1、水力空化协同臭氧氧化水处理技术开发水力空化协同臭氧氧化水处理技术开发Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP2螺旋桨螺旋桨孔板孔板截止阀截止阀文丘里管文丘里管材料损伤材料损伤水力空化：水力空化：hydrodynamic cavitation Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP3空化泡空化泡K.S.Suslick,Sonochemistry,Science,1990,247,1439.K.S.Suslick,R.E.Cline,D.A.Hammerton,J.
2、Am.Chem.Soc.1986,108,5641.Y.T.Didenko,K.S.Suslick,Nature,2002,418,394.P.Taleyarkhan,et al.Science,2002,295,1868.5000 K 500 atm热点理论热点理论H2OH+OHOH+OHH2O2影响因素：压力、诱导装置等影响因素：压力、诱导装置等效应：机械、热、光、活化等效应效应：机械、热、光、活化等效应Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP降解氯碳化合物降解氯碳化合物孔板:16 0.9 mm;上游（前段）压力:28 ps
3、i;过流流量:640 L/h;旁通流量:360 L/h;初始浓度:1 mMNanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP降解苯系物降解苯系物Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP6臭氧：臭氧：略略Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP7水力空化技术问题：水力空化技术问题：傻瓜型管理（参数调好后，只需开傻瓜型管理（参数调好后，只需开关电源），无需添加其他药剂，但处理效率不高，中试关电源），无需添加其他药
4、剂，但处理效率不高，中试（1t/h-5t/h）流量下，）流量下，COD（150-380mg/L）处理率）处理率最高最高27%；臭氧氧化技术问题：臭氧氧化技术问题：若不引入其他药剂、催化剂等，不若不引入其他药剂、催化剂等，不同情况下会存在利用率不高、氧化能力有限等问题；同情况下会存在利用率不高、氧化能力有限等问题；Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP8空泡流空泡流自然汽化形成自然汽化形成的空泡流的空泡流：要求空化数要求空化数 0.1，流体运动速度流体运动速度要达到要达到50 m/s或更大时才有可能。或更大时才有可能。人工通气形
5、式人工通气形式的空泡流的空泡流：通过通过通气通气调整调整管道节制段下游管道节制段下游压力来获得更压力来获得更小的空化数小的空化数。水力空化协同臭氧方法即属于水力空化协同臭氧方法即属于人工通气人工通气形成形成空空泡泡，产生的方法产生的方法为为气气“源源”方法方法叠加叠加空化器方法空化器方法。目的是产生更小更多更均匀分散的微泡目的是产生更小更多更均匀分散的微泡（含臭氧泡、空化泡）及产生其他强氧化性物质，甚至是连锁反应（含臭氧泡、空化泡）及产生其他强氧化性物质，甚至是连锁反应。当当通气空通气空泡的气体供给流量大到一定值时泡的气体供给流量大到一定值时，空空泡泡的的稳定性就会丧失。稳定性就会丧失。对于稳
6、定对于稳定的的通气空泡流通气空泡流，也需要不断的补充气体流量，才能保持定状态，也需要不断的补充气体流量，才能保持定状态的的空空泡泡外形外形。Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP9水力空化喷嘴水力空化喷嘴 臭氧臭氧进口进口 空化气核产生空化气核产生 溃灭溃灭 生长生长 组合起来看看：组合起来看看：HC+O3Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP10.HCHC.管道中利用人工通气法叠加管道中利用人工通气法叠加空化器法，制造超空泡流，使空化器法，制造超空泡流，使空
7、化更易发生；空化更易发生；空泡溃灭及空化器限流伴随空泡溃灭及空化器限流伴随的高速喷射流、冲击波、湍流的高速喷射流、冲击波、湍流等促进臭氧更小更多更均匀的等促进臭氧更小更多更均匀的分散，提高传质效率分散，提高传质效率。空泡溃灭产生的高温高压直接作用于空泡周围的物质上，空泡溃灭产生的高温高压直接作用于空泡周围的物质上，直接对其进行裂解处理。当然，也会作用于臭氧，诱导其产直接对其进行裂解处理。当然，也会作用于臭氧，诱导其产生羟基自由基。生羟基自由基。综上，在氧化处理污染物方面，综上，在氧化处理污染物方面，两者互相增强对方的功两者互相增强对方的功能。能。Nanjing Institute of Env
8、ironmental Sciences,China MEP11注意考虑：通气的位置和气量的大小等注意考虑：通气的位置和气量的大小等监测探头监测探头Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP2022-7-22Zhi-Lin Wu12 单孔孔板多孔孔板横向缝隙文丘里管 刨子管纵向缝隙注意考虑：使用的空化器及其安装位置注意考虑：使用的空化器及其安装位置Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP130值的物理意义是总孔周长与总过流面积的比值dndnd42)2/()2/(20
9、0值物理意义是是孔面积与管道横截面积之比2222RnrRrn其中：r为孔半径，R为管道内半径，n为孔的数量 注意考虑注意考虑：0值的影响和值的影响和0值的影响值的影响Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP14理论模拟、模型试验、实际试验要遵循：空化数，弗劳德数Fr，雷诺数Re和韦伯数We相似。显然，要同时满足以上四个相似准则数是不可能的不可能的，存在模型大小的尺度效应和模型速度大小的尺度效应。前人经验关系：物体的初生空化数与物体的尺度有如下经验关系：i=(i)0(L/L0)1/2式中：L0是作为比较的模型特征尺度；(i)0为相
10、应的初生空化数。物体的初生空化数与物体的尺度效应有如下经验关系i=(i)01+(U/U0)2式中：U0作为比较的特征速度；(i)0为相应于运动速度为U0时的初生空化数。另外，流体的黏性和湍流度不同，也会对空化有影响，如流体湍流度增大则更容易空化。注意考虑：尺度效应注意考虑：尺度效应Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEPHC+O3示意装置示意装置Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP2022-7-22 16降解苯酚降解苯酚Nanjing Institute of
11、 Environmental Sciences,China MEP尾气中的臭氧浓度尾气中的臭氧浓度Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP参数参数优化结果优化结果备注备注臭氧通臭氧通入位置入位置结合型优于结合型优于分离型分离型引进为分离型，即先通臭氧后空化引进为分离型，即先通臭氧后空化结合型：先空化后通臭氧结合型：先空化后通臭氧空化方空化方式式抽吸空化优抽吸空化优于正压空化于正压空化抽压空化：空化板位于空化泵进水端抽压空化：空化板位于空化泵进水端正压空化：空化板位于空化泵出水端正压空化：空化板位于空化泵出水端 值值0.05-0.
12、150.05-0.15孔面积与管道横截面积之比孔面积与管道横截面积之比温温 度度20202525不同空化方式的不同空化方式的 值优化结果值优化结果空化方式优化试验结果空化方式优化试验结果臭氧通入位置效果试验结果比较臭氧通入位置效果试验结果比较水力空化联合臭氧技术参数配置及优化水力空化联合臭氧技术参数配置及优化Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP设备研制及主要技术参数设备研制及主要技术参数(以镇江某工厂树脂废水为原水）以镇江某工厂树脂废水为原水）小试装置参数：小试装置参数：COD初始浓度初始浓度1100-1500mg/L（下同
13、），处理量（下同），处理量60L/h，臭氧，臭氧量量2.1g/h，处理率，处理率70%以上，能耗以上，能耗3.5kwh。中 试 装 置 参 数：处 理 量中 试 装 置 参 数：处 理 量1000L-5000L/h，臭氧量，臭氧量10g/h，处理率，处理率50%以上，以上，能耗能耗6.5kwh。放大装置参数：处理量放大装置参数：处理量10-15m3/h，臭氧量，臭氧量85g/h，初，初步结论：处理率步结论：处理率75%以上，以上，能耗能耗8kwh。Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP20水力空化喷嘴水力空化喷嘴 臭氧臭氧+H
14、2O2进口进口 空化气核产生空化气核产生 溃灭溃灭 生长生长 进一步的技术机理研究：进一步的技术机理研究：HC+O3+H2O2等，等，利用物理作用促进化学反应，特别是无选择性强氧化性物质利用物理作用促进化学反应，特别是无选择性强氧化性物质Nanjing Institute of Environmental Sciences,China MEP21装置设计目前无标准、主要控制参数不明确。装置设计目前无标准、主要控制参数不明确。进一步的装置设计：数值模拟进一步的装置设计：数值模拟+试验验证；空化器与试验验证；空化器与过流管道的物理参数、臭氧流量、空化动力可能为过流管道的物理参数、臭氧流量、空化动力可能为主要控制参数。主要控制参数。应用范围：杀菌消毒、脱色除臭、去除应用范围：杀菌消毒、脱色除臭、去除COD等工业等工业废水的氧化等废水的氧化等
