气/液混合器和采用这种混合器的污水净化设备的制作方法

文档序号:5011095阅读:324来源:国知局
专利名称:气/液混合器和采用这种混合器的污水净化设备的制作方法
技术领域
本发明涉及一种可将诸如空气之类的气体与诸如污水之类的液体相混合的气/液混合器。具体地说,本发明涉及一种例如用来在加压上浮方法中使用的气/液混合器,所述加压上浮方法包括将诸如氧气之类的气体溶解在污水中,以将污染物质浮起来,本发明还涉及一种采用这种混合器的污水净化设备。
背景技术
伴随近代技术的发展而附带产生的水污染随着生活标准的改善正变得越来越严重,目前已有各种净化方法以改善水质。
在这些净化方法之中,可以采用一种所谓的加压上浮方法来对尤其是诸如湖泊和海域之类的封闭式水域进行净化处理。这种加压上浮方法是一种包括以下步骤的净化方法将其内溶解空气达到饱和的增压水从喷嘴或狭缝中喷射出来,使藉助压力急剧下降而形成的微小气泡附着于那些浮起或下沉的固体上,从而可以使固体上浮形成浮渣,进而可以将所形成的浮渣收集起来。
例如在日本未经审查的专利公报No.54-75156、日本未经审查的专利公报No.5-317847、日本未经审查的专利公报No.8-112587和日本未经审查的专利公报No.8-132094中揭示了一些采用加压上浮方法的净化技术。
日本未经审查的专利公报No.54-75156揭示了一种水底区域净化方法。所述方法包括以下步骤在高于水底区域水压的压力作用下,使空气在水中溶解达到饱和,以产生加压水;使加压水从那些设置在水底区域内的喷嘴中喷射出去,以形成微小的气泡;机械地搅拌水底区域内的沉积物,同时借助喷射作业使沉积物上浮;使漂浮物附着于那些微小的气泡上,由此可使漂浮物漂浮至水面上,并将沉积在水上的浮渣收集起来并除去。
在日本未经审查的专利公报No.5-317847中揭示了一种水净化装置,它藉助一设置在待处理区域内的供水管顶端的压力阀,可形成极其微小的气泡,并且提供借助加压泵而泵送出去的未处理的液体,同时可将压缩气体从压缩机供送至一气/液混合器。
日本未经审查的专利公报No.8-112587揭示了对日本未经审查的专利公报No.5-317847中所揭示的水净化装置的改良。在这种装置中,在待处理区域内的液体中放置了一泵送管的顶端和一位于一排放管顶端的排放阀,使一泵装置运转以将待处理区域内的的未处理液供送至一气/液混合装置。采用这种构造,通过一供气装置的气体可与待处理液体相混合,从而可以将气体完全溶解在液体中。
日本未经审查的专利公报No.8-132094揭示了一种微小气泡排放装置。为了增大含有溶解气体的液体的排放量,并且为了增大排放过程中的微小气泡含量,这种装置包括一组喷射孔和位于所述喷射孔外侧的外缸体。所述外缸体具有一排放口,所述排放口敞口于供送含有溶解气体的液体的那一端部或敞口于其对置端,这样从各喷射孔喷射出去且含有溶解气体的液体就会与所述外缸体相撞。
如上所述,人们已对加压上浮方法中所使用的净化设备作出了种种改进。在加压上浮方法中最重要的是,使溶解在溶液中的微小气泡的容积为最大。通常,在加压上浮方法中,粒径越均匀和越小,气泡的吸着性就越大,而且气泡就越能平稳地浮上来。此外,这种气泡在上层内是不起泡的,因此可以毫无破坏地回收所吸着的絮凝体和漂浮物。
但是,为了将气体和液体相混合,所有的上述设备都设置有一气/液混合器,诸如一与压泵分开的喷射器,以将作为气体和液体混合物的蒸汽/液体供送至所述压泵。因此,所述设备就总体结构而言就较复杂,而且由于气体是藉助机械作用而与液体相混合,因此,就限制了溶解在液体内的气泡大小。所以,上述设备的净化性能就受到了限制。
因此,本发明的目的在于提供一种结构简单而且可以使具有高净化性能的微小气泡溶解在液体内的气/液混合器,并提供一种采用这种混合器的污水净化设备。
本发明的揭示内容为了解决上述问题,本发明人作了深入细致的研究,并且发现一设置在一压力箱内且最好能象下雨那样将液体喷射入其内的空间可以使诸如氧气之类的气体有效地溶解在一液体内,而不需要喷射器或其它传统型气/液混合器。被喷射的液体在其到达蓄存液体液面之前可与形成在压力箱液位上方空间内的空气相接触,并可藉助与蓄存液体的液面相撞击而将喷射液体击碎,由此增强了溶解作用。
具体地说,本发明的气/液混合器,它包括一具有一液体流入口和一液体流出口的压力箱、一可将诸如氧气之类的气体供送至所述压力箱的供气装置、一可对所述压力箱内的液位加以控制的液位控制装置,以及一可将液体喷射至所述压力箱的液位上的喷射装置。在本发明的气/液混合器中使用的术语“气体”包括空气、氧气、二氧化碳、氮气和其它可溶解的气体。
采用上述构造,喷射至液面上的液体可以增大气体与液体的接触面积,而且还可以确保气体溶解在液体中。此外,喷射液体藉助与蓄存液体的液面相撞而击碎成微粒,由此可以进一步增强气体的溶解作用。当溶解在液体中的诸如氧气之类的气体释放入空气中时,经释放的气体具有一约为5微米的粒径,其明显小于传统的机械搅拌而获得的粒径。这种微小的气泡与液体的接触面积较大,因而呈现出较高的曝气效应。而且,微小气泡在水中上浮需要较长的时间,由此进一步增强了曝气效应。
本发明的气/液混合器不仅可以广泛地用在污水净化设备中,而且还可以用在除臭器、除气器和其它将气体与液体相混合的设备中。
当将本发明的气/液混合器用作除臭器时,液体将如上文所描述的那样与液面相撞击,并呈现出一所谓的Lenard效应,也就是,当“水与瀑布或急流中的岩石猛烈撞击时,会形成大量的负离子,并产生含有细雾的清洁空气”。藉助这样效应,封闭在水分子内的气体就会暂时变为惰性,并被释放出来,由此可以将水除臭。
在将原水蓄存在所述设备内的过程中,原水内的气味组份与直径约为5微米的微小气泡,即具有较大表面积的微小气泡相接触,并藉助气泡的解吸作用而除臭。在该过程中,这种微小气泡滞留在水中的时间要长于藉助传统的曝气作业而获得的气泡的滞留时间,因此具有较长的解吸时间。由于具有这个优点,所述除臭器的除臭效率要大于传统的等效物。
接下来,将对采用本发明以除去溶解在水中的氨气或其它组份的应用情况进行说明。通常,污水会含有比氧气更易溶解的溶解的氨气或其它气体。为了除去氨气,必需形成一些空间或间隙,在该处将氧气溶解在污水中。根据本发明,气体不是藉助机械搅拌而是藉助使气体如上文所描述的那样与液面相撞击而溶解在液体内的。因此,可将呈股的液体击碎而形成一些间隙,从而可以增强诸如氧气之类的气体的溶解作用。藉助这种构造,增强了除气作用。
至于本发明中所使用的液面控制装置,可以采用这样一个系统,它包括一可对压力箱内的液面加以检测的液面计、一可对设置在压力箱内的出入口内的节流阀的打开动作加以控制并/或可对供气压力加以控制的的控制装置。
形成在压力箱液面上方的气体区域其容积应该最好是压力箱总容积的30%或30%以上,以进一步增强诸如空气之类的气体在液体中的溶解作用。如果所述气体区域的容积小于压力箱总容积的30%,则会降低气体溶解在液体中的量。喷射至压力箱液面上的液体最好是以象下雨或薄雾那样喷射。而且,利用喷射液体、藉助使蓄存在压力箱内的液体形成一涡流,靠近水面的气泡可进入蓄存液体内部,以进一步增强气体的溶解作用。
至于供气装置,可以采用传统的压缩机。当将所述气/液混合器用在一污水净化设备中时,最普遍的是,待供送至压力箱的气体可以是含氧的空气,但是也可以是含氧浓度更高的气体,以提高净化能力。
本发明的污水净化设备可将一污水区域内的水泵送出去,并在压力下将诸如氧气之类的气体溶解在污水内,然后将该水再次排放至污水区。所述设备包括一可将污水从所述污水区域泵送出去的泵、一可将藉助所述泵所泵送出去的污水存储在其内的压力箱、一可将诸如氧气之类的气体供送至所述压力箱的供气装置、一可对所述压力箱内的液位加以控制的液位控制装置、一可将泵送出去的所述污水喷射至所述压力箱液面上的污水喷射装置,以及一可将所述压力箱内的水排放至所述污水区域的排放装置。
至于用来将污水泵送出去的泵,最好是采用一泥浆泵或一螺旋泵,这是由于它们还可以将淤泥泵送出去。
用来将压力箱内的水排放入污水区域内的排放装置可以由包括诸如一些管子之类的一管道和与压力箱相连的软管、设置在所述管道内的一些节流阀,以及设置在所述管道顶端的一些喷嘴。可以采用诸如喷嘴之类的传统喷嘴,而且还可以将液体直接从所述管道排放入污水区域内。
较佳的是,本发明设备还包括一可对所述压力箱进行除气以除去气体的除气器和一可对排除气体进行除臭的除臭器。如果气体未经除气就保留在压力箱内,气体会再次溶解在压力箱内的水中,从而会二次污染水。这样,就降低了净化能力。由于被排除的气体经常会含有诸如氨之类的有毒物质,因此,需氧设置除臭器来净化气体。所述除臭器最好是一臭氧除臭器或一采用植物杀菌素(phytoncid)的除臭器。
当将本发明设备用作一快速过滤器或一活性炭过滤器的预处理设备时,可以有效地除去BOD和氮化物成分。具体地说,使所述净化设备中溶解氧值有所提高的水流过一快速过滤器或一活性炭过滤器,以在一过滤砂层或一活性炭层中形成需氧有机层。由于在所述需氧有机层中含有很多的需氧和兼性厌氧脱氮细菌,因此,可以使得除去BOD和氮化物成分的氮硝化作用和除氮作用得以有效进行,同时还可以使水流过所述过滤砂和活性炭过滤器。
附图简要说明

图1是根据本发明一实施例的污水净化设备的总体视图。图2是根据本发明另一实施例的污水净化设备的总体视图。图3和图4分别示出了本发明系统和传统系统中的溶解氧浓度。
本发明的最佳实施例下面将结合图1,对根据本发明一实施例的、采用气/液混合器的污水净化设备进行具体描述。
如图1所示,所述净化设备包括一插入污水中的原水(未经处理水)吸水过滤器1、一与所述吸水过滤器1相连的压力泵2,以及一放置在压力泵2下游区域内的原水活化器3。吸水过滤器1、压力泵2和原水活化器3由一管道P1而连接在一起,管道P1的一端部与一压力T箱相连。
原水活化器3可将磁性赋予污水,从而可将藉助压力泵2而泵送上去的污水团驱散开来,经处理的污水随后被供送至压力箱T。
压力箱T可存储含有溶解氧的污水,并可进一步将污水内的氧气溶解在其内。也就是,压力箱T起着一传统型压力箱和一传统型喷射器的作用。压力箱T可以由铁或不锈钢制成,并且应该具有一能经受住10kgf/cm2压力作用的结构。
压力箱T分别与按上述方式连接并作为一入口的管道P1、用作一出口的管道P2、用来在所述压力箱顶上进行除氧的管道P3,以及一用来将空气供送在所述压力箱一侧面上的管道P4相连接。
高压喷淋器4的一端部与管道P1相连。约为5kgf/cm2的高压的污水象下雨那样自喷淋器4的各喷射口喷射到压力箱T的水平面上,从而与所述水平面相撞。这种构造可以呈现出所谓的Lenard效应,也就是,当水与瀑布或急流河流中的岩石等猛烈撞击时,会形成大量的负离子,因此就会产生含有细雾的清洁空气。高压喷淋器4可以使压力箱T中的水形成一旋涡。
一水位计5可对压力箱T内的水位进行检测,一开关6可根据藉助所述水位计5所获得的测量数据对压力箱T内的水位加以控制。开关6通过一将在下文中描述的控制装置18与一增压压缩机9相连,并可将压力箱T内的水位控制至一适当水位。所述的适当水位是压力箱T的上部区域内的空气容积占据了所述压力箱总容积的30%或超过30%时的水位。在本实施例中,对空气容量加以控制,从而可以将水位调整至这种适当水位。
压力计7可对压力箱T内部的压力进行确定,从而可对将在下文中描述的增压压缩机9加以控制,由此可将压力箱T内的压力调整到3至5kgf/cm2的范围内。
一减压阀8设置在压力箱T的顶上。一旦压力出现异常,所述减压阀将打开,以使内部气体逸散到外界空气中,由此可以防止压力箱T受损。
增压压缩机9和一受激氧气发生罐10依序与供气管P4相连。藉助起动这些装置,可将具有较高氧浓度的高压空气从供气管P4供送至压力箱T。增压压缩机9可借助水位计5和开关6而联锁,并可根据压力箱T的水容量或压力变化而自动接通/断路。
管道P2与压力箱T的出口11相连,一节流阀12设置在管道P2内,一排放喷嘴13设置在端部。藉助打开所述节流阀12,可将压力为3至5kgf/cm2且含有溶解氧的水排放到污水中,并可使溶解在排放水中的压缩氧得以释放而膨胀,从而可以形成微小的气泡。这些微小的氧气气泡可以将污水中的有毒物质氧化并分解掉。
用来回流冲刷的管道P5与压力箱T的底部相连,所述管道P5的顶端与原水吸水过滤器1相连。一节流阀14设置在管道P5内。藉助打开节流阀14,压力箱T内的增压水就会对原水吸水过滤器1进行回流冲刷,从而可以防止吸水过滤器1堵塞。
当压力箱T内的气体浓度达到或超过一预定值时,一设置在除氧管道P3内的节流阀15将打开,并可将压力箱T内的气体排放到外部。在节流阀15的下游侧上设置有一用于除去气体以消除有毒物质的空气过滤器16和一除臭器17。藉助这种构造,可以将经除去的空气内的有毒物质和臭气除掉,并且可将经过处理的气体排放到外界空气中。
控制装置18与压力泵2、开关6、增压压缩机9、节流阀12、14和15、空气过滤器16以及图1中由箭头A至G所示的其它构件相连并对它们加以控制。
根据本实施例的污水净化设备包括一高压喷淋器,以将污水喷射到压力箱T的水平面上,因此可使氧气有效地溶解在污水中。所以,采用一种相对较简单的结构,就可以获得令人满意的净化能力。
图2是本发明另一实施例的示意图,其中,它是将本发明应用于池塘、湖泊或沼泽地中。本实施例的污水净化设备其工作原理与图1所示设备的工作原理是相同的,只是设置有两个串联的压力箱T1和T2。
图2所示的系统包括一污水净化设备30、一喷射泵31、一油栅32、一带式运输机33,以及一脱水装置34。在根据本系统的净化设备中,将池塘中的污水抽吸到污水净化设备30内。在所述污水净化设备中,如前述实施例中所描述的那样,在一定压力下使氧气溶解,然后再将经过处理的水排放到所述池塘中。在这种处理过程中,溶解氧会转变为微小的气泡。微小的气泡S可对所述池塘进行净化,并且一部分污染物将浮升起来成为浮渣。浮升起来的浮渣藉助油栅32收集在一预定区域内部,并藉助带式运输机33而聚集起来。聚集起来的浮渣藉助脱水装置34而脱水,并例如藉助一卡车而运送到外界。
为了验证本发明的优点,可利用图1所示的实施例、一作为比较例1的应用于喷淋器和水轮机的系统、一作为比较例2的应用于一管式空气扩散器的系统、一作为比较例3应用于一喷射器的系统来对吸氧效率和其它值进行确定。藉助测定Na2SO3溶液的氧化作用,可确定所述吸氧效率。[例子]在本发明的设备中,在水容量为0.4立方米、供送空气容量为10升/分钟、排放率为3立方米/小时且功率为0.6千瓦的条件下,溶解氧的瞬间混合率几乎达到饱和(在20°C、8.84ppm Max)。这种设备的吸氧效率是23.9%。[比较例1]采用一喷淋器和水轮机的系统已用在例如养殖中。在水容量为0.4立方米、排放率为3立方米/小时且功率为0.1千瓦的条件下,这种系统的吸氧效率是0.15%。[比较例2]在水容量为0.4立方米、供送空气容量为10升/分钟、功率为0.6千瓦的条件下,采用一管式空气扩散器的系统其吸氧效率是0.17%。根据这种系统,如果流水的深度约为1米,则所述效率将非常低。将所述管式空气扩散器设置在100米长的河流内,并将空气供送至各管式空气扩散器以进行溶解氧增加测试。结果,在经过所述测试系统之前和之后的水的溶解氧都是0.5ppm,它表明没有发生任何变化。[比较例3]虽然采用一喷射器的系统其吸氧效率在几个传统通气系统中是最佳的,但是,在水容量为0.4立方米、供送空气容量为10升/分钟、排放率为3立方米/小时且功率为0.6千瓦的条件下,所述效率是3%。此外,在测试过程中、所述反应会在最终反应之前停止。这可能是由于当溶解氧不存在时,藉助使空气迅速与水混合,Na2SO3在一较早阶段即开始氧化反应的缘故,但是,该反应可能会随着Na2SO3浓度的降低而使得氧气减少。
正如上文所指出的,本发明设备可以呈现出的性能(吸氧效率)是传统系统(采用一喷淋器和水轮机的系统、采用管式空气扩散器的系统或采用喷射器的系统)的性能的8至100倍。
如图3所示,利用已藉助生物学方法将其溶解氧降至0的清水,可对将溶解氧增加1ppm所需的动力加以确定。结果,0.59千瓦的鼓风机需要的动力为0.9 KW/ppm,而本发明设备仅需0.3 KW/ppm的动力,它大约是所述鼓风机所需动力的60%。
图4是一比较图,它示出了在本发明设备和管式空气扩散器中的溶解氧增加情况,横坐标表示时间,纵坐标表示溶解氧浓度。在这种试验中,还可以对所述设备在预定时间内供氧之后停止工作后的溶解氧浓度的变化情况加以确定。在图的右下角示出了一些试验条件。
从图4可知,根据本发明的设备,溶解氧可在短时间(15分钟)内迅速到达饱和值,并且甚至可以在所述设备停止工作之后仍稳定在该饱和值。相反,在采用管式空气扩散器的系统中,溶解氧浓度的增大较缓慢,而且不能到达所述饱和值。此外,在停止工作之后,溶解氧浓度跌至4ppm,并保持该值,它是停止工作时浓度,即8ppm的1/2。上述试验结果是由于在本发明设备中所获得的气泡的直径为5微米并且小于传统系统中所获得的气泡的直径,而且还由于气泡具有均匀性。
本发明具有以下优点。
(1)它可以提供一将液体喷射到一压力箱液位上的液体喷射装置,从而可以使气体有效地溶解在液体中。因此,可以获得这样一种气/液混合器,其结构简单,并且可使具有满意的净化性能的微小气泡能溶解在所述液体中。
(2)藉助象淋浴下雨那样来喷洒液体,可以将气体更有效地溶解在液体的表面区域内。
(3)本发明的污水净化设备包括一可将诸如氧气之类的气体供送至压力箱的供气装置、一可对压力箱内的水位加以控制的水位控制装置、一可将泵送的污水喷射到压力箱的水平面上的污水喷射装置,以及一将压力箱内的水排放到污水区域内的排放装置。藉助这种构造,所述设备显著增大污水的净化效率,而且其结构较简单,且不需要喷射器。
(4)藉助提供一可对压力箱进行除气的除气器和一可对排放气体进行除臭的除臭器,可以对含有有毒物质的排放气体进行处理,使其安全和无毒。工业应用性如上所述,本发明的气/液混合器可以根据一种将诸如氧气之类的气体溶解在污水中以使污染物质浮起的加压上浮方法而用作一气/液混合器。所述气/液混合器还可以用在污水净化设备、除臭器、除气器等中。
权利要求
1.一种气/液混合器,它包括一具有一液体流入口和一液体流出口的压力箱、一可将气体供送至所述压力箱的供气装置、一可对所述压力箱内的液位加以控制的液位控制装置,以及一可将液体喷射至所述压力箱的液体液位上的液体喷射装置。
2.如权利要求1所述的气/液混合器,其特征在于,所述液体喷射装置可以象下雨那样来喷射液体。
3.如权利要求1或2所述的气/液混合器,其特征在于,所述液体喷射装置可以使所述压力箱内的液体形成一涡流。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的气/液混合器,其特征在于,所述气体是空气、氧气、氮气或二氧化碳。
5.一种污水净化设备,它可将一污水区域内的水泵送出去,并在压力下将诸如氧气之类的气体溶解在污水内,然后将该水再次排放至污水区,其特征在于,所述设备包括一可将所述污水区域内的污水泵送出去的泵、一可将藉助所述泵所泵送出去的污水存储在其内的压力箱、一可将诸如氧气之类的气体供送至所述压力箱的供气装置、一可对所述压力箱内的水位加以控制的液位控制装置、一可将泵送出去的所述污水喷射至所述压力箱水面上的污水喷射装置,以及一可将所述压力箱内的水排放至所述污水区域的排放装置。
6.如权利要求5所述的污水净化设备,其特征在于,所述污水喷射装置能以象下雨那样的方式将泵送出去的污水喷射至所述压力箱的水平面上。
7.如权利要求5或6所述的污水净化设备,其特征在于,它还包括一可对所述压力箱进行除气的除气器和一可对排放气体进行除臭的除臭器。
全文摘要
一种污水净化设备,它可将一污水区域内的水泵送出去,可在压力下将诸如氧气之类的气体溶解在所述水内,然后将该水再次排放至污水区。所述设备包括:一可将所述污水区域内的污水泵送出去的泵(2)、一可将藉助泵(2)泵送出去的污水存储在其内的压力箱(T)、一可将诸如氧气之类的气体供送至压力箱(T)的供气装置(9,10)、一可对压力箱(T)内的液位加以控制的液位控制装置(5,6)、一可将泵送出去的所述污水喷射至压力箱(T)液面上的污水喷射装置(4),以及一可将压力箱(T)内的水排放至所述污水区域的排放装置(13)。所述净化设备可以提高水的溶解氧值,并且可以使水流过一快速过滤器或一活性炭过滤器,以在一砂质过滤层或一活性炭滤层内形成需氧有机层。由于在所述需氧有机层内含有很多的需氧和兼性厌氧脱氮细菌,因此,可以使得除去BOD和氮化物成分的氮硝化作用和除氮作用得以有效进行,同时还可以使水流过所述过滤砂和活性炭过滤器。
文档编号B01F1/00GK1286646SQ97182487
公开日2001年3月7日 申请日期1997年12月25日 优先权日1997年12月25日
发明者泽田善行 申请人:泽田善行
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