专利名称：水力空化强化水处理设备的制作方法
技术领域：
本发明属于化工流体机械技术领域，具体涉及一种水力空化强化水处理设备。
背景技术：
水是生命之源，没有水就没有生命万物，但是随着工业现代化的发展和城市化的加速，导致了水的污染和水资源的短缺，这已成为世界上许多国家普遍存在的问题。近年来，水资源全球性短缺，根据联合国统计，人类年用水量已接近4X 1012m3，全球有近20亿人饮用水短缺，有几十个国家缺水。水资源短缺已成为严重困扰经济发展和人民生活水平提高的重要因素，水资源不久将成为继石油危机之后的另一个严重的全球性危机。由于淡水资源的分布不均和日益严重的水污染，我国成为严重缺水的 国家之一，在全国600多个城市中，有400多个城市属于缺水城市，其中100多个城市严重缺水，造成我国用水紧张的主要原因是水资源受到严重污染。由于有机化合物产量和种类的不断增加，各种工业废水和生活污水未达到排放标准就直接进入水体，对水源造成极大的污染。因此，采用有效的净化工艺去除各种污染物，关键在于新型高效水处理技术和工艺进行研究，传统的污水处理技术已经不能满足新的环保要求。空化技术作为一种新型物化水处理技术受到越来越多的关注。国内外均有研究报道，并取得了一些成果。魏群采用水力空化降解罗丹明B的试验研究结果表明，空化技术对罗丹明B具有降解作用(魏群、高孟理等，水力空化降解罗丹明B的试验研究[J].兰州理工大学学报，2005，31(4):75-81)。冯中营研究了水力空化杀菌试验，结果表明水力空化能有效杀灭水中细菌(冯中营，空化及其在杀菌中的应用[J].科学技术与工程，2010. 10(5) : 1208-1211)。中国专利200810243145. 8介绍了一种物理方法强化催化氧化处理维生素C生产废水，采用超声辐射、紫外光照射及水力空化方法，分别与非均相催化臭氧氧化的化学方法相结合，使维生素C废水有机质氧化降解为CO2,生成的CO2使废水中的钙离子沉淀析出。中国专利200910004010. I介绍了一种物理法灭菌增氧活性水器，由水力空化技术、吹脱分离技术、磁水处理技术等物理技术的串联组合处理生活饮用水。已有的研究及专利成果对空化水处理效果的增强方法均是采用组合工艺，空化与其它的诸如催化、氧化、膜分离等技术集成，以达到水处理效果，并没有提高空化单元的空化效率。在水处理设备中，水质各项参数能直接反映水处理效果，因此，水质参数的在线检测在水处理技术及设备中显得格外重要。目前，已有的水力空化装置均未能实现水质的在线检测以及在此基础上的自动控制，导致其操作不便、自动化程度低、水处理效果不佳，进而影响了水力空化装置效能的发挥，并限制了水力空化技术的进一步推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的水力空化效果及水处理设备存在的不足，提供一种强化水力空化效应，具有可视化功能的机电一体化水力空化水处理设备。本发明一种水力空化强化水处理设备，通过下述技术方案实现的，包括预处理单元、增强型空化发生装置、水反馈循环处理回路、多参数水质检测显示系统、智能化自动控制系统；
所述预处理单元由依次设置粗过滤器和精过滤器的预处理管路组成，设置水泵的进水管路连接粗过滤器；
所述增强型空化发生装置由至少两个并联排列的空化发生器组成，空化发生器两端分别连接预处理管路和出水管路，出水管路末端设置出水电磁阀，出水电磁阀后端设置出水Π ；
所述多参数水质检测显示系统由出水管路中依次安装的压力传感器、氧化还原电位(ORP)传感器、流量计、pH传感器、电导率传感器、溶解氧(DO)传感器、化学需氧量(COD)传感器、总有机碳(TOC)传感器、温度传感器和LED触摸显示屏组成；
所述智能化自动控制系统采用可编程序控制器(PLC)，压力传感器、氧化还原电位(ORP)传感器、流量计、pH传感器、电导率传感器、溶解氧(DO)传感器、化学需氧量(COD)传 感器、总有机碳(TOC)传感器、温度传感器和LED触摸显示屏分别与可编程序控制器连接；所述水反馈循环处理回路两端分别连接出水电磁阀前段和进水管路的水泵前端，水反馈循环回路设置循环处理电磁阀；出水电磁阀和循环处理电磁阀分别连接可编程序控制器。空化发生器采用多孔板结构或文丘里管和孔板复合结构。空化发生器采用有机玻璃。通过可编程序控制器对水质各项参数进行分析、处理，进而对设备运行进行自动控制，最终提高水力空化设备对污染水质的处理能力。水力空化设备的控制系统除完成水处理系统的工艺循环流程控制外，还设计有多项安全检测报警功能，如低压报警、高压报警、断电报警、缺水报警、切换超时报警等程序。故障报警系统的设计，能及时发出系统运转不正常时的信号，以便及时停机维修，避免长时间非正常运行造成设备元件的损坏。空化发生器是水力空化水处理设备的核心，在空化发生器内水在瞬间被加速，从而产生巨大的压力差，当压力降到工作温度下液体的饱和蒸汽压时，液体就开始沸腾，迅速汽化，内部产生大量气泡，随着压力的不断降低，气泡不断膨胀，当压强恢复时气泡瞬间溃灭产生1000-5000K的瞬时高温和50MPa以上的瞬时高压，空化泡溃灭产生强烈冲击波和射流，同时产生· OH等强氧化剂，它们与水中有机物、微生物等污染物发生氧化反应，可以将有机物氧化降解、细菌杀灭。本发明采用两个空化发生器并联排列结构设计，与以往单个空化发生器相比显著提高了空化效率。根据水力学原理和射流技术，本发明设计有两种可以选择使用的空化发生器，一种是多孔板空化器，一种是多孔板和文丘里管复合结构空化器。其中空化发生器入口压力在O. 2MPa O. 45MPa之间，空化发生器出口压力在O. OlMPa O. IMPa之间。另外，空化发生器采用有机玻璃或其它透明材料设计制造，便于对空化发生器内空化泡的产生量、大小等空化现象进行直观观察、调节。在以往的水力空化水处理设备中，水高速通过空化发生器，许多有机污染物在短时间内来不及氧化降解，导致水处理效果较差，因此本发明在水出水口与进水口之间设计了反馈回路，极大提高了水处理效率。根据预先设定的水质参数通过可编程序控制器(PLC)自动控制反馈循环过程，当传感器检测到处理后水的水质参数未达到设定要求，PLC可以自动控制设备打开反馈回路，从而对水再次进行循环处理；当水质参数符合设定要求，PLC则自动控制电磁阀关闭反馈回路，此时经过处理的水由出水口排出。本发明通过采用空化器的水处理设备对水进行有效处理净化，同时实现对水质参数的在线检测显示以及自动控制，实现了水高效处理净化和水质参数在线检测、设备自动控制的有机结合，具有工艺合理、自动化程度高、使用方便、水处理效率高、适用范围广等优点。本发明对污水和饮用水进行有效处理净化，实现污水达标排放或有效回用以及饮水消毒净化，以减轻水污染对环境和人体健康造成的危害，提高水资源利用率。本发明是通过空化反应器产生水力空化效应，用于水处理净化，并采用多个传感器实现对设备中多项水质参数和运行参数的在线检测显示以及设备运行的自动控制，实现设备的可视化调节、运行，进而提高设备的自动化水平和水处理效能。
图I是本发明的水力空化水处理设备原理图；
图2是本发明的复合结构空化器结构剖视 图3是本发明的多孔板空化器结构剖视图。图中1.第一 ORP传感器；2.水泵；3.粗滤器；4.精滤器；5.减压阀；6.第一压力传感器；7.第一空化发生器；8.第二空化发生器；9·第二压力传感器；10.第二 ORP传感器；11.第一流量计；12. pH传感器；13.电导率传感器；14. DO传感器；15. COD传感器；16. TOC传感器；17.温度传感器；18.出水电磁阀；19.循环处理电磁阀；20.第二流量计；21. PLC ；22. LED触摸显示屏；23.孔板；24.文丘里管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的详述。本发明一种水力空化强化水处理设备，包括预处理单元、增强型空化发生装置、水反馈循环处理回路、多参数水质检测显示系统、智能化自动控制系统；原理如图I所示，所述预处理单元由依次设置粗过滤器和精过滤器的预处理管路组成，设置水泵的进水管路连接粗过滤器；
所述增强型空化发生装置由至少两个并联排列的空化发生器组成，空化发生器两端分别连接预处理管路和出水管路，出水管路末端设置出水电磁阀，出水电磁阀后端设置出水Π ；
所述多参数水质检测显示系统由出水管路中依次安装的压力传感器、氧化还原电位(ORP)传感器、流量计、pH传感器、电导率传感器、溶解氧(DO)传感器、化学需氧量(COD)传感器、总有机碳(TOC)传感器、温度传感器和LED触摸显示屏组成；
所述智能化自动控制系统采用可编程序控制器(PLC)，压力传感器、氧化还原电位(ORP)传感器、流量计、pH传感器、电导率传感器、溶解氧(DO)传感器、化学需氧量(COD)传感器、总有机碳(TOC)传感器、温度传感器和LED触摸显示屏分别与可编程序控制器连接；所述水反馈循环处理回路两端分别连接出水电磁阀前段和进水管路的水泵前端，水反馈循环回路设置循环处理电磁阀；出水电磁阀和循环处理电磁阀分别连接可编程序控制器。水力空化强化水处理流程为首先，待处理的水由水泵加压后经预处理单元将固体颗粒、悬浮物等杂质滤除；然后，进入并联结构排列的空化器发生强烈的空化反应，产生瞬时高温、高压和强烈冲击波、微射流等，可将污染水体中的有机物氧化降解、微生物杀灭；最后，经空化发生器处理的水经过反馈循环处理回路，通过增加对水体的空化处理次数，提高空化水处理效果。水力空化强化水处理设备采用多个传感器实现对设备中水的运行压力、流量、温度、ORP、pH、电导率、DO、COD、TOC等多项参数的在线检测显示以及PLC自动控制，从而提高水力空化设备的自动化水平和水处理净化能力。待处理的水由进水口进入设备，第一 ORP传感器I检测设备入口水的ORP值，水经由水泵2加压后先后经由粗滤器3和精滤器4去除水中的固体颗粒、悬浮物等杂质，然后通过减压阀5，减压阀5的作用是调节水力空化发生器的入口压力，同时第一压力传感器6对水力空化发生器的入口压力进行在线检测，通过调节减压阀5使水力空化发生器的入口压力达到最佳值。经过加压的水进入并联的第一空化发生器7和第二空化发生器8，在空化发生器内水在瞬间被加速，从而产生巨大的压力降，当压力降至蒸汽压甚至负压时，溶解在水体中的气体会释放出来，同时流体汽化而产生大量空化泡，随后液体周围压力迅速恢复喷射扩张，空化泡瞬间破灭，瞬间可释放出巨大能量，可以将有机物氧化分解、杀灭细菌。第一空化发生器7和第二空化发生器8为水力空化 水处理设备的核心部件，可采用多孔板结构(见图3)或文丘里管和孔板复合结构(见图2)，同时本发明第一空化发生器7和第二空化发生器8并联排列方式，根据处理需求可以多个空化发生器并联，与以往单个空化发生器相比提高了空化效率。另外，第一空化发生器7和第二空化发生器8采用有机玻璃或其它透明材料设计制造，便于对空化发生器产生的空化泡数量、大小等空化现象进行直接观察、调节。经空化发生器处理后的水到达第二压力传感器9，检测空化器出口压力，通过出水调节电磁阀18和循环处理电磁阀19控制出口压力在一定范围内(O. OlMPa O. IMPa)，以使水力空化效果达到最佳。第二 ORP传感器10检测处理后水的ORP值，水经过第一流量传感器11，检测每小时水循环流量，pH传感器12检测处理后水的pH值，电导率传感器13检测处理后水的电导率，DO传感器14检测处理后水的DO值，COD传感器15检测处理后水的COD值，TOC传感器16检测处理后水的TOC值，温度传感器17检测处理后水的温度，为了保证最佳水力空化处理效果，水必须保持在一定温度范围内。循环处理电磁阀19是水出口到水泵入口的一个反馈回路，当传感器检测到处理后水的各项水质参数未达到设定要求时，PLC可以自动控制设备打开循环处理电磁阀19的反馈回路，从而对水再次进行循环处理；当水质参数符合设定要求，PLC则自动控制循环处理电磁阀19关闭，出水电磁阀18打开，经过处理的水由出水口排出；当发生水泵入口进水量不足时，循环处理电磁阀19也可以打开以保证水泵入口水量的充足。第二流量传感器20检测出水口每小时处理水量，通过调节出水电磁阀18和循环处理电磁阀19可以控制循环水和排放水的比例。通过LED触摸式显示屏22实时显示水质各项参数和设备运行状态。整个水力空化水处理设备系统由PLC21控制，该控制系统除完成水处理系统的工艺循环流程控制外，还设计有多项报警检测功能，如低压报警、高压报警、断电报警、缺水报警、切换超时报警等程序。故障报警系统的设计，能及时发出系统运转不正常时的信号，以便及时停机维修，避免长时间非正常运行造成设备元件的损坏。实施例I污水处理。污水包括生活污水、工业废水、天然污水等，在前期预处理的基础上，利用图I所示的水力空化水处理装置对多种污染水体中的有机污染物进行处理。首先，检查设备管路连接状况，接通电源，通过LED触摸屏设定电导率、ORP、pH、DO、COD、TOC等水质参数；然后，开启机器，调节减压阀使空化发生器入口压力在O. 2MPa O. 45MPa之间，出口压力在
O.OlMPa O. IMPa之间，通过LED显示屏实时观测设备运行压力、流量、温度，0RP、pH、电导率、DO、COD、TOC等参数，PLC自动控制调节反馈回路，使污水进行循环处理，保证处理后污水的各项水质参数达到设定要求后自动进行排放或回收利用。该水力空化水处理设备对污水中有机污染物处理效果的主要技术参数色度去除率> 80%, COD去除率> 80%, TOC去除率> 80%，石油类去除率> 80%。实施例2
饮用水消毒净化。饮用水包括天然淡水、城市自来水、纯净水等，利用图I所示的水力 空化水处理装置对饮用水中的微生物进行消毒净化处理。首先，检查设备管路连接状况，接通电源，通过LED触摸屏设定电导率、ORP、pH、DO、COD、TOC等各项参数；然后，开启机器，调节减压阀使空化发生器入口压力在0. 2MPa 0. 45MPa之间，出口压力在0. OlMPa 0. IMPa之间，通过LED显示屏实时观测设备运行压力、流量、温度，ORP、pH、电导率、DO、COD、TOC等参数，PLC自动控制调节反馈回路，使饮用水进行循环消毒净化处理，保证消毒净化后水的微生物指标符合饮用水卫生标准。该水力空化水处理设备对饮用水中微生物处理效果的主要技术参数菌落总数去除率> 99. 9%，总大肠菌群去除率> 99. 9%。
权利要求
1.一种水力空化强化水处理设备，其特征是，包括预处理单元、增强型空化发生装置、水反馈循环处理回路、多参数水质检测显示系统和智能化自动控制系统； 所述预处理单元由依次设置粗过滤器和精过滤器的预处理管路组成，设置水泵的进水管路连接粗过滤器； 所述增强型空化发生装置由至少两个并联排列的空化发生器组成，空化发生器两端分别连接预处理管路和出水管路，出水管路末端设置出水电磁阀，出水电磁阀后端设置出水n ； 所述多参数水质检测显示系统由出水管路中依次安装的压力传感器、氧化还原电位传感器、流量计、PH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、化学需氧量传感器、总有机碳传感器、温度传感器和LED触摸显示屏组成； 所述智能化自动控制系统采用可编程序控制器，压力传感器、氧化还原电位传感器、流量计、PH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、化学需氧量传感器、总有机碳传感器、温度传感器和LED触摸显示屏分别与可编程序控制器连接； 所述水反馈循环处理回路两端分别连接出水电磁阀前段和进水管路的水泵前端，水反馈循环回路设置循环处理电磁阀；出水电磁阀和循环处理电磁阀分别连接可编程序控制器。
2.根据权利要求I所述的水力空化强化水处理设备，其特征是，所述空化发生器采用多孔板结构或文丘里管和孔板复合结构。
3.根据权利要求I或2所述的水力空化强化水处理设备，其特征是，所述空化发生器采用有机玻璃。
全文摘要
本发明公开了一种水力空化强化水处理设备。本发明包括预处理单元、增强型空化发生装置、水反馈循环处理回路、多参数水质检测显示系统、智能化自动控制系统；所述多参数水质检测显示系统由出水管路中依次安装的压力传感器、氧化还原电位传感器、流量计、pH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、化学需氧量传感器、总有机碳传感器、温度传感器和LED触摸显示屏组成；所述水反馈循环处理回路两端分别连接出水电磁阀前段和进水管路的水泵前端，出水电磁阀和循环处理电磁阀分别连接可编程序控制器。本发明用于水处理净化，并采用多个传感器实现对设备中多项水质参数和运行参数的在线检测显示以及设备运行的自动控制。
文档编号C02F9/04GK102795727SQ20121030839
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者朱孟府, 邓橙, 王永广, 宿红波, 游秀东, 陈平, 苑英海, 朱路 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所