专利名称：自激振荡管道式絮凝器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理用管道式絮凝器，用于给水、工业废水或城市生活污水的处理工程中的絮凝、沉淀、浮选等操作中。
背景技术：
絮凝在给水和废水处理中占有相当重要的地位，已获得广泛应用，它是沉淀、浮选等处理的基础。传统的絮凝方式通常需要机械式搅拌装置将絮凝剂在调节池内混合均匀，所需絮凝时间长达20-30min，甚至更长时间，能耗高且利用效率低。因此，研究絮凝阶段的高速、高效化一直是人们关注的课题。另一方面，环保设备单元化、管道化、连续化已成为当今发展的趋势。
孙哲(新型漩流-网格混凝反应机理实验研究，《给水排水》，1994.7)认为，管道中的旋转水流为不同的凝聚颗粒的接触、碰撞提供了条件，使絮凝颗粒密实，这在絮凝初始时是极其必要的。其设计思路为让混合了絮凝剂的被处理水流入逐级圆管，产生同一方向持续旋转，将使水流形成有序涡旋。但这种产生旋转射流的方式，对压力损失较大，且混合效果也不如机械搅拌方式高。
李明俊(管道流动絮凝研究进展及其分析，《水处理技术》1997.23(2))从絮凝动力学、搅拌强度评价了相关参数对絮凝的滞留时间和絮凝效果的影响。他认为，有可能在一段管道内完成絮凝的全过程。由于在初始形成微絮体的快速混合阶段，微絮体的形成与流体动力学因素(微涡旋尺度等)密切相关；在矾花长大阶段，一定颗粒大小分布的微絮体之间的碰撞次数以及恰当的碰撞能量，将成为微絮体凝聚长大的重要的因素，且是工程应用上寻求高效絮凝的重要的因素。这也是管道式絮凝器需要解决的问题。
胡万里(《混凝·混凝剂·混凝设备》，化学工业出版社，2001年)介绍说，絮凝剂的投药方式可分为干投和湿投两种。干投是指把固态絮凝剂不经溶解直接投入被处理的水或废水中。湿投是指将絮凝剂先配成水溶液，然后再用于水或废水处理。对于絮凝剂最佳工作溶液浓度，尚无定论。一般来说，硫酸铝以稀溶液形式投放为好，而三氯化铁以干投或浓溶液形式投放为好。
除此之外，胡万里还介绍了几种已研制使用的部分自动投药装置上海自来水公司根据进水流量，利用斜管模拟沉淀效果进行自动控制加药量；上海石化总厂水厂利用原水水质(浊度，温度，pH值等)及沉淀后水质建立数学模型进行自动投药；哈尔滨工业大学等单位根据加药后的原水ξ电位值自动调节加药量。其工作原理一般是由原水流量变送仪输出模拟电流传号，根据原水流量和浊度变化自动控制加药量，或根据出水浊度调节加药量，即通过浊度偏差的数学模式，以电流传号驱动调节阀，改变加药量。
目前，国内外对管道絮凝研究的文献不多，目前还未见到更系统更完善的管道式絮凝器的介绍。
实用新型专利号89201391.5，其名称为“牙轮钻头用振荡脉冲射流喷嘴”。该喷嘴由上、下两个喷嘴体组成，上喷嘴体由导流口、上喷嘴和自激振荡腔室三部分所组成，上喷嘴体的外形是一阶梯圆柱体，圆柱体内的喷嘴流道由两个指数曲面和三个圆柱面组成，下喷嘴体的上部为一曲面圆台体，下部外形为阶梯圆柱形，下喷嘴体的内流道孔为一圆柱形孔。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自激振荡管道式絮凝器。该絮凝器在不需要任何辅助装置的条件下，依靠自激振荡腔体对絮凝剂溶液和水产生的强剪切作用，使絮凝剂溶液和水在管道式絮凝器中充分混合，然后以脉冲射流的形式喷出，管道絮凝器的压力损失较小，且有效地改善絮凝的紊动水力条件，提高絮凝效率，并根据投药量，调节控制絮凝剂溶液流量。
为实现上述发明目的，本发明采用了“牙轮钻头用振荡脉冲射流喷嘴”的构思原理。该絮凝器包括水喷嘴、混合腔体、上喷嘴体、自激振荡腔体、下喷嘴体、接管、加药罐、流量调节阀和絮凝剂溶液输送管，水喷嘴内有一由圆孔和锥角为12-14°的锥孔构成的通孔，水喷嘴的锥孔端的外形为锥角为25-35°的圆台形，混和腔体为柱体，混合腔体内有一开口孔，混和腔体的前端端面上有一与混和腔体内的开口孔相通的孔，水喷嘴与混合腔体的前端端面上的孔密封固定连接，上喷嘴体为柱体，上喷嘴体的前端内有母线为直线或一元高次方程所形成的回转空腔，上喷嘴体的后端内有一出口孔与上喷嘴体前端内的回转空腔相通，上喷嘴体与混合腔体密封固定连接后构成混合腔，水喷嘴的圆台形端位于该混合腔内，水喷嘴的出口直径为d，水喷嘴的圆台形端端面到上喷嘴体的出口孔前端端面的距离为(0.5-2.5)d，上喷嘴体的出口孔直径D与水喷嘴的出口孔直径d之比为1.4-1.8，1-3个均为柱体的自激振荡腔体依次同轴密封固定连接后，其前端的入口孔端与上喷嘴体的出口孔端密封固定连接且相通，这些自激振荡腔体内均有母线为直线或指数曲线回转空腔，回转空腔与回转空腔相通，其中，第2-3个自激振荡腔体的前端端面上各有锥角为100-120°且分别位于前一个自激振荡腔体的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁，下喷嘴体为柱体，下喷嘴体的前端端面上有锥角为100-120°的圆台形碰撞壁，下喷嘴体内有圆孔和扩散孔构成的通孔，下喷嘴体内圆孔内径为(1.1-3)D，长度为(0.5-3)D，扩散孔全角为12-14°，下喷嘴体的圆台形碰撞壁位于末端的自激振荡腔体内的回转空腔后端内并密封固定连接，每个自激振荡腔体内的回转空腔入口端到该自激振荡腔体内的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁的入口孔端端面的距离为(2.2-3)D，每个自激振荡腔体内的回转空腔内壁与该自激振荡腔体内的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁的接触处的直径为(2.5-8.8)D，下喷嘴体的出口孔端与接管的入口孔端密封固定连接，加药罐、流量调节阀和絮凝剂溶液输送管依次密封固定连接后，絮凝剂输送管的出口孔端与混合腔体固定连通。
本发明是这样实现发明目的射流从水喷嘴中喷出，在混合腔体内产生负压，它将配置好的絮凝剂溶液经输送管吸入混合腔体内，经上喷嘴体进入自激振荡腔体中。可根据工作条件要求的不同，采用1-3个自激振荡腔体，以增强脉冲强度，提高混合效率。当入流到达下喷嘴体内并与其内的碰撞壁相互作用时，在碰撞区产生压力振荡波。该振荡波以声波向上游传播，又诱发新的涡量脉动。当分离区与碰撞区的压力脉动互为反相时，就会形成涡量扰动-放大-新涡量扰动产生的循环过程。不断重复该过程，在自激振荡腔体内便形成强烈的自激振荡，在强剪切力的作用下，水与絮凝剂溶液获得充分混合，通过下喷嘴体和接管喷出。
根据被处理废水的流量和特点，利用流量调节阀控制絮凝剂溶液的流量。使用前，先做被处理水的絮凝沉降试验，确定使用哪种絮凝剂及投药量。常用的絮凝剂有碱式氯化铝、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝、和聚丙烯酰胺等。将絮凝药剂配置成1g/L～10g/L的溶液，储存于加药罐中。再根据絮凝器设计流量和投药量，调整流量控制阀，保证在水流动过程中，均匀地添加絮凝剂，保证了絮凝效果。
本发明具有以下技术效果本絮凝器不仅大大改善了絮凝剂溶液和入流的混合条件，而且增强了入流的紊动程度，有效地提高了絮凝剂颗粒对胶体颗粒的架桥和吸附作用，提高了絮凝效率。在不需要任何外加辅助装置的条件下，依靠上喷嘴体、自激振荡腔体和下喷嘴体上的碰撞壁所具有的特殊形状和特定边界条件，使絮凝溶液和入流在自激振荡腔体内充分混合，并将来流的连续射流转变为脉冲流，脉冲流的压力幅值比来流压力高15-30％。
采用该絮凝器，可以取代传统的加药、搅拌、混合调节等工艺程序，絮凝效果好，节约能耗，降低土建成本，提高水处理的经济指标。
图1为用单个自激振荡腔体时的自激振荡管道式絮凝器的装配剖视图，图2为用2个自激振荡腔体串连时的自振荡管道式絮凝器的装配剖视图，图1、图2中1-水喷嘴 2-混合腔体3-上喷嘴体4-自激振荡腔体4-1-自激振荡腔体 4-2-自激振荡腔体5-下喷嘴体6-接管7-加药罐8-流量调节阀 9-絮凝剂溶液输送管10-法兰。
具体实施例方式在附图中，水喷嘴、混合腔体、上喷嘴体、自激振荡腔体和下喷嘴体依次安装在同一中心线上，加药罐、流量调节阀和絮凝剂输送管依次密封固定连接后，絮凝剂输送管的出口孔端与混合腔体固定连通。密封固定可采用螺纹、焊接或法兰盘连接。
水喷嘴直径dd=QS3.28×H1/2×3600]]>式中，Qs为水泵流量，m3/h；H为水泵扬程，米水柱；d为水喷嘴直径，米。
水喷嘴内的锥孔的锥角为13°，水喷嘴的锥孔端的外形为锥角为30°的圆台形，混合腔体为圆柱体，混合腔体内有一圆形开口孔，混合腔体的前端端面上有一与混合腔体内的圆形开口孔相通的圆孔，上喷嘴体为圆柱体，上喷嘴体的前端内有母线为一元五次方程的回转空腔，上喷嘴体的后端内有一圆孔与上喷嘴体的前端内的回转空腔相通，该回转空腔前端端面的直径与混合腔体的圆形开口孔直径相同，水喷嘴的圆台形端端面到上喷嘴体的圆形出口孔的前端距离为2d，上喷嘴体的出口孔直径D与水喷嘴直径d之比为1.5，一个自激振荡腔体为圆柱体，该自激振荡腔体内有母线为直线回转通孔，下喷嘴体的的前端端面上有锥角为110°的圆台形碰撞壁，下喷嘴体内的圆孔的直径为1.5D，长度为2D，下喷嘴体内的扩散孔全角13°，该自激振荡腔体内的回转通孔入口端到该自激振荡腔体内的回转通孔后端内的圆台形碰撞壁的入口孔端端面的距离为2.5D，自激振荡腔体内的回转通孔内壁与该自激振荡腔体内的回转通孔后端内的圆台形碰撞壁的接触处的直径为3D。
在上、下喷嘴体之间依次同轴密封固定连接两个自激振荡腔体，第一个自激振荡腔体内有母线为直线回转通孔，第二个自激振荡腔体的前端端面上有锥角为110°且位于第一个自激振荡腔体内的回转通孔后端内的圆台形碰撞壁，第二个自激振荡腔体的圆台形碰撞壁中部有一个与下喷嘴体内的圆孔直径相同的圆孔，该圆孔与前、后自激振荡腔体内的回转通孔和回转孔相通，第一、二个自激振荡腔体内的回转通孔、回转孔入口端到该回转通孔、回转孔后端内的圆台形碰撞壁的入口孔端端面的距离分别为2.5D、3D，第一、二个自激振荡腔体内回转通孔、回转孔内壁分别与对应的回转通孔、回转孔后端内的圆台形碰撞壁的接触处的直径均为4D。
在上、下喷嘴体之间依次同轴密封固定连接三个自激振荡腔体，每个自激振荡腔体内有一个指数曲线回转空腔，后二个自激振荡腔体的前端端面上各为锥角110°且分别位于前一个自激振荡腔体的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁，每一个自激振荡腔体的前端中部有一个与下喷嘴体内的圆孔直径相同的圆孔，该圆孔与前、后自激振荡腔体内的指数曲线回转空腔相通，第二、三个自激振荡腔体的前端的圆台形碰撞壁分别位于第一、三个自激振荡腔体内的指数曲线回转空腔后端内，第一、二、三个自激振荡腔体内的回转空腔入口端到对应的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁的入口孔端端面的距离分别为2.5D、3D、3D，第一、二、三个自激振荡腔体内回转空腔内壁分别与对应的回转空腔内后端内的圆台形碰撞壁的接触处的直径均为4D。
在处理某皮革生产企业排放的皮革废水的试验中采用了本管道式絮凝器。根据絮凝沉降试验，选用絮凝剂为碱式氯化铝，最佳投药量为100mg/L。将絮凝剂配置为1g/L的溶液，根据废水流量调节絮凝剂流量，保证以最佳投药量均匀添加絮凝剂。
权利要求
1.一种自激振荡管道式絮凝器，其特征在于该絮凝器包括水喷嘴、混合腔体、上喷嘴体、自激振荡腔体、下喷嘴体、接管、加药罐、流量调节阀和絮凝剂溶液输送管，水喷嘴内有一由圆孔和锥角为12-14°的锥孔构成的通孔，水喷嘴的锥孔端的外形为锥角为25-35°的圆台形，混和腔体为柱体，混合腔体内有一开口孔，混和腔体的前端端面上有一与混和腔体内的开口孔相通的孔，水喷嘴与混合腔体的前端端面上的孔密封固定连接，上喷嘴体为柱体，上喷嘴体的前端内有母线为直线或一元高次方程所形成的回转空腔，上喷嘴体的后端内有一出口孔与上喷嘴体前端内的回转空腔相通，上喷嘴体与混合腔体密封固定连接后构成混合腔，水喷嘴的圆台形端位于该混合腔内，水喷嘴的出口直径为d，水喷嘴的圆台形端端面到上喷嘴体的出口孔前端端面的距离为(0.5-2.5)d，上喷嘴体的出口孔直径D与水喷嘴的出口孔直径d之比为1.4-1.8，1-3个均为柱体的自激振荡腔体依次同轴密封固定连接后，其前端的入口孔端与上喷嘴体的出口孔端密封固定连接且相通，这些自激振荡腔体内均有母线为直线或指数曲线回转空腔，回转空腔与回转空腔相通，其中，第2-3个自激振荡腔体的前端端面上各有锥角为100-120°且分别位于前一个自激振荡腔体的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁，下喷嘴体为柱体，下喷嘴体的前端端面上有锥角为100-120°的圆台形碰撞壁，下喷嘴体内有圆孔和扩散孔构成的通孔，下喷嘴体内圆孔内径为(1.1-3)D，长度为(0.5-3)D，扩散孔全角为12-14°，下喷嘴体的圆台形碰撞壁位于末端的自激振荡腔体内的回转空腔后端内并密封固定连接，每个自激振荡腔体内的回转空腔入口端到该自激振荡腔体内的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁的入口孔端端面的距离为(2.2-3)D，每个自激振荡腔体内的回转空腔内壁与该自激振荡腔体内的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁的接触处的直径为(2.5-8.8)D，下喷嘴体的出口孔端与接管的入口孔端密封固定连接，加药罐、流量调节阀和絮凝剂溶液输送管依次密封固定连接后，絮凝剂输送管的出口孔端与混合腔体固定连通。
2.根据权利要求1所述的自激振荡管道式絮凝器，其特征在于水喷嘴内的锥孔的锥角为13°，水喷嘴的锥孔端的外形为锥角为30°的圆台形，混合腔体为圆柱体，混合腔体内有一圆形开口孔，混合腔体的前端端面上有一与混合腔体内的圆形开口孔相通的圆孔，上喷嘴体为圆柱体，上喷嘴体的前端内有母线为一元五次方程的回转空腔，上喷嘴体的后端内有一圆孔与上喷嘴体的前端内的回转空腔相通，该回转空腔前端端面的直径与混合腔体的圆形开口孔直径相同，水喷嘴的圆台形端端面到上喷嘴体的圆形出口孔的前端距离为2d，上喷嘴体的出口孔直径D与水喷嘴直径d之比为1.5，一个自激振荡腔体为圆柱体，该自激振荡腔体内有母线为直线回转通孔，下喷嘴体的的前端端面上有锥角为110°的圆台形碰撞壁，下喷嘴体内的圆孔的直径为1.5D，长度为2D，下喷嘴体内的扩散孔全角13°，该自激振荡腔体内的回转通孔入口端到该自激振荡腔体内的回转通孔后端内的圆台形碰撞壁的入口孔端端面的距离为2.5D，自激振荡腔体内的回转通孔内壁与该自激振荡腔体内的回转通孔后端内的圆台形碰撞壁的接触处的直径为3D。
3.根据权利要求1所述的自激振荡管道式絮凝器，其特征在于在上、下喷嘴体之间依次同轴密封固定连接两个自激振荡腔体，第一个自激振荡腔体内有母线为直线回转通孔，第二个自激振荡腔体的前端端面上有锥角为110°且位于第一个自激振荡腔体内的回转通孔后端内的圆台形碰撞壁，第二个自激振荡腔体的圆台形碰撞壁中部有一个与下喷嘴体内的圆孔直径相同的圆孔，该圆孔与前、后自激振荡腔体内的回转通孔和回转孔相通，第一、二个自激振荡腔体内的回转通孔、回转孔入口端到该回转通孔、回转孔后端内的圆台形碰撞壁的入口孔端端面的距离分别为2.5D、3D，第一、二个自激振荡腔体内回转通孔、回转孔内壁分别与对应的回转通孔、回转孔后端内的圆台形碰撞壁的接触处的直径均为4D。
4.根据权利要求1所述的自激振荡管道式絮凝器，其特征在于在上、下喷嘴体之间依次同轴密封固定连接三个自激振荡腔体，每个自激振荡腔体内有一个指数曲线回转空腔，后二个自激振荡腔体的前端端面上各为锥角110°且分别位于前一个自激振荡腔体的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁，每一个自激振荡腔体的前端中部有一个与下喷嘴体内的圆孔直径相同的圆孔，该圆孔与前、后自激振荡腔体内的指数曲线回转空腔相通，第二、三个自激振荡腔体的前端的圆台形碰撞壁分别位于第一、三个自激振荡腔体内的指数曲线回转空腔后端内，第一、二、三个自激振荡腔体内的回转空腔入口端到对应的回转空腔后端内的圆台形碰撞壁的入口孔端端面的距离分别为2.5D、3D、3D，第一、二、三个自激振荡腔体内回转空腔内壁分别与对应的回转空腔内后端内的圆台形碰撞壁的接触处的直径均为4D。
5.根据权利要求1所述的自激振荡管道式絮凝器，其特征在于水喷嘴、混合腔体、上喷嘴体、1-3个自激振荡腔体、下喷嘴体安装在同一中心线上。
全文摘要
一种自激振荡管道式絮凝器涉及一种水处理用管道式絮凝器，用于给水、工业废水或城市生活污水的处理工程中的絮凝、沉淀、浮选等操作中。本发明包括水喷嘴、混合腔体、上喷嘴体、自激振荡腔体、下喷嘴体、接管依次密封固定连接、加药罐、流量调节阀和絮凝剂溶液输送管依次密封固定连接后，絮凝剂输送管的出口孔端与混合腔体固定连通。本发明有效地提高了絮凝剂颗粒对胶体颗粒的架桥和吸附作用，提高了絮凝效率。在不需要任何外加辅助装置的条件下，脉冲流的压力幅值比来流压力高15－30％，可取代传统的加药、搅拌、混合调节等工艺程序，絮凝效果好，节约能耗，降低土建成本，提高水处理的经济指标。
文档编号C02F1/52GK1821113SQ20061005410
公开日2006年8月23日 申请日期2006年3月3日 优先权日2006年3月3日
发明者廖振方, 邓晓刚, 陈德淑 申请人:重庆大学