[发明专利]一种用于有机污水处理的壅塞空化器

说明书

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体提供了一种用于有机污水处理的壅塞空化器。

背景技术

随着我国经济的快速发展，环境问题也凸显出来。工业污水和生活污水由于得不到有效地处理，严重污染了人们赖以生存的宝贵水资源。常规的物理、化学、生物处理方法难以满足对难于生物降解、对人类危害极大的“三致”有机污染物进行处理的技术和经济上的要求，寻找经济、易行、有效的水处理新技术成为当务之急。

以自由基参加氧化反应为主要特征的现代高级氧化技术，如超临界水氧化技术、电化学技术、光催化氧化技术、光电催化技术和超声空化技术等，虽然都有较强的氧化能力，但因其工业应用时的成本问题，只能适用于小规模的污水处理过程。水力空化能在常温、常压下，不添加（或少添加）化学药剂，就能实现对污染物的氧化。因此，水力空化技术被认为是一种很有发展潜力的水处理新技术。

超声空化装置产生的能量集中、空化效应强烈，对各类有机物有良好的氧化效果，得到了众多学者广泛深入的研究，在理论和实验研究方面已取得了大量的成果。但是由于超声空化效应只在超声探头附近产生，能量利用率低，空化反应器放大效果差，难以对污水实现工业化处理。相对而言，水力空化的能量利用率高，比尺效应影响小，易于放大，因而被业界认为是很有潜力的有机污水（特别是有毒难降解污水）处理和水净化的新途径。

水力空化根据产生空化的不同方法，目前国内外的研究主要表现为三种形式：射流空化、孔板空化和漩涡空化。

射流空化是指水流通过特殊结构设计的空化喷嘴，人为地在射流中诱发空化，并控制适当的靶距，使射流冲击靶盘时空泡在滞止压力作用下溃灭。空化射流用于破碎和清洗领域取得了很好的效果，它充分发挥了射流的冲击效应和空化的疲劳破坏的协同效应。但空化射流用于水处理领域却暴露出其短处，产生空化的喷嘴入口压力要求较高，一般为几个MPa以上（CN200610054461.2）,能量利用率不高。这是因为空化射流中空化区域的体积占水体的比例低，且由于射流冲击靶盘时的水垫作用，降低了滞止点附近以外区域的压力梯度，使本不多的空泡还有部分未能有效溃灭。所谓有效溃灭是指一定直径的空泡在较高的当地压力作用下快速溃灭，空泡的溃灭时间一般应在1微妙级以下。

US 6,200,486 B1对射流装置进行了改进设计,使空化效应能在1MPa下产生。虽采用了多喷嘴结构，但处理时间仍然过长，说明空泡有效溃灭的问题仍未能解决。

孔板是一块具有圆形开孔的金属薄板,圆孔壁与孔板前端面成直角,安装时孔板轴心与管道轴线同心。当管道中的液体流经孔板时，由于流速的突然增加，流体内出现空泡，并在孔板的下游压力恢复区溃灭。由于多洞孔板空化要求的管道入口压力低，能在较大范围水体内诱发空化，结构简单，孔板空化用于水处理的研究取得了较大的进展（CN 102026718A，CN 101343108A）。但是，空泡是在孔板下游管道内的压力恢复区溃灭的，溃灭区压力梯度小，空泡尚不能有效溃灭，空化强度不高。

涡流空化是指用于产生空化效应的装置是一个位于组合仓中的圆柱形涡流仓,在涡流仓的壁上有4个呈直角的切向入射口,液体在水泵的作用下进入组合仓,通过切向入射口射入涡流仓，如US 6,221,260 B1。当液体不断循环进入涡流仓时,会形成中心压力低于液体蒸气压的涡流,空化气泡会在涡流中心形成。当流体冲出涡流仓撞击到组合仓的底壁时,压力会急速升高导致空化气泡溃灭,形成空化效应。由于漩涡空化所需入口压力低，能在较大范围水体内（大于射流空化，小于孔板空化）产生空化，但是空泡的溃灭与射流空化类似，部分空泡没有得到有效溃灭。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，特提供一种新型的水力空化产生装置（壅塞空化器）用于有机污水的处理。壅塞空化器的设计充分利用汽液两相临界流的壅塞现象产生的特殊流场特性，通过设计特定的空化器结构，巧妙地同时解决在更大范围水体内产生空化和使空泡有效溃灭这两大技术难题，大大提升空化效应处理有机污水的能力和效率，从而可冲破水力空化技术处理有机污水走向工业应用的瓶颈。