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| 射流泵技术在环境保护中的应用 | |
| 上海奥丰 | |
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介绍了射流泵技术的工作原理、特点及其在社会各部门的广泛应用，着重讲述了在环境保护中，射流泵技术在污水生化处理、舍油污水处理、活性污泥循环及污泥消化处理、废气处理和除尘、强化超音速燃烧处理5个方面的应用情况。进一步分析它存在的问题，提出相应的措施方案，并阐述射流泵技术的发展趋势，指出它在环境保护中的重要意义。
随着工业技术日新月异的发展，人类对资源的大规模开发利用使得环境问题日益突出，保护环境越来越受到人们的关注，各个学科领域各显其才，尽力消除或减轻环境对人们生产和生活产生的不利影响，从而改善环境，发挥环境优势，走一条良性循环、可持续发展的道路，共建和谐社会，为人民子孙后代造福。借此，本文简要阐述一门发展迅速的学科一射流泵技术，以及它在环境保护中的应用。
1射流泵技术
射流泵(ietpump)1]是以流体射流作为工作介质，通过流体质点的紊动扩散作用，把能量和质量传递给被抽流体(液体及含固体颗粒的液体)的一种流体机械及混合反应设备。它由喷嘴、喉管入口、扩散管及吸入室等部件构成。由于射流泵内没有运动部件，所以它具有结构简单、工作可靠、加工容易、维修管理方便和便于综合利用等优点。在很多技术领域中，采用射流泵技术可以使整个工艺流程和设备大为简化，并提高其工作可靠性，特别是在高温、高压、真空、强辐射及水下等特殊工作条件下，采用它更显示出其独特的优越性。目前在国内外，射流泵技术已被应用于水利、电力、交通、冶金、石油、化工、环境保护、海洋开发、核能利用、地质勘测、航空及航天等国民生产生活的各个部门。在这里，本文主要讨论射流泵技术在环境保护中的应用。
2射流泵技术在环境保护中的应用
水力喷射流泵作为一种新的装置在环境保护工作中，愈来愈显示出其重要作用。它主要应用在以下几个方面。
2．1污水生化处理
污水生化处理是通过微生物的作用，将有机污染物转变成无害的气体产物(如C02，N02，N2)、液体产物(如水)以及富含有机物的固体产物(生物污泥)，其中生物污泥在沉淀池沉淀，从净化后的污水中除去的一种方法。
生物处理污水方法有多种，射流曝气法是继鼓风曝气，机械曝气后的第三类曝气法。它适用于城市污水及浓度较低的有机工业废水处理。由液气射流泵组成的射流曝气装置是一种新的充氧装置，它作为污水处理技术中的主要没备之一，其工作原理是通过液体射流的紊动扩散作用，使空气中的氧溶解于污水，为分解有害物质的活性污泥提供能量。
射流曝气是一种新的曝气技术，它具有以下优点：氧总传质系数大，氧利用率高、氧动力转移系数高；混合搅拌系数强；提高了污泥的沉淀性能，所需曝气时间短；设备构造简单、加工方便、工作可靠、运转灵活、便于凋节；一般喷嘴直径≥20mm，不易堵塞，易维修管理；融氧速度快、电耗少、运转费用低、占地面积少；当采用自吸式射流曝气器时，可取消鼓风机，消除噪音污染。它作为一种新的节能环保技术，在纸业、印染、医院、城市生活污水等生化处理工程中应用有很大的前途。
随着科学技术的发展，一种新型的曝气装置——自吸式自激振荡脉冲射流曝气器应运而生，它利用自激振荡腔室代替现有曝气器中的混合管，使吸人的空气和需氧水体在自激振荡腔室内获得充分的搅拌、混合和充氧，以脉冲流的方式通过特殊扩散管释放。理论分析和工业性初步实验表明，该曝气器具有优良的搅拌、混合和曝气性能，并从扩散管喷射出的需氧水体具有较强的脉冲效应。这种装置的研究在节水治污方面起着重要作用，将更好的为环境保护服务。
2．2含油污水处理
在当今经济高速发展的时代，油污染作为一种常见的污染越来越不可忽视，由于其含油污水的产量大，涉及的范围广，例如石油开采、石油炼制、石油化工、油品贮运、油轮事故、轮船航运、车辆清洗、机械制造、食品加工等过程中均会产生含油污水，进而对环境保护和生态平衡危害极大，所以我们应该竭力遏制其对环境的污染，开发新产品，拓展新思路，为射流泵技术在含油污水处理中的广泛应用，做出不懈的努力!
用液气射流泵组成的喷射浮选装置，其基本工作原理足：利用液气射流泵，当污废水从射流泵喷嘴高速喷出时，将其周围的空气一起卷吸走，在喷嘴出口处形成真空区。空气源源不断地吸进吸入室，随水进入喉管，空气与污水充分混合，进行能量交换，在湍流状态下空气被剪切成微小气泡。混合后的流体在扩压管内降到速度，因而压力升高，产生气液混合物的压缩过程，最后排入浮选池。微小气泡浮逸出水面，同时将乳化油不断的带出水面，达到除油的目的。这种方法与加压溶气浮选法相比，它的进气量大，便于乳化油的带出，处理效果好。它不需要投加絮凝剂，避免二次污染。此外，它能耗低，占地面积小，设备简单，无运动部件，维修方便，操作安全，运转费用低。在空间和重量都受到限制的海洋平台上，对于含油污水的处理应优先考虑采用喷射浮选装置。最新研制的FXPl50喷射式自控密闭浮选机具有效率高、能耗低(相当于叶轮式的50％)、占地面积小、转动部件少(仅一台泵)和操作维护费用低等优点。哈萨克北布扎齐油田于2005年5月投入运行该浮选机，其结果表明，该设备对于水中乳化油及悬浮物等有很好的去除效果，且处理效率高，自动化程度高，是一种成熟的诱导气浮设备，其自动控制技术实现了密闭运行及无人化操作的特点，有利于社会、环境、经济和谐发展，其具有广阔的应用前景。
2．3活性污泥循环及污泥消化处理
在分建式叶轮曝气生化处理工艺中，射流泵可用于曝气池及沉淀池之间活性污泥回流，它利用抽吸污水的水泵作动力，可以节省一套动力设备，在污泥消化处理过程中，它用于消化池对污泥进行搅拌。随着环境形势日益严峻，污染物的控制和治理已经刻不容缓，设备在水处理行扮演的角色也越来越重要，污泥泵在水处理中的应用也日显突出。在召开的“2007年水业高级技术论坛的会议”上，清华大学环境科学与工程系教授王伟，着重阐述了污泥处理方法——水热干化污泥处理技术。其处理结果可以使污泥的含水率降到50％左右，整体污泥量在原来的基础上再减量大约20％～30％。这项技术的效果是可观的，但选用何种污泥输送设备运送含固量这么大的污泥呢?皮带输送显然不可取的，最直接的方法就是用污泥泵将其直接输送到换热器里。污泥泵，被公认是世界范围内“污泥泵送系统”的科技领导者，它可以泵送固体含量达56％的污水过滤残渣，甚至固体含量达80％的其它稀浆和污泥。由于其动力采用液压驱动，结构上采用提升阀式设计，操作简单，控制性强，运转平稳等优点，因此可应用于涉及污水污泥、制糖工业污泥、采矿和钢铁工业污泥、化学和建筑污泥等领域。
2．4废气处理和除尘
大气环境是人类赖以生存的可贵资源，大气环境资源的破坏是一种不可逆过程，环境的破环势必影响到经济、社会等发展，控制这类污染已成为各国的一项义不容辞且刻不容缓的任务。所以为了保护我们的生活环境，应需发挥各方面专业优势，更陕更好的做好废气处理和除尘等环保工作。下面简要介绍射流泵技术在这方面的应用情况。在废气处理中，利用气体喷射器把高温尾气(煤气)吸入燃烧室内燃烧，将能量回收用于加热炉料，既防止空气污染又节省了能源。利用液气射流泵可以吸收一些工厂排出的有害气体，如氢氧化物、氯化氢、硫化氢、二氧化硫、甲醇和二氧化碳等，这种化学气体吸收装置，已在冶炼、电镀、染化、制药等行业的工厂推广使用。它还可作为湿式除尘装置，除尘效率为80％-95％，已在工业生产上大量使用。
2．5强化超音速燃烧
利用稳定液体射流横喷入超音速流中产生震荡激波，并用氢燃料燃烧实验研究液体射流对强化超音速燃烧的作用。从而其所产生的振荡激波就能强化超音速燃烧，提高燃烧效率。
3射流泵技术在环保中存在的问题及应对措施
任何一种技术都存在一定的局限性，射流泵技术在环境保护中的应用也存在一些问题。
3．1现存问题．
在污水生化处理方面，以液气射流泵为主要部件组成的射流曝气装置，虽然较鼓风曝气和叶轮曝气是一大进步，但是随着石油、化工、印染等工业部门迅速的发展壮大，相应的工业废水比例日益增加，而配套的污水生化处理设备的一些缺点日渐显现：冲氧能力较弱，动力效率较低等，工艺复杂，一次性投入高等。
在射流曝气过程中，液气射流泵起着不可取代的作用，所以对它的改进创新是不可忽视的一方面。在射流曝气器应用中，无论是供气式还是自吸式，它主要有喷嘴、吸人室、混合室和扩散管4个部件构成，其传质传能过程在这里完成，其效率的高低与这些结构息息相关。对于喷嘴的要求，在理想状态下流线型的喷嘴效率最高，但由于加工困难，不如圆锥形的喷嘴使用范围广泛；为防止喷口堵塞，喷口的直径不宜太小，对于圆锥形的喷嘴，一般25mm左右为宜；就吸入室而言，作为被吸流体的发生装置，一般采用圆筒状，其截面积为喷嘴出口面积的6～10倍，一般认为吸入气体的进入方向与工作水的进入方向之间的夹角为40°一60°比较合适，这样的要求一方面考虑到气体大量且比较顺畅被吸入，另一方面考虑到设备的加工方便，节约成本；混合室是液体和气体结合的主要场所，对于自吸式一般都有混合室且混合室较长，使得充分混合；扩散管用于将混合物向曝气池中排放，其大小影响到抽、吸气量及氧转移作用，也有增强水气混合和溶解氧的作用，并能产生强烈搅拌。扩散管的大小、长度、浸没深度及出口位置对冲氧效果有重要的作用。
虽然液气射流泵是射流曝气的主要装置，但对于曝气池的布置和工艺配置也是重要的另一方面，它关系到提高射流器的充氧能力，动力效率。曝气池可以选择矩形布置和圆形布置，射流器和池形存在着一个最合理的工艺布置。对于同一种曝射器，不同的池形选择，不同的配置方法，其结果是不同的。
3．2解决措施
针对现有的射流曝气器的不足之处，不断提高其冲氧效率，提高氧利用率，改善氧转移动力效率，研制开发新型的射流曝气器。根据不同的原水水质和应用条件，开发不同型号，不同喷射方式的射流曝射器，使其扬长避短，进一步提高曝气技术推广应用，进一步满足日益增加的各种工业废水处理要求。
另外，近年来在国内建设的污水处理工程中花费了大量资金用于进口国外曝气设备和进行维护管理。所以加快对国外先进曝气设备的消化吸收，提高我国对曝气设备的科技含量和国产化率，增强在市场上的竞争能力，促进该领域发展，更快更好地为环保事业做贡献。
在含油污水处理应用中，喷射浮选装置存在一定的缺陷。如因用大水量维持高的气水比，而耗能较大，优化的气水比还不清楚，浮选速度低，浮选技术应用在我国含油污水除油方面的时间较短，现有的设备自动化程度不高，操作管理跟不上，影响处理效果等。这些问题，有的是受原流程设备的限制造成的，有的是还未弄清新工艺的规律造成的，针对此问题，应从以下几个方面解决。
(1)改进现有的设备的不足，消化吸收引进的设备和技术，开发各类高效、低耗、无污染的设备；
(2)综合利用各种技术，加强自动控制的技术研究；
(3)加强其机理的研究，深入浮选技术的放大设计，使其成为更节能、更环保的技术。
3．3发展趋势
目前射流泵技术在环境保护中的应用成果是值得肯定的，但由于射流泵本身的主要缺点是传能效率低，因此如何合理的使用射流泵，尽可能的提高其综合效率是我们一直关注的问题。事物总是在不断发展变化的，所以就射流泵技术的发展也是一个不断改进和完善的过程，其具体的发展趋势主要表现在以下几个方面。
(1)采用先进的测试设备，深入研究射流泵内部流动参数的变化规律，提出合理的设计方法。
(2)结合缜密的试验研究，探索发现其新机理，新结构，进一步提高其整体性能。
(3)采用合理的装置形式和新工艺技术，充分发挥各部件的功用，以获得更高效率。
(4)设计出满足理论要求的新颖泵型，扩大其应用范围，以满足不同的实际工作要求。
(5)加大国际交流合作，借鉴学习国外的先进技术，开发高效低能耗的没备，促进该领域发展。
4结语
射流泵技术基于自身的优势及发展趋势，进一步发挥在环境保护领域的优势，我们应该总结国内外射流技术的应用，更好地发挥它的社会效应。通过研究分析，本文认为从以下方面进行改进。
(1)系统研究射流泵内部流畅射流及其边界层的发展机理，提高射流的有效打击力。
(2)理论与试验结合，开发新型射流喷嘴及其射流曝气设备，为工业生产提供理论依据。
(3)优化射流泵结构参数，建立多种模型进行分析比较，开展不同用途的射流泵，为生态环境保护及其工业社会生产提供技术支持。人类作为环境保护的主人，首先树立环保意识，其次具备大胆改革和创新的精神，不断研制和开发新产品，广泛的应用于环境保护，使得环境、人类和谐发展，共创美好的家园!
4/19/2011 | |
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