本發(fā)明屬于水處理設(shè)備研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣液混合反應(yīng)器，尤其涉及一種微細(xì)氣泡處理有機(jī)污染物的Y型氣液混合反應(yīng)器。

技術(shù)背景

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異,水污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，如何解決水污染問(wèn)題已經(jīng)成為社會(huì)和國(guó)家關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。據(jù)2014年的我國(guó)水質(zhì)調(diào)查顯示：全國(guó)十大水系水質(zhì)一半污染；國(guó)控重點(diǎn)湖泊水質(zhì)4成污染；31個(gè)大型淡水湖泊水質(zhì)17個(gè)污染；9個(gè)重要海灣中，遼東灣、渤海灣和膠州灣水質(zhì)差，長(zhǎng)江口、杭州灣、閩江口和珠江口水質(zhì)極差……對(duì)118個(gè)大中城市所調(diào)查的水體表明，重度污染占40％,地表水劣V類(喪失使用功能的水)斷面比例達(dá)30％以上，受污染的地下水占三分之一.對(duì)全國(guó)4778個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，約六成水質(zhì)較差和極差。根據(jù)《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃》，在全國(guó)主要江河湖庫(kù)劃定的6834個(gè)水功能區(qū)中，有33％的水功能區(qū)化學(xué)需氧量或氨氮現(xiàn)狀污染物入河量超過(guò)其納污能力，且為其納污能力的4－5倍，部分河流(段)甚至高達(dá)13倍。據(jù)聯(lián)合國(guó)調(diào)查，我國(guó)是世界上十三個(gè)貧水國(guó)之一，目前，全國(guó)年用水總量近6200億立方米，正常年份缺水500多億立方米，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和全球氣候變化影響加劇，水資源供需矛盾將更加尖銳,一方面許多水資源無(wú)法再利用，加重了水資源的匱乏程度，另一方面環(huán)境的可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展嚴(yán)重被影響，因此，解決水環(huán)境污染的危害與防治具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

臭氧作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，由于它具有極強(qiáng)的氧化性，在水中會(huì)分解產(chǎn)生單原子氧和羥基等氧化能力極強(qiáng)的物質(zhì)，可以氧化多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，因而在水處理中得到廣泛的應(yīng)用。但臭氧在水體中是以氣泡的形式存在著，氣泡直徑的大小，也影響著臭氧的處理效果。自上世紀(jì)80年代以來(lái),世界各國(guó)的科研工作者都試圖將直徑更小的氣泡應(yīng)用與水體修復(fù),因?yàn)闅馀莸闹睆阶冃】纱蟠笤黾恿伺c水的接觸面積,同時(shí)氣泡表面能、氣-液界面上氣體分子所占比例、氣泡的壽命都會(huì)大幅度的增加,各種反應(yīng)速度也相應(yīng)增加,氣體轉(zhuǎn)移率大大提高。于是各種微氣泡發(fā)生器應(yīng)運(yùn)而生，常用是文丘里管或渦輪機(jī)產(chǎn)生氣液混合，其瞬間可生成了大量的微小氣泡，但微小氣泡相互碰撞合并容易變成大氣泡，影響著氣泡的處理效果，為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種新的反應(yīng)器，能有效降低氣泡的合并，加速氣泡對(duì)水體污染物的降解與復(fù)修能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的微氣泡發(fā)生器所存在的微氣泡容易合并形成大氣泡的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種能有效阻止氣泡的合并，加速氣液的混合，提高水體污染的降解與修復(fù)效率，并能夠縮短處理時(shí)間的Y型氣液混合反應(yīng)器。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：該種Y型氣液混合反應(yīng)器包括反應(yīng)主管1以及串接在反應(yīng)主管1出口端的n級(jí)反應(yīng)支管組，n＝1，2，3；每一級(jí)反應(yīng)支管組包括并列設(shè)置的2～4個(gè)呈擴(kuò)散型分布的反應(yīng)支管，第n級(jí)的反應(yīng)支管中心軸與第n-1級(jí)的反應(yīng)支管中心軸之間形成5～10°的夾角，第n級(jí)的反應(yīng)支管橫截面S與第n+1級(jí)的反應(yīng)支管橫截面s滿足：S＝9～12s.

進(jìn)一步限定，所述第n級(jí)的反應(yīng)支管所在平面與第n+1級(jí)的反應(yīng)支管所在平面在同一個(gè)平面上。

進(jìn)一步限定，所述第n級(jí)的反應(yīng)支管所在平面與第n+1級(jí)的反應(yīng)支管所在平面分布在兩個(gè)交叉的平面上且?jiàn)A角小于90°。

進(jìn)一步限定，設(shè)置在最末端的一級(jí)反應(yīng)支管組的反應(yīng)支管呈擴(kuò)散型分布，并且反應(yīng)支管的中心軸相交于反應(yīng)主管1的中心軸的任意一點(diǎn)。

進(jìn)一步優(yōu)選，設(shè)置在最末端的一級(jí)反應(yīng)支管組中每個(gè)反應(yīng)支管內(nèi)腔距離出水端40～50mm的位置設(shè)置有穿孔板5，穿孔板5的孔隙率為5～8％。

進(jìn)一步優(yōu)選，第n級(jí)的反應(yīng)支管的橫截面S與第n+1的級(jí)反應(yīng)支管的橫截面s之間滿足：S＝10.5s。

進(jìn)一步限定，所述反應(yīng)支管均是圓形管，且第n級(jí)的反應(yīng)支管的管徑D與第n+1級(jí)的反應(yīng)支管的管徑d之間滿足D:d＝3～3.46。

進(jìn)一步限定，所述反應(yīng)支管均是橢圓形管，且第n級(jí)的反應(yīng)支管的截面長(zhǎng)軸A、截面短軸B與第n+1級(jí)的反應(yīng)支管的截面長(zhǎng)軸a、截面短軸b之間滿足：A＝3a；B＝4b。

進(jìn)一步限定，所述反應(yīng)支管均是方管，第n級(jí)的反應(yīng)支管的邊長(zhǎng)與第n+1級(jí)的反應(yīng)支管的邊長(zhǎng)之間滿足:

本發(fā)明提供的Y型氣液混合反應(yīng)器，通過(guò)在反應(yīng)主管的出口端設(shè)置多級(jí)反應(yīng)支管，形成多個(gè)分支，在管內(nèi)改變氣液流向，能加速氣液的混合，有效阻止氣泡合并，加速氣泡對(duì)水體污染物的降解與復(fù)修能力，此外將各級(jí)反應(yīng)支管的結(jié)構(gòu)以及排布進(jìn)行合理布局，將管結(jié)構(gòu)與角度綜合考慮，大大提升氣液混合效率、提高反應(yīng)器處理效果，大大縮短處理時(shí)間。

附圖說(shuō)明

圖1為n＝2且反應(yīng)支管為2個(gè)時(shí)的Y型氣液混合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的正面視圖。

圖3為圖1中的反應(yīng)支管為圓形管的截面圖。

圖4為圖1中穿孔板5的安裝示意圖。

圖5為n＝2且反應(yīng)支管均為4個(gè)時(shí)的Y型氣液混合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為圖5的A-A剖視示意圖。

圖7為n＝2且反應(yīng)支管不對(duì)稱分布時(shí)的Y型氣液混合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為圖7的俯視圖。

圖9為n＝2且二級(jí)反應(yīng)支管與一級(jí)反應(yīng)支管分布在兩個(gè)交叉的平面時(shí)的Y型氣液混合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為圖9的俯視圖。

圖11為橢圓形反應(yīng)支管的截面圖。

圖12為方形反應(yīng)支管的截面圖。

圖13為n＝3時(shí)的Y型氣液混合反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

由圖1～13可知，本發(fā)明的Y型氣液混合反應(yīng)器是包括反應(yīng)主管1、一級(jí)反應(yīng)支管組2和二級(jí)反應(yīng)支管組3。反應(yīng)主管1的直徑為40mm，長(zhǎng)度為60mm，其入口端分別與進(jìn)水泵和輸氣泵連通，使氣體和液體在反應(yīng)主管1內(nèi)混合，在氣液壓力下輸送至一級(jí)反應(yīng)支管組2，一級(jí)反應(yīng)支管組2包括并列連接在反應(yīng)主管1出口端的2～4個(gè)反應(yīng)支管。

圖1、2中，在反應(yīng)主管1的出口端面上并列連接有2個(gè)反應(yīng)支管，即一級(jí)反應(yīng)支管組2包括第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2，第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2分別通過(guò)轉(zhuǎn)接頭與反應(yīng)主管1連通。第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2均為圓形管，參見(jiàn)圖3，其直徑均為13.3mm、管長(zhǎng)為60mm，與反應(yīng)主管1的橫截面之比為1：9，一級(jí)反應(yīng)支管的截面積s小于1/9反應(yīng)主管1的橫截面，以補(bǔ)償氣液流動(dòng)過(guò)程中壓力損耗所帶來(lái)的影響。第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2的中心軸均與反應(yīng)主管1的中心軸之間形成5°的夾角，而且第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2可以是關(guān)于反應(yīng)主管1的中心軸對(duì)稱分布，也可以不對(duì)稱分布，即第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2的中心軸與反應(yīng)主管1的中心軸之間的夾角可以不同，在5～10°的范圍內(nèi)調(diào)整，因?yàn)榻嵌冗^(guò)大，水壓損失太大，到下一級(jí)反應(yīng)支管內(nèi)水壓不足，會(huì)影響氣液混合和空化效果。在第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2的出口端分別連接有二級(jí)反應(yīng)支管組3，二級(jí)反應(yīng)支管組3包括第一二級(jí)反應(yīng)支管3-1、第二二級(jí)反應(yīng)支管3-2、第三二級(jí)反應(yīng)支管3-3和第四二級(jí)反應(yīng)支管3-4，即在第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1的出口端通過(guò)轉(zhuǎn)接頭連接有第一二級(jí)反應(yīng)支管3-1和第二二級(jí)反應(yīng)支管3-2，在第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2的出口端也通過(guò)轉(zhuǎn)接頭連接有第三二級(jí)反應(yīng)支管3-3和第四二級(jí)反應(yīng)支管3-4。第一二級(jí)反應(yīng)支管3-1和第二二級(jí)反應(yīng)支管3-2所在平面與第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2所在的平面為同一平面，第一二級(jí)反應(yīng)支管3-1和第二二級(jí)反應(yīng)支管3-2均為圓形管，其管長(zhǎng)為60mm，管內(nèi)直徑均為4.16mm，與一級(jí)反應(yīng)支管的直徑之比滿足D:d＝3～3.46的條件，橫截面s_c與一級(jí)反應(yīng)支管的橫截面S_c之比為S_c＝10.22s_c，也可以在9～12倍的范圍內(nèi)浮動(dòng)，為了補(bǔ)償管道內(nèi)壓力損耗，保證氣液混合效果并有效防止微氣泡在輸出過(guò)程中合并，二級(jí)反應(yīng)支管組3的橫截面隨著流體壓力損耗增大而逐級(jí)減小。進(jìn)一步為了提高二級(jí)反應(yīng)支管組3的空化效果，產(chǎn)生大量微氣泡，在管內(nèi)距離出口端50mm的位置安裝有穿孔板5，如圖4所示，穿孔板5的孔徑為1mm，孔隙率為6％，孔隙率是根據(jù)最后一級(jí)反應(yīng)支管的水壓和橫截面大小而綜合考慮的，可以在5％～8％范圍內(nèi)調(diào)整。第三二級(jí)反應(yīng)支管3-3和第四二級(jí)反應(yīng)支管3-4所在平面與第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2所在平面在同一平面，即二級(jí)反應(yīng)支管在反應(yīng)主管1的中心軸兩側(cè)非對(duì)稱分布。第三二級(jí)反應(yīng)支管3-3和第四二級(jí)反應(yīng)支管3-4均為圓形管，其直徑均為4.16mm，管長(zhǎng)為60mm，橫截面s_D與一級(jí)反應(yīng)支管的橫截面S_D之間滿足：S_D＝10.22s_D，在管內(nèi)距離出口端50mm的位置安裝有穿孔板5，穿孔板5的孔徑為1mm，孔隙率為7％，使在二級(jí)反應(yīng)管的出口端產(chǎn)生大量微氣泡，而且二級(jí)反應(yīng)管的出口端分散分布，其中心軸相交于反應(yīng)主管1的中心軸上，保證出水方向分散。

圖5、6中，在反應(yīng)主管1的出口端面上并列連接有4個(gè)一級(jí)反應(yīng)支管組2，即分別為第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1、第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2、第三一級(jí)反應(yīng)支管2-3以及第四一級(jí)反應(yīng)支管2-4，第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1、第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2、第三一級(jí)反應(yīng)支管2-3以及第四一級(jí)反應(yīng)支管2-4在反應(yīng)主管1的出口端面上均勻且呈擴(kuò)散型分布，且第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1、第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2、第三一級(jí)反應(yīng)支管2-3以及第四一級(jí)反應(yīng)支管2-4的中心軸與反應(yīng)主管1的中心軸之間的夾角為10°。在第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1、第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2、第三一級(jí)反應(yīng)支管2-3以及第四一級(jí)反應(yīng)支管2-4的出口端面上均分別連接有4個(gè)二級(jí)反應(yīng)支管組3，每個(gè)二級(jí)反應(yīng)支管組3包括4個(gè)二級(jí)反應(yīng)支管，每個(gè)二級(jí)反應(yīng)支管中心軸與對(duì)應(yīng)的一級(jí)反應(yīng)支管中心軸之間的夾角為8°，4個(gè)二級(jí)反應(yīng)支管呈向外擴(kuò)散型分布，保證二級(jí)反應(yīng)支管組3的出水方向各不相同，向外輻射型。

此外，上述實(shí)施例中的一級(jí)反應(yīng)支管所在平面與二級(jí)反應(yīng)支管所在平面可以是同一平面，如圖2所示，也可以是相互交叉的兩個(gè)平面，當(dāng)分布在交叉的兩個(gè)平面時(shí)，兩平面之間的夾角不超過(guò)90°。

以圖7和8所示為例說(shuō)明，第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2所在平面與第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2所在的平面為同一平面。第三二級(jí)反應(yīng)支管3-3和第四二級(jí)反應(yīng)支管3-4所在平面與第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2所在平面交叉，且所在兩平面的夾角為30°，即二級(jí)反應(yīng)支管在反應(yīng)主管1的中心軸兩側(cè)非對(duì)稱分布。

進(jìn)一步以圖9、10所示為例說(shuō)明，第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2所在平面、第三二級(jí)反應(yīng)支管3-3和第四二級(jí)反應(yīng)支管3-4所在平面均與第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2所在的平面交叉，且所在兩平面的夾角為45°，即二級(jí)反應(yīng)支管在反應(yīng)主管1的中心軸兩側(cè)對(duì)稱分布。

上述實(shí)施例中的一級(jí)反應(yīng)支管組2和二級(jí)反應(yīng)支管組3的管結(jié)構(gòu)還可以是橢圓形管或方形管，如圖11和12所示，優(yōu)選，當(dāng)一級(jí)反應(yīng)支管和二級(jí)反應(yīng)支管均為橢圓形管結(jié)構(gòu)時(shí)，每個(gè)二級(jí)反應(yīng)支管的截面長(zhǎng)軸a、截面短軸b與每個(gè)一級(jí)反應(yīng)支管的截面長(zhǎng)軸A、截面短軸B之間滿足：A＝3a，B＝4b。當(dāng)一級(jí)反應(yīng)支管和二級(jí)反應(yīng)支管均為方管結(jié)構(gòu)時(shí)，每個(gè)二級(jí)反應(yīng)支管的邊長(zhǎng)y_n+1與每個(gè)一級(jí)反應(yīng)支管的邊長(zhǎng)y_n之間滿足：

如圖13所示，上述實(shí)施例的二級(jí)反應(yīng)支管的出口端還可通過(guò)轉(zhuǎn)接頭增設(shè)三級(jí)反應(yīng)支管4，即在第一一級(jí)反應(yīng)支管2-1和第二一級(jí)反應(yīng)支管2-2的出口端分別連接2個(gè)相同的三級(jí)反應(yīng)支管4-1，4-2，在第三二級(jí)反應(yīng)支管3-3和第四二級(jí)反應(yīng)支管3-4的出口端也分別連接2個(gè)相同的三級(jí)反應(yīng)支4-3，4-4。三級(jí)反應(yīng)支管4所在平面與二級(jí)反應(yīng)支管3所在平面交叉，三級(jí)反應(yīng)支管4所在平面與一級(jí)反應(yīng)支管2所在平面是在同一平面。二級(jí)反應(yīng)管3的橫截面是三級(jí)反應(yīng)管4的橫截面的2.5倍，還可以在2.2～2.6倍的范圍內(nèi)浮動(dòng)，二級(jí)反應(yīng)管3的管長(zhǎng)是三級(jí)反應(yīng)管4的管長(zhǎng)的1.5倍，可以在1～1.5倍的范圍內(nèi)浮動(dòng)。同上，在每個(gè)三級(jí)反應(yīng)支管4內(nèi)距離出口端50mm的位置處安裝有穿孔板5。

上述實(shí)施例的Y型氣液混合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)也可以是在反應(yīng)主管1的出口端僅連接一級(jí)支管組2，一級(jí)支管組2包括2～3個(gè)一級(jí)支管，而且一級(jí)支管在反應(yīng)主管1的截面上均勻分布，但是該種結(jié)構(gòu)適用于處理水量相對(duì)較少的情況。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，對(duì)于各級(jí)反應(yīng)支管的管長(zhǎng)以及管徑大小則在遵循上述提供的合理范圍內(nèi)可以適當(dāng)調(diào)整，對(duì)于反應(yīng)支管的級(jí)數(shù)則依據(jù)安裝環(huán)境以及對(duì)于處理水量大小確定，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。