本發(fā)明涉及水處理，具體而言，涉及一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人類活動的日益頻繁，廢水中的新污染物問題日益凸顯。新污染物通常包括全氟或多氟化合物、微塑料、內(nèi)分泌干擾物、藥物和個人護(hù)理品等。這些新污染物具有種類繁多、來源廣泛、環(huán)境濃度低但危害大等特點(diǎn)。在過去，廢水處理主要關(guān)注常規(guī)污染物如化學(xué)需氧量、氨氮、總磷等的去除。然而，新污染物的出現(xiàn)對環(huán)境和人類健康構(gòu)成了潛在威脅。它們可能會干擾生物體內(nèi)分泌系統(tǒng)，影響生殖發(fā)育；具有生物累積性，可在食物鏈中傳遞；甚至可能引發(fā)癌癥等嚴(yán)重疾病。

2、廢水中新污染物的處理方法主要分為四類：高級氧化技術(shù)、吸附技術(shù)、膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)。以活性炭吸附和離子交換樹脂為代表的吸附技術(shù)以及以反滲透和納濾為代表的膜分離技術(shù)僅是將新污染物進(jìn)行富集，吸附材料或濃縮液仍需進(jìn)一步處理。廢水中新污染物種類繁多，生物處理技術(shù)需要篩選高效的多功能降解菌株，且廢水中多污染物往往毒性高，微生物的適應(yīng)性和穩(wěn)定性有待提高。高級氧化技術(shù)通過產(chǎn)生強(qiáng)氧化性活性物種對新污染物進(jìn)行氧化降解，氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快，但針對廢水中低濃度、高穩(wěn)定性的新污染物，低耗高效的高級氧化技術(shù)仍需進(jìn)一步開發(fā)。

3、水力空化是一種高級氧化技術(shù)，其原理是利用壓力降將溶解在流體中的氣體釋放產(chǎn)生大量空化泡，當(dāng)空泡隨流體流動至高壓區(qū)時，體積將急劇縮小直至潰滅，并在其周圍的極小空間范圍內(nèi)產(chǎn)生局部高溫和高壓，水分子在高溫高壓極端環(huán)境下裂解為·oh等自由基，從而引起一系列氧化反應(yīng)的發(fā)生。

4、現(xiàn)有技術(shù)的廢水處理的水力空化方法多以文丘里管或孔板為基礎(chǔ)，空化強(qiáng)度低，流量小，反應(yīng)效果差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的包括，例如，提供了一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其能夠提高水力空化效果，增加出口自由基能量密度，提升廢水中污染物與自由基間傳質(zhì)效果。

2、本發(fā)明的實(shí)施例可以這樣實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，該方法基于空化發(fā)生裝置，所述空化發(fā)生裝置包括串聯(lián)布置的多級空化發(fā)生組件，每級的所述空化發(fā)生組件包括依次連接的反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)、連接管道、正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)，所述連接管道設(shè)置有陣列布置的文丘里管；至少包括以下步驟：

4、將預(yù)處理后的含新污染物廢水泵送至反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)口，利用所述反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)對廢水進(jìn)行加速加壓以形成高速多相流，并在所述反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)的出口發(fā)生空化生成具有高能量密度羥基自由基的初段流體；

5、所述初段流體輸送至具有陣列布置文丘里管的連接管道中，與所述文丘里管噴射流體發(fā)生充分?jǐn)_動與混合，生成高速多相中段流體；

6、所述中段流體輸送至正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)的進(jìn)口，利用所述正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)對所述中段流體進(jìn)一步加壓，并在所述正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)出口發(fā)生空化生成具有大量且均勻分布的羥基自由基的末段流體；

7、檢測所述末段流體的目標(biāo)污染物濃度；當(dāng)目標(biāo)污染物濃度大于預(yù)設(shè)濃度值則重復(fù)上述步驟或增加多級空化發(fā)生組件，直至目標(biāo)污染物濃度小于或等于預(yù)設(shè)濃度值。

8、在可選的實(shí)施方式中，水力空化效果由下式評估：

9、

10、式中，cv為無量綱的水力空化數(shù)，p2為完全恢復(fù)的下游壓力，pv為待處理廢水的蒸氣壓，v0是空化發(fā)生結(jié)構(gòu)出口處的速度，ρ為待處理廢水的密度；

11、水力空化數(shù)cv值小于1時空化將發(fā)生，cv越小，空化效果越好，空泡產(chǎn)生的數(shù)量越多；cv取值為0.1-0.3。

12、在可選的實(shí)施方式中，v0由泵送流量和空化發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速及級數(shù)調(diào)節(jié)；

13、p2由空化發(fā)生結(jié)構(gòu)進(jìn)口壓力和連接管道直徑調(diào)節(jié)；

14、pv由文丘里管噴射流體改變待處理廢水中氣體溶解量調(diào)節(jié)；

15、從而實(shí)現(xiàn)cv最優(yōu)取值。

16、在可選的實(shí)施方式中，所述反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)收縮結(jié)構(gòu)，廢水在所述反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)中沿徑向流入，在旋轉(zhuǎn)收縮后沿軸向出口噴出，以生成高能量密度的羥基自由基。

17、在可選的實(shí)施方式中，所述正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，廢水在所述正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)中沿軸向流入，在旋轉(zhuǎn)加速口沿徑向四周旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散，以生成大量且均勻分布的羥基自由基。

18、在可選的實(shí)施方式中，多個所述文丘里管的總噴射流量為所述連接管道中廢水流量的5％-10％；

19、所述文丘里管的噴射口流速為所述連接管道中廢水流速的0.6-0.8倍；

20、所述文丘里管的噴射方向與廢水流向夾角為10-60°。

21、在可選的實(shí)施方式中，在所述連接管中，所述文丘里管向所述連接管道中噴射的流體可以是液體、氣體或混合體中至少一種；

22、所述文丘里管噴射的液體包括本方法處理后的循環(huán)出水、工藝水；

23、所述文丘里管噴射的氣體包括空氣、氧氣、臭氧任一氧化性氣體；

24、所述文丘里管噴射的混合體包括上述液體和氣體任意兩者組合。

25、在可選的實(shí)施方式中，在所述連接管道的內(nèi)壁中，所述文丘里管上游布置有繞流體；

26、廢水流經(jīng)所述繞流體后形成渦流，可以增強(qiáng)廢水?dāng)_動程度，增加與所述文丘里管噴射流體的碰撞效果。

27、在可選的實(shí)施方式中，在多級空化發(fā)生組件中，一個所述空化發(fā)生組件的正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)通過配合管道與反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)連接；所述配合管道中陣列布置有多個文丘里管。

28、在可選的實(shí)施方式中，所述空化發(fā)生裝置還包括儲液槽、進(jìn)管、出管、旁路管、旁路調(diào)節(jié)閥和加壓泵；所述儲液槽通過所述進(jìn)管與多級空化發(fā)生組件的進(jìn)口連接，多級空化發(fā)生組件的出口通過所述出管與所述儲液槽連接；所述加壓泵設(shè)置于所述進(jìn)管上；所述旁路管的進(jìn)口與所述進(jìn)管連接，所述旁路管的出口與所述儲液槽連接，所述旁路調(diào)節(jié)閥設(shè)置于所述旁路管上。

29、本發(fā)明實(shí)施例的有益效果包括，例如：

30、本方案的輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，針對廢水中新污染物濃度低、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，將預(yù)處理后的廢水加壓泵入反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)入口，含新污染物廢水在反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)中被加速加壓并形成高速氣液多相流，在反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)出口和連接管道中由于壓力降低而發(fā)生空化生成高能量密度分布的羥基自由基，用于低濃度新污染物的去除；通過在中間管道陣列布置文丘里管，利用文丘里效應(yīng)向中間管道中噴射流體，通過文丘里管出口噴射流體與中間管道中主流體碰撞，增加廢水中自由基與新污染物的傳質(zhì)速率，從實(shí)現(xiàn)廢水中低濃度新污染物的有效去除，并增加氣體在廢水中的溶解量，提升后續(xù)正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)的空化效果；隨后連接管道中高速多相流進(jìn)入正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)，在正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)擴(kuò)散出口形成大量且均勻分布的羥基自由基，用于清除廢水中的常規(guī)有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)含新污染物廢水的多污染物協(xié)同處理。

技術(shù)特征：

1.一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，該方法基于空化發(fā)生裝置，所述空化發(fā)生裝置包括串聯(lián)布置的多級空化發(fā)生組件，每級的所述空化發(fā)生組件包括依次連接的反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)(1)、連接管道、正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)(7)，所述連接管道設(shè)置有陣列布置的文丘里管(4)；其特征在于，至少包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于，水力空化效果由下式評估：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種輔助增強(qiáng)傳質(zhì)高速多相流的水力空化去除新污染物的方法。該方法包括以下步驟：將預(yù)處理后的含新污染物廢水泵送至反轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)口，利用空化生成具有高能量密度羥基自由基的初段流體；初段流體輸送至連接管道中，與文丘里管噴射流體發(fā)生充分?jǐn)_動與混合，生成高速多相中段流體；中段流體輸送至正轉(zhuǎn)剪切機(jī)構(gòu)的進(jìn)口，利用空化生成具有大量且均勻分布的羥基自由基的末段流體；檢測末段流體的目標(biāo)污染物濃度，且重復(fù)上述步驟或增加多級空化發(fā)生組件，直至目標(biāo)污染物濃度小于或等于預(yù)設(shè)濃度值。如此能夠提高水力空化效果，增加出口自由基能量密度，提升廢水中污染物與自由基間傳質(zhì)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：黃赳,沈國華,岳修鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇瑞河環(huán)境工程研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15