管道式臭氧水处理装置制造方法及图纸

一种臭氧水处理装置，以一段变径管道取代扩散模式的氧化塔、罐及其管网，获得超常的传质速率，处理效果突出而Ｏ↓［３］用量倍减。传统气液混合器笨重复杂的视觉形象，消隐于输水或排放途中。仅用于气液混合，也可以提高多种暴气方式的传质效率。本发明专利技术以“一管两池”流程，集当代多种水处理功能于一身，在不同程度上，省去絮凝剂、生物与化学处理、曝气、气浮以及消毒等多项投资。净化生命之水，获得较高的技术经济指标。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种水处理装置，用于水质净化，特别是涉及湍流变压传质法。水消毒一直沿用巨毒的氯。“最近已查明，氯化可以在水中形成致癌的氯化物”(“臭氧消毒”建筑工业出版社83·7)。氯化水杀菌并不彻底，灭活灰质炎病毒几乎无效，故为生水不宜直接饮用。而煮沸后，据大阪市供水局测定，致癌物增加三倍。氯消毒污水的水质更差，残留水中的高氯化物难于降解，“对水生物有毒”。七十年代，人们改变了观念，“氯消毒不是有效的、在生态上是安全的技术……氯化的益处抵消不了它对环境和卫生的损害”(国际臭氧学会第三次国际会议论文集)。一些发达国家开始限制、处理水中余氯并以臭氧O3代氯改善水质。以强氧化著称的O3溶于水，不但高效广谱杀菌，还可以去除水中重金属离子、脱色、除味，化解通常难以处理的杂质，总溶解固体几乎不增加，便于多次回用。O3是一种难得的深度净化剂。更为优异的是，暂态物O3的半衰期约为二十分钟，较快自然分解还原，没有发现任何有害残留物，从而实现绿色化。远在1906年，法国尼斯给水厂即用O3消毒。当前国外已有三干多个以O3代Cl2消毒的大水厂，源源供出优质饮用水。净化污水的O3水处理装置，也相继投诸应用。O3水处理的前提是O3溶于水。在常温常压的曝气条件下，气溶于水缓慢。例如在水深30.48cm、初始溶解氧浓度为3mg/L时，增溶1mg/LO2需12天。气水混合的大量探索，诸如喷淋、搅拌、超声、射流，流化床以及紫外线激活等研究试验，难以列数。获得突破的是扩散法—空压机加压微孔射流的托里塞利(Torricelli)接触器。后经改进的LMTOC型接触器，喷气孔径5μm，产生φ0.25cm气泡，气液比1∶7，据称获得饱和的O3传质。用于污水处理，生化需氧量和总悬浮物降低98％，去除98％的磷酸盐、96％的色度浊度、90％的化学需氧量、87％的总有机炭，总溶解固体未见增加。这些优异的生态指标，是Cl2难以伦比的。O3的投加量(表一)与接触时间都低于Cl2。然而，扩散法也存在某些历史性弊病，尤其是传质效率尚待大幅度提高。气液混合系气相O3溶于水并在水中弥散，以使“全部水尽可能快地与O3接触”。按享利定律，溶于水中气体的浓度C＝KP—式1。在常温常压下，系数K为常量，按式1，唯有增加分压P才能增加浓度C现代臭氧机即使以O3为原料，产出O3的最高浓度为6％，O3的分压P难于再提高。表一投加量与接触时间 传质过程，按双膜论，气相O3通过气液界面J两侧的气膜JQ、液膜Jy进入水相。传质通量与气液接触面积成正比。气液界面就是水中气泡的外表面。等容积气泡群的直径越小，表面积越大，立方体的比表面积S0＝6/L。同时，较小气泡有较长的上升作用时间，气泡的合并作用也小。大气泡内部的O3往往被迅速带出接触器，增大了无效的直通分量，导致O3的浪费。气泡微形化是扩散法获得成效的核心技术。然而，进一步缩小喷气孔径工艺难度大，微孔与水的物理化学作用引起堵塞又危及运行的可靠性。O3在水中弥散，由以浓差为动力的常扩散与液力参混共同作用。当气膜JQ中的O3被水吸收其浓度下降，液膜Jy吸收O3其浓度趋向饱和。这种变化导致气液膜变厚，形成传质的阻滞层，必需不断破坏更新。传质速率dc/dt＝f(Cs-C)—式2。系数f，基本是运动粘滞度的函数(“水处理原理”科学出版社89·1)，故需液流惯性力大于粘滞阻力的湍流作用。通常，气液混合器内的流速缓慢。这是因为O3的杀菌等作用，按奇克定律，需要足够的“浓时积”。低流速，才有较长的停留时间，但与湍流条件相悖。尽管在射流点附近也有湍流，但这只是局部作用，即使加密射流点也难免传质死区。同时，较长的停留时间(例如LMTOC型为26分钟)酿成O3大量自解，再加上直通分量的浪费，促使臭氧发生器增容，而臭氧发生器的价格，在处理系统的投资中举足轻重。扩散模式的气液混合器，往往做成高大的氧化塔或多级反应罐。例如LMTOC型由6级1.8m接触器构成，外形尺寸1.8×2.3×1.2m3，而设计流量仅为1.32L/min。早期O3发生器的效率仅及理论效率(3O3+6.8千卡＝2O3)的1％到了现代，生产每公斤O3的用电也在十几度，能耗甚高。国外O3水处理成本(表二)比Cl2消毒高一倍，比次氯酸钠处理高1/3，与SO2脱余氯的成本持平。国内某市防疫站对综合医院污水几种消毒方式的统计数据见表三。由于臭氧发生器可靠性差，属试用性质，再加上非正常运营，经济指标难定。O3水处理系统结构笨重复杂，能耗高效率低，造价与使用成本也居高难下。其应用，囿于少数发达国家。在发达国家，也受投资与能耗制约，尚难普及。广大发展中国家，则可望不可及。出于国情，我国只有24％居民的饮用水符合细菌学指标，尚没有O3代Cl2消毒的大型自来水厂，城市污水处理率仅及10％(“城市可持续发展与水污染治理对策”建筑工业出版社98·3)。O3水处理处于起步阶段，其传质模式，大抵不外扩散法。“臭氧应用技术与现状”(北京电子报98·11·26)报道，“目前，无论国内国外，水气混合效率普遍不高。大凡效率较高的气水混合器的结构都比较庞大、复杂，成本过高”。表二日处理一百万加仑污水的费用〔1千(美)加仑＝3.7853m3) 表三处理400m3/D医院污水的经济参数 人类80％的疾病与水相关，水体污染与日俱增。我国在世界13个贫水国之列，年排污水数百亿m3。“按90年不变价计算，一个五年计划的水环境损失达2212亿元”。在世纪之交，面对日近的“全球性水荒与生态灾难”，净化生命之水首当其冲。开拓净化水质的新技术，涉及资源环境与可持续发展。本专利技术的目的是突破传统气液混合模式的历史局限，提供一种简便高效的传质技术，大幅度降低臭氧水处理的成本。本专利技术的目的是这样实现的改变一段输水管的内压，以其负压吸气、湍流参混、正压增溶，获得超常的传质速率，实施水处理于输送或排放途中。输水管径突增，等效于管咀出流，液流惯性力产生的真空值h＝(1+ξ)v2/2g-H，以此负压可省去空压机或水射器，实现非动力的气入水。在水管径Ds大于吸气管径Dx的适当值内，气液比∝Dg/Dg，用逆止阀可方便地调节加气量，控制气液比。负压吸入的气相O3在湍流的切应力、内摩擦力作用下，迅速“泡沫化”，气液质点做位移旋转瞬变运动，产生通体均化的气液参混，克服了微孔射流的局限。“溶解气体的质量变化与液体的压力成正比”，(“给水系统水力计算手册”建筑工业出版社83·7)，在压力场内气体溶水率可以倍增，突破饱和浓度Cs的困扰(见式2)。扩散法虽然也有一定的动压与静压，仍属自由场，增大空压机压力往往得不偿失。常温常压下的定常流，流管截面S1(V1P1)扩至S2(V2P2)时，压力P2＝P1+ρV2(V1-V2)，P2在0.3～0.5兆帕时即可得到满意的增溶效果。在管流能量不足或弥补变径变压带来的流量降，则需增容或加泵补充。若需更高的压力，可利用水击效应获得。管内园柱体的水击压力ΔP＝ρvc。ρ为水密度，其弹性模量为19.62×108帕c为水击波速，普通钢管的c值为1400m/s。在水速v＝2m/s时，ΔP达2兆帕(“水力学”水力电力出版社83·10)。迈阿密大学土木工程系拟定的〔臭氧消毒装置设计标准)指出，“消毒效果，取决于剩余臭氧浓度和是否存在分散得很细的臭氧气泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种臭氧水处理装置，其特征是以管道变径变压式气液混合器提高传质速率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：时文生，
申请(专利权)人：时文生，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]