射流器在水處理工程中的應(yīng)用

周長仁，胡超山東農(nóng)業(yè)大學(xué)

射流器在水處理工程中的應(yīng)用

周長仁，胡超
山東農(nóng)業(yè)大學(xué)

射流器是一種利用文丘里現(xiàn)象形成的負(fù)壓區(qū)來工作的設(shè)備。本文主要介紹了射流器的結(jié)構(gòu)及工作原理并闡述了它在水處理中的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)。

射流器；水處理；曝氣；氣浮

緒論

射流器是一種利用文丘里現(xiàn)象形成的負(fù)壓區(qū)來工作的設(shè)備。射流器構(gòu)造簡單，因此它使用方便，制作花費(fèi)少，容易維護(hù)。由于射流器一般采用抗腐蝕材料制作，故而它可以在各種復(fù)雜工況（比如高溫高壓強(qiáng)腐蝕）下正常工作，不易受外界不利因素的影響，抗干擾能力非常強(qiáng)。由于射流器的這些特點(diǎn)，相比其它功能類似的設(shè)備它具有無與倫比的優(yōu)越性，故而它在水處理工程中得到廣泛應(yīng)用，比如：射流曝氣、射流加藥、射流抽真空等，為水處理工藝的發(fā)展和優(yōu)化做出了巨大貢獻(xiàn)。

一、射流器的工作原理

1、文丘里現(xiàn)象

射流器是依據(jù)流體力學(xué)中的文丘里現(xiàn)象制成的。所謂文丘里現(xiàn)象是指在風(fēng)吹過障礙物時(shí)，物體就有了迎風(fēng)面和背風(fēng)面之分，在迎風(fēng)面風(fēng)受到阻礙，流速降低，壓力升高，在背風(fēng)面，風(fēng)遠(yuǎn)離障礙物，流速增加，壓力降低，在障礙物的背風(fēng)面附近氣壓相對周圍較低，形成了一個(gè)低壓區(qū)，使周圍氣體向低壓區(qū)補(bǔ)充，引起周圍氣體的流動(dòng)。

2、文丘里管工作原理

文丘里管是文丘里原理在水力學(xué)上最經(jīng)典的應(yīng)用。如圖1所示：

圖1 文丘里管原理

讓流體以一定的流速通過文丘里管，由于在喉管段管段漸縮，流體流速加快，依據(jù)伯努利方程，流體流速加快，則流體壓力降低，故水流在文丘里管喉管段產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓區(qū)，當(dāng)壓力低于大氣壓時(shí)就會(huì)對周圍產(chǎn)生一個(gè)抽吸作用。

3、射流器工作原理

射流器就是利用文丘里現(xiàn)象形成的負(fù)壓區(qū)來工作的一種設(shè)備。如圖2所示：

圖2 射流器原理

采用某種方式賦予工作流體一定的初始?jí)毫?，使工作流體可以在噴嘴噴出，由于噴嘴為一個(gè)同心漸縮管，故水流在噴嘴出口處流速增加，壓強(qiáng)降低，根據(jù)文丘里管原理，水流在噴嘴出口附近形成負(fù)壓區(qū)，對混合室內(nèi)氣體產(chǎn)生抽吸作用，使氣體源源不斷的從吸入口被吸入。工作流體和被吸入流體在喉管段混合后從擴(kuò)散管處流出。

二、射流器的應(yīng)用

1、射流曝氣

射流曝氣是一種利用水射器將水和空氣充分混合并提高水體含氧量的技術(shù)。下面本文以BER型水下射流曝氣機(jī)為例講一下射流曝氣的工作流程：

圖3 射流曝氣

如圖3所示，BER型水下射流曝氣機(jī)主要由潛水泵和水射器構(gòu)成，當(dāng)需要曝氣時(shí)，啟動(dòng)潛水泵，形成高壓高速水流進(jìn)入射流器，水流在射流器真空室內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)，將液面以上的空氣吸入真空室，水和空氣混合均勻后從擴(kuò)散管處噴出。

射流曝氣屬于水下曝氣技術(shù)，相對于鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣，它有很多的優(yōu)點(diǎn)∶

（1）水下射流曝氣的氧轉(zhuǎn)移速率高，并且水下運(yùn)行可以在比較大的范圍內(nèi)防治污泥沉淀。

（2）射流曝氣無泡沫飛濺且噪聲小，避免了二次污染。

（3）射流曝氣在水下進(jìn)行，保溫性能好，尤其適合寒冷地區(qū)使用。

（4）射流曝氣設(shè)備構(gòu)造簡單，加工方便，成本低且占地面積小。

（5）射流曝氣除曝氣功能外還兼有推流及混流作用。

射流曝氣氧轉(zhuǎn)移速率高主要是基于以下原因：

（1）水流在真空室噴口噴出時(shí)會(huì)形成射流，射流和真空室內(nèi)強(qiáng)大的負(fù)壓同時(shí)對被吸入空氣產(chǎn)生作用，將空氣粉碎成細(xì)小的氣泡，極大增加了氣液接觸面積。

（2）由于工作流體和被吸入流體流速差異很大，二者在喉管段發(fā)生激烈的能量交換，改變了氣液雙膜之間的氣壓梯度和濃度梯度，使氣液雙膜界面高頻震蕩，極大降低了傳質(zhì)阻力。

（3）在射流器的擴(kuò)散管處，混合流體流速降低，壓力增大，強(qiáng)大的壓力迫使氧氣融入水中。

由于射流曝氣有以上種種優(yōu)點(diǎn)，它在工業(yè)廢水和生活污水的處理以及黑臭水體治理中都得到了廣泛應(yīng)用。

2、射流形成真空

在水處理工藝中，很多設(shè)備需要在真空條件下才能正常運(yùn)行，比如虹吸式吸泥機(jī)（應(yīng)用于二沉池和平流式沉淀池），離心式水泵（應(yīng)用于泵站）等。使用射流器形成真空是水處理工藝中經(jīng)常采用的方法之一。下面本文詳細(xì)講述射流器形成真空在離心泵上的應(yīng)用。

圖4 射流器形成真空示意

離心泵啟動(dòng)前先打開風(fēng)管閥門1，高壓氣體在噴嘴處高速噴出，在混合室內(nèi)形成真空，然后打開吸氣管閥門2，離心泵內(nèi)空氣被抽出，被抽出的空氣和高壓氣體在混合室混合后從擴(kuò)散管處噴出。

相對于其他形成真空的設(shè)備（比如真空泵，射流泵等），射流器抽真空有以下優(yōu)勢：

（1）射流器結(jié)構(gòu)簡單，易于加工和安裝，投資少。

（2）射流器的尺寸可以做的很小，在某些空間狹小的特殊位置也可以應(yīng)用。

（3）射流器便于維修且維修量小，工作性能可靠。

（4）采用射流器形成真空可以取消離心水泵和吸泥機(jī)吸水管上的底閥，減小了局部阻力，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性。

3、射流加藥

水射器還常用于向壓力管道內(nèi)投加藥液，其工作原理如下：

高速水流通過噴嘴在吸入室內(nèi)高速噴出，使混合室室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓將藥液吸入，藥液和壓力水在喉管段混合均勻后通過漸擴(kuò)管增壓后流出進(jìn)入壓力管道，完成加藥。

高速水流在噴嘴噴出后形成射流，在噴向喉管的過程中水流發(fā)生紊流擴(kuò)散，其邊界層上活躍的紊流混合將周圍的流體卷吸到射流中去，一起向喉管流動(dòng)，在此過程中激烈的卷吸和摻混作用使藥液和水充分混合。由于藥液和水的流速不同，二者在喉管段會(huì)發(fā)生激烈的能量交換，在喉管段形成強(qiáng)烈的紊流，這進(jìn)一步促進(jìn)了藥液和水的混合。

射流器廣泛應(yīng)用于污水廠和凈水廠的加藥工藝中，在自來水加氯消毒，添加液態(tài)混凝劑、助凝劑時(shí)均可采用射流加藥技術(shù)，但需要注意的是射流器不能傳輸帶有顆粒雜質(zhì)的液體。

4、射流氣浮

近年來隨著水體富營養(yǎng)化的情況日益加重，水中藻類和微生物的數(shù)量越來越多，單純沉淀工藝無法滿足人們對水質(zhì)的要求，故而能夠去除藻類和微生物的氣浮工藝在凈水廠的生產(chǎn)流程中應(yīng)用的越來越普遍。所謂氣浮就是指利用氣浮設(shè)備在水中形成高度分散的微小氣泡，微小氣泡作為載體與水中微小顆粒粘附，將水中的懸浮顆粒浮于水面，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。能否在水中形成高度分散的微小氣泡是氣浮效果好壞的關(guān)鍵。

射流氣浮設(shè)備主要包括射流器和水泵。在工作時(shí)利用水泵形成高速高壓水流進(jìn)入射流器，水流通過噴嘴高速噴出，在吸入室內(nèi)形成成負(fù)壓區(qū)，外界空氣不斷的從吸入管被吸入，空氣和水由于流速不同在喉管段進(jìn)行激烈的能量交換，形成強(qiáng)烈的紊流，空氣被粉碎形成微小氣泡和水均勻混合。氣水混合流體進(jìn)入擴(kuò)散段后流速降低，動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為壓力勢能，空氣在高壓作用下和水進(jìn)一步混合，最終氣水混合流體從擴(kuò)散段噴出進(jìn)入氣浮池中對完成分離。由于壓力升高，混合流體中空氣的溶解度也進(jìn)一步提高，單位容積水中空氣含量增大，這也是射流氣浮取得良好效果的關(guān)鍵。

結(jié)語

射流器由于其諸多優(yōu)勢在水處理工藝中得到廣泛應(yīng)用。隨著水十條的發(fā)布，我國對水處理的重視程度逐年增加，水處理行業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展期，各種新型工藝層出不窮。這給水射器的發(fā)展帶來機(jī)遇的同時(shí)也帶來了挑戰(zhàn)，水處理行業(yè)對水射器質(zhì)量性能的要求越來越高。我國在水射器研究方面和國外最高水平仍有較大差距，這就要求我們要加快對國外計(jì)術(shù)的吸收消化，提高我國水射器的技術(shù)含量和國產(chǎn)率，增強(qiáng)其在水處理設(shè)備方面的競爭力。

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Jet apparatus is a use of venturi phenomenon formed by negative pressure zone to work equipment.This article mainly in?troduced the structure and working principle of jet and expounds its application in water treatment and the advantages and disadvantages.

jet device；water treatment；aeration；air flotation

周長仁（1995-），男，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，本科（2014級(jí)），研究方向：污水處理工程；

胡超（1995-），男，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，本科（2014級(jí)），研究方向：污水處理工程。