一种采用微纳米气泡处理污水的装置的制作方法

本实用新型涉及污水处理技术领域，特别涉及一种采用微纳米气泡处理污水的装置。

背景技术：

伴随我国经济社会的高速发展，水资源与水环境质量仍然是制约与胁迫我国经济社会发展的重大瓶颈。因此，尽快利用创新性的实用技术手段，力求从根源上彻底治理污染，还原水域的标准水质，并能够长期维护水域水质洁净状态，是保护人类生存健康安全的重要课题。

自然界的水域都有一定程度的自净能力，这种自净能力来源于水中微生物的活动,如果水中缺氧，厌氧微生物处于活跃状态，水域通常处于严重污染中。 但是，当进入水域中的污染物总量超过水中溶解氧含量的自净能力时，水中的溶解氧含量在氧化分解部分污染物后被消耗光，剩余的污染物由于微生物在贫氧状态下的还原性分解作用，会产生硫化氢、氨气等令大多数海陆生物致命的毒性气体，通常会导致鱼类、贝类等生物大批死亡；同时造成水体中的氨氮含量增大超标及重金属类（如锰、铁等）析出等严重影响生态环境的后果，同时由于深层水体的弱流动性，水分子与水中的各种生物的代谢产物结合成为庞大的聚合分子团，在这种聚合分子团中，水分子与水中的污染物带电粒子通过吸附方式紧密结合，随污染物质在贫氧状态下的还原性分解产物的增多又反过来加强了这种结合，致使这种庞大的聚合分子团在水域中扩大，由于这种结合相对稳定，即使采用强制曝气、通入氧气手段也无法使水中溶解氧扩散到全体水域，最终导致整个水域丧失吸收氧的能力，水域的自净能力彻底消失，使之成为“死水”，并出现水华（赤潮、青潮）、水体变黑变臭等现象，在污水处理的生化反应过程中也不同程度的存在同样的问题，对环境及卫生安全造成了严重的影响。

针对污水的处理，现有多种处理方式，常用的处理方式包括化学处理方法和物理处理方法，化学处理是以投加药剂产生化学反应为基础的处理方式，但是这种处理方式所添加的药剂与污水中的杂物产生反应后，会生产其他的物质。物理处理是通过物理作用分离、回收废水中不解的呈悬浮状态的污染物(包括油膜和油珠)的废水处理法，可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等，这种处理方式复杂，且污水处理效率低，处理成本高。

技术实现要素：

针对现有的污水处理方法处理方式复杂，处理成本高等问题，本实用新型提供了一种采用微纳米气泡处理污水的装置，其目的在于利用微纳米气泡把污水中的微细污染物颗粒吸附在其表面一起带上水面，并跟液体分离，净化污水，这种污水处理方式简单，而且污水处理效果更佳，成本低。

为了实现上述目的，本实用新型公开了一种采用微纳米气泡处理污水的装置，其特征在于包括：内置有微纳米气泡发生器的第一层腔体以及依次包围在第一层腔体外围的第二层腔体、第三层腔体、第四层腔体；其中，第四层腔体分为上部的用于收集第二腔体排出的微纳米气泡的气泡收集腔、下部的用于输入待处理污水的预处理腔；

所述第一层腔体用于容纳微纳米气泡发生器生成的微纳米气泡和经过预处理腔预处理后的污水；第一层腔体的下部连通预处理腔，第一层腔体的上部连通其外围的第二层腔体的顶部；

所述第二层腔体用于净化经过第一层腔体处理后的水；第二层腔体顶部与其外围的气泡收集腔连通，通过第二层腔体顶部分离微纳米气泡和经过第一层腔体处理后的水；第二层腔体的底端连通第三层腔体，通过第三腔体排出经过装置处理后的水。

更优地，所述第一层腔体呈圆柱状；第二层腔体包围在第一腔体的外圆周上，与第一层腔体焊接成型；第三层腔体包围在第二腔体的外围，与第二层腔体焊接成型；第四层腔体包围在第三层腔体外围，与第三层腔体焊接成型。

更优地，所述第一层腔体下部设有多个绕着圆周均匀分布的通水口；第一层腔体与预处理腔通过这些通水口连通；

所述第一层腔体上部设有多个绕着圆周均匀分布的槽孔；第一层腔体与第二层腔体通过这些槽孔连通。

更优地，所述第二层腔体的底端上设有多个绕着圆周均匀分布的通孔；第二层腔体与第三层腔体通过这些通孔连通；

所述第二层腔体内设有多个沿着圆周均匀分布，且用于限制第二层腔体内

的水圆周转动的格板。

更优地，所述第三层腔体上部设有排出管，该排出管用于排出经装置处理后的水；

所述第三层腔体内也设有多个沿着圆周均匀分布，且用于限制第三层腔体内的水圆周转动的格板；

所述第三层腔体下部设有常闭形出水口。

更优地，所述气泡收集腔顶部与第二层腔体的连通通道为倾斜通道，该倾斜通道与水平面的夹角为第一角度，第一角度为0°~90°；

所述气泡收集腔底部设有一个以上且与水平面呈第二角度倾斜的气泡排出管，第二角度为0°~90°。

更优地，所述预处理腔设有进水口，待处理的污水通过该进水口进入装置。

采用本实用新型产生的有益效果：1、本实用新型利用微纳米气泡的特性，对污水进行净化处理，同时结合污水在本装置中不同腔体的处理及污水在不同腔体之间的流通，实现污水处理效率高、处理效果更佳。

2、本实用新型中的装置采用焊接工艺焊接成型，结构简单，生产成本低。

附图说明

图1为本实用新型采用微纳米气泡处理污水的装置的截面图。

图2为图1中的A-A剖视图。

图3为图1中的B-B旋转剖视图。

图4位图1中的C-C阶梯剖视图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步具体说明。

如图1图4所示，本实用新型公开了一种采用微纳米气泡处理污水的装置，利用微纳米气泡达到污水净化的目的，该装置主要包括四层由里往外依次排列的容纳腔，这些容纳腔用于容纳待处理污水和处理后的水。四层容纳腔分别为第一层腔体11、第二层腔体12、第三层腔体13、和第四层腔体14，第一层腔体11位于最里层，第二层腔体12、第三层腔体13、第四层腔体14依次包围在第一层腔体11的外围。其中，第四层腔体14分为上部的用于收集微纳米气泡发生器2排出的微纳米气泡的气泡收集腔141、下部且的用于输入待处理污水的预处理腔142。

第一层腔体11呈圆柱状，第一层腔体11用于容纳微纳米发生器2所生成的微纳米气泡和经过预处理腔12预处理的污水，其容积最大。第二层腔体12也呈圆柱状，第二层腔体12包围在第一腔体的外圆周上，与第一层腔体11焊接成型；第二层腔体12用于净化经过第一层腔体11处理后的水，第二层腔体12的容积小于第一层腔体11的容积。第三层腔体13也呈圆柱状，第三层腔体13包围在第二腔体的外围，与第二层腔体12焊接成型；第三层腔体13用于排出经处理后的水，第三层腔体13容积小于第二层腔体12的容积。第四层腔体14也呈圆柱状，第四层腔体14包围在第三层腔体13外围，与第三层腔体13焊接成型。其中，第四层腔体14中的气泡收集腔141和预处理腔142通过在第四层腔体14内设置一个隔板隔成的。

第一层腔体11内设有微纳米气泡发生器2，该微纳米气泡发生器2从第一层腔体11顶端安装，延伸至第一层腔体11内。第一层腔体11壁上设有多个通水口111，这些通水口111均匀分布在第一层腔体11壁的圆周上，位于靠近第一层腔体111底部的位置处，第一层腔体11体与预处理腔142通过这些通水口111连通，均匀分布的通水口111使得污水能够匀速进入第一层腔体11，且进入的污水分布均匀。第一层腔体11靠近顶部的位置设有多个槽孔112，这些槽孔112均匀分布在第一层腔体11圆周上，且槽孔112沿着第一层腔体11圆周方向延伸，第一层腔体11与第二层腔体12通过这些槽孔112连通。

第二层腔体12位于第一层腔体11与第三层腔体13之间，第二层腔体12顶部呈开口状，第二层腔体12的顶部与其外围的气泡收集腔141的顶部通过第三层腔体13顶部形成的连通通道连通。在第一层腔体11中反应后的固体随着气泡流到第二层腔体12中，悬浮在液面的气泡通过该连通通道进入气泡收集腔141，进而固液分离，实现污水净化。第二层腔体12的底端上设有多个绕着圆周均匀分布的通孔121，这些通孔121连通第二层腔体12和第三层腔体13。第二层腔体12中的气泡和液体分离后，气泡从第二层腔体12顶部排到气泡收集腔141中，而经过第一层腔体11中微纳米气泡处理的水从底部的通孔121进入第三层腔体13。此外，第二层腔体12内设有多个沿着圆周均匀分布，且用于限制第二层腔体12内的水圆周转动的格板3，这些格板3将第二层腔体12在圆周上分成多个均匀的腔体，目的在于使第二层腔体12内的水在格板3的干涉下慢慢静置。

第三层腔体13位于第二层腔体12与第四层腔体14之间，第三层腔体13上部设有排出管131，该排出管131用于排出经装置处理后的水。排出管131从第三层腔体13壁穿过第四层腔体14，延伸至第四层腔体14壁外侧。在第一层腔体11中经过处理的污水，在第二层腔体12进行固液分离，通过第二层腔体12底端将分离出来的水排到第三层腔体13，最后通过第三层腔体13再次沉淀后从第三层腔体13上端的排出管131排出，得到经过微纳米气泡处理的无污染的水。第三层腔体13下部设有常闭形出水口，该常闭形出水口通过开关关闭，设置该常闭形出水口的目的在于方便排出位于第三层腔体底部经过处理的水。此外，第三层腔体13内也设有多个沿着圆周均匀分布，且用于限制第三层腔体13内的水圆周转动的格板3；这些格板3将第三层腔体13在圆周上分成多个均匀的腔体，经过微纳米气泡处理的水在第二层腔体12中得到一定的静置，从第二层腔体12流入第三层腔体13时，再用格板3进行再次静置。

第四层腔体14中上部为气泡收集腔141，下部为预处理腔142。气泡收集腔141顶部与第二层腔体12的连通通道为倾斜通道，该倾斜通道与水平面的夹角为第一角度，且第一角度大于0°小于90°。连通通道设置成倾斜的目的在于防止气泡从第二层腔体12中分离出来后倒流回去，更有利于气泡与液体的分离。收集腔体底部设有一个以上且与水平面呈第二角度倾斜的气泡排出管143，第二角度为0°~90°，从第二腔体中排出的气泡经过该气泡排出管143排出装置外。

预处理腔142用于输入待处理的污水，待处理的污水在该预处理腔中与微纳米气泡进行预处理。预处理腔142上设有进水口144，待处理的污水通过该进水口144进入预处理腔142内，进而通过第一层腔体11下部的通水口111流入第一层腔体11内。

上述位于第一层腔体11内的微纳米气泡发生器2用于产生微纳米气泡，其包括动力源以及发生装置本体，动力源提供发生装置本体的旋转动力，而发生装置本体延伸到第一层腔体11腔体上部，在动力源的作用下，发生装置本体内的叶轮高速旋转，叶轮与水分子切割，产生大量的直径在50微米以下、10纳米以上的微小气泡，即微纳米气泡。

微纳米气泡生成过程及微纳米气泡的特性：微纳米气泡发生器2在工作过程中生成大量微米、纳米级气泡，同时高速旋转的叶轮具有打碎聚合分子团，形成小分子团活性水的效果，并能够将小部分水分子电离分解。微纳米气泡具有比表面积大、上升速度慢、自身增压溶解、表面带电、能产生大量自由基、传质效率高、气体溶解率高等特性。

微纳米气泡在水中的溶解是一个气泡逐渐缩小的过程，压力的上升会增加气体的溶解速度，伴随着比表面积的增加，气泡缩小的速度会变的越来越快，从而最终溶解到水中，理论上气泡即将消失时的所受压力为无限大。

纯水溶液是由水分子以及少量电离生成的H+和OH-组成，气泡在水中形成的气液界面具有容易接受H+和OH-的特点，而且通常阳离子比阴离子更容易离开气液界面，而使界面常带有负电荷。已经带上电荷的表面一般倾向于吸附介质中的反离子，特别是高价的反离子，从而形成稳定的双电层。微气泡的表面电荷产生的电势差常利用ζ电位来表征，ζ电位是决定气泡界面吸附性能的重要因素。当微纳米气泡在水中收缩时，电荷离子在非常狭小的气泡界面上得到了快速浓缩富集，表现为ζ电位的显著增加，到气泡破裂前在界面处可形成非常高的ζ电位值。

微气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来，此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化还原电位，其产生的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物如苯酚等，实现对水质的净化作用。

气液传质是许多化学和生化工艺的限速步骤。研究表明，气液传质速率和效率与气泡直径成反比，微气泡直径极小， 在传质过程中比传统气泡具有明显优势。当气泡直径较小时，微气泡界面处的表面张力对气泡特性的影响表现得较为显著。这时表面张力对内部气体产生了压缩作用，使得微气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压效应。从理论上看，随着气泡直径的无限缩小，气泡界面的比表面积也随之无限增大，最终由于自身增压效应可导致内部气压增大到无限大。因此，微气泡在其体积收缩过程中，由于比表面积及内部气压地不断增大，使得更多的气体穿过气泡界面溶解到水中，且随着气泡直径的减小表面张力的作用效果也越来越明显，最终内部压力达到一定极限值而导致气泡界面破裂消失。因此，微气泡在收缩过程中的这种自身增压特性，可使气液界面处传质效率得到持续增强，并且这种特性使得微气泡即使在水体中气体含量达到过饱和条件时，仍可继续进行气体的传质过程并保持高效的传质效率。

微纳米气泡具有上升速度慢、自身增压溶解的特点，使得微纳米气泡在缓慢的上升过程中逐步缩小成纳米级，最后消减湮灭溶入水中，从而能够大大提高气体（空气、氧气、臭氧、二氧化碳等）在水中的溶解度。对于普通气泡，气体的溶解度往往受环境压力的影响和限制存在饱和溶解度。在标准环境下，气体的溶解度很难达到饱和溶解度以上。而微纳米气泡由于其内部的压力高于环境压力，使得以大气压为假定条件计算的气体过饱和溶解条件得以打破。

结合上述微纳米气泡的特征，本实施例还公开了一种采用上述装置来处理污水的方法，其具体包括以下步骤：

通入待处理污水。从进水口往预处理腔匀速通入待处理污水。

对待处理污水进行预处理。装置启动过程中，由于水的流动性，在第一层腔体中生成的部分微纳米气泡会从通水口进入预处理腔，待处理的污水在该预处理腔中通过部分微纳米气泡进行预处理。进而经过预处理后的污水通过通水口流入第一层腔体内。

在污水中制造大量的直径在50微米以下、10纳米以上的微小气泡，即微纳米气泡，使其充分与经过预处理后的污水接触。

经过预处理后的污水由底部往上部流动。由于预处理腔与第一层腔体的靠近底端的下部连通，经过预处理的水从底部往第一层腔体的上部流动，在流动过程中，微纳米气泡充分处理进过预处理后的污水。

微纳米气泡除臭，除颜色，吸附去除悬浮物。微纳米气泡具有比表面积大、表面带电等特性，因此微纳米气泡可以很好的吸附污水中的悬浮物，可以高效去除油类物质，对COD、氨氮及总磷也具有较好的去除效果。

强化分解污水中难降解有机污染物。微气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来，此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化还原电位，其产生的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物如苯酚等，实现对水质的净化作用。此外，微纳米气泡具有较强的溶氧能力，气泡越小，溶氧性越强。微纳米气泡内部的压力远远大于外界液体的压力，可以将更多的气泡内的气体溶解到水中，可不断的为水提供氧气促进微生物的生长，通过微生物的代谢作用，将污水中的有机污染物降解或转化为无害物质。

经过微纳米气泡处理的上层水与未经过微纳米气泡处理的污水分离。通过在第一层腔体上部设置槽孔实现经过微纳米气泡处理的水与未经过微纳米气泡处理的污水的分离。随着经过预处理后的污水的不断通入第一层腔体内，大量微纳米气泡不断的对第一层腔体内的污水进行处理，第一层腔体中的污水被微纳米气泡处理流动到上层，直至上升到槽孔处，通过槽孔流入第二层腔体，实现经过微纳米气泡处理后的上层水与未经过微纳米气泡处理的污水分离。

微纳米气泡及其表面吸附的微细污染物固体与经过微纳米气泡处理的水分离。微纳米气泡在第一层腔体中与经过预处理后的污水充分反应后，没有爆破的微纳米气泡最终会慢慢上升到液体表面，随着液体从槽孔进入第二层腔体体中。由于微纳米气泡具有质量轻，漂浮在液面的特性，漂浮在液体表面上的微纳米气泡通过第二层腔体顶部与气泡收集腔连通的连通通道流入气泡收集腔中，与经过微纳米气泡处理后的水分离，达到去除悬浮物的目的。

经过微纳米气泡处理的水静化处理。由第一层腔体分离出来的经过微纳米处理后的水，由于在第一层腔体叶轮的作用下，水分子活动活跃，沿着腔体圆周剧烈运动，此时，在第二层腔体中设置格板阻止水圆周运动，使得经过微纳米处理后的水在该腔体中慢慢静置。

经过净化处理后的水再次静化处理。经过第二层腔体净化的水，有第二层腔体的底端流入第三层腔体中，在第三层腔体中再次设置格板进行再静化，使得水达到精细分解和净化的目的。

排出经过处理后的水。第三层腔体上的排出管设置在第三层腔体的上部，上层排出的水为经过最终处理的水。

在上述第六步骤中，利用微纳米气泡质量轻，最终会漂浮在液面的特性，将气泡设置在第二层腔体的上部进行分离，而将通孔设置在第二层腔体的底部，实现有效的分离微纳米气泡附带的固体，防止微纳米气泡附带的固体进入第三层腔体，影响污水净化的效果。

此外，本实用新型中的微纳米气泡还可以用除氧气以外的不同气体做为载体（例如臭氧等），使得部分微纳米气泡溶解于污水中时，微纳米气泡内的气体能与相应的污染物发生反应，相应转化为无污染的物质，达到处理污水的效果。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，均属本实用新型的保护范围。