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CN116813064A - 一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器 - Google Patents

一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器 Download PDF

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CN116813064A
CN116813064A CN202310990422.7A CN202310990422A CN116813064A CN 116813064 A CN116813064 A CN 116813064A CN 202310990422 A CN202310990422 A CN 202310990422A CN 116813064 A CN116813064 A CN 116813064A
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CN
China
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primary
gas
venturi tube
wastewater treatment
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Pending
Application number
CN202310990422.7A
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English (en)
Inventor
许晓飞
徐航
刘志军
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Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
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Publication date
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01F25/30—Injector mixers
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Abstract

本发明属于废水高级氧化处理技术领域，提出一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器。设置一级文丘里管、环向引气结构、环向缝隙和气液初混段，通过一级文丘里管实现水力空化发生，形成的空化泡沿扩张段向下游延展，与经环向缝隙进入的臭氧发生协同作用，在空化泡坍塌产生的极端环境下，促进臭氧气体向液体中的溶解和羟基自由基的产生；一定程度上减少对带压气源的依赖，降低能耗；气相在进入二级文丘里管之前得到初步分散，最大程度实现气液在流通空间内的均一性，易于形成壅塞流，一方面可使气泡进一步微细化，实现传质强化；同时气泡微细化过程中气液界面剧烈变化，同样也有利于羟基自由基的高效生成，从而提高进一步提高废水处理效率。

Description

一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器
技术领域
本发明涉及废水高级氧化处理技术领域，尤其涉及一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器。
背景技术
煤化工、石油化工、造纸和纺织等行业在生产过程中会产生大量含有有机物的废水，这些废水具有排放量大、性质稳定、有机物含量高、有毒性及难降解等特点，如果不经处理直接排放会对自然水体和人体健康造成严重危害。常规的生化处理难以将此类有机废水彻底降解或去除，而高级氧化技术因其可将有机污染物直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，从而使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有广泛的应用前景。
臭氧氧化是高级氧化技术之一，其主要通过直接反应和间接反应两种途径处理有机废水。直接反应过程中臭氧与有机物直接发生反应，这一过程具有较强的选择性；而在间接反应过程中，臭氧分解会产生羟基自由基(·OH)，通过·OH与有机物发生氧化反应，这一过程具有选择性。臭氧氧化技术若不引入其它药剂或催化剂或与其它高级氧化技术耦合，则存在臭氧利用率低、氧化能力有限等不足。
水力空化是另一种高级氧化技术，可通过一定水力结构(例如文丘里管、孔板或节流阀等)使液体局部压力降低，当压力小于液体当前温度下的饱和蒸气压后会产生空化泡，而随着后期液体压力的回升，前期产生的空化泡会坍塌收缩、溃灭。水力空化过程可以形成极端物理化学作用场，针对难降解有机物可以形成高温热分解、高活性自由基氧化和超临界水氧化作用。水力空化技术虽无需添加其它药剂，但是存在极端环境范围小且自由基产量少而引起的处理效率低的不足。
若能通过废水处理器实现臭氧氧化和水力空化协同作用，可以利用水力空化形成的极端环境，促进臭氧气体和有机污染物水体的有效接触，降低传质壁垒，提高臭氧利用率，也能够强化羟基自由基的生成。但是常用的文丘里空化、孔板空化等尚还存在实现臭氧氧化和水力空化协同作用难的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种臭氧氧化和水力空化协同作用的有机废水处理器，具有结构紧凑、制造方便、效率高和能耗低等特点，并且较好解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器，包括：流入段1、一级文丘里管2、环向引气结构3、环向缝隙4、气液初混腔5、过渡段6、二级文丘里管7和流出段8，八者同轴；流入段1与一级文丘里管2一端直接连通；所述一级文丘里管2自下而上依次包括一级收缩段201、一级喉管段202和一级扩张段203；一级文丘里管2外侧布置环向引气结构3；所述环向引气结构3上设有径向进气孔301和轴向通气孔303，其与一级文丘里管2外侧间形成环形气腔302；环向引气结构3与气液初混腔5一端接触；所述气液初混腔5为倒置圆台，一级文丘里管2另一端位于气液初混腔5内部；气液初混腔5和一级扩张段203之间形成环形缝隙4，环形缝隙4与轴向通气孔303连通；气液初混腔5另一端依次连接过渡段6、二级文丘里管7和流出段8；所述过渡段6为直管；所述二级文丘里管7自下而上依次包括二级收缩段701、二级喉部702和二级扩张段703；所述流出段8为直管。
所述环向缝隙4与废水处理器的中轴线成角度，改变角度控制经环向缝隙4进入气液初混腔5的气体所分散成气泡的大小。
所述一级文丘里管2的一级收缩段201和一级扩张段203均为直圆锥，一级收缩段201的收缩角为20°～45°，一级扩张段203的扩张角为10°～30°，一级喉管段202为直管。
所述二级文丘里管7的二级收缩段701为平滑曲线，流通截面最小处为二级喉部702，二级收缩段701经二级喉部702直接过渡到二级扩张段703；二级扩张段703为直圆锥，二级扩张段703的扩张角为3°～20°。
所述径向进气孔301为径向通孔，个数为1～4，沿周向均匀分布；所述轴向通气孔303为轴向通孔，个数为6～12，沿周向均匀分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)该废水处理器设置一级文丘里管，通过一级文丘里管实现水力空化发生，形成的空化泡沿扩张段向下游延展，与通过环向引气结构进入的臭氧发生协同作用，在空化泡坍塌产生的极端环境下，促进臭氧气体向液体中的溶解和羟基自由基的产生，从而可以提高臭氧利用率以及废水处理效率。
(2)该废水处理器通过环向引气结构实现引气，可以一定程度上减少对带压气源的依赖，降低能耗。
(3)该废水处理器设置气液初混段，将气液两相混合过程前置，可使气相在进入二级文丘里管之前得到初步分散，最大程度实现气液在流通空间内的均一性，易于形成壅塞流，一方面可使气泡进一步微细化，实现传质强化；同时气泡微细化过程中气液界面剧烈变化，同样也有利于羟基自由基的高效生成，从而提高进一步提高废水处理效率。
附图说明
图1为一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器剖视图；
图2为图1中的A-A截面剖视图；
图中：1流入段、2一级文丘里管、201一级收缩段、202一级喉管段、203一级扩张段、3环向引气结构、301径向进气孔、302环形气腔、303轴向通气孔、4环向缝隙、5气液初混腔、6过渡段、7二级文丘里管、701二级收缩段、702二级喉部、703二级扩张段、8流出段。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～图2，本发明提供一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器，包括：
流入段1、一级文丘里管2、环向引气结构3、环向缝隙4、气液初混腔5、过渡段6、二级文丘里管7、流出段8。上述八个部分同轴，各部分之间采用焊接或法兰等方式连接。所述流入段1上端部与一级文丘里管2下端部相连接，液相从流入段1底部由下至上进入；所述一级文丘里管2自下而上依次包括、一级收缩段201、一级喉管段202和一级扩张段203；所述环向引气结构3包括径向进气孔301、环形气腔302、轴向通气孔303；所述径向进气孔301为径向通孔；所述轴向通气孔303为轴向通孔；所述环向缝隙4为正置圆台；所述气液初混腔5为倒置圆台；所述过渡段6为直管；所述二级文丘里管7包括二级收缩段701、二级喉部702和二级扩张段703；所述流出段8为直管。
进一步地，所述一级文丘里管的一级收缩段和一级扩张段均为直圆锥，收缩角为20°～45°，扩张角为10°～30°，喉管段为直管。
进一步地，所述环向引气结构的径向进气孔个数为1～4，沿周向均匀分布，轴向通气孔个数为6～12，沿周向均匀分布。
进一步地，所述气液初混腔和一级文丘里管的扩张段之间的存在环向缝隙4，环向缝隙4与废水处理器的中轴线成角度，改变角度控制经环向缝隙4进入气液初混腔5的气体分散成气泡的大小。
进一步地，所述二级文丘里管的收缩段为平滑曲线，流通截面最小处为喉部，二级收缩段经喉部直接过渡到扩张段，二级扩张段为直圆锥，二级扩张段的扩张角为3°～20°。
工作原理：液体首先从流入段1进入装置，随后向上进入一级文丘里管2，经过渐缩的收缩段201，液体流速增大局部压力降低，当压力小于液体当地温度对应的饱和蒸汽压时会产生空化泡，空化泡随液体向下游流动进入气液初混段5；臭氧气体通过环向引气结构3的径向进气孔301进入环形气腔302并通过轴向通气孔303经气液初混腔和一级文丘里管之间的环向缝隙4形成射流，进入气液初混腔形成分散气泡；臭氧气泡与扩张段203流出的混有空化泡的液流相接触发生协同作用，空化泡坍塌产生的极端物理化学环境，可以实现有机废水的处理，同时也可进一步促进臭氧气体向液体中的溶解和羟基自由基的产生，从而可以提高臭氧利用率以及废水处理效率；气液两相经过渡段6流入二级文丘里管7，经过二级收缩段701加速后，在二级喉部702达到壅塞，从而在二级扩张段703形成极端气液两相流场，一方面可使气泡进一步微细化，实现传质强化形成臭氧水；同时气泡微细化过程中气液界面剧烈变化，同样也有利于羟基自由基的高效生成，从而进一步提高废水处理效率。最后，含微气泡的臭氧水从流出段8流出。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器，其特征在于，所述臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器包括：流入段(1)、一级文丘里管(2)、环向引气结构(3)、环向缝隙(4)、气液初混腔(5)、过渡段(6)、二级文丘里管(7)和流出段(8)，八者同轴；流入段(1)与一级文丘里管(2)一端直接连通；所述一级文丘里管(2)自下而上依次包括一级收缩段(201)、一级喉管段(202)和一级扩张段(203)；一级文丘里管(2)外侧布置环向引气结构(3)；所述环向引气结构(3)上设有径向进气孔(301)和轴向通气孔(303)，其与一级文丘里管(2)外侧间形成环形气腔(302)；环向引气结构(3)与气液初混腔(5)一端接触；所述气液初混腔(5)为倒置圆台，一级文丘里管(2)另一端位于气液初混腔(5)内部；气液初混腔(5)和一级扩张段(203)之间形成环形缝隙(4)，环形缝隙(4)与轴向通气孔(303)连通；气液初混腔(5)另一端依次连接过渡段(6)、二级文丘里管(7)和流出段(8)；所述过渡段(6)为直管；所述二级文丘里管(7)自下而上依次包括二级收缩段(701)、二级喉部(702)和二级扩张段(703)；所述流出段(8)为直管。
2.根据权利要求1所述的臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器，其特征在于，所述环向缝隙(4)与废水处理器的中轴线成角度，改变角度控制经环向缝隙(4)进入气液初混腔(5)的气体所分散成气泡的大小。
3.根据权利要求1或2所述的臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器，其特征在于，所述一级文丘里管(2)的一级收缩段(201)和一级扩张段(203)均为直圆锥，一级收缩段(201)的收缩角为20°～45°，一级扩张段(203)的扩张角为10°～30°，一级喉管段(202)为直管。
4.根据权利要求3所述的臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器，其特征在于，所述二级文丘里管(7)的二级收缩段(701)为平滑曲线，流通截面最小处为二级喉部(702)，二级收缩段(701)经二级喉部(702)直接过渡到二级扩张段(703)；二级扩张段(703)为直圆锥，二级扩张段(703)的扩张角为3°～20°。
5.根据权利要求1、2或4所述的臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器，其特征在于，所述径向进气孔(301)为径向通孔，个数为1～4，沿周向均匀分布；所述轴向通气孔(303)为轴向通孔，个数为6～12，沿周向均匀分布。
6.根据权利要求3所述的臭氧氧化和水力空化协同作用的废水处理器，其特征在于，所述径向进气孔(301)为径向通孔，个数为1～4，沿周向均匀分布；所述轴向通气孔(303)为轴向通孔，个数为6～12，沿周向均匀分布。
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