本發(fā)明屬于水處理設備研究技術領域，特別涉及一種氣液混合反應器，尤其涉及一種微細氣泡處理有機污染物的Y型氣液混合反應器。

技術背景

隨著科學技術發(fā)展的日新月異,水污染問題越來越嚴重，如何解決水污染問題已經成為社會和國家關注的一個焦點。據2014年的我國水質調查顯示：全國十大水系水質一半污染；國控重點湖泊水質4成污染；31個大型淡水湖泊水質17個污染；9個重要海灣中，遼東灣、渤海灣和膠州灣水質差，長江口、杭州灣、閩江口和珠江口水質極差……對118個大中城市所調查的水體表明，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30％以上，受污染的地下水占三分之一.對全國4778個地下水監(jiān)測點中，約六成水質較差和極差。根據《全國水資源綜合規(guī)劃》，在全國主要江河湖庫劃定的6834個水功能區(qū)中，有33％的水功能區(qū)化學需氧量或氨氮現狀污染物入河量超過其納污能力，且為其納污能力的4－5倍，部分河流(段)甚至高達13倍。據聯合國調查，我國是世界上十三個貧水國之一，目前，全國年用水總量近6200億立方米，正常年份缺水500多億立方米，隨著經濟社會發(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)利用和經濟的可持續(xù)發(fā)展嚴重被影響，因此，解決水環(huán)境污染的危害與防治具有十分重要的現實意義。

臭氧作為一種高級氧化技術，由于它具有極強的氧化性，在水中會分解產生單原子氧和羥基等氧化能力極強的物質，可以氧化多種有機物和無機物，因而在水處理中得到廣泛的應用。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80年代以來,世界各國的科研工作者都試圖將直徑更小的氣泡應用與水體修復,因為氣泡的直徑變小可大大增加了與水的接觸面積,同時氣泡表面能、氣-液界面上氣體分子所占比例、氣泡的壽命都會大幅度的增加,各種反應速度也相應增加,氣體轉移率大大提高。于是各種微氣泡發(fā)生器應運而生，常用是文丘里管或渦輪機產生氣液混合，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，為了解決這個問題，本發(fā)明設計一種新的反應器，能有效降低氣泡的合并，加速氣泡對水體污染物的降解與復修能力。

技術實現要素：

為了克服現有的微氣泡發(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效率，并能夠縮短處理時間的Y型氣液混合反應器。

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

進一步限定，所述第n級的反應支管所在平面與第n+1級的反應支管所在平面在同一個平面上。

進一步限定，所述第n級的反應支管所在平面與第n+1級的反應支管所在平面分布在兩個交叉的平面上且夾角小于90°。

進一步限定，設置在最末端的一級反應支管組的反應支管呈擴散型分布，并且反應支管的中心軸相交于反應主管1的中心軸的任意一點。

進一步優(yōu)選，設置在最末端的一級反應支管組中每個反應支管內腔距離出水端40～50mm的位置設置有穿孔板5，穿孔板5的孔隙率為5～8％。

進一步優(yōu)選，第n級的反應支管的橫截面S與第n+1的級反應支管的橫截面s之間滿足：S＝10.5s。

進一步限定，所述反應支管均是圓形管，且第n級的反應支管的管徑D與第n+1級的反應支管的管徑d之間滿足D:d＝3～3.46。

進一步限定，所述反應支管均是橢圓形管，且第n級的反應支管的截面長軸A、截面短軸B與第n+1級的反應支管的截面長軸a、截面短軸b之間滿足：A＝3a；B＝4b。

進一步限定，所述反應支管均是方管，第n級的反應支管的邊長與第n+1級的反應支管的邊長之間滿足:

本發(fā)明提供的Y型氣液混合反應器，通過在反應主管的出口端設置多級反應支管，形成多個分支，在管內改變氣液流向，能加速氣液的混合，有效阻止氣泡合并，加速氣泡對水體污染物的降解與復修能力，此外將各級反應支管的結構以及排布進行合理布局，將管結構與角度綜合考慮，大大提升氣液混合效率、提高反應器處理效果，大大縮短處理時間。

附圖說明

圖1為n＝2且反應支管為2個時的Y型氣液混合反應器的結構示意圖。

圖2為圖1的正面視圖。

圖3為圖1中的反應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且反應支管均為4個時的Y型氣液混合反應器的結構示意圖。

圖6為圖5的A-A剖視示意圖。

圖7為n＝2且反應支管不對稱分布時的Y型氣液混合反應器的結構示意圖。

圖8為圖7的俯視圖。

圖9為n＝2且二級反應支管與一級反應支管分布在兩個交叉的平面時的Y型氣液混合反應器的結構示意圖。

圖10為圖9的俯視圖。

圖11為橢圓形反應支管的截面圖。

圖12為方形反應支管的截面圖。

圖13為n＝3時的Y型氣液混合反應器結構示意圖。

具體實施方式

現結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。

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

圖1、2中，在反應主管1的出口端面上并列連接有2個反應支管，即一級反應支管組2包括第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2，第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2分別通過轉接頭與反應主管1連通。第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2均為圓形管，參見圖3，其直徑均為13.3mm、管長為60mm，與反應主管1的橫截面之比為1：9，一級反應支管的截面積s小于1/9反應主管1的橫截面，以補償氣液流動過程中壓力損耗所帶來的影響。第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2的中心軸均與反應主管1的中心軸之間形成5°的夾角，而且第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2可以是關于反應主管1的中心軸對稱分布，也可以不對稱分布，即第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2的中心軸與反應主管1的中心軸之間的夾角可以不同，在5～10°的范圍內調整，因為角度過大，水壓損失太大，到下一級反應支管內水壓不足，會影響氣液混合和空化效果。在第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2的出口端分別連接有二級反應支管組3，二級反應支管組3包括第一二級反應支管3-1、第二二級反應支管3-2、第三二級反應支管3-3和第四二級反應支管3-4，即在第一一級反應支管2-1的出口端通過轉接頭連接有第一二級反應支管3-1和第二二級反應支管3-2，在第二一級反應支管2-2的出口端也通過轉接頭連接有第三二級反應支管3-3和第四二級反應支管3-4。第一二級反應支管3-1和第二二級反應支管3-2所在平面與第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2所在的平面為同一平面，第一二級反應支管3-1和第二二級反應支管3-2均為圓形管，其管長為60mm，管內直徑均為4.16mm，與一級反應支管的直徑之比滿足D:d＝3～3.46的條件，橫截面s_c與一級反應支管的橫截面S_c之比為S_c＝10.22s_c，也可以在9～12倍的范圍內浮動，為了補償管道內壓力損耗，保證氣液混合效果并有效防止微氣泡在輸出過程中合并，二級反應支管組3的橫截面隨著流體壓力損耗增大而逐級減小。進一步為了提高二級反應支管組3的空化效果，產生大量微氣泡，在管內距離出口端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％，孔隙率是根據最后一級反應支管的水壓和橫截面大小而綜合考慮的，可以在5％～8％范圍內調整。第三二級反應支管3-3和第四二級反應支管3-4所在平面與第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2所在平面在同一平面，即二級反應支管在反應主管1的中心軸兩側非對稱分布。第三二級反應支管3-3和第四二級反應支管3-4均為圓形管，其直徑均為4.16mm，管長為60mm，橫截面s_D與一級反應支管的橫截面S_D之間滿足：S_D＝10.22s_D，在管內距離出口端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％，使在二級反應管的出口端產生大量微氣泡，而且二級反應管的出口端分散分布，其中心軸相交于反應主管1的中心軸上，保證出水方向分散。

圖5、6中，在反應主管1的出口端面上并列連接有4個一級反應支管組2，即分別為第一一級反應支管2-1、第二一級反應支管2-2、第三一級反應支管2-3以及第四一級反應支管2-4，第一一級反應支管2-1、第二一級反應支管2-2、第三一級反應支管2-3以及第四一級反應支管2-4在反應主管1的出口端面上均勻且呈擴散型分布，且第一一級反應支管2-1、第二一級反應支管2-2、第三一級反應支管2-3以及第四一級反應支管2-4的中心軸與反應主管1的中心軸之間的夾角為10°。在第一一級反應支管2-1、第二一級反應支管2-2、第三一級反應支管2-3以及第四一級反應支管2-4的出口端面上均分別連接有4個二級反應支管組3，每個二級反應支管組3包括4個二級反應支管，每個二級反應支管中心軸與對應的一級反應支管中心軸之間的夾角為8°，4個二級反應支管呈向外擴散型分布，保證二級反應支管組3的出水方向各不相同，向外輻射型。

此外，上述實施例中的一級反應支管所在平面與二級反應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平面，當分布在交叉的兩個平面時，兩平面之間的夾角不超過90°。

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

進一步以圖9、10所示為例說明，第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2所在平面、第三二級反應支管3-3和第四二級反應支管3-4所在平面均與第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2所在的平面交叉，且所在兩平面的夾角為45°，即二級反應支管在反應主管1的中心軸兩側對稱分布。

上述實施例中的一級反應支管組2和二級反應支管組3的管結構還可以是橢圓形管或方形管，如圖11和12所示，優(yōu)選，當一級反應支管和二級反應支管均為橢圓形管結構時，每個二級反應支管的截面長軸a、截面短軸b與每個一級反應支管的截面長軸A、截面短軸B之間滿足：A＝3a，B＝4b。當一級反應支管和二級反應支管均為方管結構時，每個二級反應支管的邊長y_n+1與每個一級反應支管的邊長y_n之間滿足：

如圖13所示，上述實施例的二級反應支管的出口端還可通過轉接頭增設三級反應支管4，即在第一一級反應支管2-1和第二一級反應支管2-2的出口端分別連接2個相同的三級反應支管4-1，4-2，在第三二級反應支管3-3和第四二級反應支管3-4的出口端也分別連接2個相同的三級反應支4-3，4-4。三級反應支管4所在平面與二級反應支管3所在平面交叉，三級反應支管4所在平面與一級反應支管2所在平面是在同一平面。二級反應管3的橫截面是三級反應管4的橫截面的2.5倍，還可以在2.2～2.6倍的范圍內浮動，二級反應管3的管長是三級反應管4的管長的1.5倍，可以在1～1.5倍的范圍內浮動。同上，在每個三級反應支管4內距離出口端50mm的位置處安裝有穿孔板5。

上述實施例的Y型氣液混合反應器的結構也可以是在反應主管1的出口端僅連接一級支管組2，一級支管組2包括2～3個一級支管，而且一級支管在反應主管1的截面上均勻分布，但是該種結構適用于處理水量相對較少的情況。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，對于各級反應支管的管長以及管徑大小則在遵循上述提供的合理范圍內可以適當調整，對于反應支管的級數則依據安裝環(huán)境以及對于處理水量大小確定，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。