基于多级多股射流的空化空蚀反应器的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于多级多股射流的空化空蚀反应器，更具体地讲，涉及一种具有去除工业废水中难降解污染物、杀灭水体中病原体功能的多级多股射流空化空蚀反应器。


背景技术：

2.随着我国经济社会的发展，石油化工、塑料、合成纤维、制药、焦化、纺织印染、油漆等工业迅速发展，各种含有大量难生物降解的污染物相应增多，它们进入水体给环境造成了严重的污染。难降解污染物主要包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、酚化物、有机磷农药、表面活性剂、有机染料等有毒、发色有机污染物。这些物质的共同特点是毒性强，色度高，成份复杂，化学需氧量大，微生物对其没有降解效果，常规的生物处理工艺失去作用；此外，水中含有各种病原体,如细菌、病毒、原生动物等，可使人及动物感染疾病,并通过生活污水排入水体传播疾病。目前，处理难降解工业废水的主要方法为人工投加氧化剂(如过氧化氢、次氯酸钠等)来氧化难降解污染物，然而，人工投加氧化剂不仅成本高，而且会造成水体的二次污染。迄今，水厂仍采用传统的加氯消毒技术来杀灭原水中病原体，但氯在消毒的同时与水中有机化合物反应生成消毒副产物dbps(三卤甲烷 thms、卤乙酸haas等)，这些副产物具有“三致”(致癌、致畸、致突变)作用，严重威胁着人们的身体健康。因此,亟需一种无需添加化学药品，不存在二次污染的既安全又经济的水处理新技术。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型提供一种结构简单、操作方便、维护成本低、无需添加任何药品或试剂、能够去除难降解污染物、杀灭病原体的基于多级多股射流的空化空蚀反应器。
4.本实用新型所述的基于多级多股射流的空化空蚀反应器，其特征在于：包括n 1级用于产生多股射流水体的射流单元和n级用于使射流水体进行空化空蚀反应的空化空蚀单元；
5.所述射流单元顺水体流动方向依次排列成行，并依次命名为第一级射流单元、第二级射流单元、
…
、第n 1级射流单元；每级所述射流单元均包括用于形成射流的多孔板和用于固定多孔板的多孔板内置机构，所述多孔板内置机构沿轴向设有一与所述多孔板形状匹配的射流通道；所述多孔板可拆卸地安装于所述射流通道中，所述多孔板与所述射流通道轴向垂直，且所述多孔板的边沿与所述射流通道的内壁贴紧，以保持多孔板边沿与射流通道内壁之间的密封；所述多孔板上布设射流孔；
6.相邻两级所述射流单元之间设置一级所述空化空蚀单元，且所述空化空蚀单元顺水体流动方向依次命名为第一级空化空蚀单元、第二级空化空蚀单元、
…
、第n级空化空蚀单元；每级所述空化空蚀单元的两端部分别紧密插接于对应所述多孔板内置机构的射流通道中，并与相应所述多孔板的板面抵触，其中n为正整数。
7.进一步，所述多孔板彼此平行正对，且处于同一水平高度上。
8.进一步，所述多孔板为与射流通道适配的圆形板。
9.进一步，所述多孔板可分为单一式多孔板(仅一种孔口形状)和混合式多孔板(多种孔口形状)，所述多孔板的射流孔为圆孔、三角孔或方孔。所述多孔板孔口排布采用对称布置与非对称布置。
10.进一步，所述空化空蚀单元为一两端贯通的中空直管，并保持所述中空直管处于同一水平高度上，其空化空蚀效果取决于长径比。
11.进一步，所述多孔板内置机构上设有多个沿所述多孔板内置机构轴向贯通的螺栓通孔，且所述螺栓孔围在所述射流通道外围。
12.本实用新型的原理是：当水流经过孔口时，过流面积减小，形成高速多股射流(如图6所示)，压力降低至所述水流相应温度的饱和蒸气压时形成空泡；空泡在空化空蚀单元内生长和溃灭，空泡溃灭时形成的冲击波使水分子分解产生羟基(oh*)、过氧化氢(h2o2)等强氧化剂，有效去除废水中有毒、发色难降解污染物，无需添加化学药品，不存在二次污染现象；多孔板放入多孔板内置机构的射流通道内，采用活动式可以更换不同规格的多孔板；空化空蚀单元位于相邻两级的多孔板之间，并通过相应级的多孔板内置机构支撑；所述多孔板上孔口形状采用单一式(圆孔、三角孔、方孔)和混合式(各种孔口形状)；所述多孔板孔口排布采用对称布置与非对称布置；所述多孔板上孔口间距对空化空蚀单元内多股射流之间的相互卷吸、会聚区空腔压力、联合区紊动特性等均有重要影响；所述空化空蚀单元的长径比直接影响空泡的生长和溃灭特性。
13.本实用新型使用时，水流经过第一级射流单元的多孔板形成多股高速射流，当其压力降至水流相应温度的饱和蒸汽压力时形成含空泡的空化水流，空泡在第一级空化空蚀单元内生长和溃灭，空泡溃灭时形成冲击波和微射流，并在极短时间内释放巨大的能量，产生超高温、超高压，在这种高能量作用下的液体裂解为具有强氧化性的自由羟基，重组形成过氧化氢，羟基和过氧化氢均为强氧化剂，可有效去除难降解污染物或杀灭病原体。多孔板可采用三角孔、方孔、圆孔及其混合孔口以及不同排布，以强化水力空化效应，缩短降解污染物和杀灭病原体的时间。根据射流理论，由圆形孔口出射的射流为轴对称射流，属于二维射流，而由三角形、矩形孔口出射的射流则为三维射流，其水力特性不同于二维射流，三角形和矩形孔口多孔板可大大提高水力空化效应。空化水流通过第一级射流单元的多孔板后逐级进入第二级射流单元的多孔板、第三级射流单元的多孔板乃至第n 1级射流单元的多孔板，以反复发生水力空化，用以提高水力空化强度，缩短水力空化反应时间。
14.通过采用上述技术方案，当水流流速达到一定值时，压力会下降，当压力降低到水流温度相应的饱和蒸汽压时，液体发生空化形成大量空泡，当空泡随流进入压力升高区时空泡会发生溃灭。空泡溃灭形成微射流、冲击波，并在极短时间内释放巨大的能量，产生超高温、超高压，在这种高能量作用下使水分子分解为羟基和氢原子，羟基是自由基，羟基与羟基结合形成过氧化氢，羟基和过氧化氢均为强氧化剂，可有效去除难降解污染物或杀灭病原体。采用多级多孔板，以强化水力空化效应，缩短降解污染物和杀灭病原体的时间。所述多孔板的规格、多孔板的级数(单级、双级、多级)、空化空蚀单元长径比，可以灵活自由组合实现不同组合型式的多级多股射流空化空蚀反应器。
15.本实用新型的有益效果是：
16.(1)基于多级多股射流的空化空蚀反应器在处理难降解废水时无需添加任何化学药品或试剂，无二次污染，且反应条件容易控制，能够有效去除工业废水中难降解污染物或杀灭原水中病原体。
17.(2)在空化空蚀反应器内设置多级多孔板，使经过第一级多孔板发生水力空化反应的液体(废水或原水)相继进入第二级、第三级直至第n 1级射流单元的多孔板反复发生水力空化反应，用以提高水力空化强度，缩短水力空化反应时间，充分、快速地去除工业废水中难降解污染物或杀灭原水中病原体。
18.(3)采用不同规格的多孔板(孔口形状、孔口大小、孔口数量、孔口排布)用以提高多股空化射流的卷吸、掺混、紊动等特性，强化空化空蚀作用。
19.(4)采用活动式多孔板内置机构，使多级多股射流空化空蚀反应器工作段拆装方便。
附图说明
20.图1是本实用新型的主视图(图中箭头方向代表水体流动方向)。
21.图2是多孔板内置机构侧视图。
22.图2a是多孔板内置机构的内部示意图。
23.图3是带方孔的多孔板图。
24.图4是带三角形孔的多孔板图。
25.图5是带圆形孔的多孔板图。
26.图6a是5孔纵剖面三孔流场图。
27.图6b是49孔纵剖面7孔流场图。
具体实施方式
28.下面结合附图进一步说明本实用新型。
29.参照附图：
30.以三级射流单元为例，本实用新型所述的基于多级多股射流的空化空蚀反应器，包括三级用于产生射流水体的射流单元和两级用于使射流水体进行空化空蚀反应的空化空蚀单元；
31.所述射流单元顺水体流动方向依次排列成行，并依次命名为第一级射流单元1a、第二级射流单元1b、第三级射流单元1c；每级所述射流单元均包括用于形成射流的多孔板11和用于固定多孔板的多孔板内置机构12，所述多孔板内置机构12沿轴向设有一与所述多孔板形状匹配的射流通道；所述多孔板11可拆卸地安装于所述射流通道中，所述多孔板11与所述射流通道轴向垂直，且所述多孔板11的边沿与所述射流通道的内壁贴紧，以保持多孔板边沿与射流通道内壁之间的密封；所述多孔板11上布设射流孔111；
32.相邻两级所述射流单元1之间设置一级所述空化空蚀单元2，且所述空化空蚀单元顺水体流动方向依次命名为第一级空化空蚀单元 2a、第二级空化空蚀单元2b；即所述第一级空化空蚀单元2a设置于相邻的所述第一级射流单元1a和所述第二级射流单元1b之间，所述第二级空化空蚀单元2b设置于相邻的所述第二级射流单元1b和所述第三级射流单元1c之间；
33.每级所述空化空蚀单元沿轴向设有一空化空蚀通道，且所述空化空蚀单元的两端部分别紧密插接于对应所述多孔板内置机构的射流通道中，并与相应所述多孔板11的板面抵触。
34.所述多孔板11彼此平行正对，且处于同一水平高度上。
35.所述多孔板11为与射流通道适配的圆形板。
36.所述多孔板可分为单一式多孔板(仅一种孔口形状)和混合式多孔板(多种孔口形状)，所述多孔板11的射流孔为圆孔、三角孔和/ 或方孔。不同级的多孔板的孔形状、孔大小、孔数量、孔排布均可不同，但多股射流的特性取决于孔口间距。
37.所述空化空蚀单元为一两端贯通的中空直管，并保持所述中空直管处于同一水平高度上，空化空蚀的效果取决于单元的长径比。
38.所述多孔板内置机构12上设有多个沿所述多孔板内置机构轴向贯通的螺栓通孔121，且所述螺栓孔121围在所述射流通道外围。
39.本实用新型使用时，水流经过第一级射流单元1a的多孔板形成高速射流，当其压力降至水流相应温度的饱和蒸汽压力时形成含空泡的空化水流，空泡在第一级空化空蚀单元2a内生长和溃灭，空泡溃灭时形成冲击波和微射流，并在极短时间内释放巨大的能量，产生超高温、超高压，在这种高能量作用下的液体裂解为具有强氧化性的自由羟基，重组形成过氧化氢，羟基和过氧化氢均为强氧化剂，可有效去除难降解污染物或杀灭病原体。多孔板可采用三角孔、方孔、圆孔及其混合孔口以及不同排布，以强化水力空化效应，缩短降解污染物和杀灭病原体的时间。根据射流理论，由圆形孔口出射的射流为轴对称射流，属于二维射流，而由三角形、矩形孔口出射的射流则为三维射流，其水力特性不同于二维射流，三角形和矩形孔口多孔板可大大提高水力空化效应。空化水流通过第一级射流单元的多孔板后逐级进入第二级射流单元的多孔板、第三级射流单元的多孔板乃至第n 1 级射流单元的多孔板，以反复发生水力空化，用以提高水力空化强度，缩短水力空化反应时间。
40.如图6a、6b所示，x轴为空化空蚀单元内流动距离(单位是m)， z轴为径向距离(单位是m)，即与水流垂直方向的距离；右侧颜色柱代表流速(单位是m/s)；具体的，图内中间灰色条为多孔板，图右侧彩色条表示流速大小，水流方向从左往右流动，水流通过射流单元形成多股射流及其在空化空蚀单元内的流动状态。
41.本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。