專利名稱：污水氣浮處理用微細氣泡發生器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種污水氣浮處理用微細氣泡發生器。
背景技術：
氣浮法水處理工藝就是設法在原水中產生足夠數量、尺寸均勻的微細氣泡(有時還一同加入浮選劑)，并使原水中的油顆粒、固體懸浮物(SS)等污染物質與氣泡發生粘附，然后借助浮力上升到水面，通過收集泡沫浮渣達到水質凈化的目的。根據微細氣泡產生方式的不同，氣浮技術可分為加壓溶氣氣浮(Dissolved gas Flotation, DGF)、多相溶氣泵氣浮、誘導氣浮(Induced Gas Flotation, IGF)、電解氣浮等，目前在市政污水和工業廢水處理行業應用較多的有加壓溶氣氣浮和誘導氣浮。加壓溶氣氣浮的基本原理是，首先將空氣或其它氣體在一定壓力作用下溶解于待處理的原水中，并達到過飽和狀態，隨后降低溶氣水的壓力，使溶解在其中的氣體以微細氣泡的形式逸出，進而完成氣浮過程。傳統加壓溶氣氣浮形成的氣泡細小，但需要配氣體增壓輸送設備(如空壓機等)、填料溶氣罐、釋氣器(如減壓閥)等設備，致使系統組成較為復雜、運行能耗較高、設備占地面積較大等。隨著多相流泵送技術的日益成熟，基于多相溶氣泵的氣浮技術越來越引起人們的關注。該技術與傳統加壓溶氣氣浮技術的最大區別在于，使用多相溶氣泵代替了傳統加壓溶氣氣浮系統中的空壓機、填料溶氣罐等設備，在一臺多相溶氣泵內完成水增壓、氣體吸入、氣體溶解剪切過程，泵出口的污水中已經含有大量的微細氣泡。目前已知的多相流泵有美國Exterran 公司的ONYX-Micro Bubble泵、德國西門子公司的Brise IGF泵、德國Edur公司的溶氣泵、日本NIKUNI公司的渦流泵等，其中德國Edur公司的溶氣泵產品線最為豐富、應用最為廣泛。多相溶氣泵所產生微氣泡的粒徑基本在30 μ m左右，氣液混合程度高 。雖然多相溶氣泵氣浮系統的配置簡單，運行維護容易，但其功耗和泵自身的成本問題不可忽視。試驗研究還發現，多相溶氣泵對原水存在著較強的剪切乳化作用，對于有些原水(如含油污水等)而言，這種剪切乳化的負面影響不容忽視，甚至會引起凈化效率的大幅度降低。誘導氣浮有機械誘導氣浮和水力誘導氣浮兩種。機械誘導氣浮也稱葉輪旋切氣浮，主要依靠電動機帶動葉輪旋轉，工作腔室所產生的負壓環境致使氣體自動進入，隨后完成剪切以產生微氣泡。該技術的主要缺點是機械系統所具有的轉動部件維護復雜，同時系統無法進行回流操作；葉輪旋切氣浮機存在液位控制難度較大、較易出現短流和死流區等不足，同時氣浮機產生微氣泡的粒徑與葉輪旋切強度密切相關，微氣泡粒徑較大且不均勻，通常在10 300 μ m之間。水力誘導氣浮也稱射流氣浮，自20世紀80年代末在油氣田或石化企業采油污水處理中得到了廣泛應用，國內外相繼出現了一批成熟可靠的射流氣浮產品，如美國Natco公司Wemco'.SISF Systems以及國內YFP噴射式誘導氣浮機、FXP噴射式浮選機、YQJ型射流氣浮凈化機、HGF臥式誘導氣浮罐等。射流氣浮的關鍵元器件是射流器或高速文丘里管，喉管段水流流速較高、壓力較低，致使氣體自動進入，隨后完成剪切以產生微氣泡。射流氣浮的電能消耗低(僅為葉輪旋切氣浮的一半)，同時射流器或高速文丘里管內沒有轉動部件，剪切力較小，不會造成粘附體的破散。但是產生的微氣泡粒徑較大，而且其效率受射流器或高速文丘里管出口孔徑的影響較大，對進入噴嘴的水質和壓力要求較為苛刻，較小的波動可能會對凈化效率造成較大影響。鑒于加壓溶氣氣浮、多相溶氣泵氣浮、誘導氣浮存在的不足，發明人一直不斷探索研制新型高效的微細氣泡發生設備。隨著材料加工合成技術的不斷進步和普遍應用，基于微孔介質材料的微孔發泡技術得以實現。該技術的基本工作原理是，通過微孔介質材料剪切連續氣體形成微細氣流，水流“剪切沖刷”微細氣流得到微氣泡。與加壓溶氣氣浮析出氣泡相比，微孔發泡技術設備簡單，省去了龐大的填料溶氣罐，而且氣體的利用效率較高、運行費用也相對降低；此外，該技術完全能夠設法克服多相溶氣泵氣浮、誘導氣浮對原水水流的強剪切作用，并且產生的氣泡粒徑細小、均勻、產生氣泡量大。
發明內容
本發明的目的是提供一種污水氣浮處理用微細氣泡發生器。本發明所提供的一種污水氣浮處理用微細氣泡發生器，它包括水腔管和微孔管；所述水腔管的一端與所述微孔管相連接，另一端為封閉端；所述水腔管的側壁上設有入口水管；所述微孔管外套設有氣 腔管，所述氣腔管與所述微孔管之間形成密閉的氣腔；所述氣腔管的側壁上設有入口氣管；所述微孔管的開口端與出口管相連接。上述的微細氣泡發生器中，所述入口氣管設于所述氣腔管的中部；所述入口水管設于所述水腔管的中上部。上述的微細氣泡發生器中，所述水腔管的封閉端可通過法蘭進行密封或通過焊接封閉。上述的微細氣泡發生器中，所述水腔管與所述微孔管之間可通過法蘭或螺紋密封連接。上述的微細氣泡發生器中，所述微孔管與所述出口管之間可通過法蘭或螺紋密封連接。上述的微細氣泡發生器中，所述水腔管與所述微孔管之間、所述微孔管與所述出口管之間均可通過密封圈或密封墊片進行密封。上述的微細氣泡發生器中，所述出口管可為出口螺紋管或出口法蘭管。上述的微細氣泡發生器中，所述水腔管的內壁上螺旋導片；所述螺旋導片設于所述切向入口水管的下部，所述螺旋導片可以引導污水產生旋流，加強后續對氣泡的剪切作用。上述的微細氣泡發生器中，所述微細氣泡發生器還包括一剪切加強管，所述剪切加強管從所述水腔的一封閉端延伸至所述微孔管的開口端；所述剪切加強管可以通過減小流體流通區域，從而加快流體的剪切速度。上述的微細氣泡發生器中，所述剪切加強管的一端固定于密封所述水腔的法蘭上；所述剪切加強管的另一端延伸距所述微孔管的開口端5 IOmm處；
所述剪切加強管的直徑為所述微孔管的直徑的1/3 1/2。另外，根據對處理效果要求的不同或工作流量需求的不同，本發明提供的微細氣泡發生器可以采用串聯或并聯的方式組合，甚至可用于向原水中充氧，輔助強化好氧生化過程的進行。本發明中，所述微孔管具體選擇為陶瓷管，也可以為其他材料合成加工而成的、帶有大量微細孔隙、且具有一定強度和耐腐蝕性的管狀構件，如金屬粉末燒結微孔管、陶瓷膜
膜管等。使用本發明的微細氣泡發生器時，處理水、氣體分別通過所述入口水管、入口氣管進入所述微氣泡發生器的水腔管、氣腔管，氣體經所述微孔管切割并經過處理水流的不斷沖刷剪切形成微氣泡，水流攜帶形成的微氣泡從出口管排出。由于采用了上述技術方案，本發明具有如下優點和效果:(I)本發明能有效地產生足夠數量、尺寸均勻的微細氣泡，完全能夠滿足氣浮凈化處理工藝需要。(2)本發明避免了因處理水中雜物堵塞微孔管而帶來的清理麻煩，能夠實現長期穩定運行，且無轉動部件，使用安裝維護修理簡易。(3)本發明節能，只有提高氣體壓力耗功，無其它功耗。(4)本發明結構簡單、緊湊，可有效節省空間，針對空間要求較高的工況極具應用優勢。( 5 )本發明的 運行費用低，易于推廣普及。
圖1為本發明微細氣泡發生器的結構示意圖。圖2為圖1的接口方位示意圖。圖3為圖1中A-A剖視示意圖。圖4為本發明微細氣泡發生器的另一實施例的結構不意圖。圖5為圖4的接口方位示意圖。圖6為圖4中B-B剖視示意圖。圖7為本發明微氣泡發生器的串聯方式結構示意圖。圖中各標記如下:1法蘭蓋、2水腔管法蘭、3切向入口水管、4水腔管、5切向入口氣管、6氣腔管、7微孔管、8法蘭a、9法蘭b、10出口螺紋管、11大O形密封圈、12小O形密封圈、13環形氣腔、14水腔、15法蘭、16密封墊片、17螺旋導片、18剪切加強管、19微細氣泡發生器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。如圖1-圖3所示，本發明提供的微細氣泡發生器包括水腔管4和微孔管7 ;該水腔管4的一端與微孔管7通過法蘭15進行連接，且連接處設有大O形密封圈11，該水腔管4的另一端通過法蘭蓋I和水腔管法蘭2進行連接，在連接處設有密封墊片16。該水腔管4側壁的中上部設有一切向入口水管3，處理水通過該切向入口水管3進入水腔管4中，并在水腔管4內旋流進入微孔管7中。其中該微孔管7為一圓柱狀陶瓷管，其具有若干個孔隙。在微孔管7外套設有一氣腔管6，該氣腔管6與微孔管7之間形成一密閉的環形氣腔13，且在氣腔管6側壁中部設有一切向入口氣管5，外界氣源從該切向入口氣管5進入環形氣腔13中。該微孔管7的開口端與一個出口螺紋管10通過法蘭a8和法蘭b9進行連接，且連接處設有大O形密封圈11和小O形密封圈12。處理水沖刷剪切不斷通過微孔管7上微米級的孔隙進入的氣體，在流體的沖刷剪切下，形成富含微氣泡的混合液，并通過出口螺紋管10將混入微細氣泡的待凈化處理水排出。如圖4-圖6所示(圖中未標記與圖1-圖3中相同的部件)，為了產生所期望的旋流強度，加強后續對氣泡的剪切作用，還可以設置螺旋導片17和剪切加強管18。其中螺旋導片17設于切向入口水管3的下部，螺旋導片17可以引導污水產生旋流，加強后續對氣泡的剪切作用。該剪切加強管18的一端固定于法蘭蓋I上，從水腔管4的一封閉端延伸至微孔管7的開口端，且距離出口螺旋管10的上端IOmm處。本發明提供的微細氣泡發生器，其中微孔管的管壁的孔隙大小、孔隙率、環形氣腔與水腔之間的內外壓差、水流的剪切速度(直接取決于入口流量)等因素會直接影響到微細氣泡的形成效果。環形氣腔與水腔之間的內外壓差可以通過調節氣源的供氣壓力等來實現，水流的剪切速度可通過調節入口污水的流量等來實現。剪切加強管的直徑與微孔管的直徑的比值可在1/3至1/2的范圍內進行調整，且剪切加強管游離端延伸距微孔管的開口端5 IOmm處。此外，在原水處理量不變的情況下，還可以通過改變整個微細氣泡發生器(尤其是微孔管)的長度、采用兩個或多個串聯工作等方式來增加原水中所攜帶微細氣泡的數量；而對于同種類型規格的微細氣泡發生器，則可以通過兩個或多個并聯工作等方式來滿足對不同原水處理量的要 求，如圖7所示，為采用串聯的方式時的示意圖，其中一個微細氣泡發生器19的出口螺旋管10與另一個微細氣泡發生器19的切向入口水管3相連接。顯然，當氣源氣體為空氣或含氧量較高的氣體(其是純氧時)，該新型微細氣泡發生器還可以用于向原水中充氧，輔助強化好氧生化過程的進行。以上所述僅為本發明的具體實施例，本領域技術人員依據申請文件公開的技術理念，對本發明實施例進行的各種改動或變型，都并未脫離本發明的精神實質和涵蓋范圍。
權利要求
1.一種污水氣浮處理用微細氣泡發生器，其特征在于: 所述微細氣泡發生器包括水腔管和微孔管；所述水腔管的一端與所述微孔管相連接，另一端為封閉端；所述水腔管的側壁上設有入口水管； 所述微孔管外套設有氣腔管，所述氣腔管與所述微孔管之間形成密閉的氣腔；所述氣腔管的側壁上設有入口氣管； 所述微孔管的開口端與出口管相連接。
2.根據權利要求1所述的微細氣泡發生器，其特征在于:所述入口氣管設于所述氣腔管的中部； 所述入口水管設于所述水腔管的中上部。
3.根據權利要求1或2所述的微細氣泡發生器，其特征在于:所述水腔管的封閉端通過法蘭進行密封或通過焊接封閉； 所述水腔管與所述微孔管之間通過法蘭或螺紋連接。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的微細氣泡發生器，其特征在于:所述微孔管與所述出口管之間通過法蘭或螺紋連接。
5.根據權利要求1-4中任 一項所述的微細氣泡發生器，其特征在于:所述水腔管與所述微孔管之間、所述微孔管與所述出口管之間通過密封圈或密封墊片進行密封。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的微細氣泡發生器，其特征在于:所述出口管為出口螺紋管或出口法蘭管。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的微細氣泡發生器，其特征在于:所述水腔管的內壁上設有螺旋導片；所述螺旋導片設于所述切向入口水管的下部。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的微細氣泡發生器，其特征在于:所述微細氣泡發生器還包括剪切加強管，所述剪切加強管從所述水腔管的封閉端延伸至所述微孔管的開口端。
9.根據權利要求8所述的微細氣泡發生器，其特征在于:所述剪切加強管的一端固定于密封所述水腔管的法蘭上； 所述剪切加強管的另一端延伸距所述微孔管的開口端5 IOmm處； 所述剪切加強管的直徑為所述微孔管的直徑的1/3 1/2。
10.一種污水氣浮處理用微細氣泡發生系統，其特征在于:所述系統包括若干個并聯或串聯的權利要求1-9中任一項所述污水氣浮處理用微細氣泡發生器。
全文摘要
本發明公開了一種污水氣浮處理用微細氣泡發生器。所述微細氣泡發生器包括水腔管和微孔管；所述水腔管的一端與所述微孔管相連接，另一端為封閉端；所述水腔管的側壁上設有入口水管；所述微孔管外套設有氣腔管，所述氣腔管與所述微孔管之間形成密閉的氣腔；所述氣腔管的側壁上設有入口氣管；所述微孔管的開口端與出口管相連接。使用本發明的微細氣泡發生器時，處理水、氣體分別通過所述入口水管、入口氣管進入所述微氣泡發生器的水腔管、氣腔管，氣體經所述微孔管切割并經過處理水流的不斷沖刷剪切形成微氣泡，水流攜帶形成的微氣泡從出口管排出。本發明能有效地產生足夠數量、尺寸均勻的微細氣泡，完全能夠滿足氣浮凈化處理工藝需要；避免了因處理水中雜物堵塞微孔管而帶來的清理麻煩，能夠實現長期穩定運行，且無轉動部件，使用安裝維護修理簡易。
文檔編號C02F1/24GK103193288SQ20131011893
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者陳家慶, 王春升, 蔡小壘, 尚超, 符博, 張明, 鄭曉鵬, 平朝春, 劉新福, 李世銘 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院