一种多级撞击流式环流反应器的制作方法

本发明属于高级氧化废水处理设备，特备涉及一种能够处理大量污水的多级撞击流式环流反应器。

技术背景

目前国内对工业生产中产生的有机废水大多采用生化法进行处理,然而这些废水的可生化性往往较差,例如在焦化废水、印染废水、制药废水中往往存在大量的难降解有机污染物,因此绝大多数生化处理法的处理效果并不理想,出水的COD含量均较高,大部分企业出水不能达标。而现有的能实现达标排放的生物处理方法的初期工程投资大、占地面积大,进水水质要求苛刻、吨水处理运行费用高,使得大多数企业难以接受。而传统的物理化学方法在去除废水难降解有机物质以及提高废水的可生化性等方面存在不足。为此各种化学处理手段应运而生，如电化学、光化学、化学高级氧化处理等。迄今为止,最有效的处理方法之一为高级氧化技术。研高级氧化过程通常包含有机污染物与氧化剂之间的传质扩散和氧化反应两个过程,提高该过程的速率关键在于“反应”和“传递(质)”两个过程的强化。研究表明高级氧化处理废水属于传质过程控制。然而传质过程的强化却往往为人们忽视,致使虽然采用了各种氧化处理技术,但处理效率仍不高。如何提高效率降低氧化剂用量和投资成本就成为现在急需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术所存在的不足，本发明提供了一种强化传质和反应提高氧化处理效率且能够加大水处理量，降低能耗的多级撞击流式环流反应器。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

该种多级撞击流式环流反应器，包括环流器，环流器的顶部开有出气口、底部开有出水口，在环流器外部设置有2～6个末端延伸至环流器内中心位置的多级Y型喷嘴，在多级Y型喷嘴的出口端上方设置有导流筒组，使分布在同一圆周上的多级Y型喷嘴所出射的流体可在对应导流筒组的中心轴上形成撞击流；

所述多级Y型喷嘴包括主喷管以及串接在主喷管出口端的n级支管组，n＝1，2，3；每级支管组包括并列设置的2～4个呈扩散型分布的支管，最后一级支管延伸至导流筒底部。

进一步优化，所述多级Y型喷嘴出口端与对应导流筒的中心轴之间的水平距离是20～40mm。

进一步优化，所述多级Y型喷嘴第n级的支管横截面S与第n+1级的支管横截面s之间满足：S＝9～12s。

进一步优化，第n级的支管中心线与第n-1级的支管中心线之间形成5～30°的夹角。

进一步优化，所述第m级的支管所在平面与第m+1级的支管所在平面是在同一个平面上，n＞m≥1。

进一步优化，所述第m级的支管所在平面与第m+1级的支管所在平面分布在两个交叉的平面上且夹角小于90°，n＞m≥1。

进一步限定，所述导流筒组是由自上而下沿着环流器的中心轴分布的多个导流筒组成，且一个导流筒与相邻一个导流筒之间的高度差为100～200mm。

进一步优化，所述多级Y型喷嘴是相对设置的偶数个，每个多级Y型喷嘴的第n级支管组包括x个支管，分布在环流器两侧的x个支管的出口端两两相对并分别延伸至对应导流筒的底部，并在导流筒的中心轴上产生碰撞。

进一步优化，所述导流筒组是由1～4个阵列分布的导流筒组成，每个导流筒的中心轴与环流器的中心轴平行。

本发明的多级撞击流式环流反应器，通过在环流器内沿着中心轴纵向分布多个导流筒，在对应每个导流筒的底部设置2～4个能够形成相对撞击流的多级Y型喷嘴，利用多级Y型喷嘴多个分支将流体分成多路射流，流体在多级Y型喷嘴内部多次改变流动方向，在喷嘴内部流动过程中混合均匀，出射之后在导流筒的中心轴上与对向的射流发生碰撞，形成强烈的撞击流，使流体在撞击区加强混合，强化传质效果，进一步提高废水高级氧化降解效果，同时可实现多通路进水，在保障处理倍数级提高的同时大大增加了反应器的处理量，降低能耗，减少运行成本，而且还能够节约氧化剂的使用，适于工业化应用。

附图说明

图1为多级撞击流式环流反应器的结构示意图。

图2为图1中多级Y型喷嘴4的结构示意图。

图3为图2的正面视图。

图4为图2中穿孔板44的安装示意图。

图5为n＝2且支管均为4个时的多级Y型喷嘴4的结构示意图。

图6为图5的A-A剖视示意图。

图7为n＝2且支管不对称分布时的多级Y型喷嘴4的结构示意图。

图8为图7的俯视图。

图9为n＝2且二级支管与一级支管分布在两个交叉的平面时的多级Y型喷嘴4的结构示意图。

图10为图9的俯视图。

图11为导流筒在环流器1内阵列分布的示意图。

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。

由图1可知，本实施例的多级撞击流式环流反应器包括环流器1、导流筒组2、固定杆3以及多级Y型喷嘴4。本实施例的环流器1是带有封头的罐体结构，在环流器1的顶部封头上开设有出气口、底部开设有出水口，在该环流器1的侧壁上开设有喷嘴安装孔。在环流器1的内腔沿着中心轴纵向分布有3个导流筒组2分别为第一导流筒21、第二导流筒22和第三导流筒23，每个导流筒组2的外壁通过均布在同一圆周上的2个或者3个固定杆3与环流器1的内壁固定，导流筒组2的直径为200mm，导流筒组2壁距离环流器1内壁之间的径向间距为50mm。在环流器1的外部相对安装有2个多级Y型喷嘴4，即2个多级Y型喷嘴4一个安装在环流器1的左侧，另一个安装在环流器1的右侧。

参见图2和3，本实施例的多级Y型喷嘴4包括主喷管41、一级支管组42和二级支管组43。主喷管41的直径为40mm，长度为60mm，其入口端与进水泵连通，在主喷管41的出口端面上通过转接头并列连接有2个支管，即一级支管组42包括第一一级支管421和第二一级支管422，第一一级支管421和第二一级支管422分别通过转接头与主喷管41连通。第一一级支管421和第二一级支管422均为圆形管，其直径均为13.3mm，与主喷管41的横截面之比为1：9，一级支管的截面积s小于1/9主喷管41的横截面，以补偿气液流动过程中压力损耗所带来的影响。第一一级支管421的中心线与主喷管41的中心线之间形成10°的夹角，第二一级支管422的中心线与主喷管41的中心线之间形成5°的夹角，即第一一级支管421和第二一级支管422在主喷管41的中心线两侧非对称部分。在第一一级支管421和第二一级支管422的出口端分别通过转接头连接有二级支管组43，二级支管组43包括第一二级支管431、第二二级支管432、第三二级支管433和第四二级支管434，即在第一一级支管421的出口端通过转接头连接有第一二级支管431和第二二级支管432，在第二一级支管422的出口端也通过转接头连接有第三二级支管433和第四二级支管434。第一二级支管431和第二二级支管432所在平面与第一一级支管421和第二一级支管422所在的平面为同一平面，第一二级支管431和第二二级支管432之间的夹角是10°，第一二级支管431和第二二级支管432均为圆形管，其管内直径均为4.16mm，横截面sc与一级支管的横截面Sc之间满足：Sc＝10.22sc，也可以在9～12倍的范围内浮动，能够补偿管道内压力损耗。第三二级支管433和第四二级支管434所在平面与第一一级支管421和第二一级支管422所在平面在同一平面。第三二级支管433和第四二级支管434之间的夹角也是5°，即二级支管在主喷管41中心轴两侧非对称分布。第三二级支管433和第四二级支管434均为圆形管，其直径均为4.16mm，横截面sD与一级支管的横截面SD之间满足：SD＝10.22sD，也可以在9～12倍的范围内浮动，根据系统水量处理需要和安装需要调整。

上述第一二级支管431、第二二级支管432、第三二级支管433和第四二级支管434呈扩散式分布，其出口端分别穿过环流器1侧壁上的喷嘴安装孔，延伸至对应导流筒组2的底部，在第一二级支管431和第二二级支管432的出口端上方各对应安装有一个第一导流筒21、第二导流筒22，在第三二级支管433和第四二级支管434的上方对应安装第三导流筒23，第一导流筒21与第二导流筒22之间的高度差为150mm，第三导流筒23与第二导流筒22之间的高度差为100mm，还可以根据环流器1的规格在100～200mm范围内调整。分布在环流器1两侧的两个多级Y型喷嘴4所对应的第一二级支管431出口端均延伸至第一导流筒21的底部距第一导流筒21中心轴的径向距离为30mm的位置，在第一导流筒21底部的中心线上发生碰撞，产生撞击流，大量气泡上升过程中带动第一导流筒21内外产生密度差，在第一导流筒21内形成上升流，第一导流筒21外部形成下降流，从而在第一导流筒21内外形成循环流。同理，分布在环流器1两侧的多级Y型喷嘴4所对应的第二二级支管432的出口端均延伸至第二导流筒22的底部距第二导流筒22中心轴径向距离为30mm的位置，并相对射流，在第二导流筒22底部的中心线上产生撞击流。分布环流器1两侧的多级Y型喷嘴4所对应的第三二级支管433和第四二级支管434的出口端均延伸至第三导流筒23的底部距第三导流筒23中心轴径向距离为30mm的位置，并相对射流，在第三导流筒23底部的中心线上产生撞击流，实现二次强化传质，而且3个导流筒对应形成3次撞击，在导流筒组2内部中心轴上自上而下形成多次连续的碰撞，实现多级强化，进而大大增强传质效果，提高高级氧化降解能力。

进一步优选，为了提高二级支管3的空化效果，在管内距离出口端50mm的位置安装有穿孔板44，如图4所示，穿孔板44的孔径为1mm，孔隙率为6％，使在二级反应管的出口端产生大量微气泡，穿孔板44的孔隙率也可以在5～8％范围内调整，孔隙率是根据最后一级支管的水压和横截面大小而综合考虑的。

图5、6中，在主喷管41的出口端面上还可以并列连接有4个一级支管组42，即分别为第一一级支管421、第二一级支管422、第三一级支管423以及第四一级支管424，第一一级支管421、第二一级支管422、第三一级支管423以及第四一级支管424在主喷管41的出口端面上均匀且呈扩散型分布，第一一级支管421的出口端延伸至第一导流筒21的底部，第二一级支管422和第三一级支管423的出口端延伸至第二导流筒22的底部，第四一级支管424的出口端延伸至第三导流筒23的底部。

此外，上述实施例中的一级支管所在平面与二级支管所在平面可以是同一平面，如图2所示，也可以是相互交叉的两个平面，当分布在交叉的两个平面时，两平面之间的夹角不超过90°。

以图7和8所示为例说明，第一二级支管431和第二二级支管432所在平面与第一一级支管421和第二一级支管422所在的平面为同一平面，第三二级支管433和第四二级支管434所在平面与第一一级支管421和第二一级支管422所在平面交叉，且所在两平面的夹角为30°，即二级支管在主喷管41的中心线两侧非对称分布。

进一步以图9、10所示为例说明，第一二级支管431和第二二级支管432所在平面、第三二级支管433和第四二级支管434所在平面均与第一一级支管421和第二一级支管422所在的平面交叉，且所在两平面的夹角为45°，小于90°均可，即二级支管在主喷管41的中心线两侧对称分布。

上述实施例中的一级支管和二级支管的管结构还可以是椭圆形管或方形管，其中，当一级支管和二级支管均为椭圆形管结构时，每个二级支管的截面长轴a、截面短轴b与每个一级支管的截面长轴A、截面短轴B之间满足：A＝3a，B＝4b。当一级支管和二级支管均为方管结构时，每个二级支管的边长与每个一级支管的边长之间满足：

上述实施例中的多级Y型喷嘴4是分布在环流器1的筒壁两侧的2个，还可以沿着环流器1的筒壁均匀布设有3～6个，其只要多级Y型喷嘴4的最后一级支管的出口端所出射流体能够在对应导流筒组2的中心轴上形成撞击流即可，但是以偶数个为优选方案，偶数个多级Y型喷嘴4在筒壁上均与分布，即两两相对，其出口端能够正对碰撞，碰撞强度更大，为了保证有效的撞击效果，多级Y型喷嘴4出水口与对应导流筒的中心轴之间的水平距离是20～40mm之间，优选25～30mm为最佳间距。

上述实施例中，为了满足水处理量大小的要求，可以适当增加多级Y型喷嘴4的支管级数和每一级支管的个数，即上述多级Y型喷嘴4的二级支管出口端还可以通过转接头连接三级支管，即第一二级支管431、第二二级支管432所在平面、第三二级支管433和第四二级支管434的出口端还可以分别连接三级支管，连接三级支管就能够增加水流分支，多级连续在管内改变水流方向，使气体空化效果更好，此外能够更好地适应多级Y型喷嘴4在环流器1内部有多个导流筒的安装条件。同理，上述多级Y型喷嘴4的结构也可以是在主喷管41的出口端仅连接一级支管组42，一级支管组42包括3个一级支管，而且三个一级支管在主喷管的截面上均匀分布，其出口端与导流筒组2的底部正对，但是该种结构的喷嘴适用于处理有机污染浓度相对较低、处理水量相对较少的情况。

需要进一步说明，本发明的环流器1内部还可以布设1～4个范围内任意数量的导流筒，导流筒的分布还可以在环流器1内呈阵列分布，参见图11，导流筒在环流器1内上下错位排布或者水平错位排布或者对正排布均可，但是应满足导流筒的中心轴与环流器1的中心轴平行，以使导流筒内外的循环流之间在环流器1内再次发生碰撞，进一步强化了空化效果，从而实现多级多次撞击强化空化的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。