用于畜禽养殖污水处理的组合式空化发生器

本发明涉及有机污水处理领域，特别涉及一种用于畜禽养殖污水处理的组合式空化发生器。

背景技术：

1、我国是世界畜禽养殖第一大国，养殖总产量逐年增加，畜禽污水排放量巨大。2020年公布的《全国第二次污染源普查公报》显示，在农业源氨氮(nh4+-n)、总磷(tp)和化学需氧量(cod)的排放总量中，畜禽养殖业的排放量占比分别达到51％、56％、94％，占据农业源的一大半。畜禽养殖污水中含有大量抗生素、致病菌、寄生虫、激素、重金属以及大分子有机物等，不及时处理会严重影响水体、土壤和大气。目前常用的畜禽养殖污水处理方式有物理法、化学法和生物法，经验表明，这些方法往往处理效率低、效果差、易造成二次污染，因此相关工作者开始探索新型的、环境友好型污水处理方式，水力空化技术利用空泡溃灭伴随的强烈机械效应、热效应和化学效应降解污水中的污染物，不具有任何污染，是一种极具潜力的污水处理方式。

2、空化发生器是用于产生空化的装置，其在畜禽养殖污水处理领域已经逐步得到应用。孔板和文丘里管因其简单的结构、较强的空化强度而最早应用于畜禽养殖污水处理中，然而其压力损失大、能耗高、易堵塞等问题也十分突出，这些缺点导致孔板和文丘里管类空化发生器难以大规模应用于畜禽养殖污水处理中。新兴的旋转类空化器从一定程度上解决了孔板和文丘里管的缺点，促进了畜禽养殖污水的绿色处理。

3、申请号为202310556856.6的中国发明专利公开了一种离心式空化发生器，其在叶轮外侧设置了带有通孔单元的空心箱体，流体通过通孔单元时产生空化，然而当污水中含有悬浮物时，容易造成通孔单元堵塞，空化被限制，与此同时，由于其叶轮置于通孔单元上游，因而通孔单元下游压力回升较慢，不仅会导致空泡溃灭强度低，还会造成空化器的输送污水能力较差，不得不配备其他动力设备进行流体输送，因而需要进行改进。

技术实现思路

1、针对上述存在的缺陷，本发明提供了一种用于畜禽养殖污水处理的组合式空化发生器，其不仅可以有效减少堵塞，同时还能产生多类型组合式空化，促进有机物的有效降解，除此之外，该空化发生器还兼具水泵的功能，能够在输送污水的同时处理污水，促进了水力空化技术在畜禽污水处理领域的应用。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种用于畜禽养殖污水处理的组合式空化发生器，包括转子、定子、刀具和垫片，所述转子包括前盖板、后盖板和叶片，所述前盖板和所述后盖板并列连接，所述后盖板上设有环形通孔，所述定子连接在所述环形通孔内，所述转子上设有凸起组件，所述凸起组件包括设于所述前盖板的内表面的第一环形凸起，和设于所述定子的内表面的第二环形凸起，所述第一环形凸起和所述第二环形凸起相对设置，在所述第一环形凸起上且沿其周向交替设置若干第一沟槽和若干第一盲孔，所述叶片位于所述凸起组件的下游，所述刀具位于所述凸起组件的上游，所述刀具随转子一起转动，所述垫片位于所述后盖板与所述定之间，用于调节所述第一环形凸起和所述第二环形凸起之间的间隙。

4、进一步的，所述凸起组件的中心线与所述转子的旋转轴重合，且所述凸起组件的前缘表面和后缘表面均为圆柱面，所述凸起组件的内表面垂直于所述转子的旋转轴。

5、进一步的，所述凸起组件位于δ＝d1/dout＝0.45～0.85处，其中，d1为所述凸起组件的前缘表面的直径，单位为mm，dout为所述转子的外径，单位为mm；

6、所述凸起组件沿径向的长度l＝0.2～0.5(dout-din)，其中，din为所述转子的进口直径，单位为mm。

7、进一步的，所述叶片紧邻所述凸起组件起后缘，所述叶片为弯曲型，所述叶片的包角θ1＝45～90°，所述叶片的数目z1＝5～7。

8、进一步的，所述第一沟槽和所述第一盲孔的中心线均垂直于所述凸起组件表面，所述第一沟槽和所述第一盲孔的数目均为n1＝1～3z1，其中，z1为所述叶片的数目。

9、进一步的，所述第一沟槽贯通所述第一环形凸起，所述第一沟槽的扩散角α＝20°～60°，所述第一沟槽的有效深度hg＝0.4b～0.6b，其中，b为所述转子的出口宽度，单位为mm；

10、所述第一盲孔的扩散角为β＝20°～60°，所述第一盲孔的形状包括圆柱形、半球形、长方体形和圆锥形，所述第一盲孔的特征宽度db＝0.5l～0.8l，单位为mm，所述第一盲孔的特征深度hb＝0.5db～1.5db，单位为mm。

11、进一步的，所述定子上设有第二沟槽和第二盲孔，所述第二沟槽、所述第二盲孔与所述第一沟槽、所述第一盲孔的数目分别相等，形状分别相同，排布完全一致；

12、所述定子的外径d2≥1.1(d1+2l)，单位为mm，所述定子外缘通过螺钉固定连接在蜗壳内壁，空化发生器工作时，所述定子固定不动。

13、进一步的，所述垫片分为两部分，一部分位于定子的环形凸起前缘，另一部分位于定子环形凸起后缘，两处垫片数量均为n2。

14、进一步的，所述转子与所述定子之间设置有间隙，间隙的宽度w通过所述垫片进行调节，且满足表达式：

15、

16、式中，w为间隙的宽度，单位为mm，q为流量，单位为m3/s，p1为空化发生器进口压力，单位为pa，pv为污水的饱和蒸汽压力，单位为pa，ρ为污水密度，单位为kg/m3，k为损失系数，与空化器结构相关，取值范围为0.2～0.35。

17、进一步的，所述刀具包括刀片，所述刀片与所述第一环形凸起的内表面沿轴向的距离s＝3～5w，单位为mm，所述刀片的外径d3＝0.75～0.9d1，单位为mm，所述刀片为弯曲型，所述刀片的包角θ2＝45～90°，所述刀片的数目z2＝2～4。

18、借由以上的技术方案，本发明的有益效果如下：

19、1、本发明所述的用于畜禽养殖污水处理的组合式空化发生器，在空化发生前对污水中的悬浮物进行了切割粉碎，既能减少污水中悬浮物造成的堵塞，也能减小污水中有机物分子量，便于后续的空化降解；

20、2、本发明所述的用于畜禽养殖污水处理的组合式空化发生器，污水通过环形凸起之间的间隙时，在转子和定子的相互作用下可以产生多种类型空化，部分空泡在间隙附近溃灭，释放能量，大部分空泡在环形凸起下游集中溃灭，释放更多能量，污水每经过空化器一次被多次降解，提高了污水的处理效率；

21、3、本发明所述的用于畜禽养殖污水处理的组合式空化发生器，在空化产生区域的下游布置了叶片，能够使污水压力快速回升，一方面促进了空泡的高强度溃灭，另一方面也保证了污水能够被输送至远处，减少了其他动力设备的使用；

22、4、本发明所述的用于畜禽养殖污水处理的组合式空化发生器，充分考虑实际应用场景，不需要频繁调节转速和压力便能实现空化，此外可以通过调整垫片的数量控制间隙的宽度，从而改变空化强度，以满足不同浓度污水的处理需求，适应性强。

23、为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。