氣浮處理用微細氣泡發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種氣浮處理用微細氣泡發(fā)生裝置，主要用于提供氣浮處理工藝中所需的大量微細氣泡。由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、處理量大、氣體利用率高、安裝維護方便及能夠?qū)崿F(xiàn)長期穩(wěn)定運行等優(yōu)點，尤其適合海上油田采出水氣浮處理用微氣泡發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣浮是指向污水中注入大量高度分散的微細氣泡，使其在上浮過程中作為載體與顆粒狀污染物(如懸浮固體(SS)、油滴等)碰撞粘附，促進形成密度小于水的顆粒-微細氣泡粘附體從而加速油水分離過程。氣浮處理技術(shù)的關(guān)鍵和前提是有數(shù)量充足、分布均勻的微細氣泡，因此微細氣泡的研宄和應(yīng)用正逐漸成為熱點問題。迄今為止，微細氣泡的產(chǎn)生方式有溶氣析出氣泡、引氣制造氣泡、微孔介質(zhì)發(fā)泡、電解析出氣泡等幾種。
[0003](I)溶氣析出氣泡
[0004]溶氣析出氣泡是指在一定的壓力下將過量的氣體溶解于水形成飽和的溶氣水，經(jīng)降壓后，氣體從處理水中釋放出來形成富含微氣泡的處理水。該方法產(chǎn)生的氣泡尺寸較小(10~120Mm)，且具有設(shè)備結(jié)構(gòu)原理簡單、維修方便等優(yōu)點，應(yīng)用較為廣泛。但因在使用過程中占地面積大，且所需溶氣壓力較高，溶氣量偏小，不利于進一步的推廣。
[0005]采用溶氣析出原理的多相流泵制造氣泡的方式解決了占地面積大，溶氣量小的缺陷。與傳統(tǒng)溶氣析出氣泡最大的區(qū)別在于，使用多相流泵代替壓力溶氣裝置中溶氣罐在泵內(nèi)完成加壓溶氣過程。多相流泵溶氣所生成的微細氣泡粒徑基本在30 μπι左右，系統(tǒng)配置簡單，控制、調(diào)試簡單有效，氣液混合程度高。但多相流泵一次性投入成本較大，且功耗和維修成本高。目前已知的多相流泵有美國Exterran?公司的ONYX-Micro Bubble泵、德國西門子Brise? IGF泵、德國Edur溶氣泵、日本NIKUNI渦流泵等，其中德國Edur溶氣泵的種類最為豐富、應(yīng)用最為廣泛。
[0006](2)引氣制造氣泡
[0007]引氣制造氣泡的原理是利用葉輪高速旋轉(zhuǎn)或變徑文丘里管(相應(yīng)地分別稱為葉輪旋切法和射流法)射流所產(chǎn)生的負壓效應(yīng)吸入氣體，使氣體在葉輪旋轉(zhuǎn)或流體剪切作用下粉碎形成微細氣泡。葉輪旋轉(zhuǎn)法主要的缺點是空氣被粉碎的不夠充分，形成的氣泡粒度較大，一般都不小于0.1mm，且葉輪的高速旋容易導(dǎo)致所需分離的油滴破碎，使其更難于分離；射流法內(nèi)部無運動部件，能量消耗較低，但微細氣泡產(chǎn)生質(zhì)量受流速變化影響較大，不易產(chǎn)生穩(wěn)定且均勻的微細氣泡，且所產(chǎn)生的微細氣泡粒徑要高于葉輪旋切法。
[0008](3)電解析出氣泡
[0009]電解析出氣泡的原理是將正負不同的電極安插在水中，在直流電的作用下，通過電解、顆粒的極化、電泳、氧化還原反應(yīng)等電解析出微細氣泡。電解析出所產(chǎn)生的微細氣泡粒徑一般都小于60 μπι，而且在電解過程中不會出現(xiàn)紊流，且對污水負荷變化適應(yīng)性強。但電解析出微細氣泡對電極板損耗較大，且運行維護費用較高，不適宜大范圍推廣。
[0010](4)微孔介質(zhì)發(fā)泡
[0011]微孔介質(zhì)發(fā)泡主要是利用氣液兩相間的壓力差，壓力較高的氣體通過微孔介質(zhì)形成微細氣流，在液相的剪切沖刷作用下形成微細氣泡并分散在液相中。該方法結(jié)構(gòu)及工作原理比較簡單，耗能少，可選擇微孔介質(zhì)的孔隙度和壓力場調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的微細氣泡的大小。微孔介質(zhì)發(fā)泡技術(shù)因所產(chǎn)生的微細氣泡質(zhì)量較高、能耗較低、占地面積小、且無動設(shè)備，逐漸受到了人們的關(guān)注。
[0012]何旭龍等人在專利CN2304456 Y中提到一種微細氣泡發(fā)生器，其中氣腔部分由環(huán)形纖維布堆疊而成，兩端利用壓板壓緊密封。加壓氣體通過進氣道進入氣腔，進而通過環(huán)形纖維布的縫隙噴入液體中，形成大量云霧狀的微細氣泡，可以通過調(diào)節(jié)螺母與螺帽間的松緊來改變產(chǎn)生氣泡的大小。但是，由于整個氣腔由纖維布材質(zhì)堆疊而成，當(dāng)污水中污染物的成分比較復(fù)雜時，往往會因腐蝕或堵塞作用而容易導(dǎo)致纖維布堵塞，維護更換頻率較高。除此以外，采用堆疊方式雖然能夠通過壓緊壓板來改變空隙大小，但不能保證纖維布之間的空隙大小均勻，進而所產(chǎn)生的微細氣泡質(zhì)量較差，影響氣浮效果。
[0013]寧波威瑞泰默賽多相流儀器設(shè)備有限公司馬立峰等人在專利CN101347687 B中提出了一種帶微細氣泡含油水的發(fā)生裝置，核心設(shè)備溶氣水發(fā)生器由柱狀容器和其內(nèi)的旋流式溶氣水發(fā)生管組成，后者又包括帶有切向?qū)Я骺诘膱A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(jié)構(gòu)設(shè)計所達到的最終效果是，進入到圓柱段微孔管部含油污水呈螺旋狀旋轉(zhuǎn)，而進氣腔內(nèi)的帶壓氣體穿過帶有無數(shù)微小固定孔徑的圓柱段微孔管壁，產(chǎn)生大量符合規(guī)定尺寸的微細氣泡，并最終從旋流式溶氣水發(fā)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(jié)管或微孔金屬激光鉆孔或微孔陶瓷管，在其所用操作參數(shù)條件下所產(chǎn)生的氣泡粒徑均值偏大且大氣泡數(shù)量較多，因此在溶氣水發(fā)生器后面串聯(lián)使用了一個大氣泡去除器。此外，該方案所采取的“微孔管內(nèi)腔走水、外腔走氣”的結(jié)構(gòu)設(shè)計使整個設(shè)備處理量偏小，當(dāng)含油污水處理量較大時不得不將多根旋流式溶氣水發(fā)生管并聯(lián)運行，從而致使工業(yè)應(yīng)用級的裝置重量較重、占地面積也較大，基本喪失了與加壓溶氣析出氣泡皇發(fā)生裝置相比的優(yōu)勢。
[0014]中國地質(zhì)大學(xué)楊義勇等人在專利CN101549257A中提出了一種氣泡發(fā)生器:含藻海水通過直流方式流經(jīng)微孔膜管，同時壓縮空氣通過充氣接口送入到環(huán)形空腔，并由微孔膜管上的微孔進入到微孔膜管內(nèi)形成微細氣流，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(jié)構(gòu)的混合器。該方案結(jié)構(gòu)進水管路采用直行形式，且流體中多混雜顆粒等雜質(zhì)，會導(dǎo)致流體流動不均，甚至引起流體滲透進入環(huán)形空腔，同時進氣管路采用雙入氣口，引起氣體在環(huán)形空腔內(nèi)壓力與流速不均勻，導(dǎo)致微細氣流粗細不均勻，氣泡直徑跨度大，導(dǎo)致所產(chǎn)生的微細氣泡質(zhì)量較差。
[0015]昆明理工大學(xué)李浙昆等人在專利CN201565361U中提到一種將微孔發(fā)泡技術(shù)與射流發(fā)泡技術(shù)相結(jié)合的微泡發(fā)生器。礦漿通過微泡發(fā)生器擴散噴嘴進入到內(nèi)管中形成射流，由于節(jié)流降壓原理在管內(nèi)產(chǎn)生負壓，在負壓作用下空氣被吸入錐形氣腔，隨后經(jīng)微孔管段上的微孔進入液體內(nèi)管形成微細氣泡。該裝置主要依靠高速礦漿在內(nèi)管中形成的負壓后吸入氣體，因此在流量一定時，無法精確控制氣腔和水腔的壓差，所產(chǎn)生的氣泡直徑較大且不均勻。
[0016]任逸在專利CN201644234U中提到一種選礦礦漿用充氣礦化的管束式微孔氣泡混合器。在該裝置中，礦漿進入到由多根微孔管組成的液體管道內(nèi)部，高壓氣體由筒體側(cè)壁進入到筒體與微孔管之間的氣腔中，在內(nèi)外壓差作用下氣體透過微孔形成微細氣流進入礦漿中，使礦漿充氣礦化。該裝置處理量較大，但因液體入口采用直行線路，微孔管內(nèi)部礦漿在管內(nèi)流動距離減小，溶于礦漿中的微細氣泡數(shù)量將減小。
[0017]美國Clean Water Technology 公司在專利 US20040178152A1 中提出了一種液-固-氣混合器(Liquid Solid Gax Mixer，LSGM)。液體通過切向進水管進入到接收腔中并充滿整個腔室，隨后通過多孔管進入到LSGM的環(huán)形腔室中。與此同時，氣體通過頂部進氣口進入到內(nèi)部微孔管內(nèi)。在內(nèi)外壓差作用下氣體穿過微孔管壁進入到環(huán)形腔室中，在水力旋流剪切作用下形成富含微細氣泡的混合液體后經(jīng)底部排水口排出。但該專利中環(huán)形腔室高度大于接收腔室高度，造成了環(huán)形腔室中的液體旋流強度自上而下逐漸減弱，即液體對微孔管壁面剪切力逐漸減小，而剪切力直接影響了微細氣泡的粒徑大小，從而使形成的微細氣泡粒徑偏大。根據(jù)該公司公開的資料表明，實際工作過程中往往采用五級以上的液-固-氣混合器串聯(lián)。
[0018]基于上述原因，有必要進一步研制開發(fā)新型的微細氣泡發(fā)生方法或設(shè)備，克服上述微細氣泡發(fā)生器的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處進行改進，研制出一種氣體利用率更高、處理量更大的氣浮凈化處理工藝配套用立式微細氣泡發(fā)生方法和設(shè)備。
[0020]本實用新型所依據(jù)的基本思想是，高壓連續(xù)氣流流經(jīng)微孔介質(zhì)材料層時，會被微孔切割分散成微細氣流，微細氣流在液體流的不斷沖刷剪切作用下，就會形成微細氣泡。所形成微細氣泡的大小和分布情況既與微孔介質(zhì)材料層的孔隙尺寸有關(guān)，也與連續(xù)氣流量大小、氣流-液體流之間的壓差、液體流的沖刷剪切強度等因素有關(guān)。此外，鑒于管式微細氣泡發(fā)生器中液體流動通道的徑向尺寸主要由原水處理量決定，而氣體流動通道對徑向尺寸的要求則相對較低，因此對于管中管(Pipe-1n-Pipe)結(jié)構(gòu)布局模式的微細氣泡發(fā)生器而言，當(dāng)需要考慮向大流量液體中注入大量微細氣泡時，顯然應(yīng)該優(yōu)先采取外部環(huán)形空間充當(dāng)液體流動通道而內(nèi)部柱形空間充當(dāng)氣體流動通道的結(jié)構(gòu)布局模式。當(dāng)然，由此而帶來的如何提高液體沖刷剪切作用的困難也必須設(shè)法予以有效解決。
[0021]基于上述思想而提出的一種氣浮處理用微細氣泡發(fā)生設(shè)備，整個設(shè)備內(nèi)部腔室被整流管和微孔管分成外部環(huán)形壓力腔、中間環(huán)形旋流腔以及內(nèi)部氣腔三部分。水腔管(6)、水腔管法蘭(4)、上蓋板法蘭(3)、下蓋板法蘭(9)以及所述整流管(7)之間構(gòu)成外部環(huán)形壓力腔(15)，外部環(huán)形壓力腔(15)通過切向進水管(5)與待處理污水源相接；所述整流管
(7)和微孔管(8)之間形成的環(huán)形空間為中間環(huán)形旋流腔(16)，中間環(huán)形旋流腔(16)底部與弧形排水口(13)相連；所述微孔管(8)內(nèi)部柱形空間形成內(nèi)部氣腔(17)，內(nèi)部氣腔(17)通過氣體入口管(I)與外界氣源相接。富含微氣泡的污水經(jīng)弧形排水口(13)從出口水管
(11)排出。
[0022]上述的三個環(huán)形腔室之間主要通過小O形密封圈(14)和大O形密封圈(20)來實現(xiàn)密封，確保污水只能通過整流管(7)上的切向通孔(18)由外部環(huán)形壓力腔(15)進入中間環(huán)形旋流腔(16)中；氣體只能從微孔管(8)上的微米級小孔進入中間環(huán)形旋流腔(16)中?；⌒闻潘谖挥谙律w板上，由三個形狀相同、均勻分布于圓周的扇形柱構(gòu)成?；⌒闻潘?13)下端是一錐角為50°?70°的螺紋錐形管(10)，螺紋錐形管(10)通過螺紋連接方式固定在下蓋板上。出口水管(11)焊接在螺紋錐形管(10)底部