强化水力声空化处理装置的制作方法

本发明属于液态流体空化发生装置研究技术领域，尤其涉及一种利用水力声空化降解处理有机污染物废水的强化空化泡崩溃的水力声空化装置。

技术背景

人的一切活动均离不开水。我们人体每天都在进行着新陈代谢，在此过程中会把水中的各种元素通过消化道带入人体的各个部位，如果长期引用变质水源的话，必然会导致体质出现异样，抵抗力下降，引发各种疾病。相关调查显示，我国70％的疾病都是由于饮用水的水质不过关所引起。近些年各地频频曝光的“癌症村”“畸形村”，农村地区各种怪病频发，其中大多数与地下水被污染、被毒化有关。

按照国土资源部、水利部的统计，从2006年至今，我国地下水污染事件频发，每年约有1700多起水污染事故。水利部在2016年4月公布的“地下水动态月报”中提到，目前我国河流湖泊水质约有70％不达标，地下水水质约有60％不达标。从最新一期的“中国地下水污染状况图”上看，地下水污染在全国各地均不同程度的存在，其中有50％的城市地下水污染在加重，从点状污染走向带状污染、面状污染发展。很多大城市的中心区域及近郊区污染排泄区地下水污染最为严重，有很多深层地下水已经不能饮用。对人类生活和人体健康已构成了严重威胁。同时，由于水体的污染，造成许多水资源无法再利用，从而加重了水资源的匮乏程度，影响了环境的可持续利用和经济的可持续发展。因此，寻求新的方法和技术对流量大、污染物多且又成分复杂的工业、农业污染废水和城市生活污水进行有效地、深度处理，将为水资源的再利用创造条件。

物理方法进行水处理，由于其不产生二次污染，被称为“绿色水处理”，受到了广泛的关注。其中的空化法，因可以廉价简易地集高温、高压、机械剪切和破碎为一体，为物理方法进行有机污染物降解和水体净化处理创造了特殊的形式。

簧片哨作为早期的水力声空化发生器，它的出现为声空化净化水处理带来了新的方法，但传统的簧片哨在污水处理方面的应用受到很大限制，最重要的表现是：自由基生成数量过少，尤其是羟基自由基的生成数目过少，导致处理有机污染物的效果不理想，因此这种处理污水的方法一直没有在实际工程中广泛使用。

技术实现要素：

为了能够有效克服传统簧片哨所存在的技术缺陷，本发明提供了一种能够使流体生成大量自由基，有效提高水力声空化降解有机污染物的能力，并且操作方便、易于管理，成本低、技术结构简单的水力声空化水处理装置。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：该水力声空化水处理装置包括进水管和与进水管连通的空化管，进水管的出口端收敛，在进水管与空化管4的连接处设置有喷嘴，喷嘴包括喷口，喷嘴的喷口中心线与进水管的中心轴重合，在空化管内腔设置有簧片，簧片的劈尖与喷嘴喷口正对；

在空化管纵截面所在平面上建立坐标系，以空化管的进水端延伸面顶点与进水管的中心轴之间的交点为坐标原点，以进水管的中心轴为x轴，空化管是以曲线1为母线，以x轴为中心轴旋转360°所构成的圆锥管结构，曲线1对应的线性方程为：

Y²＝2px

其中，p/2为曲线1的焦点，p＝8～10，x为1～200mm。

进一步限定，上述簧片的劈尖设置在空化管的曲线1焦点上。

进一步限定，上述簧片的厚度为0.8～1.2mm，劈尖角度是3～10°。

进一步限定，上述喷嘴的喷口是矩形口，喷口的长度不小于簧片的宽度，喷口的口宽不小于簧片的厚度。

进一步限定，上述簧片通过固定板固定在空化管内腔，固定板的两端固定在空化管内壁上。

本发明还提供了一种强化水力声空化处理装置，包括进水管和与进水管连通的空化管，进水管的出口端收敛，在进水管与空化管的连接处设置有喷嘴，喷嘴包括喷口，喷嘴的喷口中心线与进水管的中心轴重合，在空化管内腔设置有簧片，簧片的劈尖与喷嘴喷口正对；

在空化管纵截面所在平面上建立坐标系，以空化管的进水端延伸面顶点与进水管的中心轴之间的交点为坐标原点，以进水管的中心轴为x轴，空化管的结构是以曲线2为母线，以x轴为中心轴旋转α角度所构成的半圆锥管与半径为13～55.47mm的半圆管或平面板所围成的管状结构，180°≤α＜360°，其对应的线性方程为：

Y²＝2px

其中，p/2为曲线2的焦点，p＝8～10，单位为mm；

当曲线2以x轴为中心轴旋转β角度时，0≤β≤180°，对应x∈[1,200]且y≥4；

当曲线2以x轴为中心轴旋转γ角度时，180＜γ＜360°且β+γ＝α，对应x∈[1,50]，y≤-4.0。

进一步限定，上述空化管为半圆锥管与半圆管拼接而成的不规则管，半圆管的圆心角为110～120°，半径为13～55.13mm。

进一步限定，上述簧片的劈尖设置在空化管的曲线2焦点上。

进一步限定，上述簧片的厚度为0.8～1.2mm，劈尖角度是3～10°。

进一步限定，上述簧片通过固定板固定在空化管内腔，固定板的两端固定在空化管内壁上。

本发明的水力声空化水处理装置是通过将空化管的截面设计为锥形变截面，水流经过喉部形成射流，遇到这种截面会产生脉冲压力，这种压力将引起簧片的周期性振动，产生声波，由于在簧片的劈尖产生的声波最强，声波将向管道辐射，当将簧片的劈尖置于抛物面管道的焦点处时，则声波经管道辐射将沿着管道的轴线平行射出，使声波的辐射范围将大大增大，保证大范围内的液体在声波的作用下发生空化，产生更多的强自由基，有利于有机污染物的降解，将处理装置的处理效果成倍提升，并且操作方便、易于管理，成本低、技术结构简单。

附图说明

图1为实施例1的强化水力声空化处理装置结构示意图。

图2为图1的A-A面剖视图。

图3为图1中喷嘴2的结构示意图。

图4为图3的B向视图。

图5为图1中喷嘴2的另一种结构示意图。

图6为实施例2的强化水力声空化处理装置结构示意图。

图7为图6的C-C面剖视图。

图8为实施例3的强化水力声空化处理装置结构示意图。

图9为图8的D-D面剖视图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

实施例1

由图1和2可知，本实施例的强化水力声空化处理装置包括进水管1、空化管4、喷嘴2、簧片3以及固定板5。其中，进水管1的入口端与进水泵连通，其入口端内径为60mm，出口端内径为48mm。在进水管1的出口端套装有喷嘴2，喷嘴2延伸至空化管4的入口，喷嘴2的出口端面上加工有矩形喷口，而且矩形喷口的中心线与进水管1的中心轴重合，即矩形喷口在进水管1中心线上对称分布，该矩形喷口的口宽h为1mm，长度l为24mm。

上述进水管1与空化管4密封连接，即在连接处通过密封材料填充实现密封连接。

在空化管4纵截面所在平面上建立坐标系，以空化管4的进水端延伸面顶点与进水管1的中心轴之间的交点为坐标原点，以进水管1的中心轴为x轴，该空化管4的结构是：以曲线1为母线，以x轴为中心轴旋转360°所构成的圆锥管结构，其中曲线1对应的线性方程为：

Y²＝2px

其中，p/2为曲线1的焦点，p＝10，x为1～200mm。

在空化管4的内腔固定有簧片3，该簧片3的厚度可以是0.8～1.2mm范围内调整，宽度可以在20～24mm范围内调整，长度可为38～42mm，本实施例优选簧片3厚度为1mm，宽度为22mm，长度为40mm，簧片3的劈尖角度也可以在3～10°内调整，优选5°。簧片3的劈尖与喷嘴2的喷口正对且距离喷嘴2喷口的水平距离是5mm，即保证簧片3的劈尖落在曲线1的焦点上，使声波经管道辐射将沿着管道的轴线平行射出，增大声波的辐射范围，进而提升处理装置的空化效果，倍数级提高处理效率。

需要进一步说明的是，喷嘴2可以与进水管1加工为一体结构，也可以独立加工，通过螺纹方式连接或者通过卡扣卡接。

需要进一步说明的是，为了保证空化效果更好，如图3和4所示，将喷口的流道加工为收敛型流道，其入口尺寸大于矩形喷口的尺寸，也可以直接加工为矩形通道，如图5所示。此外，喷口的口宽h也可以在1～1.5mm范围内调整，长度l为24～26mm。

需要进一步说明的是，为了保证簧片3的固定可靠而且不影响其振动效果，本实施例的簧片3通过厚度为3～5mm的薄固定板5固定，固定板5的两端固定在空化管4内壁上，且固定板5与簧片3平行设置，使固定板5也能够起到二次振动的效果，更进一步利于声波传播，扩大声能辐射范围。也可以将簧片3通过沿着空化管4径向分布的固定杆固定，且固定杆在空化管4的截面上均匀分布。

实施例2

由图6和7可知，本实施例的进水管1入口端内径为60mm，出口端内径为48mm。在进水管1的出口端套装有喷嘴2，喷嘴2延伸至空化管4的入口，喷嘴2的出口端面上加工有矩形喷口，而且矩形喷口的中心线与进水管1的中心轴重合，即矩形喷口在进水管1中心线上对称分布，该矩形喷口的口宽h为1mm，长度l为24mm。

上述进水管1与空化管4密封连接，即在连接处通过密封材料填充实现密封连接。

在空化管4纵截面所在平面上建立坐标系，以空化管4的进水端延伸面顶点与进水管1的中心轴之间的交点为坐标原点，以进水管1的中心轴为x轴，该空化管4的结构是：以曲线2为母线，以x轴为中心轴旋转α角度所构成的半圆锥管与平面板6所围成的管状结构，180°≤α＜360°，其对应的线性方程为：

Y²＝2px

其中，p/2为曲线2的焦点，p＝8，单位为mm；

当曲线2以x轴为中心轴旋转β角度时，对应x∈[1,200]，y∈[4.0，56.56]；

当曲线2以x轴为中心轴旋转γ角度时，对应x∈[1,50[，y∈[-4.0，-28.28]；

0≤β≤180°，180＜γ＜360°，且β+γ＝α。

在空化管4的内腔通过固定板5设置有簧片3，该簧片3的厚度为1mm，宽度为22mm，长度为40mm，簧片3的劈尖角度是10°。

需要进一步说明的是，该簧片3的厚度可以是0.8～1.2mm范围内调整，宽度可以在20～24mm范围内调整，长度可为38～42mm。簧片3的劈尖角度也可以在3～10°内调整。

本实施例簧片3的劈尖与喷嘴2的喷口正对且距离喷嘴2喷口的水平距离是4mm，即保证簧片3的劈尖落在曲线2的焦点上，使声波经管道辐射将沿着管道的轴线平行射出，增大声波的辐射范围，进而提升处理装置的空化效果，倍数级提高处理效率。

需要进一步说明的是，空化管4的上半部分的半圆锥管的母线旋转角度α可以在180～360°之间调整，但是以200～340°为佳。

实施例3

由图8和9可知，本实施例的进水管1入口端与进水泵连通，其入口端内径为60mm，出口端内径为48mm。在进水管1的出口端套装有喷嘴2，喷嘴2延伸至空化管4的入口，喷嘴2的出口端面上加工有矩形喷口，而且矩形喷口的中心线与进水管1的中心轴重合，即矩形喷口在进水管1中心线上对称分布，该矩形喷口的口宽h为1mm，长度l为24mm。

上述进水管1与空化管4密封连接，即在连接处通过密封材料填充实现密封连接。

在空化管4纵截面所在平面上建立坐标系，以空化管4的进水端延伸面顶点与进水管1的中心轴之间的交点为坐标原点，以进水管1的中心轴为x轴，该空化管4的结构是：以曲线2为母线，以x轴为中心轴旋转α角度所构成的半圆锥管与半径为13mm的半圆管7拼接而成的不规则管结构，180°≤α＜360°，其对应的线性方程为：

Y²＝2px

其中，p/2为曲线2的焦点，p＝10，单位为mm；

当曲线2以x轴为中心轴旋转β角度时，对应x∈[1,200]，y∈[4.0，63.24]；0≤β≤180°

当曲线2以x轴为中心轴旋转γ角度时，对应x∈[1,50]，y∈[-4.47，-31.62]；180＜γ＜360°且β+γ＝α。

上述的半圆管7的圆心角可以在110～120°，半径为13～55.13mm的范围内调整。

在空化管4的内腔固定有簧片3，该簧片3的厚度可以是0.8～1.2mm范围内调整，宽度可以在20～24mm范围内调整，长度可为38～42mm，本实施例优选簧片3厚度为1mm，宽度为22mm，长度为40mm，簧片3的劈尖角度也可以在3～10°内调整，优选5°。簧片3的劈尖与喷嘴2的喷口正对且距离喷嘴2喷口的水平距离是5mm，即保证簧片3的劈尖落在曲线2的焦点上，使声波经管道辐射将沿着管道的轴线平行射出，增大声波的辐射范围，进而提升处理装置的空化效果，倍数级提高处理效率，喷嘴2所形成的空化泡遇到簧片3振动所产生的声波作用时发生崩溃，由于簧片3上部的声波反射路径与簧片3下部的声波反射路径不同且发生碰撞，从而在撞击面上形成二次空化，与喷嘴2喷口产生的一次空化效果叠加，更进一步加强空化效果，产生更多的强化自由基，使有机污染物降解效果更好，而且能耗小，声能利用率更高。

需要进一步强调，上述曲线2的焦点可以根据实际处理情况进行调整，p值可以在8～10之间调整。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。