:
高压气体产生步骤:用于产生高压气体；
雾状水滴产生步骤:用于将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合；
混合步骤:用于将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液。
[0013]作为本发明的进一步改进，该超微气泡产生方法还包括:
降压步骤:用于将超饱和气水溶合液进行逐级稳定降压。
[0014]作为本发明的进一步改进，该超微气泡产生方法还包括:
调节步骤:用于将超饱和气水溶合液与所述调节剂进行混合，通过调节剂减弱水分子间的氢键，从而降低水分子的表面张力，易于形成超微气泡；
输出步骤:在逐级稳定降压的作用下，超饱和高压气水溶合液稳定地释放超微气泡。
[0015]作为本发明的进一步改进，在所述高压气体产生步骤中，通过高压供气机产生高压气体；
在所述雾状水滴产生步骤中，通过高压水泵产生高压水体，通过射流器将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合；在所述混合步骤中，通过气水混合器将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液；
在所述降压步骤中，通过旋涡超微稳压器将超饱和气水溶合液进行逐级稳定降压；在所述调节步骤中，通过将调节剂容器内的调节剂输送至所述旋涡超微稳压器内使超饱和气水溶合液与调节剂进行混合；
在所述输出步骤中，将与调节剂混合后的超饱和气水溶合液从旋涡超微稳压器中释放超微气泡。
[0016]本发明还提供了一种包括所述超微气泡产生装置的水净化系统，该水净化系统还包括反应池、刮渣机，所述反应池用于使超微气泡和污水在其中进行混合，从而使污染物质上浮到水面形成泡沫；所述刮渣机用于去除泡沫。
[0017]本发明还提供了一种包括所述超微气泡产生方法的水净化方法，该水净化方法还包括: 反应步骤:用于将超微气泡和污水进行混合，从而使污染物质上浮到水面形成泡沫；
去除步骤:用于去除泡沫。
[0018]本发明的有益效果是:射流器通过改变高压水体形态不仅能显著提高气水溶合效率和速率，而且还可增大气体溶合量，并大大缩小气水混合器的体积；虽然射流器需要耗能，但是由于气体溶合量大幅提高，故单位气体溶合的能耗反而降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是进入气液混合器的液体在压力作用下高速旋转的示意图。
[0020]图2是本发明的超微气泡产生装置一实施例的原理示意图。
[0021]图3是本发明的超微气泡产生装置另一实施例的原理示意图。
【具体实施方式】
[0022]我们在前期研究实验的基础上，提出着重超微气泡发生装置的研究与产品开发，旨在开发出能耗低、操作简单、可自动运行的超微气泡产生装置，从而系统性地大量产生稳定、均匀的超微气泡，以实现利用超微气泡进行水质净化的水处理技术工艺可在实际水处理领域推广应用的目的。如图2所示，本发明公开了一种超微气泡产生装置，包括高压供气机1、射流器2、高压水泵3、气水混合器4，所述高压供气机I与所述气水混合器4相连，所述高压供气机I用于产生高压气体并送入所述气水混合器4内；所述高压水泵3与所述射流器2相连，所述高压水泵3用于产生高压水体并送入所述射流器2内；所述射流器2与所述气水混合器4相连，所述射流器I用于将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合，并将雾状水滴送入所述气水混合器4内；所述气水混合器4用于将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液。
[0023]在工作时，首先利用高压水泵3对水体进行高强度增压，高压水体首先经过射流器2，高压水高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以有效溶合。然后，雾状水滴进入进入气水混合器4，与高压气体充分接触并迅速达到超饱和溶合从而形成超饱和气水溶合液，气水混合器4达到设计压力和液容后，其内的超饱和气水溶合液自动连续释放出超微气泡。
[0024]超微气泡包括微米级、亚微米级气泡。
[0025]如图3所示，该超微气泡产生装置还包括用于逐级稳定降压的旋涡超微稳压器5，所述旋涡超微稳压器5与所述气水混合器4相连，所述旋涡超微稳压器5用于接收所述气水混合器4输出的超饱和气水溶合液。该超微气泡产生装置还包括调节剂容器6、调节剂输送机构，通过所述调节剂输送机构将所述调节剂容器6内的调节剂输送至所述旋涡超微稳压器5内。
[0026]所述调节剂输送机构包括计量泵7，该超微气泡产生装置还包括用于对所述调节剂容器6内的调节剂进行搅拌的搅拌机构8。
[0027]工作时，气水混合器4内的超饱和气水溶合液进入旋涡超微稳压器5后与投加的调节剂混合，调节剂能减弱水分子间的氢键，从而降低水分子的表面张力，易于形成超微气泡。在旋涡超微稳压器5逐级稳定降压的作用下，超饱和高压气水溶合液能稳定地释放大量密集的微米级、亚微米级气泡，避免压差瞬间过大而造成气泡量不稳定、气泡大小不均匀等问题。
[0028]本发明还公开了一种超微气泡产生方法，包括如下步骤:
高压气体产生步骤:用于产生高压气体；
雾状水滴产生步骤:用于将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合；
混合步骤:用于将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液。
[0029]该超微气泡产生方法还包括:
降压步骤:用于将超饱和气水溶合液进行逐级稳定降压。在所述降压步骤中，通过旋涡超微稳压器将超饱和气水溶合液进行逐级稳定降压。
[0030]该超微气泡产生方法还包括:
调节步骤:用于将超饱和气水溶合液与所述调节剂进行混合，通过调节剂减弱水分子间的氢键，从而降低水分子的表面张力，易于形成超微气泡；
输出步骤:在逐级稳定降压的作用下，超饱和高压气水溶合液稳定地释放超微气泡。
[0031]在所述高压气体产生步骤中，通过高压供气机产生高压气体；
在所述雾状水滴产生步骤中，通过高压水泵产生高压水体，通过射流器将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合；在所述混合步骤中，通过气水混合器将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液；
在所述调节步骤中，通过将调节剂容器内的调节剂输送至所述旋涡超微稳压器内使超饱和气水溶合液与调节剂进行混合；
在所述输出步骤中，将与调节剂混合后的超饱和气水溶合液从旋涡超微稳压器中释放超微气泡。
[0032]本发明还公开了一种包括所述超微气泡产生装置的水净化系统，该水净化系统还包括反应池、刮渣机，所述反应池用于使超微气泡和污水在其中进行混合，从而使污染物质上浮到水面形成泡沫；所述刮渣机用于去除泡沫。
[0033]工作时，超微气泡进入反应池，与污水混合后，污染物质上浮到水面形成泡沫，通过刮渣机去除，从而达到去除水中污染物，净化水体的目标。
[0034]本发明还公开了一种包括所述超微气泡产生方法的水净化方法，该水净化方法还包括:
反应步骤:用于将超微气泡和污水进行混合，从而使污染物质上浮到水面形成泡沫； 去除步骤:用于去除泡沫。
[0035]水质问题根源为水中有机物(C0D)、N、P超标，悬浮物(SS)浓度高，溶解氧浓度低，只有有效去除C0D、N、P、SS，并同时给水体充氧才能彻底解决水质问题。因此，通过本发明的水净化系统和方法能够快速去除水体中各种污染物，以达到净化水体的目的，其原理如下:
1.不规则微气泡短时间内迅速沉降并破裂，伴随微气泡破裂时产生的能量转移，水分子间的氢键及水分子共价键同时发生断裂，水分子部分分解，产生氧化性极强的氢氧基、氧自由基等自由电子载体，氢氧自由基的氧化作用尤其明显，能将水中有机物(COD)直接分解，并具有杀菌和脱色功能。
[0036]2.微米级、亚微米级的超微气泡不仅能直接裹夹住水中的胶体、泥沙等悬浮物，在絮凝剂的共同作用下将悬浮物上浮至水面形成泡沫，从而从水体中分离出去，快速降低水中SS含量，提高水体透明度，而且同时能粘附水中的藻类，并分离去除，通过除藻迅速降低N、P含量。
[0037]3.伴随微气泡破裂时产生的自由基，使得水体具有较强的氧化功能，可以与水中的重金属离子结合形成氧化物，然后依靠超微气泡将重金属氧化物裹夹，上浮至水面形成泡沫从而被去除。
[0038]4.水中的氨氮通常以铵离子(NH4+)和游离氨(NH3)的状态存在，大量超微气泡进入水体后，游离氨(NH3)会随着超微气泡的上浮而吹脱出来，铵离子(NH4+)也会与氢氧根结合:，产生的NH3也随之被吹脱分离。
[0039]5.超微气泡极大的增加了空气和水的接触面积，氧分子易溶入水的分子团间隙中，空气中约有85%的氧可充分溶解于水中，使水中的溶解氧达到过饱和。
[0040]本发明具有包下有益效果:
射流器通过改变高压水体形态不仅能显著提高气水溶合效率和速率，而且还可增大气体溶合量，并大大缩小气水混合器的体积；虽然射流器需要耗能，但是由于气体溶合量大幅提高，故单位气体溶合的能耗反而降低。
[0041]通过添加调节剂来减弱水分子间的氢键，从而降低水的表面张力，在不提高系统能耗的情况下，能促使形成大量稳定的超微气泡。
[0042]旋涡超微稳压器能逐级稳定降压，使得高压水体稳定地释放大量密集的微米级、亚微米级气泡，避免压差瞬间过大而造成气泡量不稳定、气泡大小不均匀等问题。
[0043]本发明对各种污染物去除能力强，充氧效率高，不添加任何污染水质的化学药剂，生态性好，能满足不同水质情况下的水处理要求，可应用于河水、湖水、景观水及生活污水等处理，并能助于恢复生态系统和形成良好的景观效果。
[0044]本发明易于实现全自动运行，操作维护简便，有利于推广应用。
[0045]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种超微气泡产生装置，其特征在于:包括高压供气机、射流器、高压水泵、气水混合器，所述高压供气机与所述气水混合器相连，所述高压供气机用于产生高压气体并送入所述气水混合器内；所述高压水泵与所述射流器相连，所述高压水泵用于产生高压水体并送入所述射流器内；所述射流器与所述气水混合器相连，所述射流器用于将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合，并将雾状水滴送入所述气水混合器内；所述气水混合器用于将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液。
2.根据权利要求1所述 的超微气泡产生装置，其特征在于:该超微气泡产生装置还包括用于逐级稳定降压的旋涡超微稳压器，所述旋涡超微稳压器与所述气水混合器相连，所述旋涡超微稳压器用于接收所述气水混合器输出的超饱和气水溶合液。
3.根据权利要求2所述的超微气泡产生装置，其特征在于:该超微气泡产生装置还包括调节剂容器、调节剂输送机构，通过所述调节剂输送机构将所述调节剂容器内的调节剂输送至所述旋涡超微稳压器内。
4.根据权利要求3所述的超微气泡产生装置，其特征在于:所述调节剂输送机构包括计量泵，该超微气泡产生装置还包括用于对所述调节剂容器内的调节剂进行搅拌的搅拌机构。
5.一种超微气泡产生方法，其特征在于，包括如下步骤: 高压气体产生步骤:用于产生高压气体； 雾状水滴产生步骤:用于将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合； 混合步骤:用于将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液。
6.根据权利要求5所述的超微气泡产生方法，其特征在于，该超微气泡产生方法还包括: 降压步骤:用于将超饱和气水溶合液进行逐级稳定降压。
7.根据权利要求6所述的超微气泡产生方法，其特征在于，该超微气泡产生方法还包括: 调节步骤:用于将超饱和气水溶合液与所述调节剂进行混合，通过调节剂减弱水分子间的氢键，从而降低水分子的表面张力，易于形成超微气泡； 输出步骤:在逐级稳定降压的作用下，超饱和高压气水溶合液稳定地释放超微气泡。
8.根据权利要求5所述的超微气泡产生方法，其特征在于: 在所述高压气体产生步骤中，通过高压供气机产生高压气体； 在所述雾状水滴产生步骤中，通过高压水泵产生高压水体，通过射流器将高压水体高速喷射而呈散雾状，并在所形成的负压作用下吸入空气，雾状水滴与吸入空气得以溶合；在所述混合步骤中，通过气水混合器将高压气体与雾状水滴进行接触达到超饱和溶合，从而形成超饱和气水溶合液； 在所述降压步骤中，通过旋涡超微稳压器将超饱和气水溶合液进行逐级稳定降压；在所述调节步骤中，通过将调节剂容器内的调节剂输送至所述旋涡超微稳压器内使超饱和气水溶合液与调节剂进行混合；在所述输出步骤中，将与调节剂混合后的超饱和气水溶合液从旋涡超微稳压器中释放超微气泡。
9.一种包括权利要求1至4任一项所述超微气泡产生装置的水净化系统，其特征在于:该水净化系统还包括反应池、刮渣机，所述反应池用于使超微气泡和污水在其中进行混合，从而使污染物质上浮到水面形成泡沫；所述刮渣机用于去除泡沫。
10.一种包括权利要求5至8任一项所述超微气泡产生方法的水净化方法，其特征在于，该水净化方法还包括: 反应步骤:用于将超微气泡和污水进行混合，从而使污染物质上浮到水面形成泡沫； 去除步骤:用于去 除泡沫。
【文档编号】C02F1/24GK104043356SQ201410257215
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】刘国庆, 陈国军 申请人:深圳天澄科工水系统工程有限公司