一种超声波气浮一体化水处理设备及其处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声波气浮一体化水处理设备，包括池体，其特征在于所述池体由混合反应室、气水接触室以及分离作用室构成，所述混合反应室上部与进水总管连通，其下部与所述气水接触室下部连通，所述气水接触室下部设有溶气释放器，所述气水接触室上部扩口与所述分离作用室上部连通；所述分离作用室内自上而下依次设置有刮渣板、超声波震荡器组、穿孔集水管以及集泥斗，所述穿孔集水管与出水总管连通。本发明的优点是，设备的集约化程度和处理效率高，将加药混合反应工艺与气浮工艺集于一体、溶气气浮工艺与超声波气浮工艺集于一体、气浮处理与超声波空化氧化工艺集于一体。
【专利说明】一种超声波气淳一体化水处理设备及其处理工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理【技术领域】，具体涉及一种超声波气浮一体化水处理设备及其处 理工艺。
【背景技术】
[0002] 近年来我国大部份湖泊和水库水质日益恶化，春夏季高藻频发，水中藻类数常达 数千万个/米 3,高的甚至达上亿个/米3 ;有些航运河道漏油形成的水面油性污染也很严 重，城市自来水厂常规处理工艺受此类污染影响极大，出水水质难以达标。因此，在常规水 处理工艺前必须增加一道预处理工艺，降低藻类污染负荷，去除飘浮油类物质，减少常规处 理灭藻除油药剂投加量，提高常规工艺处理能力，消除藻腥味和污油味。藻类和油滴颗粒细 小，常半漂浮在水中，传统的混凝沉淀工艺很难有效去除藻类和乳化油，需要采用气浮工艺 进行去除；气浮工艺具体是一种高效的灭藻除油技术，加压溶气水经释放器释放出大量直 径小于IOOym的微气泡，托浮着藻类和油滴上浮至水面，再经刮渣机撇除。加压溶气气浮 是近二十年来广泛应用的高效预处理设备，对于高藻污染的河湖水源水质，藻类去除率可 达90%以上。但是对于含藻量在数千万个/米 3以上的污染源水，加压溶气气浮处理后所 剩余的残藻量仍较多，后续常规处理工艺也难以去除，同时含藻量高的源水，有机污染物含 量也高，对后续常规处理工艺十分不利。因此，进一步提高预处理工艺的灭藻除油能力是非 常迫切和必要的。
[0003] 超声波是指频率高于20kHz的声波，当一定强度的超声波通过媒体时，会产生一 系列的物理、化学效应。因为超声在液体中波长为10?0. 〇15cm(相当于15kHz至10MHz)， 远远大于分子的尺寸，而且和液体中产生的空化气泡的崩灭（collapse)有密切关系，其动 力来源是声空化（sound cavitation)。足够强度的超声波通过液体时，当声波负压半周期 的声压幅值超过液体内部静压强时，存在于液体中的微小气泡(空化核）就会迅速增大，在 相继而来的声波正压相中气泡又绝热压缩而崩灭，在崩灭瞬间产生极短暂的强压力脉冲， 气泡周围微小空间形成局部热点（hot spot)，其温度高达5000K，压力达500atm，持续数微 秒之后，该热点随之冷却，冷却率达109k/s，伴有强大的冲击波(对均相液体媒质)和时速达 400km的射流(对非均相液体媒质)。当超声波通过有细小悬浮颗粒的流体介质时，其中的颗 粒开始与介质一起振动，但由于大小不同的粒子具有不同的振动速度，颗粒将相互碰撞、粘 合，体积和重量均增大。然后，由于粒子变大已不能随超声振动，只能作无规则的运动，继续 碰撞、粘合、变大，最后上浮，形成浮渣和浮油。
[0004] 超声波水处理技术是近年来日益受到国内外业界关注的热点，它是一种能彻底破 坏有机污染物结构的深度氧化技术。国内外研究者对超声波水处理的研究主要集中于强化 声空化效应。空化效应是发生在介质中的一种物理现象，是指在液流中由于压力的突然变 化而产生气泡的暴发和溃陷。在空化效应的生成过程中，气泡的暴发和溃陷产生强烈的冲 击波，使液体中局部的温度和压力急剧升高，产生足以打开化学键的能量，使有机物分子氧 化分解。其技术优势如下： (1)降解有机污染物速度快 超声波震荡产生热效应、自由基效应(产生极强氧化能力的羟基）和空化效应(产生局 部高温高压)，可迅速破坏有机污染物分子结构和化学键，使水中难被生化降解的大分子有 机污染物转化为易生化降解的小分子有机污染物，有利于提高后续生化处理工艺的去除效 率。
[0005] (2 )胶体颗粒上浮速度快 超声波剧烈震荡过程产生的破乳效应和聚并效应，使得水中分散悬浮的细小胶体颗粒 迅速聚并成大颗粒悬浮物质，飘浮至水面。超声波破乳过程无需另外投加破乳药剂，设备简 易，占地面积很少。
[0006] (3)高效气浮效应 超声震荡在反应区会产生大量超微气泡，气泡直径< 5Mm (传统溶气气浮的气泡直径 > IOOMffl)，极易附着在胶体颗粒上，托浮其上升到水面被刮除。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种超声波气浮一体化水处 理设备及其处理工艺，该水处理设备通过在分离作用室下部增设超声波震荡器产生超微气 泡使藻类、油滴和悬浮固体被托浮于水面，以强化池体上部的固液分离作用。
[0008] 本发明目的实现由以下技术方案完成： 一种超声波气浮一体化水处理设备，包括池体，其特征在于所述池体由混合反应室、气 水接触室以及分离作用室构成，所述混合反应室上部与进水总管连通，其下部与所述气水 接触室下部连通，所述气水接触室下部设有溶气释放器，所述气水接触室上部扩口与所述 分离作用室上部连通；所述分离作用室内自上而下依次设置有刮渣板、超声波震荡器组、穿 孔集水管以及集泥斗，所述穿孔集水管与出水总管连通。
[0009] 所述混合反应室内设置有机械搅拌装置。
[0010] 所述刮渣板的一侧设置有排渣槽，所述刮渣板的设置高度与所述池体内的液面高 度相匹配。 toon] 所述超声波震荡器组由平行间隔布置的若干超声波震荡器组成，所述超声波震荡 器为管状多翅片振动头，各所述超声波震荡器与位于所述池体外部的高频超声波发生器连 接。
[0012] 所述超声波震荡器组位于所述刮渣板下方1. 8?2. 0米处。
[0013] 所述穿孔集水管位于所述超声波震荡器组下方0. 2?0. 3米处。
[0014] 所述集泥斗出口外接排泥管。
[0015] 一种涉及上述超声波气浮一体化水处理设备的处理工艺，其特征在于所述处理工 艺包括如下步骤：受污染水源经加药后通过所述进水总管自上而下流经所述混合反应室并 通过所述机械搅拌装置搅拌混合；之后从所述混合反应室下部出水向上流经所述气水接触 室，位于所述气水接触室下部的所述溶气释放器产生微气泡并与流经的水体接触；所述气 水接触室上部扩口出水流入所述分离作用室的上部，出水中一部分藻类、油滴和悬浮固体 被所述微气泡托浮于水面，并不断地被所述刮渣板刮入所述排渣槽中排出所述池体，经气 浮分离后的水向下流经所述超声波震荡器，所述超声波震荡器上的所述翅片间具有分布均 匀的超声波释放场，以产生超微气泡将水中剩余的所述藻类、油滴和悬浮固体托浮于水面； 经所述超声波震荡器处理后的水再向下流入所述穿孔集水管中并通过所述出水总管送出 所述池体；在所述穿孔集水管下方的所述集泥斗将水中残渣和污泥收集后经所述排泥管排 出所述池体。
[0016] 所述超微气泡的直径彡5 μ m。
[0017] 本发明的优点是，将加药混合反应工艺与气浮工艺集于一体、溶气气浮工艺与超 声波气浮工艺集于一体、气浮处理与超声波空化氧化工艺集于一体；这三种功效有机结合 在一起，大幅提高了设备的集约化程度和处理效率、突出了设备的技术优势；根据本发明 的工艺结构设置，能够起到集约化的多重气浮处理效应：加压溶气水经溶气释放器释放出 大量微气泡，在气水接触室内与原水接触，并托浮着大量悬浮物，向上流出至设备主体上部 进行固液分离；与此同时设备主体下部超声波作用区的空化反应产生大量超微气泡(直径 < 5 μ m)，也托浮着水中大量悬浮胶体颗粒流向上部，大大强化了固液分离区的处理效率， 在水面安装有旋转刮渣机，不断地将浮渣刮入池一边的排渣槽；这样就在同一设备的主体 上部，同步合成多重气浮效应(溶气气浮和超声波气浮）和自动撇渣功能，提高了设备气浮 处理功能的集约化程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明中水处理设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以 便于同行业技术人员的理解： 如图1，图中标记1-14分别为：进水总管1、机械搅拌装置2、溶气释放器3、刮渣板4、 刮渣电机5、排渣槽6、超声波震荡器7、穿孔集水管8、出水总管9、集泥斗10、排泥管11、混 合反应室12、气水接触室13、分离作用室14。
[0020] 实施例：如图1所示，本实施例具体涉及一种超声波气浮一体化水处理设备及其 处理工艺，该水处理设备包括池体，在池体中设置有依次连接的混合反应室12、气水接触室 13以及分离作用室14,具体的说，外部的进水总管1与混合反应室12上部连通，混合反应 室12的下部与气水接触室13的下部连通，在气水接触室13的上部具有扩大开口，该扩大 开口与分离作用室14的上部连通。
[0021] 其中，在混合反应室12内坚向设置有机械搅拌装置2,用于搅拌混合流经的水体； 在气水接触室13的底部设置有溶气释放器3,用于产生微气泡；分离作用室14内自上而下 依次分为固液分离区、超声波作用区、集水区以及集泥区，位于池体上部的固液分离区中设 置有旋转的刮渣板4以及排渣槽6,刮渣板4由刮渣电机5驱动旋转，排渣槽6用于收集刮 渣板4旋转来的浮渣并向外排出池体；超声波作用区位于固液分离区下方，超声波作用区 内平行间隔设置有多个超声波震荡器7,超声波震荡器7为管状多翅片振动头，与池体外的 高频超声波发生器连接；集水区位于超声波作用区的下方，该集水区内设置有穿孔集水管 8,穿孔集水管8与通向池体外部的出水总管9连接；在集水区下方设置有集泥区，即分离作 用室14的底部呈斗状，构成集泥斗10.集泥斗10的下部与排泥管11连接，排泥管11用于 将收集到的水中残渣和污泥向外排出池体。
[0022] 需要说明的是，超声波振荡器7设置于液面以下1. 8?2. 0米处，超声气泡在水中 上浮需要一定的作用距离，太短不利于水处理效果；穿孔集水管8设置于超声波震荡器7下 方0.25米处，以便于施工安装。
[0023] 如图1所示，本实施例中的超声波气浮一体化水处理设备的处理工艺包括以下几 个步骤： 1) 受污染水源通过进水总管1进入池体，经加药后从上至下流经混合反应室12,混合 反应室12内设置有机械搅拌装置2,可以根据原水水质变化，以适时调整混合反应强度； 2) 经加药混合反应后的原水从混合反应室12底部向上流经气水接触室13,在此 区域内原水与溶气减压后再经高效溶气释放器3产生的大量微气泡接触，微气泡的直径 ^ 100 μ m ； 3) 气水接触室13上部的扩口出水流入分离作用室14的上部固液分离区，水中大部 分藻类、油滴和悬浮固体被溶气释放的微气泡和之后超声波产生的大量超微气泡托浮于水 面，浮在水面的藻类、油类和悬浮固体被旋转刮渣板4刮入池体一边的排渣槽6,通过排渣 管排出池外； 4) 气浮分离后的水下流经分离作用室14中部的超声波作用区，超声波震荡产生的超 微气泡可大大强化池体上部的固液分离作用；超声波作用区内设置有多个相互平行的超声 波震荡器7,超声波震荡器7具体为管状多翅片振动头，与池外的一台高频超声波发生器连 接，该高频超声波发生器发出的脉冲信号经换能器转换后产生超声波脉冲震荡，通过连接 管传给多翅片振动头，在翅片间形成分布均匀的超声波释放场，以产生超微气泡将水中剩 余的藻类、油滴和悬浮固体托浮于水面，此处超微气泡的直径< 5 μ m ;根据水源水质的变 化，可以通过控制超声波强度和脉冲频率，适时调整池内超微气泡的数量和尺寸变化，以及 超声波空化氧化能力的大小，从而可有效地提高设备的固液分离效率、灭藻除油能力和有 机污染物的降解能力、显著地节省设备能耗； 5) 经过超声波气浮处理后的原水再向下流入分离作用室14底部的集水区，该集水区 内设置有穿孔集水管8,将处理后水的收集并通过出水总管9送出池外，穿孔集水管8采用 非金属材料制作，安装在超声波震荡器组的下部区域； 6) 池体底部的集泥斗10,可根据池内泥渣情况，及时地将水中残渣和污泥经池底排泥 管11排出池外。
[0024] 本实施例的有益效果在于： ①集约化的加压溶气气浮工艺：在气浮处理前必须投加药剂使水中胶体颗粒脱稳，虽 然常规气浮处理设备附有加药设备，但常常没有混合反应设备，致使气浮处理效率不能充 分发挥，本实施例在一体化设备前部特设一格机械混合反应室，可根据水质变化和药剂品 种适时和灵活地调整混合反应强度，以满足气浮高效处理的技术要求；传统加压溶气气浮 工艺采用原水泵、空压机、压力溶气灌、射流器、释放器和回流泵等专用设备，整个系统设 备多，占地面积大，集约化程度低，本实施例加压溶气气浮工艺采用高效气水混合泵(涡流 泵)，省略了加压泵、空压机、射流器、溶气罐等复杂设置；边吸水边吸气、泵内加压混合、溶 气效率达90?100%，混合效率高，工艺先进、操作简单，运行成本低；解决了传统气浮工艺 不可避免的释放器易堵塞、大气泡翻腾及加压泵故障等许多烦恼；微细气泡含量大，水处理 效果好；涡流泵的高效加压混合功能，不仅可以实现设备的小型化，还节省了投资和运转成 本。
[0025] ②集约化的多重气浮处理效应：加压溶气水经溶气释放器释放出大量微气泡， 在气水接触室内与原水接触，并托浮着大量悬浮物，向上流出至设备主体上部进行固液分 离；与此同时设备主体下部超声波作用区的超声波空化震荡反应，产生大量超微气泡(直 径< 5 μ m)，也托浮着水中大量悬浮物流向上部，大大强化了固液分离区的处理效率，在水 面安装有旋转刮渣机，不断地将浮渣刮入池一边的排渣槽；这样就在同一设备的主体上部， 同步合成多重气浮效应(溶气气浮和超声波气浮）和自动撇渣功能，提高了设备气浮处理功 能的集约化程度。
[0026] ③集约化的超声波工艺：在气浮设备主体下部水流通道平行设置多组超声波震荡 器，形成超声波作用区，震荡器采用管状多翅片振动头，池外连结一台高频超声波发生器， 发生器发出的脉冲信号经换能器转换后产生超声波脉冲震荡，通过连接管传给多翅片振动 头，在翅片间形成分布均匀的超声波释放场；超声波强度和频率可调，能耗低，超声波空化 反应产生的高温、高压和新生态羟基会有效降解水中的难生化降解有机污染物，灭菌除油 效果突出；(试验证明超声波幅射对藻类有强抑制功能）本设备将气浮和超声波两项处理功 能一体化，大大提高了设备的集约化程度。
[0027] ④集约化的集水和排泥功能布置：在设备主体底部，将集水管网安装在超声波作 用区下部，经超声波处理后的出水被穿孔集水管网收集，并通过出水总管送出池外；池底设 置集泥斗，出口外接排泥管，并设置快开阀；集水和排泥这两项功能顺设备水流方向（坚向） 排列和布置，显著提高了设备的集约化程度。
【权利要求】
1. 一种超声波气浮一体化水处理设备，包括池体，其特征在于所述池体由混合反应室、 气水接触室以及分离作用室构成，所述混合反应室上部与进水总管连通，其下部与所述气 水接触室下部连通，所述气水接触室下部设有溶气释放器，所述气水接触室上部扩口与所 述分离作用室上部连通；所述分离作用室内自上而下依次设置有刮渣板、超声波震荡器组、 穿孔集水管以及集泥斗，所述穿孔集水管与出水总管连通。
2. 根据权利要求1所述的一种超声波气浮一体化水处理设备，其特征在于所述混合反 应室内设置有机械搅拌装置。
3. 根据权利要求1所述的一种超声波气浮一体化水处理设备，其特征在于所述刮渣板 的一侧设置有排渣槽，所述刮渣板的设置高度与所述池体内的液面高度相匹配。
4. 根据权利要求1所述的一种超声波气浮一体化水处理设备，其特征在于所述超声波 震荡器组由平行间隔布置的若干超声波震荡器组成，所述超声波震荡器为管状多翅片振动 头，各所述超声波震荡器与位于所述池体外部的高频超声波发生器连接。
5. 根据权利要求1所述的一种超声波气浮一体化水处理设备，其特征在于所述超声波 震荡器组位于所述刮渣板下方1. 8?2. O米处。
6. 根据权利要求1所述的一种超声波气浮一体化水处理设备，其特征在于所述穿孔集 水管位于所述超声波震荡器组下方0. 2?0. 3米处。
7. 根据权利要求1所述的一种超声波气浮一体化水处理设备，其特征在于所述集泥斗 出口外接排泥管。
8. -种涉及权利要求1-7所述的超声波气浮一体化水处理设备的处理工艺，其特征在 于所述处理工艺包括如下步骤：受污染水源经加药后通过所述进水总管自上而下流经所述 混合反应室并通过所述机械搅拌装置搅拌混合；之后从所述混合反应室下部出水向上流经 所述气水接触室，位于所述气水接触室下部的所述溶气释放器产生微气泡并与流经的水体 接触；所述气水接触室上部扩口出水流入所述分离作用室的上部，出水中一部分藻类、油滴 和悬浮固体被所述微气泡托浮于水面，并不断地被所述刮渣板刮入所述排渣槽中排出所述 池体，经气浮分离后的水向下流经所述超声波震荡器，所述超声波震荡器上的所述翅片间 具有分布均匀的超声波释放场，以产生超微气泡将水中剩余的所述藻类、油滴和悬浮固体 托浮于水面；经所述超声波震荡器处理后的水再向下流入所述穿孔集水管中并通过所述出 水总管送出所述池体；在所述穿孔集水管下方的所述集泥斗将水中残渣和污泥收集后经所 述排泥管排出所述池体。
9. 根据权利要求8所述的一种超声波气浮一体化水处理设备的处理工艺，其特征在于 所述超微气泡的直径< 5 μ m。
【文档编号】C02F9/08GK104211242SQ201410494579
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】张华 , 李燕飞, 路彩英 申请人:上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司