[發明專利]基于板式微孔介質發泡機理的微細氣泡發生裝置

有效

• 申請號: 201410239584.8
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104003460A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 陳家慶;陳濤濤;蔡小壘
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: C02F1/24
• 分類號: C02F1/24
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種微細氣泡發生裝置，尤其涉及一種基于板式微孔介質發泡機理的微細氣泡發生裝置。

背景技術

氣浮技術是向待處理水中通入大量高度分散的微細氣泡，使微細氣泡與顆粒狀污染物(如懸浮固體(SS)、油滴等)發生碰撞粘附后，依靠浮力作用上浮至水面形成浮渣，將浮渣去除后實現污水凈化。氣浮技術最早出現在選礦工業中，主要用于去除礦石中的雜質或者用于礦物的精選或浮選。后來隨著氣浮技術的逐步發展，C.L.Peck于1920年首次提出將其用于處理污水的想法。但因微細氣泡產生技術的限制，直到20世紀70年代以后，氣浮技術才真正得到快速發展。特別是近年來，氣浮技術得到了國內外的高度重視，已廣泛應用于各種工業廢水和城市生活污水處理中。

對于氣浮技術而言，決定其效果的關鍵是微細氣泡的質量。而微細氣泡質量的提高主要通過以下兩個方面：一是降低微細氣泡的直徑，目前普遍認為微細氣泡粒徑在100μm以下效果較好；二是增大微細氣泡的密集度，提高微細氣泡與顆粒狀污染物的粘附幾率。在現有的微細氣泡產生方式中，加壓溶氣析出氣泡、引氣制造氣泡、電解析出氣泡以及微孔介質發泡等四種方法均能通過改變結構或運行操作參數來提高微細氣泡的質量，但加壓溶氣析出氣泡、引氣制造氣泡、電解析出氣泡等方式存在能耗過高、占地面積過大的缺點。因此，具有結構簡單、能耗低、所產生微細氣泡尺寸大小均勻等優點的微孔介質發泡方式逐漸受到人們的重視。

微孔介質發泡機理主要是利用氣液兩相間的壓力差，首先使高壓氣體透過微孔介質被分散形成微細氣流，在高速液體的剪切沖刷作用下形成微細氣泡并分散在液體中，與此同時，也會有部分氣體在壓力作用下溶解在原水中形成溶氣水，在后續處理工藝過程中會因壓力的降低而從原水中以微細氣泡的形式從原水中釋放出來。

目前國內外所研制的基于微孔介質發泡機理的微細氣泡發生器，多采用“管中管(Pipe-in-Pipe)”布置模式。根據其中氣、水兩相流動流道的不同，可將現有基于微孔介質發泡機理的微細氣泡發生器分為內腔走水-外環充氣式和內腔充氣-外環走水式兩種。

1.內腔走水-外環充氣式

內腔走水-外環充氣式微細氣泡發生器的主體由兩個同心圓管構成，其中內部圓管為微孔管。微孔管內部為水流腔室，微孔管外部環形空間為氣體腔室。氣體經微孔管進入水流腔室中主要有兩種方式，一種是人為主動注入高壓氣體，使氣體腔室內的氣壓高于水流腔室中的水壓；另一種是依靠節流降壓原理形成負壓后自動從外界環境吸入氣體。進入水流腔室中的微細氣流在水流剪切作用下被分割成微細氣泡并溶于水中，從而形成富含微細氣泡的氣-水兩相混合物。

(1)依靠高壓注氣

寧波威瑞泰默賽多相流儀器設備有限公司在專利CN101347687B中提出了一種帶微細氣泡含油水的發生裝置，核心設備溶氣水發生器由柱狀容器及其內的旋流式溶氣水發生管組成，后者又包括帶有切向導流口的圓柱形密封管部、圓錐形密封管部以及下部的圓柱段微孔管部。結構設計所達到的最終效果是，進入到圓柱段微孔管部的含油污水呈螺旋狀旋轉，而進氣腔內的帶壓氣體穿過帶有無數微小固定孔徑的圓柱段微孔管壁，產生大量符合規定尺寸的微細氣泡，并最終從旋流式溶氣水發生管底部的開口流入第一出液腔。但該專利中的微孔管部采用微孔金屬燒結管或微孔金屬激光鉆孔或微孔陶瓷管，在其所用操作參數條件下所產生的氣泡粒徑均值偏大且大氣泡數量較多，因此在溶氣水發生器后面串聯使用了一個大氣泡去除器。依據該技術加工制造的微氣泡浮選撬裝結構體積較為龐大、運行維護麻煩，污水處理量200m³/h時配套微氣泡浮選橇結構重達6.8t，且使用了2.5(m)×2.4(m)×3.5(m)和1.6(m)×1.2(m)×1.5(m)兩個橇裝。

中國地質大學楊義勇等人在專利CN101549257A中提出了一種氣泡發生器以處理含藻海水，含藻海水通過直流方式流經微孔膜管，同時壓縮空氣通過充氣接口送入到環形空腔，并經微孔膜管上的微孔形成微細氣流，在高速流動的流體剪切作用下形成微細氣泡并隨流體進入管道結構的混合器。該方案結構進水管路采用直行形式，不僅流體中的混雜顆粒會導致流體流動不均，而且缺乏對微細氣流的剪切沖刷效應；同時進氣管路采用雙入氣口，引起氣體在環形空腔內的壓力與流速不均勻，導致微細氣流粗細不均勻，氣泡直徑跨度大，所產生的微細氣泡質量較差。