一种管网水质净化管道及处理管道水的方法

本发明涉及管网水质安全保障，尤其涉及一种管网水质净化管道及处理管道水的方法。

背景技术：

1、

2、微纳米气泡是一类直径在微米级和纳米级的微小气泡，不同学者对其直径范围的界定略有不同，大多数均小于100μm。与传统气泡相比，微纳米气泡具有体积小、比表面积大、存在时间长、传质效率好、表面电势高、生物活性强、能够产生自由基等特点。其中，微纳米气泡水中原位产生的羟基自由基具有强氧化性，且对污染物的去除没有选择性，可有效去除水体中的各种有机污染物、难降解污染物和致病微生物等；如专利号为cn103723803a的发明专利公开了一种采用羟基自由基对水消毒解毒净化的方法，利用羟基自由基，解决现有的水处理方法和装置存在的无法去除水中残留的致癌物质、无法去除超标的重金属和有机化合物的技术问题；专利号为cn108585285a的发明专利公开了一种羟基自由基矿化饮用水中抗生素的处理系统，利用羟基自由基矿化饮用水中的抗生素。但将羟基自由基用于供水管网中维持水质稳定的研究未见报道。

3、基于以上，需要提出一种操作性强的装置，对二次供水异常水质进行处理。

技术实现思路

1、本发明提供了一种管网水质净化管道及处理管道水的方法，通过管道中形成的微纳米气泡被破碎而形成的·oh处理来水，使来水水质达标；本装置结构简单，与传统氯消毒处理相比，解决了传统消毒技术对药剂的依赖性，避免了水中有害物质的输入，通过源头控制消除了消毒副产物的影响。

2、具体技术方案如下：

3、一种管网水质净化管道，包括管道本体，所述管道本体的外周设有内部形成气腔的壳体；所述气腔与管道内腔连通，且气腔压力大于管道内腔；气腔与管道内腔的连通处设有供气体从气腔进入到管道内腔的薄膜；在管道内腔中，所述薄膜的下方区域形成有带微纳米气泡的气液混合区；气液混合区的下游装有超声波消泡器。

4、进一步地，所述壳体呈环形，套设于管道本体外壁上；所述壳体上开有进气口和排气口，壳体内部设有气泵和气压计，气泵的进口与进气口连通，出口设于壳体内部。

5、环形的壳体可以最大范围的包裹管道，制造气腔，而且相比于其他的形状，更方便进行密闭。

6、进一步地，所述薄膜为spg膜。

7、spg膜全称为shirasu porous glass，是一种多孔玻璃膜；spg膜具有均匀的微小孔径，在本发明中，气腔内的空气在压力差的作用下会通过spg膜进入管道内腔中形成气泡。

8、进一步地，所述管道内腔中设有板面与水流垂直的负压阀板，负压阀板与管道的内壁之间形成供水流通过的通道；所述负压阀板的直径与管道管径的比值为1：2～1：3；沿水流方向，所述负压阀板设于所述薄膜的上游且临近薄膜。

9、作为优选，所述负压阀板的直径与管道管径的比值为1：2。

10、负压阀板的设置会使水流经过时产生湍流，从而加快这一区域的水流速度，产生负压，形成气液混合区。

11、进一步地，所述管道内腔中还设有第一气泡浓度检测部件、第二气泡浓度检测部件；所述第一气泡浓度检测部件设于所述气液混合区和超声波消泡器之间；所述第二气泡浓度检测部件设于所述超声波消泡器的下游。

12、本发明还提供一种组合式管网管道，包括并联连接的第一管道和第二管道，所述第二管道如上述所述的管网水质净化管道；所述第一管道和第二管道的进水端均设有控制阀门，控制阀门的上游设有水质检测装置。

13、本发明还提供一种利用上述所述的组合式管网管道处理管道水的处理方法，包括：

14、(1)通过水质检测装置判断来水水质情况，将来水水质情况分为水质异常情况与水质正常情况；

15、(2)来水水质异常时，来水进入第二管道，并通过所述气泵控制气腔中的压力，使气腔中的空气通过spg膜进入管道内腔生成气泡，形成气液混合区，气泡在水流剪切力的作用下生成微纳米气泡；

16、(3)启动超声波消泡器，对步骤(2)中的微纳米气泡破碎，利用产生的·oh对来水水质进行改善；

17、(4)通过水质检测装置判断上游来水水质情况，进行(1)～(4)循环。

18、本发明中，管道来水首先通过设于本装置前的水质检测仪，经过水质检测仪检测水质情况，当水质正常时，第一管道前阀门打开，第二管道前阀门关闭，来水通过第一管道进行后续的供水，当水质异常时，第一管道前阀门关闭，第二管道前阀门打开，来水通过第二管道，同时启动位于第二管道上气腔中的气泵和位于第二管道内腔中的超声波消泡器，气腔与管道内腔的连通处设有供气体从气腔进入到管道内腔的薄膜，来水通过设于第二管道内的负压阀板时流速加快，形成负压，此时与气腔内的空气形成压力差，气腔中的空气通过膜进入到第二管道内腔中，形成气泡，气泡在来水剪切力的作用下，被剪切成更微小的微纳米气泡，微纳米气泡随水流进入到启动的声波消泡器，在超声波的作用下破碎，产生大量的·oh，对来水进行改善，当位于本装置前的水质检测仪检测到水质正常时，随即进行水质正常处理步骤。

19、进一步地，步骤(1)中，水质正常情况时，来水通过第一管道进行后续供水；水质异常情况时，第一管道的进水端控制阀门关闭，第二管道的进水端控制阀门打开，与此同时，第二管道气腔中的气泵和管道内腔中的超声波消泡器均开启；来水进入第二管道。

20、进一步地，步骤(2)中，spg膜的平均膜孔径d1与微纳米气泡的平均直径r的关系为：

21、r＝8.6d1                                              (1)

22、式(1)中r为微纳米气泡的平均直径，d1为，spg膜的平均膜孔径；

23、所述spg膜的面积s与第二管道直径d的关系为：

24、s＝πdl                               (2)

25、式(2)中，s为spg膜的面积；d为第二管道直径；l为spg膜宽度；π为圆周率。

26、进一步地，步骤(2)中，生成稳定的微纳米气泡的条件为：1≤n≤2；所述n＝p0/p2；所述p0为气腔中的压力，所述p2为气液混合区内的压力；所述n的计算公式为：

27、

28、式(3)中，p0为气腔内的压力；p1为来水进入第二管道时的管道压力；v1为来水进入第二管道时的水速；d为负压阀板直径；d为第二管道直径；ρl为水的密度；所述p2的计算公式为：

29、

30、式(4)中，p1为来水进入第二管道时的管道压力；v1为来水进入第二管道时的水速；v2为来水经过第二管道内腔气液混合区后的水速；ρl为水的密度；

31、所述v2的计算公式为：

32、v2＝v1/{1-(d/d)2}                   (5)

33、式(5)中，d为负压阀板直径；d为第二管道直径；v1为来水进入第二管道时的水速。

34、当n<1时，由于气泡无法进入气液混合区，管道中不会产生气泡；当1≤n≤2时，气液混合区中可以稳定生成单分散的纳米气泡；当n>2时，由于跨膜压力较大，造成粒径分散系数增大，气泡粒径分布范围增大，水中无法产生稳定的单分散纳米气泡。

35、气液混合区中水的剪切力大小与p0和p2的差值大小有关，两者差值越大，则剪切力越大，对进入管道中的气泡切割效果越好。

36、本装置中微纳米泡发生器的性能受管内负压阀板直径d与管道直径d比值的影响。

37、当来水水质异常时，通过第一气泡浓度检测部件与第二气泡浓度检测部件检测到的气泡浓度来体现微纳米气泡发生部件与超声波消泡器的运行情况。

38、t1前为气泡浓度1，通过第一气泡浓度检测部件获取；t1后为气泡浓度2，通过第二气泡浓度检测部件获取；

39、当t1前>106个/ml时，说明此时微纳米气泡发生部件正常运行；当t1后<102个/ml时，说明超声波消泡器正常运行；

40、当t1前＜<80％·106，代表微纳米气泡发生部件发生故障；当t1后＞>102个/ml，代表超声波消泡器发生故障。

41、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

42、(1)本发明提供了一种管网水质净化管道及处理管道水的方法，通过管道中形成的微纳米气泡被破碎而形成的·oh处理来水，使来水水质达标；本装置结构简单，与传统氯消毒处理相比，解决了传统消毒技术对药剂的依赖性，避免了水中有害物质的输入，通过源头控制消除了消毒副产物的影响。

43、(2)本发明采用净化管道中的水相较于传统的氯消毒处理，利用天然的空气通过物理剪切在水中持续产生微纳米气泡，利用微纳米气泡溃灭原位产生的羟基自由基对水中污染物降解。

44、(3)本发明利用气腔和气液混合物的压差使气体通过spg膜生成微纳米气泡，随即在超声波消泡器作用下破裂，产生大量·oh，构建了一种基于可控粒径微纳米气泡的羟基自由基高效产生方法，解决了微纳米气泡技术无法原位持续处理水中污染物的瓶颈问题。

45、(4)本发明利用气腔和气液混合物的压差对通过spg膜的气体进行二次机械剪切生成微纳米气泡，整个过程通过过流断面减少形成的负压效应自发进行，大幅度降低了微纳米气泡产生的能耗。