一种增加空化自由基浓度的水力空化装置.pdf

本发明涉及一种增加空化自由基浓度的水力空化装置，包括水力空化腔，在水力空化腔的进水口上设置收敛型喷嘴，在水力空化腔的内部设置有阻流体和调节板，阻流体是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接而成的闭合曲线绕着水力空化腔的中心轴旋转一周所形成的旋转体，本发明高压水流受阻在水力空化腔内形成高压射流，生成空化气泡，利用流体沿壁流动效应游移到高压区，在高压区遇到内壁和调节板障碍发生崩溃，生成大量自由基，从而有效提高水力空化降解有机污染物的能力，以达到提高和强化空化处理废水效果的目的，本发明的结构简单、效率高、操作方便、易于管理，成本低，适于工业化应用。

权利要求书
1.  一种增加空化自由基浓度的水力空化装置，包括水力空化腔(2)，其 特征在于：在水力空化腔(2)的侧端进水口上设置有收敛型喷嘴(1)，水力 空化腔(2)的内径大于喷嘴(1)出水端内径，使收敛型喷嘴(1)与水力空 化腔(2)形成一级文丘里管式结构，水力空化腔(2)上与进水端相对的另 一端底部加工有出水口；在水力空化腔(2)的内部设置有阻流体(3)和调 节板(4)，阻流体(3)和调节板(4)通过间隔分布的固定杆(5)与水力空 化腔(2)内壁固定；
上述阻流体(3)是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接 而成的闭合曲线绕着水力空化腔(2)的中心轴旋转一周所形成的旋转体，与 水力空化腔(2)的内壁形成二级文丘里管式通道；
以水力空化腔(2)的进水口端面与中心轴的交点为坐标原点，中心轴为 x轴，水力空化腔(2)的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴， 单位为mm；
曲线1的线性方程为：
(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
曲线2的线性方程是：
(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
曲线3的线性方程是：
(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
其中a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为11～17；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为8～12；
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为43～51；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20～23；
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为59～73；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29～34；
曲线1的圆心角为165～190°，曲线2的圆心角为66～105°，曲线3的 圆心角为54～86°；
上述调节板(4)距离阻流体(3)的最小间隙是3～6mm、距离水力空化 腔(2)内壁的间隙是5～10mm。

2.  根据权利要求1所述的增加空化自由基浓度的水力空化装置，其特征在 于：所述调节板(4)是在球面板(4-1)或平面板的内壁上沿水力空化腔(2) 的中心轴方向设置上挡板(4-2)和下挡板(4-3)，球面板(4-1)的球心在水 力空化腔(2)的中心轴上，上挡板(4-2)与下挡板(4-3)关于中心轴对称。

3.  根据权利要求2所述的增加空化自由基浓度的水力空化装置，其特征在 于：所述上挡板(4-2)与下挡板(4-3)之间的高度是28～41mm，球面板(4-1) 的圆心角是104～113°，球面半径为36.5～44mm，所形成的球冠高度是3～5mm。

4.  根据权利要求2所述的增加空化自由基浓度的水力空化装置，其特征在 于：所述平面板距离水力空化腔(2)进水口的距离是55～70mm。

5.  根据权利要求1所述的增加空化自由基浓度的水力空化装置，其特征在 于：所述水力空化腔(2)的入口端内壁为圆弧面结构，其纵向截面圆弧半径为 25～67mm，圆心角是42～75°。

6.  根据权利要求1所述的增加空化自由基浓度的水力空化装置，其特征 在于：所述收敛型喷嘴(1)的进水端直径D进与出水端直径D出之间的关系 为：5D出≥D进≥2D出。

说明书一种增加空化自由基浓度的水力空化装置
技术领域
本发明属于液态流体空化发生装置研究技术领域，尤其涉及一种利用水 力空化降解处理有机污染物废水的增加空化自由基浓度的水力空化装置。
技术背景
据环境保护总局发布的《中国环境状况公报》称，对全国近14万公里河 流进行的水质评价，结果表明近40％的河水受到了严重污染；全国七大江河 水系中劣V类水质占41％。而环保总局发布的另一项重要调查显示，在被统 计的我国131条流经城市的河流中，严重污染的有36条，重度污染的有21 条，中度污染的有38条。
由于水体的污染，造成许多水资源无法再利用，从而加重了水资源的匮 乏程度,影响了环境的可持续利用和经济的可持续发展。因此，寻求新的方法 和技术对流量大、污染物多且又成分复杂的工业、农业污染废水进行有效地、 深度处理，将为水资源的再利用创造条件。
物理方法进行水处理，由于不产生二次污染，被称为“绿色水处理”，受 到了广泛的关注。其中的空化法，因可以廉价简易地集高温、高压、机械剪 切和破碎为一体，为物理方法进行有机污染物降解和水体净化处理创造了特 殊的形式。
文丘里管是早期水力空化发生器的代表之一，它的出现为空化净化水处 理带来了新的方法。但传统的文丘里管在污水处理方面的应用受到很大限制， 最重要的表现是：自由基生成数量过少，尤其是羟基自由基的生成数目过少， 导致处理有机污染物的效果不理想，因此这种处理污水的方法一直没有在实 际工程中广泛使用。
发明内容
为了能够有效克服传统水力空化所存在的技术缺陷，本发明提供了一种 能够使流体生成大量自由基，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，并 且操作方便、易于管理，成本低、技术结构简单的增加空化自由基浓度的水 力空化装置。
本发明所采用的技术方案包括水力空化腔，在水力空化腔的侧端进水口 上设置有收敛型喷嘴，水力空化腔的内径大于喷嘴出水端内径，使收敛型喷 嘴与水力空化腔形成一级文丘里管式结构，水力空化腔上与进水端相对的另 一端底部加工有出水口；在水力空化腔的内部设置有阻流体和调节板，阻流 体和调节板通过间隔分布的固定杆与水力空化腔内壁固定；
上述阻流体是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接而成的 闭合曲线绕着水力空化腔的中心轴旋转一周所形成的旋转体，与水力空化腔 的内壁形成二级文丘里管式通道；
以水力空化腔的进水口端面与中心轴的交点为坐标原点，中心轴为x轴， 水力空化腔的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单位为mm； 曲线1的线性方程为：
(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
曲线2的线性方程是：
(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
曲线3的线性方程是：
(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
其中a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为11～17；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为8～12；
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为43～51；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20～23；
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为59～73；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29～34；
曲线1的圆心角为165～190°，曲线2的圆心角为66～105°，曲线3的 圆心角为54～86°；
上述调节板距离阻流体的最小间隙是3～6mm、距离水力空化腔内壁的间 隙是5～10mm。
上述调节板是在球面板或平面板的内壁上沿水力空化腔的中心轴方向设 置上挡板和下挡板，球面板的球心在水力空化腔的中心轴上，上挡板与下挡 板关于中心轴对称。
上述上挡板与下挡板之间的高度优选28～41mm，球面板的圆心角是 104～113°，球面半径优选36.5～44mm，所形成的球冠高度是3～5mm。
上述平面板距离水力空化腔进水口的距离是55～70mm。
上述水力空化腔的入口端内壁圆弧面结构，其纵向截面圆弧半径为 25～67mm，圆心角是42～75°，以避免形成流体死角。
上述收敛型喷嘴的进水端直径D进与出水端直径D出之间的关系为： 5D出≥D进≥2D出，以保证流体压力大小合适，与阻流体协同，增强空化效 果。
本发明的增加空化自由基浓度的水力空化装置是通过在水力空化腔中设 置阻流体，使收敛型喷嘴与水力空化腔之间形成多级文丘里管式通道，高压 水流前后受阻形成高压射流，由于喷嘴出口小，水力空化腔内腔空间大，形 成负压区，高压射流在负压区域生成空化气泡，利用流体沿壁流动效应，使 负压区域生成的空化气泡在壁效应的作用下游移到高压区，并在高压区遇到 内壁和调节板障碍发生崩溃，生成大量自由基，从而有效提高水力空化降解 有机污染物的能力，以达到提高和强化空化处理废水效果的目的，本发明的 结构简单、效率高、操作方便、易于管理，成本低，适于工业化应用。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
图2为图1中的阻流体3的左视图。
图3为调节板4的结构示意图。
具体实施方式
现结合实施例和附图对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明 不仅限于下述的实施情形。
实施例1
参见图1和图2，本实施例的增加空化自由基浓度的水力空化装置是由收 敛型喷嘴1、水力空化腔2、阻流体3、调节板4、固定杆5连接构成。
本实施例的水力空化腔2是水平放置的直径为76mm的圆筒状结构，水 力空化腔2的腔室左端侧部加工有进水口、右端底部加工有出水口，在进水 口上安装有收敛型喷嘴1，该收敛型喷嘴1的进水口直径D进为20mm，出水 口直径D出为8mm，即D进＝2.5D出，使收敛型喷嘴1与水力空化腔2形成一 级文丘里管式结构。为了避免流体进入水力空化腔2后在死角中停留，将水 力空化腔2的进水端内壁加工为圆弧面结构，其纵向截面圆弧半径为25mm， 圆心角是75°。为了避免进入水力空化腔2内的大量微小气泡群相互之间合 并变成大气泡而破裂，在水力空化腔2内安装有阻流体3，阻流体3通过固定 杆5固定在水力空化腔2的内壁，固定杆5间隔均布在阻流体3的外围，并 且其直径相对较小，以不影响水流为准。
本实施例的阻流体3是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相 接成的闭合曲线绕着水力空化腔2的中心轴旋转一周所形成的旋转体；其外 壁与水力空化腔2的内壁之间形成二级文丘里管式通道，而且其自身构成一 个三级文丘里管通道。
以水力空化腔2的进水口端面与中心轴的交点为坐标原点，中心轴为x 轴，水力空化腔2的进水口端面上与x轴垂直相交的竖向中心线为y轴，单 位为mm；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为11；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为8；
曲线1的圆心角为180°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为47；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20；
曲线2的圆心角为93°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为63；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为32；
曲线3的圆心角为75°。
在水力空化腔2内阻流体3的右侧靠近出口处通过固定杆5和螺纹紧固 连接件固定安装有调节板4，参见图3，本实施例的调节板4是球面板4-1和 上挡板4-2、下挡板4-3连接构成，上挡板4-2和下挡板4-3焊接连接在球面 板4-1的内壁上，并且关于水力空化腔2的中心轴对称分布，本实施例的球面 板4-1的圆心角为113°，球面半径为37mm，所形成的球冠高度是4mm，球 面板4-1的球心在水力空化腔2的中心轴上且圆周边沿与水力空化腔2的内壁 之间形成8mm的间隙，保证水流通过后经出水口排出。本实施例上挡板4-2 与下挡板4-3之间的高度是32mm，上挡板4-2和下挡板4-3距离阻流体3的 间隙均为5mm、距离水力空化腔2内壁的距离与球面板4-1相同。空化气泡 在高压区内与球面板4-1碰撞，一部分经球面板4-1与水力空化腔2内壁之间 的狭缝流出，一部分经球面板4-1截留后再次与上、下挡板4-3发生碰撞，彻 底崩溃，之后形成高温高压冲击波并且产生大量的自由基，进一步提高水力空 化降解有机污染物的能力。为了进一步保证空化气泡彻底崩溃，将球面板4-1 在上挡板4-2、下挡板4-3之间的部分加工为平面结构。
本实施例的增加空化自由基浓度的水力空化装置在使用时，高压水流从 喷口的进水口端进入喷嘴1的收敛型通道后形成射流从喷嘴1出口端射出， 由于喷嘴1小、水力空化腔2的空间扩大，在水力空化腔2内形成低压区， 此时微小的气泡群开始形成，当微小气泡群遇到阻流体3的阻挡后根据沿壁 效应，微气泡群沿着水力空化腔2的内壁以及阻流体3的外壁分散成两股， 一部分沿L1区域，另一部分沿L2区域，在流体的作用下两股为气泡分别向 L3高压区移动，与水力空化腔2内部以及调节板4发生碰撞而崩溃，从而形 成高温高压和冲击波双重作用下产生大量的自由基，进而有效地提高水力空 化降解有机污染物的能力。
实施例2
本实施例的水力空化腔2的进水口上安装有喷嘴1，该喷嘴1是收敛型结 构，形成收敛型的流体通道，其进水口直径D进为20cm，出水口直径D出为 10cm，D进/D出为2。
在水力空化腔2内安装的阻流体3是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时 针方向首尾相接成的闭合曲线绕着水力空化腔2的中心轴旋转一周所形成的 旋转体；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为12，单位mm；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为9，单位mm；
曲线1的圆心角为190°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为43，单位mm；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为23，单位mm；
曲线2的圆心角为66°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为66，单位mm；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29，单位mm；
曲线3的圆心角为54°。
在水力空化腔2内阻流体3的右侧靠近出口处安装有调节板4，本实施例 的调节板4是球面板4-1和上挡板4-2、下挡板4-3连接构成，球面板4-1在 上挡板4-2、下挡板4-3之间的部分加工为平面结构，上挡板4-2和下挡板4-3 焊接连接在球面板4-1的内壁上，并且关于水力空化腔2的中心轴对称分布， 本实施例的球面板4-1的圆心角为104°，球面半径为44mm，所形成的球冠 高度是5mm，球面板4-1的球心在水力空化腔2的中心轴上且圆周边沿与水 力空化腔2的内壁之间形成5mm的间隙，保证水流通过后经出水口排出。本 实施例上挡板4-2与下挡板4-3之间的高度是41mm，上挡板4-2和下挡板4-3 距离阻流体4的间隙均为3mm、距离水力空化腔2内壁的距离与球面板4-1 相同。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例3
本实施例的水力空化腔2的进水端内壁加工为圆弧面结构，其纵向截面 圆弧半径为39mm，圆心角是62°。在水力空化腔2的在进水口上安装有收 敛型喷嘴1，其进水口直径D进为20cm，出水口直径D出为4cm，D进/D出为5。
在水力空化腔2内安装的阻流体3是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时 针方向首尾相接成的闭合曲线绕着水力空化腔2的中心轴旋转一周所形成的 旋转体；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为12，单位mm；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为12，单位mm；
曲线1的圆心角为170°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为43，单位mm；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为21，单位mm；
曲线2的圆心角为74°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为62，单位mm；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29，单位mm；
曲线3的圆心角为66°。
在水力空化腔2内阻流体3的右侧靠近出口处安装有调节板4，本实施例 的调节板4是球面板4-1和上挡板4-2、下挡板4-3连接构成，球面板4-1在 上挡板4-2、下挡板4-3之间的部分加工为平面结构，上挡板4-2和下挡板4-3 焊接连接在球面板4-1的内壁上，并且关于水力空化腔2的中心轴对称分布， 本实施例的球面板4-1的圆心角为105°，球面半径为36.5mm，所形成的球 冠高度是3mm，球面板4-1的球心在水力空化腔2的中心轴上且圆周边沿与 水力空化腔2的内壁之间形成10mm的间隙，保证水流通过后经出水口排出。 本实施例上挡板4-2与下挡板4-3之间的高度是28mm，上挡板4-2和下挡板4-3 距离阻流体3的间隙均为6mm、距离水力空化腔2内壁的距离与球面板4-1相 同。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例4
本实施例的水力空化腔2的进水端内壁加工为圆弧面结构，其纵向截面 圆弧半径为67mm，圆心角是42°。在水力空化腔2的进水口上安装有收敛 型喷嘴1，其进水口直径D进为20cm，出水口直径D出为5cm，D进/D出为4。
在水力空化腔2内安装的阻流体3是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时 针方向首尾相接成的闭合曲线绕着水力空化腔2的中心轴旋转一周所形成的 旋转体；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为11，单位mm；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为9，单位mm；
曲线1的圆心角为165°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为46，单位mm；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20，单位mm；
曲线2的圆心角为105°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为59，单位mm；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为34，单位mm；
曲线3的圆心角为86°。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例5
本实施例在水力空化腔2内安装的阻流体3是由曲线1和曲线2、曲线3 按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着水力空化腔2的中心轴旋转一周 所形成的旋转体；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为19，单位mm；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为9，单位mm；
曲线1的圆心角为190°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为50，单位mm；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为23，单位mm；
曲线2的圆心角为66°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为73，单位mm；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29，单位mm；
曲线3的圆心角为54°。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例6
本实施例中在水力空化腔2内安装有阻流体3，阻流体3是由曲线1和曲 线2、曲线3按照顺时针方向首尾相接成的闭合曲线绕着水力空化腔2的中心 轴旋转一周所形成的旋转体；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为15，单位mm；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为8，单位mm；
曲线1的圆心角为179°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为51，单位mm；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为20，单位mm；
曲线2的圆心角为93°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为67，单位mm；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为32，单位mm；
曲线3的圆心角为75°。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
实施例7
本实施例的阻流体3是由曲线1和曲线2、曲线3按照顺时针方向首尾相 接成的闭合曲线绕着水力空化腔2的中心轴旋转一周所形成的旋转体；
曲线1的线性方程为：(x1-a1)2+(y1-b1)2＝92
a1是曲线1的圆心的水平坐标值，取值为17，单位mm；
b1是曲线1的圆心的纵向坐标值，取值为12，单位mm；
曲线1的圆心角为170°。
曲线2的线性方程是：(x2-a2)2+(y2+b2)2＝552
a2是曲线2的圆心水平坐标值，取值为48，单位mm；
b2是曲线2的圆心的纵向坐标值，取值为21，单位mm；
曲线2的圆心角为74°。
曲线3的线性方程是：(x3-a3)2+(y3+b3)2＝562
a3是曲线3的圆心的水平坐标值，取值为67，单位mm；
b3是曲线3的圆心的纵向坐标值，取值为29，单位mm；
曲线3的圆心角为66°。
其他的部件及其连接关系、工作原理与实施例1相同。
上述实施例1～7的调节板4的结构还可以是由沿着水力空化腔2径向通 过固定杆、螺纹紧固件固定安装的平面板以及焊接在平面板内侧的上挡板4-2 和下挡板4-3，上挡板4-2和下挡板4-3水平安装且与水力空化腔2的中心轴 平行，即将上述实施例中的球面板4-1用平面板来替换，平面板的边沿距离水 力空化腔2内壁的间隙是5～10mm，平面板距离水力空化腔2进水口的距离是 55～70mm，根据水处理量大小等实际使用情况在设计范围内适量调整。
本发明的阻流体3的具体设计参数也可以根据实际情况进行调整，不仅 限于上述的实施情形。