气浮处理用微细气泡发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种气浮处理用微细气泡发生装置，主要用于提供气浮处理工艺中所需的大量微细气泡。由于具有结构紧凑、处理量大、气体利用率高、安装维护方便及能够实现长期稳定运行等优点，尤其适合海上油田采出水气浮处理用微气泡发生装置。
【背景技术】
[0002]气浮是指向污水中注入大量高度分散的微细气泡，使其在上浮过程中作为载体与颗粒状污染物(如悬浮固体(SS)、油滴等)碰撞粘附，促进形成密度小于水的颗粒-微细气泡粘附体从而加速油水分离过程。气浮处理技术的关键和前提是有数量充足、分布均匀的微细气泡，因此微细气泡的研宄和应用正逐渐成为热点问题。迄今为止，微细气泡的产生方式有溶气析出气泡、引气制造气泡、微孔介质发泡、电解析出气泡等几种。
[0003](I)溶气析出气泡
[0004]溶气析出气泡是指在一定的压力下将过量的气体溶解于水形成饱和的溶气水，经降压后，气体从处理水中释放出来形成富含微气泡的处理水。该方法产生的气泡尺寸较小(10~120Mm)，且具有设备结构原理简单、维修方便等优点，应用较为广泛。但因在使用过程中占地面积大，且所需溶气压力较高，溶气量偏小，不利于进一步的推广。
[0005]采用溶气析出原理的多相流泵制造气泡的方式解决了占地面积大，溶气量小的缺陷。与传统溶气析出气泡最大的区别在于，使用多相流泵代替压力溶气装置中溶气罐在泵内完成加压溶气过程。多相流泵溶气所生成的微细气泡粒径基本在30 μπι左右，系统配置简单，控制、调试简单有效，气液混合程度高。但多相流泵一次性投入成本较大，且功耗和维修成本高。目前已知的多相流泵有美国Exterran?公司的ONYX-Micro Bubble泵、德国西门子Brise? IGF泵、德国Edur溶气泵、日本NIKUNI涡流泵等，其中德国Edur溶气泵的种类最为丰富、应用最为广泛。
[0006](2)引气制造气泡
[0007]引气制造气泡的原理是利用叶轮高速旋转或变径文丘里管(相应地分别称为叶轮旋切法和射流法)射流所产生的负压效应吸入气体，使气体在叶轮旋转或流体剪切作用下粉碎形成微细气泡。叶轮旋转法主要的缺点是空气被粉碎的不够充分，形成的气泡粒度较大，一般都不小于0.1mm，且叶轮的高速旋容易导致所需分离的油滴破碎，使其更难于分离；射流法内部无运动部件，能量消耗较低，但微细气泡产生质量受流速变化影响较大，不易产生稳定且均匀的微细气泡，且所产生的微细气泡粒径要高于叶轮旋切法。
[0008](3)电解析出气泡
[0009]电解析出气泡的原理是将正负不同的电极安插在水中，在直流电的作用下，通过电解、颗粒的极化、电泳、氧化还原反应等电解析出微细气泡。电解析出所产生的微细气泡粒径一般都小于60 μπι，而且在电解过程中不会出现紊流，且对污水负荷变化适应性强。但电解析出微细气泡对电极板损耗较大，且运行维护费用较高，不适宜大范围推广。
[0010](4)微孔介质发泡
[0011]微孔介质发泡主要是利用气液两相间的压力差，压力较高的气体通过微孔介质形成微细气流，在液相的剪切冲刷作用下形成微细气泡并分散在液相中。该方法结构及工作原理比较简单，耗能少，可选择微孔介质的孔隙度和压力场调节所产生的微细气泡的大小。微孔介质发泡技术因所产生的微细气泡质量较高、能耗较低、占地面积小、且无动设备，逐渐受到了人们的关注。
[0012]何旭龙等人在专利CN2304456 Y中提到一种微细气泡发生器，其中气腔部分由环形纤维布堆叠而成，两端利用压板压紧密封。加压气体通过进气道进入气腔，进而通过环形纤维布的缝隙喷入液体中，形成大量云雾状的微细气泡，可以通过调节螺母与螺帽间的松紧来改变产生气泡的大小。但是，由于整个气腔由纤维布材质堆叠而成，当污水中污染物的成分比较复杂时，往往会因腐蚀或堵塞作用而容易导致纤维布堵塞，维护更换频率较高。除此以外，采用堆叠方式虽然能够通过压紧压板来改变空隙大小，但不能保证纤维布之间的空隙大小均匀，进而所产生的微细气泡质量较差，影响气浮效果。
[0013]宁波威瑞泰默赛多相流仪器设备有限公司马立峰等人在专利CN101347687 B中提出了一种带微细气泡含油水的发生装置，核心设备溶气水发生器由柱状容器和其内的旋流式溶气水发生管组成，后者又包括带有切向导流口的圆柱形密封管部、圆锥形密封管部以及下部的圆柱段微孔管部。结构设计所达到的最终效果是，进入到圆柱段微孔管部含油污水呈螺旋状旋转，而进气腔内的带压气体穿过带有无数微小固定孔径的圆柱段微孔管壁，产生大量符合规定尺寸的微细气泡，并最终从旋流式溶气水发生管底部的开口流入第一出液腔。但该专利中的微孔管部采用微孔金属烧结管或微孔金属激光钻孔或微孔陶瓷管，在其所用操作参数条件下所产生的气泡粒径均值偏大且大气泡数量较多，因此在溶气水发生器后面串联使用了一个大气泡去除器。此外，该方案所采取的“微孔管内腔走水、外腔走气”的结构设计使整个设备处理量偏小，当含油污水处理量较大时不得不将多根旋流式溶气水发生管并联运行，从而致使工业应用级的装置重量较重、占地面积也较大，基本丧失了与加压溶气析出气泡皇发生装置相比的优势。
[0014]中国地质大学杨义勇等人在专利CN101549257A中提出了一种气泡发生器:含藻海水通过直流方式流经微孔膜管，同时压缩空气通过充气接口送入到环形空腔，并由微孔膜管上的微孔进入到微孔膜管内形成微细气流，微细气流在高速流动的流体剪切作用下形成微细气泡并随流体进入管道结构的混合器。该方案结构进水管路采用直行形式，且流体中多混杂颗粒等杂质，会导致流体流动不均，甚至引起流体渗透进入环形空腔，同时进气管路采用双入气口，引起气体在环形空腔内压力与流速不均匀，导致微细气流粗细不均匀，气泡直径跨度大，导致所产生的微细气泡质量较差。
[0015]昆明理工大学李浙昆等人在专利CN201565361U中提到一种将微孔发泡技术与射流发泡技术相结合的微泡发生器。矿浆通过微泡发生器扩散喷嘴进入到内管中形成射流，由于节流降压原理在管内产生负压，在负压作用下空气被吸入锥形气腔，随后经微孔管段上的微孔进入液体内管形成微细气泡。该装置主要依靠高速矿浆在内管中形成的负压后吸入气体，因此在流量一定时，无法精确控制气腔和水腔的压差，所产生的气泡直径较大且不均匀。
[0016]任逸在专利CN201644234U中提到一种选矿矿浆用充气矿化的管束式微孔气泡混合器。在该装置中，矿浆进入到由多根微孔管组成的液体管道内部，高压气体由筒体侧壁进入到筒体与微孔管之间的气腔中，在内外压差作用下气体透过微孔形成微细气流进入矿浆中，使矿浆充气矿化。该装置处理量较大，但因液体入口采用直行线路，微孔管内部矿浆在管内流动距离减小，溶于矿浆中的微细气泡数量将减小。
[0017]美国Clean Water Technology 公司在专利 US20040178152A1 中提出了一种液-固-气混合器(Liquid Solid Gax Mixer，LSGM)。液体通过切向进水管进入到接收腔中并充满整个腔室，随后通过多孔管进入到LSGM的环形腔室中。与此同时，气体通过顶部进气口进入到内部微孔管内。在内外压差作用下气体穿过微孔管壁进入到环形腔室中，在水力旋流剪切作用下形成富含微细气泡的混合液体后经底部排水口排出。但该专利中环形腔室高度大于接收腔室高度，造成了环形腔室中的液体旋流强度自上而下逐渐减弱，即液体对微孔管壁面剪切力逐渐减小，而剪切力直接影响了微细气泡的粒径大小，从而使形成的微细气泡粒径偏大。根据该公司公开的资料表明，实际工作过程中往往采用五级以上的液-固-气混合器串联。
[0018]基于上述原因，有必要进一步研制开发新型的微细气泡发生方法或设备，克服上述微细气泡发生器的不足。
【发明内容】
[0019]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处进行改进，研制出一种气体利用率更高、处理量更大的气浮净化处理工艺配套用立式微细气泡发生方法和设备。
[0020]本实用新型所依据的基本思想是，高压连续气流流经微孔介质材料层时，会被微孔切割分散成微细气流，微细气流在液体流的不断冲刷剪切作用下，就会形成微细气泡。所形成微细气泡的大小和分布情况既与微孔介质材料层的孔隙尺寸有关，也与连续气流量大小、气流-液体流之间的压差、液体流的冲刷剪切强度等因素有关。此外，鉴于管式微细气泡发生器中液体流动通道的径向尺寸主要由原水处理量决定，而气体流动通道对径向尺寸的要求则相对较低，因此对于管中管(Pipe-1n-Pipe)结构布局模式的微细气泡发生器而言，当需要考虑向大流量液体中注入大量微细气泡时，显然应该优先采取外部环形空间充当液体流动通道而内部柱形空间充当气体流动通道的结构布局模式。当然，由此而带来的如何提高液体冲刷剪切作用的困难也必须设法予以有效解决。
[0021]基于上述思想而提出的一种气浮处理用微细气泡发生设备，整个设备内部腔室被整流管和微孔管分成外部环形压力腔、中间环形旋流腔以及内部气腔三部分。水腔管(6)、水腔管法兰(4)、上盖板法兰(3)、下盖板法兰(9)以及所述整流管(7)之间构成外部环形压力腔(15)，外部环形压力腔(15)通过切向进水管(5)与待处理污水源相接；所述整流管
(7)和微孔管(8)之间形成的环形空间为中间环形旋流腔(16)，中间环形旋流腔(16)底部与弧形排水口(13)相连；所述微孔管(8)内部柱形空间形成内部气腔(17)，内部气腔(17)通过气体入口管(I)与外界气源相接。富含微气泡的污水经弧形排水口(13)从出口水管
(11)排出。
[0022]上述的三个环形腔室之间主要通过小O形密封圈(14)和大O形密封圈(20)来实现密封，确保污水只能通过整流管(7)上的切向通孔(18)由外部环形压力腔(15)进入中间环形旋流腔(16)中；气体只能从微孔管(8)上的微米级小孔进入中间环形旋流腔(16)中。弧形排水口位于下盖板上，由三个形状相同、均匀分布于圆周的扇形柱构成。弧形排水口(13)下端是一锥角为50°?70°的螺纹锥形管(10)，螺纹锥形管(10)通过螺纹连接方式固定在下盖板上。出口水管(11)焊接在螺纹锥形管(10)底部