專利名稱：水力空化強化水處理設備的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于化工流體機械技術領域，具體涉及一種水力空化強化水處理設備。
背景技術：
水是生命之源，沒有水就沒有生命萬物，但是隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和城市化的加速，導致了水的污染和水資源的短缺，這已成為世界上許多國家普遍存在的問題。近年來，水資源全球性短缺，根據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，人類年用水量已接近4X 1012m3，全球有近20億人飲用水短缺，有幾十個國家缺水。水資源短缺已成為嚴重困擾經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高的重要因素，水資源不久將成為繼石油危機之后的另一個嚴重的全球性危機。由于淡水資源的分布不均和日益嚴重的水污染，我國成為嚴重缺水的國家之一，在全國600多個城市中，有400多個城市屬于缺水城市，其中100多個城市嚴重缺水，造成我國用水緊張的主要原因是水資源受到嚴重污染。由于有機化合物產(chǎn)量和種類的不斷增加，各種工業(yè)廢水和生活污水未達到排放標準就直接進入水體，對水源造成極大的污染。因此，采用有效的凈化工藝去除各種污染物，關鍵在于新型高效水處理技術和工藝進行研究，傳統(tǒng)的污水處理技術已經(jīng)不能滿足新的環(huán)保要求?？栈夹g作為一種新型物化水處理技術受到越來越多的關注。國內(nèi)外均有研究報道，并取得了一些成果。魏群采用水力空化降解羅丹明B的試驗研究結果表明，空化技術對羅丹明B具有降解作用(魏群、高孟理等，水力空化降解羅丹明B的試驗研究[J].蘭州理工大學學報，2005，31(4):75-81)。馮中營研究了水力空化殺菌試驗，結果表明水力空化能有效殺滅水中細菌(馮中營，空化及其在殺菌中的應用[J].科學技術與工程，2010. 10(5) : 1208-1211)。中國專利200810243145. 8介紹了一種物理方法強化催化氧化處理維生素C生產(chǎn)廢水，采用超聲輻射、紫外光照射及水力空化方法，分別與非均相催化臭氧氧化的化學方法相結合，使維生素C廢水有機質(zhì)氧化降解為CO2,生成的CO2使廢水中的鈣離子沉淀析出。中國專利200910004010. I介紹了一種物理法滅菌增氧活性水器，由水力空化技術、吹脫分離技術、磁水處理技術等物理技術的串聯(lián)組合處理生活飲用水。已有的研究及專利成果對空化水處理效果的增強方法均是采用組合工藝，空化與其它的諸如催化、氧化、膜分離等技術集成，以達到水處理效果，并沒有提高空化單元的空化效率。在水處理設備中，水質(zhì)各項參數(shù)能直接反映水處理效果，因此，水質(zhì)參數(shù)的在線檢測在水處理技術及設備中顯得格外重要。目前，已有的水力空化裝置均未能實現(xiàn)水質(zhì)的在線檢測以及在此基礎上的自動控制，導致其操作不便、自動化程度低、水處理效果不佳，進而影響了水力空化裝置效能的發(fā)揮，并限制了水力空化技術的進一步推廣應用
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的水力空化效果及水處理設備存在的不足，提供一種強化水力空化效應，具有可視化功能的機電一體化水力空化水處理設備。[0006]本實用新型一種水力空化強化水處理設備，通過下述技術方案實現(xiàn)的，包括預處理單元、增強型空化發(fā)生裝置、水反饋循環(huán)處理回路、多參數(shù)水質(zhì)檢測顯示系統(tǒng)、智能化自動控制系統(tǒng)；所述預處理單元由依次設置粗過濾器和精過濾器的預處理管路組成，設置水泵的進水管路連接粗過濾器；所述增強型空化發(fā)生裝置由至少兩個并聯(lián)排列的空化發(fā) 生器組成，空化發(fā)生器兩端分別連接預處理管路和出水管路，出水管路末端設置出水電磁閥，出水電磁閥后端設置出水口 ；所述多參數(shù)水質(zhì)檢測顯示系統(tǒng)由出水管路中依次安裝的壓力傳感器、氧化還原電位(ORP)傳感器、流量計、pH傳感器、電導率傳感器、溶解氧(DO)傳感器、化學需氧量(COD)傳感器、總有機碳(TOC)傳感器、溫度傳感器和LED觸摸顯示屏組成；所述智能化自動控制系統(tǒng)采用可編程序控制器(PLC)，壓力傳感器、氧化還原電位(ORP)傳感器、流量計、pH傳感器、電導率傳感器、溶解氧(DO)傳感器、化學需氧量(COD)傳感器、總有機碳(TOC)傳感器、溫度傳感器和LED觸摸顯示屏分別與可編程序控制器連接；所述水反饋循環(huán)處理回路兩端分別連接出水電磁閥前段和進水管路的水泵前端，水反饋循環(huán)回路設置循環(huán)處理電磁閥；出水電磁閥和循環(huán)處理電磁閥分別連接可編程序控制器?？栈l(fā)生器采用多孔板結構或文丘里管和孔板復合結構?？栈l(fā)生器采用有機玻璃。通過可編程序控制器對水質(zhì)各項參數(shù)進行分析、處理，進而對設備運行進行自動控制，最終提高水力空化設備對污染水質(zhì)的處理能力。水力空化設備的控制系統(tǒng)除完成水處理系統(tǒng)的工藝循環(huán)流程控制外，還設計有多項安全檢測報警功能，如低壓報警、高壓報警、斷電報警、缺水報警、切換超時報警等程序。故障報警系統(tǒng)的設計，能及時發(fā)出系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不正常時的信號，以便及時停機維修，避免長時間非正常運行造成設備元件的損壞?？栈l(fā)生器是水力空化水處理設備的核心，在空化發(fā)生器內(nèi)水在瞬間被加速，從而產(chǎn)生巨大的壓力差，當壓力降到工作溫度下液體的飽和蒸汽壓時，液體就開始沸騰，迅速汽化，內(nèi)部產(chǎn)生大量氣泡，隨著壓力的不斷降低，氣泡不斷膨脹，當壓強恢復時氣泡瞬間潰滅產(chǎn)生1000-5000K的瞬時高溫和50MPa以上的瞬時高壓，空化泡潰滅產(chǎn)生強烈沖擊波和射流，同時產(chǎn)生· OH等強氧化劑，它們與水中有機物、微生物等污染物發(fā)生氧化反應，可以將有機物氧化降解、細菌殺滅。本實用新型采用兩個空化發(fā)生器并聯(lián)排列結構設計，與以往單個空化發(fā)生器相比顯著提高了空化效率。根據(jù)水力學原理和射流技術，本實用新型設計有兩種可以選擇使用的空化發(fā)生器，一種是多孔板空化器，一種是多孔板和文丘里管復合結構空化器。其中空化發(fā)生器入口壓力在O. 2MPa O. 45MPa之間，空化發(fā)生器出口壓力在
O.OlMPa O. IMPa之間。另外，空化發(fā)生器采用有機玻璃或其它透明材料設計制造，便于對空化發(fā)生器內(nèi)空化泡的產(chǎn)生量、大小等空化現(xiàn)象進行直觀觀察、調(diào)節(jié)。在以往的水力空化水處理設備中，水高速通過空化發(fā)生器，許多有機污染物在短時間內(nèi)來不及氧化降解，導致水處理效果較差，因此本實用新型在水出水口與進水口之間設計了反饋回路，極大提高了水處理效率。根據(jù)預先設定的水質(zhì)參數(shù)通過可編程序控制器(PLC)自動控制反饋循環(huán)過程，當傳感器檢測到處理后水的水質(zhì)參數(shù)未達到設定要求，PLC可以自動控制設備打開反饋回路，從而對水再次進行循環(huán)處理；當水質(zhì)參數(shù)符合設定要求，PLC則自動控制電磁閥關閉反饋回路，此時經(jīng)過處理的水由出水口排出。本實用新型通過采用空化器的水處理設備對水進行有效處理凈化，同時實現(xiàn)對水質(zhì)參數(shù)的在線檢測顯示以及自動控制，實現(xiàn)了水高效處理凈化和水質(zhì)參數(shù)在線檢測、設備自動控制的有機結合，具有工藝合理、自動化程度高、使用方便、水處理效率高、適用范圍廣等優(yōu)點。本實用新型對污水和飲用水進行有效處理凈化，實現(xiàn)污水達標排放或有效回用以及飲水消毒凈化，以減輕水污染對環(huán)境和人體健康造成的危害，提高水資源利用率。本實用新型是通過空化反應器產(chǎn)生水力空化效應，用于水處理凈化，并采用多個傳感器實現(xiàn)對設備中多項水質(zhì)參數(shù)和運行參數(shù)的在線檢測顯示以及設備運行的自動控制，實現(xiàn)設備的可視化調(diào)節(jié)、運行，進而提高設備的自動化水平和水處理效能。

圖I是本實用新型的水力空化水處理設備原理圖；圖2是本實用新型的復合結構空化器結構示意圖；圖3是本實用新型的多孔板空化器結構示意圖。圖中1.第一 ORP傳感器；2.水泵；3.粗濾器；4.精濾器；5.減壓閥；6.第一壓力傳感器；7.第一空化發(fā)生器；8.第二空化發(fā)生器；9·第二壓力傳感器；10.第二 ORP傳感器；11.第一流量計；12. pH傳感器；13.電導率傳感器；14. DO傳感器；15. COD傳感器；16. TOC傳感器；17.溫度傳感器；18.出水電磁閥；19.循環(huán)處理電磁閥；20.第二流量計；21. PLC ；22. LED觸摸顯示屏；23.孔板；24.文丘里管。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的詳述。本實用新型一種水力空化強化水處理設備，包括預處理單元、增強型空化發(fā)生裝置、水反饋循環(huán)處理回路、多參數(shù)水質(zhì)檢測顯示系統(tǒng)、智能化自動控制系統(tǒng)；原理如圖I所示，所述預處理單元由依次設置粗過濾器和精過濾器的預處理管路組成，設置水泵的進水管路連接粗過濾器；所述增強型空化發(fā)生裝置由至少兩個并聯(lián)排列的空化發(fā)生器組成，空化發(fā)生器兩端分別連接預處理管路和出水管路，出水管路末端設置出水電磁閥，出水電磁閥后端設置出水口 ；所述多參數(shù)水質(zhì)檢測顯示系統(tǒng)由出水管路中依次安裝的壓力傳感器、氧化還原電位(ORP)傳感器、流量計、pH傳感器、電導率傳感器、溶解氧(DO)傳感器、化學需氧量(COD)傳感器、總有機碳(TOC)傳感器、溫度傳感器和LED觸摸顯示屏組成；所述智能化自動控制系統(tǒng)采用可編程序控制器(PLC)，壓力傳感器、氧化還原電位(ORP)傳感器、流量計、pH傳感器、電導率傳感器、溶解氧(DO)傳感器、化學需氧量(COD)傳感器、總有機碳(TOC)傳感器、溫度傳感器和LED觸摸顯示屏分別與可編程序控制器連接；所述水反饋循環(huán)處理回路兩端分別連接出水電磁閥前段和進水管路的水泵前端，水反饋循環(huán)回路設置循環(huán)處理電磁閥；出水電磁閥和循環(huán)處理電磁閥分別連接可編程序控制器。[0029]水力空化強化水處理流程為首先，待處理的水由水泵加壓后經(jīng)預處理單元將固體顆粒、懸浮物等雜質(zhì)濾除；然后，進入并聯(lián)結構排列的空化器發(fā)生強烈的空化反應，產(chǎn)生瞬時高溫、高壓和強烈沖擊波、微射流等，可將污染水體中的有機物氧化降解、微生物殺滅；最后，經(jīng)空化發(fā)生器處理的水經(jīng)過反饋循環(huán)處理回路，通過增加對水體的空化處理次數(shù)，提高空化水處理效果。水力空化強化水處理設備采用多個傳感器實現(xiàn)對設備中水的運行壓力、流量、溫度、ORP、pH、電導率、DO、COD、TOC等多項參數(shù)的在線檢測顯示以及PLC自動控制，從而提高水力空化設備的自動化水平和水處理凈化能力。待處理的水由進水口進入設備，第一 ORP傳感器I檢測設備入口水的ORP值，水經(jīng)由水泵2加壓后先后經(jīng)由粗濾器3和精濾器4去除水中的固體顆粒、懸浮物等雜質(zhì)，然后通過減壓閥5，減壓閥5的作用是調(diào)節(jié)水力空化發(fā)生器的入口壓力，同時第一壓力傳感器6對水力空化發(fā)生器的入口壓力進行在線檢測，通過調(diào)節(jié)減壓閥5使水力空化發(fā)生器的入口壓力達到最佳值。經(jīng)過加壓的水進入并聯(lián)的第一空化發(fā)生器7和第二空化發(fā)生器8，在空化發(fā)生器內(nèi)水在瞬間被加速，從而產(chǎn)生巨大的壓力降，當壓力降至蒸汽壓甚至負壓時，溶解在水體中的氣體會釋放出來，同時流體汽化而產(chǎn)生 大量空化泡，隨后液體周圍壓力迅速恢復噴射擴張，空化泡瞬間破滅，瞬間可釋放出巨大能量，可以將有機物氧化分解、殺滅細菌。第一空化發(fā)生器7和第二空化發(fā)生器8為水力空化水處理設備的核心部件，可采用多孔板結構(見圖3)或文丘里管和孔板復合結構(見圖2)，同時本實用新型第一空化發(fā)生器7和第二空化發(fā)生器8并聯(lián)排列方式，根據(jù)處理需求可以多個空化發(fā)生器并聯(lián)，與以往單個空化發(fā)生器相比提高了空化效率。另外，第一空化發(fā)生器7和第二空化發(fā)生器8采用有機玻璃或其它透明材料設計制造，便于對空化發(fā)生器產(chǎn)生的空化泡數(shù)量、大小等空化現(xiàn)象進行直接觀察、調(diào)節(jié)。經(jīng)空化發(fā)生器處理后的水到達第二壓力傳感器9，檢測空化器出口壓力，通過出水調(diào)節(jié)電磁閥18和循環(huán)處理電磁閥19控制出口壓力在一定范圍內(nèi)(O. OlMPa O. IMPa)，以使水力空化效果達到最佳。第二 ORP傳感器10檢測處理后水的ORP值，水經(jīng)過第一流量傳感器11，檢測每小時水循環(huán)流量，pH傳感器12檢測處理后水的pH值，電導率傳感器13檢測處理后水的電導率，DO傳感器14檢測處理后水的DO值，COD傳感器15檢測處理后水的COD值，TOC傳感器16檢測處理后水的TOC值，溫度傳感器17檢測處理后水的溫度，為了保證最佳水力空化處理效果，水必須保持在一定溫度范圍內(nèi)。循環(huán)處理電磁閥19是水出口到水泵入口的一個反饋回路，當傳感器檢測到處理后水的各項水質(zhì)參數(shù)未達到設定要求時，PLC可以自動控制設備打開循環(huán)處理電磁閥19的反饋回路，從而對水再次進行循環(huán)處理；當水質(zhì)參數(shù)符合設定要求，PLC則自動控制循環(huán)處理電磁閥19關閉，出水電磁閥18打開，經(jīng)過處理的水由出水口排出；當發(fā)生水泵入口進水量不足時，循環(huán)處理電磁閥19也可以打開以保證水泵入口水量的充足。第二流量傳感器20檢測出水口每小時處理水量，通過調(diào)節(jié)出水電磁閥18和循環(huán)處理電磁閥19可以控制循環(huán)水和排放水的比例。通過LED觸摸式顯示屏22實時顯示水質(zhì)各項參數(shù)和設備運行狀態(tài)。整個水力空化水處理設備系統(tǒng)由PLC21控制，該控制系統(tǒng)除完成水處理系統(tǒng)的工藝循環(huán)流程控制外，還設計有多項報警檢測功能，如低壓報警、高壓報警、斷電報警、缺水報警、切換超時報警等程序。故障報警系統(tǒng)的設計，能及時發(fā)出系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不正常時的信號，以便及時停機維修，避免長時間非正常運行造成設備元件的損壞。[0032]實施例I污水處理。污水包括生活污水、工業(yè)廢水、天然污水等，在前期預處理的基礎上，利用圖I所示的水力空化水處理裝置對多種污染水體中的有機污染物進行處理。首先，檢查設備管路連接狀況，接通電源，通過LED觸摸屏設定電導率、ORP、pH、DO、COD、TOC等水質(zhì)參數(shù)；然后，開啟機器，調(diào)節(jié)減壓閥使空化發(fā)生器入口壓力在O. 2MPa O. 45MPa之間，出口壓力在O. OlMPa O. IMPa之間，通過LED顯示屏實時觀測設備運行壓力、流量、溫度，ORP、pH、電導率、DO、COD、TOC等參數(shù)，PLC自動控制調(diào)節(jié)反饋回路，使污水進行循環(huán)處理，保證處理后污水的各項水質(zhì)參數(shù)達到設定要求后自動進行排放或回收利用。該水力空化水處理設備對污水中有機污染物處理效果的主要技術參數(shù)色度去除率> 80%, COD去除率> 80%, TOC去除率> 80%，石油類去除率> 80%。實施例2飲用水消毒凈化。飲用水包括天然淡水、城市自來水、純凈水等,利用圖I所示的水力空化水處理裝置對飲用水中的微生物進行消毒凈化處理。首先，檢查設備管路連接狀況，接通電源，通過LED觸摸屏設定電導率、ORP、pH、DO、COD、TOC等各項參數(shù)；然后，開啟機器，調(diào)節(jié)減壓閥使空化發(fā)生器入口壓力在0. 2MPa 0. 45MPa之間，出口壓力在0. OlMPa
0.IMPa之間，通過LED顯示屏實時觀測設備運行壓力、流量、溫度，0RP、pH、電導率、D0、C0D、TOC等參數(shù)，PLC自動控制調(diào)節(jié)反饋回路，使飲用水進行循環(huán)消毒凈化處理，保證消毒凈化后水的微生物指標符合飲用水衛(wèi)生標準。該水力空化水處理設備對飲用水中微生物處理效果的主要技術參數(shù)菌落總數(shù)去除率> 99. 9%，總大腸菌群去除率> 99. 9%。
權利要求1.一種水力空化強化水處理設備，其特征是，包括預處理單元、增強型空化發(fā)生裝置、水反饋循環(huán)處理回路、多參數(shù)水質(zhì)檢測顯示系統(tǒng)和智能化自動控制系統(tǒng)； 所述預處理單元由依次設置粗過濾器和精過濾器的預處理管路組成，設置水泵的進水管路連接粗過濾器； 所述增強型空化發(fā)生裝置由至少兩個并聯(lián)排列的空化發(fā)生器組成，空化發(fā)生器兩端分別連接預處理管路和出水管路，出水管路末端設置出水電磁閥，出水電磁閥后端設置出水Π ； 所述多參數(shù)水質(zhì)檢測顯示系統(tǒng)由出水管路中依次安裝的壓力傳感器、氧化還原電位傳感器、流量計、PH傳感器、電導率傳感器、溶解氧傳感器、化學需氧量傳感器、總有機碳傳感器、溫度傳感器和LED觸摸顯示屏組成； 所述智能化自動控制系統(tǒng)采用可編程序控制器，壓力傳感器、氧化還原電位傳感器、流 量計、PH傳感器、電導率傳感器、溶解氧傳感器、化學需氧量傳感器、總有機碳傳感器、溫度傳感器和LED觸摸顯示屏分別與可編程序控制器連接； 所述水反饋循環(huán)處理回路兩端分別連接出水電磁閥前段和進水管路的水泵前端，水反饋循環(huán)回路設置循環(huán)處理電磁閥；出水電磁閥和循環(huán)處理電磁閥分別連接可編程序控制器。
2.根據(jù)權利要求I所述的水力空化強化水處理設備，其特征是，所述空化發(fā)生器采用多孔板結構或文丘里管和孔板復合結構。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的水力空化強化水處理設備，其特征是，所述空化發(fā)生器采用有機玻璃。
專利摘要本實用新型公開了一種水力空化強化水處理設備。本實用新型包括預處理單元、增強型空化發(fā)生裝置、水反饋循環(huán)處理回路、多參數(shù)水質(zhì)檢測顯示系統(tǒng)、智能化自動控制系統(tǒng)；所述多參數(shù)水質(zhì)檢測顯示系統(tǒng)由出水管路中依次安裝的壓力傳感器、氧化還原電位傳感器、流量計、pH傳感器、電導率傳感器、溶解氧傳感器、化學需氧量傳感器、總有機碳傳感器、溫度傳感器和LED觸摸顯示屏組成；所述水反饋循環(huán)處理回路兩端分別連接出水電磁閥前段和進水管路的水泵前端，出水電磁閥和循環(huán)處理電磁閥分別連接可編程序控制器。本實用新型用于水處理凈化，并采用多個傳感器實現(xiàn)對設備中多項水質(zhì)參數(shù)和運行參數(shù)的在線檢測顯示以及設備運行的自動控制。
文檔編號C02F1/72GK202729928SQ201220428578
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權日2012年8月28日
發(fā)明者朱孟府, 鄧橙, 王永廣, 宿紅波, 游秀東, 陳平, 苑英海, 朱路 申請人:中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所