CN109304108A - 微纳米气泡发生装置、方法及在染料废水处理上的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微纳米气泡的发生装置、方法及在染料废水处理上的应用，本发明所述的微纳米气泡发生装置包括压力溶气罐、气液混合泵、射流器和水箱。本发明装置通过调节气液混合泵和射流器的吸气量，即可产生大量上升速度慢、直径多介于100nm～300nm之间的微纳米气泡。针对染料废水色度深、COD高、难降解的问题，微纳米气泡的高效增氧和产羟基自由基的特性能够无选择性降解水中的有机物，且降解过程中产生的泡沫可以通过微调节温度、盐浓度、消泡剂浓度等缓解。本发明提供的微纳米气泡的发生装置和方法在染料废水处理上具有极高的应用价值。

Description

微纳米气泡发生装置、方法及在染料废水处理上的应用
技术领域
本发明属于染料废水处理技术领域，尤其涉及一种微纳米气泡的发生装置、方法及在染料废水处理上的应用。
背景技术
染料废水主要是在染料生产过程中产生的废水，由于国内的染料种类繁多，生产工艺复杂，导致染料废水中往往含有许多有机物和盐分。大部分染料都有大分子量的芳香环结构，这使得染料废水中的有机物具有性能稳定、COD高、难降解的问题。
目前，染料废水的处理技术主要包括吸附法、混凝法、高级氧化法、生物氧化法等。然而，吸附法和絮凝沉淀法产泥量较大，吸附剂或混凝剂的成本较高，而且污染物只是固载到吸附剂或混凝剂中，无法被矿化降解。以Fenton氧化、光催化、电化学氧化为主的高级氧化法对污染物的降解没有选择性，对高浓度的染料废水有较好的处理效果。但Fenton氧化产生的铁泥可能产生二次污染，而且Fenton反应对pH要求较高，矿化效果有限；以TiO2为代表的光催化氧化对可见光的利用能力有限；电化学氧化由于成本较高，在工业上难以广泛应用。生物氧化法由于反应周期长、占地面积大，而且，针对染料这种特殊化学结构和毒性的物质，难以控制污泥中微生物的正常代谢过程，因此也具有一定的局限性。
因此，亟待开发一种安全可靠、不产生二次污染、反应周期短、减少占地面积、便于操控且成本较低的一种绿色处理染料废水的方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过射流产生的微纳米气泡能产生大量的具有强氧化性的中间态的活性物种(如羟基自由基)，同时可大大提高气液传质速率，在设定的酸碱性环境和温度下，能有效降解废水中染料；同时通过设定条件和物质添加，解决了废水处理中水体表面大量泡沫产生的问题；废水处理方法成本低、操作简单、无二次污染生成，避免了对后续工业生产推广的影响，从而完成了本发明。
本发明的目的在于提供以下技术方案：
(1)一种微纳米气泡的发生装置，所述装置包括依次管路连接的气液混合泵1、压力溶气罐2、射流器3和水箱4，
其中，所述压力溶气罐2的下端为进水口，与气液混合泵1的出水口直接相连，压力溶气罐2的上端出水口连接射流器3；所述射流器3产生微纳米气泡并将含有微纳米气泡的流体通入水箱4中；所述水箱4与气液混合泵1的进水口直接相连，使装置形成一个循环***。
(2)根据上述(1)所述的装置，其中，所述压力溶气罐2顶部安装有排气阀21；和/或
所述压力溶气罐2的出水管路分为两支：一支管路即支路1上连有射流器3，优选支路1上还连接有阀门，另一支管路即支路2上连有阀门、压力表5和液体流量计6。
(3)根据权利要求(2)所述的装置，其中，采用所述装置产生微纳米气泡时调节气液混合泵1和射流器3中进气量；
优选地，设定射流器3的吸气量与支路2流量的比值介于1：200～1：350之间，优选在1：250～1：300之间；和/或
设定气液混合泵1的吸气量和支路2流量的比值介于1：8～1：12之间，优选在1：9～1：10之间。
(4)一种废水处理装置，所述废水处理装置与权利要求1至3之一所述微纳米气泡的发生装置具有相同的结构；
所述废水为有机废水，优选为染料废水，更优选为阳离子染料废水，如亚甲基蓝染料废水。
(5)一种废水处理方法，通过上述(4)中所述废水处理装置进行处理；
优选地，所述方法包括以下步骤：
步骤1)，连接废水处理装置中各功能构件，形成可进行流体循环的废水处理装置；
步骤2)，向水箱中通入废水，启动废水处理装置，进行废水处理。
(6)根据上述(5)所述的方法，其中，步骤2中还包括调节气液混合泵1和射流器3中进气量；
优选地，设定射流器3的吸气量与支路2流量的比值介于1：200～1：350之间，优选在1：250～1：300之间；和/或
设定气液混合泵1的吸气量和支路2流量的比值介于1：8～1：12之间，优选在1：9～1：10之间。
(7)根据上述(5)所述的方法，其中，处理过程中向废水中加入消泡剂，所述消泡剂选自磷酸三丁酯、有机硅消泡剂、聚醚消泡剂或聚醚复配有机硅消泡剂，优选为聚醚复配有机硅消泡剂。
(8)根据上述(5)所述的方法，其中，废水处理时，控制废水的pH值为2～5，优选为3～4。
(9)根据上述(5)所述的方法，其中，废水处理时，控制废水的处理温度为20～40℃，优选为20～30℃。
(10)根据上述(5)所述的方法，其中，废水处理时，处理温度介于20℃～40℃时，对应消泡剂的体积浓度介于0.00045％～0.005％，优选为0.00075％～0.003％。
根据本发明提供的一种微纳米气泡的发生装置、方法及在染料废水处理上的应用，具有以下有益效果：
(1)微纳米气泡的发生装置噪声小，操作简单：本发明发生装置采用的气液混合泵能够自行吸气进行气液混合，避免了空压机噪声很大，同时可能造成油污染等问题，在操作上只要调节好气液比即可连续运转，使用方便；
(2)染料废水处理过程中泡沫少，降解效果好：本发明通过加入合适消泡剂、盐、或调节pH值、反应温度、消泡剂浓度等措施减少上浮泡沫量；
同时，射流器的扩压管段产生的破泡效应能够大幅缓解泡沫的产生，多余的泡沫也可以通过压力溶气罐的排气阀排出罐体，因此，微纳米气泡在降解废水的过程中较为稳定，不会影响自由基的产生效率；
(3)气泡直径小，空化效应好：通过调整压力溶气罐和/或射流器的吸气量，可获得直径更小的气泡；
(4)射流器的扩散段存在空化效应，瞬时产生的高温高压能够使气泡溃灭，不仅有效降低了微纳米气泡的粒径，同时产生大量羟基自由基，从而对水中的有机物进行矿化，因此，在水箱和射流器中均能进行染料废水的降解，能够解决染料废水色度深、COD高、难降解的问题，具有较好的应用价值。
附图说明
图1示出微纳米气泡发生装置的结构示意图；
图2示出射流器的结构示意图；
图3示出实施例1中微纳米气泡的大小和粒径分布；
图4示出实施例2、和对比例1～2中亚甲基蓝在pH＝3、7和9条件下的降解效率；
图5示出实施例3～5中亚甲基蓝在不同温度下的降解效率；
图6示出实施例5中亚甲基蓝在40℃下的TOC去除率；
图7示出实施例6～7中亚甲基蓝分别在2g/L硫酸钠和无硫酸钠条件下的降解效率；
图8示出实施例6中亚甲基蓝在2g/L硫酸钠条件下的COD去除率。
附图标号说明：
1-气液混合泵；
11-负压表；
12-气体流量计I；
2-压力溶气罐；
21-排气阀；
3-射流器；
31-喷嘴；
32-吸气室；
33-喉管；
34-扩压管；
4-水箱；
5-压力表；
6-液体流量计；
7-气体流量计II。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在本发明中，需要说明的是，术语“连接”、“安装”等可以做广义理解，例如，可以是活接、直接等机械连接，也可以是通过其他媒介相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据实际情况理解这些术语在本发明中的含义。
本发明中的管件耗材可以做广义理解，如阀门可采用球形阀、截门阀、闸门阀；流量计可以用转子流量计、电子流量计、齿轮流量计等，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据实际情况理解这些术语在本发明中的含义。
本发明人经过研究发现，现有技术中的常用废水处理方式在染料废水的处理方面均存在缺陷，而微纳米气泡产生技术可能在此方面产生有益的技术效果。其中，微纳米气泡是一种直径介于200nm～50μm的微小气泡，具有比表面积大、水中停留时间长、高界面Zeta电位、产生自由基等优势，被广泛应用于水产养殖、美容等行业。
微纳米气泡普遍通过加压溶气法产生：通过向溶气罐中压入空气，使水中气体呈过饱和状态，然后忽然释压析出微纳米气泡。目前普遍采用的加压溶气法向溶气罐压入空气的过程中需要利用空压机，不仅会产生噪声和油污染，而且操作也比较复杂；同时，产生的气泡主要应用于气浮工艺，气泡直径相对较大(20～100μm)，不利于气泡稳定存在和气液传质，在染料废水处理中的作用有限。因此，开发创新性微纳米气泡产生装置及方法，提高微纳米气泡的数量，改善微纳米气泡的性能对于微纳米气泡降解染料废水颇为重要。
本发明的一方面在于，提供一种微纳米气泡的发生装置，如图1所示，所述装置包括依次管路连接的气液混合泵1、压力溶气罐2、射流器3和水箱4，
其中，所述压力溶气罐2的下端为进水口，与气液混合泵1的出水口直接相连，压力溶气罐2的上端出水口连接射流器3；所述射流器3产生微纳米气泡并将含有微纳米气泡的流体通入水箱4中；所述水箱4与气液混合泵1的进水口直接相连，使装置形成一个循环***。
在一种优选的实施方式中，所述气液混合泵1为自吸式气液混合泵，以便直接吸入大量空气与液体混合，同时避免了空压机向压力溶气罐2供气产生的噪声大、耗电能和油污染等缺点。
在进一步优选的实施方式中，在气液混合泵1的入水口处还安装有负压表11，以监测气液混合泵1入口处的吸气状况及气液混合泵1的工作状态。
在更进一步优选的实施方式中，水箱4中的水直接灌入气液混合泵1，气液混合泵1将水提升至管路中，同时气液混合泵1的吸气口处安装气体流量计I 12，便于根据需要调节进气口的流量以控制微纳米气泡的数量。
在更进一步优选的实施方式中，气液混合泵1的进水口与水箱4相连管路中接有阀门，其与负压表11配合，用于控制压力溶气罐2内的负压状态。
在一种优选的实施方式中，为了使气液混合后多余的气体排出，压力溶气罐2顶部安装有排气阀21。
在进一步优选的实施方式中，当液体中有发泡物质时，可以在排气阀21出口处连接一根软管，将产生的过多的泡沫排回至水箱4中。
在一种优选的实施方式中，所述压力溶气罐2的出水管路分为两支：一支管路即支路1上连有射流器3，优选还连接有阀门，另一支管路即支路2上连有阀门、压力表5和液体流量计6。支路1和/或支路2上的阀门，用来调节支路1和支路2的压力和流量。
在本发明中，如图2所示，射流器3为具有以下功能结构的装置：所述射流器3包括喷嘴31、吸气室32、喉管33、扩压管34四个部分，液体由喷嘴31射入，在吸气室32形成负压，气体被吸入与液体一起进入喉管33；在喉管33内高速运动的液滴与气体相互碰撞，气体被加速、分散；进入扩压管34段后，流速减慢，压力增大，气体被压缩成微纳米气泡，气液两相以含微纳米气泡的流体形式喷出。
在一种优选的实施方式中，射流器3的吸气室32处安装气体流量计II 7，便于根据需要调节进气的流量。
现有技术中采用射流器产生的微纳米气泡直径相对较大，相较于直径小的气泡，溶氧、直径大的气泡产生自由基等能力较小，其在染料废水处理中的应用受限。为了解决该问题，本发明人经过深入研究发现，通过调控气液混合泵1和射流器3中的吸气量，获得了气泡多为小直径的微纳米气泡。
本发明中，支路1处的射流器3起到释放气液混合物和增压破泡的双重效应。射流器3的吸气量过大，由于吸入的气体没有溶解到水中，无法形成更多的微纳米气泡，反而会冲击扩压管34段产生的气泡，造成微纳米气泡产量大大下降，且影响气液混合泵1加压溶气的效果。因此，可以适当调低射流器3的吸气量，提高微纳米气泡产率。
而气液混合泵1的吸气量如果过小，微纳米气泡的产量较低；气液混合泵1的吸气量如果过大，虽然理论上可以提高微纳米气泡的产量，但是空气在水中的溶解能力反而会下降。因而，需要合理的调大气液混合泵1的吸气量，平衡气泡粒径和气泡数量之间的关系。
因此，本发明中，设定射流器吸气量与支路2流量的比值介于1：200～1：350之间，优选在1：250～1：300之间；
设定气液混合泵1的吸气量和支路2流量的比值介于1：8～1：12之间，优选在1：9～1：10之间，此时，产生的微纳米气泡粒径效果最好。
本发明所述的微纳米气泡发生装置，能够产生直径多在100～300nm之间的纳米气泡，较普通气浮装置产生的气泡直径更小，这些气泡能够稳定存在较长时间，大大提高了气液传质速率。
本发明的再一方面在于，提供一种微纳米气泡的产生方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，依次管路连接气液混合泵、压力溶气罐、射流器和水箱，构成可进行流体循环的微纳米气泡发生装置；
具体地，将压力溶气罐的入水口直接与气液混合泵相连，压力溶气罐的出水口与射流器相连接，射流器将流体射入水箱中，水箱连接气液混合泵进水口，构成一个流体循环体系。
步骤2，向水箱中加入液体，启动微纳米气泡发生装置中各功能构件，调节气液混合泵和射流器中进气量，产生满足要求的微纳米气泡。
具体地，气液混合泵吸入空气，使由水箱通入的液体与吸入的空气充分混合后进入压力溶气罐，形成高压气液混合物，随后进入射流器内，射流器的吸气室可以形成负压，从而使气泡释放出来，吸气室后的扩压管段存在增压效应能够将释放出来的气泡破碎成更细小的气泡即微纳米气泡，通过出水管喷出。
本发明的再一方面在于，提供一种废水处理装置，所述废水为有机废水，优选为染料废水。
优选地，所述废水处理装置与上述微纳米气泡的发生装置具有相同的结构，其中，废水处理装置中的液体为废水。
本发明的再一方面在于，提供一种废水处理方法，优选通过上述废水处理装置进行处理，即将微纳米气泡应用于染料废水处理方面。具体地，连接废水处理装置中各功能构件，形成可进行流体循环的废水处理装置；向水箱中通入废水，启动废水处理装置，进行废水处理。废水处理装置在废水中产生微纳米气泡，微纳米气泡溃灭瞬间，气液界面消失，界面上蓄积的化学能突然释放出来，激发产生自由基，这些自由基中主要是羟基自由基，反应过程中水体的溶解氧为过饱和状态，可以与羟基自由基结合产生更多种类的自由基，能够无选择性地降解污染物，且不会产生二次污染。
在一种优选的实施方式中，所述废水为染料废水，优选为阳离子染料废水，如亚甲基蓝染料废水。
在微纳米气泡应用过程中，废水的降解过程会产生一系列中间产物，这些中间产物随着微纳米气泡上浮后聚集，黏度较大，使得水面表面张力下降，形成稳定的泡沫层，这些泡沫会对微纳米气泡的数量和稳定性产生很大的影响，因此必须采取措施来消除水面的泡沫或降低表面张力，避免气泡聚并形成泡沫，提高自由基的产量。
降低废水水面上泡沫的方式之一是向***中加入消泡剂。本发明中，采用消泡剂磷酸三丁酯、有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、聚醚复配有机硅消泡剂消除废水处理过程中产生的泡沫，优选采用聚醚复配有机硅消泡剂。
有机硅消泡剂抑泡能力强，但水溶性差，容易积聚在水面上，造成二次污染；聚醚类消泡剂水溶性较好，但抑泡时间有限，投加量相对较大。而磷酸三丁酯消泡剂毒性较强，不便于操作。因而，本发明优选采用聚醚复合有机硅的消泡剂，结合机硅消泡剂和聚醚类消泡剂的优点，一方面减少了消泡剂投加量，另一方面消泡剂可以慢慢溶解在水体中，不会造成二次污染或甚至使体系COD大幅提高。
进一步的，本发明还通过改变不同的消泡剂浓度、pH值、反应温度等，减少上浮泡沫量，改善处理效果。
本发明人经过研究发现，染料废水的pH值与发泡程度呈正相关。在酸性条件下，染料分子被大量H+围绕，微纳米气泡在降解过程中产生带电子·OH，这些自由基容易吸引正电荷，从而使体系pH缓慢上升，同时矿化染料分子。在碱性条件下，染料分子周围被大量OH-包围，自由基与负电荷的OH-相互排斥，导致大量气泡溶出，产生泡沫，且无法矿化染料分子。本发明中，最适反应pH值介于2～5，优选为3～4。
本发明人还发现，随着反应温度的上升，体系脱色率也会提高，其中20～40℃脱色率提升最多。升温加快了微纳米气泡上升速率和溃灭速度，产生了更多的自由基，更有利于染料分子的降解，而温度升高到40℃以上，体系的溶解氧较低，可能会弱化体系的氧化降解效果，因此脱色率较30℃提升程度较小。因此，本发明中，反应温度为20～40℃，优选为20～30℃。
此外，本发明人进一步发现，温度越高，水中的溶解氧下降，导致气泡容易溶出，因此需要更多的消泡剂改善处理效果，所需用消泡剂浓度与反应温度呈正相关。反应温度介于20℃～40℃时，对应消泡剂的体积浓度介于0.00045％～0.005％，优选为0.00075％～0.003％。
本发明人还发现，向染料废水中加入适量的盐，反应发泡现象受到抑制，进而提高废水处理效果。所述盐选用可溶硫酸盐、可溶氯盐或可溶硝酸盐，优选为可溶硫酸盐如硫酸钠。
进一步地，所述盐的浓度介于0.5-5g/L，优选为1-3g/L。上述范围内浓度的盐，可以降低气泡之间的压力差，从而使气泡更稳定而不容易聚并，分散泡的数量也相应提高，因此可以提高自由基产量，促进染料分子的矿化，提高处理效果。
同时，如上所述，本发明中采用射流器产生微纳米气泡，射流器可将减压释放后的气泡破碎，降低气泡粒径，能够大幅缓解泡沫的产生；而且多余的泡沫也可以通过压力溶气罐的排气阀排出罐体。因此微纳米气泡在降解废水的过程中较为稳定，不会影响产自由基的效率。
值得注意的是，射流器在气液混合物通过吸气室时，液体局部压强低于临界压强，使液体中气泡迅速膨胀，水流挟带着空化泡流经下游扩压管段，压强升高使得空化泡溃灭，产生空化效应，这种效应产生的高温高压能够对废水产生一定的降解效果。也就是说，本发明中，染料废水不仅可在水箱中进行降解，在射流器中同时可进行降解，提高了废水的处理效果。
实施例
实施例1微纳米气泡的制备
1、依次管路连接气液混合泵、压力溶气罐、射流器和水箱，构成可进行流体循环的纳微气泡发生装置，向水箱中注入纯水；其中，压力溶气罐的出水管路分为两支：一支管路即支路1上连有射流器，另一支管路即支路2上连有阀门、压力表和液体流量计；
2、启动微纳米气泡发生装置中各功能构件，调节气液混合泵和射流器中进气量，产生含微纳米气泡的流体。
其中，射流器吸气量与支路2流量的比值为1：250，设定气液混合泵的吸气量和支路2流量的比值为1：9。
由水箱中取出一定体积的水样灌满玻璃瓶，经过3～4h长距离运输后，采用nanosight NS500纳米颗粒跟踪分析仪分析气泡大小和粒径分布，结果如图3所示。
由图3可知，水样中均匀分散着大量100～300nm之间的纳米气泡，这表明采用本发明中设定的气液混合泵和射流器中进气量，通过射流器的空化效应，确实能够起到降低气泡直径的效果。
实施例2废水处理(pH＝3)
1、依次管路连接气液混合泵、压力溶气罐、射流器和水箱，构成可进行流体循环的废水处理装置，向水箱中注入6mg/L亚甲基蓝水溶液，调节水溶液pH为3；其中，压力溶气罐的出水管路分为两支：一支管路即支路1上连有射流器，另一支管路即支路2上连有阀门、压力表和液体流量计；
2、启动废水处理装置中各功能构件，调节气液混合泵和射流器中进气量，室温下进行废水处理。其中，射流器吸气量与支路2流量的比值为1：250，设定气液混合泵的吸气量和支路2流量的比值为1：9。
实施例3废水处理(温度+消泡剂)
亚甲基蓝废水处理步骤同实施例2，区别仅在于进一步限定亚甲基蓝水溶液处理温度为20℃，同时消泡剂浓度为0.00075％。
其中，所采用的消泡剂为聚醚复配有机硅消泡剂(广东佛山市许氏化工科技有限公司DT-882D)。
实施例4废水处理(温度+消泡剂)
亚甲基蓝废水处理步骤同实施例3，区别仅在于限定亚甲基蓝水溶液处理温度为30℃，同时消泡剂浓度为0.00175％。
实施例5废水处理(温度+消泡剂)
亚甲基蓝废水处理步骤同实施例3，区别仅在于限定亚甲基蓝水溶液处理温度为40℃，同时消泡剂浓度为0.003％。
实施例6废水处理(盐处理)
亚甲基蓝废水处理步骤同实施例2，区别仅在于进一步限定亚甲基蓝水溶液处理温度为40℃，同时加入硫酸钠，维持体系中硫酸钠浓度为2g/L。
实施例7废水处理(无盐处理)
亚甲基蓝废水处理步骤同实施例2，区别仅在于进一步限定亚甲基蓝水溶液处理温度为40℃，不加入硫酸钠。
对比例
对比例1废水处理(pH＝7)
亚甲基蓝废水处理步骤同实施例2，区别仅在于亚甲基蓝水溶液的pH为7。
对比例2废水处理(pH＝9)
亚甲基蓝废水处理步骤同实施例2，区别仅在于亚甲基蓝水溶液的pH为9。
实验例
实验例1
将实施例2和对比例1～2中亚甲基蓝水溶液的处理效果进行比较，分别测定1h内亚甲基蓝在pH＝3、7和9条件下的降解效率，检测结果如图4所示。
从图4可以看出，pH＝3、室温条件下，1h内亚甲基蓝有明显的脱色效果，最高去除率为25.68％。pH＝7、pH＝9条件下亚甲基蓝几乎没有降解。原因可能在于，在酸性条件下，亚甲基蓝分子被大量H+围绕，微纳米气泡在降解过程中产生带电子·OH，这些自由基容易吸引正电荷，从而使体系pH缓慢上升，同时矿化亚甲基蓝。在碱性条件下，亚甲基蓝周围被大量OH-包围，自由基与负电荷的OH-相互排斥，导致大量气泡溶出，产生泡沫，因此无法矿化亚甲基蓝。
实验例2
将实施例3～5中亚甲基蓝水溶液的处理效果进行比较，分别测定不同温度下20min间隔的亚甲基蓝脱色率，同时对消泡剂投加量最多的40℃体系进行了TOC(总有机碳含量)测定，结果分别如图5和图6所示。
从图5可以看出，随着反应温度的上升，体系脱色率也会提高，其中40℃脱色率最高，20～30℃脱色率提升最多。
从图6可以看出，40℃条件下体系TOC去除率可以达到60％以上，因此可以认为消泡剂不会额外提高整个体系的总有机物含量。
实验例3
将实施例6～7中亚甲基蓝水溶液的处理效果进行比较，分别测定亚甲基蓝脱色率；同时对实施例6进行COD(化学需氧量)测试，对加入硫酸盐后体系中有机物降解情况进行进一步确定，结果如图7和图8所示。
从图7可以看出，加入硫酸盐能够促进亚甲基蓝的脱色，这主要是因为盐的加入可以降低气泡之间的压力差，从而使气泡更稳定而不容易聚并，分散泡的数量也相应提高，因此可以提高自由基产量，促进亚甲基蓝的矿化。
而图8中COD去除率能够达到80％，也证明高浓度的盐溶液能够有效促进微纳米气泡对有机物的降解，提高处理效果。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微纳米气泡的发生装置，其特征在于，所述装置包括依次管路连接的气液混合泵(1)、压力溶气罐(2)、射流器(3)和水箱(4)，
其中，所述压力溶气罐(2)的下端为进水口，与气液混合泵(1)的出水口直接相连，压力溶气罐(2)的上端出水口连接射流器(3)；所述射流器(3)产生微纳米气泡并将含有微纳米气泡的流体通入水箱(4)中；所述水箱(4)与气液混合泵(1)的进水口直接相连，使装置形成一个循环***。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力溶气罐(2)顶部安装有排气阀(21)；和/或
所述压力溶气罐(2)的出水管路分为两支：一支管路即支路1上连有射流器(3)，优选支路1上还连接有阀门，另一支管路即支路2上连有阀门、压力表(5)和液体流量计(6)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，采用所述装置产生微纳米气泡时调节气液混合泵(1)和射流器(3)中进气量；
优选地，设定射流器(3)的吸气量与支路2流量的比值介于1：200～1：350之间，优选在1：250～1：300之间；和/或
设定气液混合泵(1)的吸气量和支路2流量的比值介于1：8～1：12之间，优选在1：9～1：10之间。
4.一种废水处理装置，其特征在于，
所述废水处理装置与权利要求1至3之一所述微纳米气泡的发生装置具有相同的结构；
所述废水为有机废水，优选为染料废水，更优选为阳离子染料废水，如亚甲基蓝染料废水。
5.一种废水处理方法，其特征在于，通过权利要求4中所述废水处理装置进行处理；
优选地，所述方法包括以下步骤：
步骤1)，连接废水处理装置中各功能构件，形成可进行流体循环的废水处理装置；
步骤2)，向水箱中通入废水，启动废水处理装置，进行废水处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2中还包括调节气液混合泵(1)和射流器(3)中进气量；
优选地，设定射流器(3)的吸气量与支路2流量的比值介于1：200～1：350之间，优选在1：250～1：300之间；和/或
设定气液混合泵(1)的吸气量和支路2流量的比值介于1：8～1：12之间，优选在1：9～1：10之间。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，处理过程中向废水中加入消泡剂，所述消泡剂选自磷酸三丁酯、有机硅消泡剂、聚醚消泡剂或聚醚复配有机硅消泡剂，优选为聚醚复配有机硅消泡剂。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，废水处理时，控制废水的pH值为2～5，优选为3～4。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，废水处理时，控制废水的处理温度为20～40℃，优选为20～30℃。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，废水处理时，处理温度介于20℃～40℃时，对应消泡剂的体积浓度介于0.00045％～0.005％，优选为0.00075％～0.003％。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111792740A (zh) * 2020-08-12 2020-10-20 福州水研环境科技有限公司 高浓度有机废水处理装置及处理方法
CN111977747A (zh) * 2019-05-22 2020-11-24 南京悠泉环保科技有限公司 一种水处理***和方法
CN112337450A (zh) * 2019-08-08 2021-02-09 北京化工大学 一种微纳米气泡再生粉末活性炭的方法
CN112340840A (zh) * 2019-08-08 2021-02-09 北京化工大学 一种膜氧化反应器及废水处理方法
CN112556203A (zh) * 2020-12-14 2021-03-26 上海林内有限公司 微气泡热水器及其运行方法
CN112569815A (zh) * 2019-09-30 2021-03-30 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 微纳米气泡水发生装置及其控制方法、存储介质
CN113087254A (zh) * 2019-12-23 2021-07-09 南京延长反应技术研究院有限公司 一种丙烯酸及其酯废水的处理***及方法
CN113371787A (zh) * 2021-06-24 2021-09-10 浙江工业大学 一种气体驱动的空化***及方法
CN113526768A (zh) * 2021-08-09 2021-10-22 天俱时工程科技集团有限公司 微纳米气泡高温类芬顿水处理工艺及其设备
CN114984787A (zh) * 2019-09-25 2022-09-02 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 用于热微纳米气泡液体生成***的控制方法和处理器
CN115231681A (zh) * 2022-06-20 2022-10-25 大连海事大学 一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203498170U (zh) * 2013-09-30 2014-03-26 北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司 一种微纳米气泡发生器
CN203807204U (zh) * 2014-04-25 2014-09-03 魏业鑫 微气泡过滤水质净化处理装置
WO2015068989A1 (ko) * 2013-11-05 2015-05-14 대웅이엔에스(주) 초미세기포 발생장치 및 이를 갖는 수처리설비
CN105439322A (zh) * 2015-12-04 2016-03-30 中北大学 基于水力空化的废水处理方法和装置
CN108786412A (zh) * 2017-04-27 2018-11-13 北京化工大学 一种络合体系与射流联用氧化去除磷化氢的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203498170U (zh) * 2013-09-30 2014-03-26 北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司 一种微纳米气泡发生器
WO2015068989A1 (ko) * 2013-11-05 2015-05-14 대웅이엔에스(주) 초미세기포 발생장치 및 이를 갖는 수처리설비
CN203807204U (zh) * 2014-04-25 2014-09-03 魏业鑫 微气泡过滤水质净化处理装置
CN105439322A (zh) * 2015-12-04 2016-03-30 中北大学 基于水力空化的废水处理方法和装置
CN108786412A (zh) * 2017-04-27 2018-11-13 北京化工大学 一种络合体系与射流联用氧化去除磷化氢的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HYUN-SIK KIM ET AL.: ""Effects on Swirling Chamber and Breaker Disk in Pressurized-Dissolution Type Micro-Bubble Generator"", 《KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING》 *
王永强: ""纳微顆粒对水力空化处理有机废水的影响"", 《2014年第12届全国水处理化学大会暨学术研讨会论文摘要集》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111977747A (zh) * 2019-05-22 2020-11-24 南京悠泉环保科技有限公司 一种水处理***和方法
CN112337450A (zh) * 2019-08-08 2021-02-09 北京化工大学 一种微纳米气泡再生粉末活性炭的方法
CN112340840A (zh) * 2019-08-08 2021-02-09 北京化工大学 一种膜氧化反应器及废水处理方法
CN114984787A (zh) * 2019-09-25 2022-09-02 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 用于热微纳米气泡液体生成***的控制方法和处理器
CN114984787B (zh) * 2019-09-25 2023-10-31 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 用于热微纳米气泡液体生成***的控制方法
CN112569815A (zh) * 2019-09-30 2021-03-30 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 微纳米气泡水发生装置及其控制方法、存储介质
CN112569815B (zh) * 2019-09-30 2022-09-09 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 微纳米气泡水发生装置及其控制方法、存储介质
CN113087254A (zh) * 2019-12-23 2021-07-09 南京延长反应技术研究院有限公司 一种丙烯酸及其酯废水的处理***及方法
CN113087254B (zh) * 2019-12-23 2022-04-01 南京延长反应技术研究院有限公司 一种丙烯酸及其酯废水的处理***及方法
CN111792740A (zh) * 2020-08-12 2020-10-20 福州水研环境科技有限公司 高浓度有机废水处理装置及处理方法
CN111792740B (zh) * 2020-08-12 2024-05-03 福州水研环境科技有限公司 高浓度有机废水处理装置及处理方法
CN112556203A (zh) * 2020-12-14 2021-03-26 上海林内有限公司 微气泡热水器及其运行方法
CN113371787A (zh) * 2021-06-24 2021-09-10 浙江工业大学 一种气体驱动的空化***及方法
CN113526768A (zh) * 2021-08-09 2021-10-22 天俱时工程科技集团有限公司 微纳米气泡高温类芬顿水处理工艺及其设备
CN115231681A (zh) * 2022-06-20 2022-10-25 大连海事大学 一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***及方法

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