基于氣液體微納米切割細(xì)化的高氧水制備系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種高氧水制備系統(tǒng)，尤其是一種基于氣液體微納米切割細(xì)化的高氧 水制備系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通自來水含氧量為8毫克/升，高氧水每1升水中氧含量大于20毫克。高氧水 在康體健身方面可W用于高氧水療、去除老化角質(zhì)、美白皮膚；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，對于高原缺氧 環(huán)境下，飲用高氧水可W明顯改善身體由于缺氧所引起的不良反應(yīng)。尤其對于無法自主呼 吸危重病人，進(jìn)行靜脈注射富氧藥液進(jìn)行輸氧搶救具有重要的意義，對維護(hù)人類健康具有 重要作用，富氧水具有無比廣闊的市場前景。在環(huán)保工業(yè)領(lǐng)域，高氧水技術(shù)可W用于水環(huán)境 改善修復(fù)及污水治理等；高氧水技術(shù)可W與廢水生物處理工藝流程中的絮凝沉淀池、厭氧 生物處理池、溶氧好氧一體化綜合處理池相結(jié)合，形成一種高效的、節(jié)能減排的新型廢水生 物處理工藝及方法。在養(yǎng)殖業(yè)方面可W用于高效增氧、提高養(yǎng)殖效益；在農(nóng)業(yè)方面可W用于 改良±壤、消毒、殺菌；在工業(yè)污染處理時，可W用于除臭、及二惡英等化學(xué)物的分解處理。
[0003] 微納米氧氣泡具有與一般氣泡不同的理化特性，如：高內(nèi)壓、高表面能、高界面活 性等。納米氧氣泡的表面積能有效增大，如1mm的大氣泡分散成lOOnm微氣泡，表面積增 大10000倍，氣泡的表面能也從0. 1卡增大到5-10卡，表面能的增大及氣泡內(nèi)能量增大可 W加強表面氧化反應(yīng)，可W提高氧的利用率。根據(jù)楊-拉普拉斯法則，氣泡表面張力與氣泡 直徑大小成反比，與氣泡內(nèi)壓成正比。表面張力增大，氣泡不斷收縮，同時內(nèi)壓也隨之增大， 即所謂出現(xiàn)自我加壓現(xiàn)象。一旦收縮的氣泡內(nèi)壓與表面張力失去平衡，納米氣泡最后大約 在4000個大氣壓的壓力下破裂，氣泡破裂后活性氧分子的自由熱運動增強，可W隨時加入 到水分子共價鍵中形成溶解氧，氣體即完全溶解于水液中。運樣就實現(xiàn)了超飽和溶氧。在 水中通入微納米氧氣泡，可有效分離水中固體雜質(zhì)、快速提高水體氧濃度、殺滅水中有害病 菌、降低固液界面摩擦系數(shù)，從而在氣浮凈水、水體增氧、臭氧水消毒和微納米氣泡減阻等 領(lǐng)域比宏觀氣泡有更高的效率，應(yīng)用前景也更為廣闊。
[0004] 目前市場上已經(jīng)有了一些氣、液態(tài)材料微納米化的相關(guān)設(shè)備，但基本都采用能量 消耗巨大的動力旋轉(zhuǎn)切割機(jī)械實現(xiàn)。目前國內(nèi)外生成高氧水的技術(shù)主要有電解、微孔膜和 超高壓磁化等技術(shù)。電解法制造成本高，能耗大，只適用于小規(guī)模生產(chǎn)。超高壓磁化法的原 理是水經(jīng)過磁場處理后，改變水分子的徑向分布函數(shù)和分子內(nèi)能從而破壞氨鍵。最終改變 水分子的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。實驗表明，通磁處理能使水的吸光度、滲透壓明顯升高，水分子團(tuán)簇斷 裂成了較小的分子團(tuán)簇甚至是單個水分子。小分子水滲透性和溶解性都顯著增大，然后將 氧氣經(jīng)高壓壓水中，增加水中溶氧濃度。運種方法工藝成本高，富氧率低，高氧水中的氧不 穩(wěn)定，不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。微孔膜法是采用聚四氣乙締等微孔膜毛細(xì)管吸收式增氧，通 過彌散的原理將氧氣均勻溶入水中。純凈水在膜內(nèi)通過，在膜外施加氧氣。微孔膜法具有 無氣泡，無揮發(fā)，氧的利用率高、溶解氧具有良好的穩(wěn)定性的優(yōu)勢。但該技術(shù)工藝復(fù)雜，設(shè)備 昂貴，制造成本高。微孔膜維護(hù)困難，容易堵塞，使用壽命短。同樣不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0005] 目前還沒有一種低成本、高產(chǎn)能，可W大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)高氧水（超飽和溶氧 40mg/LW上）的成熟技術(shù)。因此研究出一種低成本、易維護(hù)、低能耗、可大規(guī)模工業(yè)化的高 氧水技術(shù)無論對于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展還是對于社會進(jìn)步都具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于氣液體微納米切割細(xì) 化的高氧水制備系統(tǒng)，幾乎在常溫常壓下實現(xiàn)氣體和水的微納米量級的切割細(xì)化和混合， 產(chǎn)生微納米氣泡進(jìn)行水體增氧，消耗能量極少，設(shè)備成本低，可W獲得低成本、大產(chǎn)量的超 飽和高氧水。
[0007] 按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于氣液體微納米切割細(xì)化的高氧水制備系 統(tǒng)，特征是：包括依次連接的Y型過濾器、粗過濾器、軸向中屯、加氣裝置、靜態(tài)螺旋切割裝 置、紫外線殺菌裝置、精過濾器和活性炭吸附及超濾設(shè)備。
[0008]進(jìn)一步的，所述靜態(tài)螺旋切割裝置的進(jìn)口端還連接有靜態(tài)混合器，靜態(tài)混合器連 接軸向中屯、加氣裝置。
[0009]進(jìn)一步的，所述Y型過濾器的進(jìn)水端通過水累連接進(jìn)水管道，活性炭吸附及超濾 設(shè)備的出水端連接儲水罐，儲水罐的出水端連接自動灌裝機(jī)。
[0010] 進(jìn)一步的，所述靜態(tài)螺旋切割裝置為1個或多個。
[0011] 進(jìn)一步的，所述靜態(tài)螺旋切割裝置包括切割管，切割管中屯、設(shè)置忍軸，忍軸的進(jìn)水 端設(shè)置導(dǎo)水錐，在忍軸上設(shè)置若干片依次疊加的切割片，切割片上具有一個或多個葉片，切 割片沿忍軸長度方向依次疊加形成由忍片長度方向布置的一條或多條螺旋形，并且相鄰兩 個切割片的葉片錯開一定距離，在螺旋形的側(cè)面形成階梯狀切割刃口；所述螺旋形采用變 螺距。
[0012] 進(jìn)一步的，所述切割片疊加形成的螺旋形由進(jìn)水端向出水端方向螺距逐漸減小。
[0013]進(jìn)一步的，所述切割片的厚度為0. 08 - 5mm。
[0014]進(jìn)一步的，所述軸向中屯、加氣裝置包括安裝在切割管進(jìn)水端的加氣頭，在加氣頭 上安裝管座，管座中設(shè)置導(dǎo)氣管，導(dǎo)氣管的外端通過氣體連接管連接氣管的一端，氣管的另 一端連接分氣頭，分氣頭與氣體降溫器連接，氣體降溫器的進(jìn)氣端連接氧氣罐；在所述導(dǎo)氣 管的內(nèi)端安裝節(jié)流座，節(jié)流座中設(shè)置節(jié)流閥忍，節(jié)流座上設(shè)置加氣孔，加氣孔的軸線與加氣 頭、切割管的軸線同軸。
[0015]進(jìn)一步的，所述加氣孔的軸線與加氣頭、切割管的軸線同軸度小于0. 1mm。
[0016]進(jìn)一步的，所述切割片的中屯、孔與忍軸間隙配合。
[0017] 本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0018] (1)本發(fā)明通過無旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)的靜態(tài)螺旋切割裝置將氧氣大分子團(tuán)切割為納米 量級的小分子團(tuán)物質(zhì)，幾乎在常溫常壓下將其溶于純凈水中，溶解氧含量高、穩(wěn)定性好；靜 態(tài)螺旋切割裝置無動力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，設(shè)備成本低，易維護(hù)，可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0019] (2)本發(fā)明所述靜態(tài)螺旋切割裝置可實現(xiàn)氣液體微納米化切割細(xì)化，氣液體在切 割腔ΧΥΖΞ個方向均受到剪切力；流場邊界為切割葉片螺旋形成的階梯狀切割刃，在一定 的流動場和離屯、力的作用下，氣水受到階梯狀切割刃的切割力，理論上可實現(xiàn)無限小尺度 的切割。
[0020] (3)本發(fā)明把氧氣通過靜態(tài)離散化的螺旋切割裝置，快速、高效地切割細(xì)化為微納 米量級的小氣泡，大大提高氧氣的溶解效率，水中溶氧量可達(dá)40-50mg/l，氧的利用率可達(dá) 95 %W上，溶氧穩(wěn)定性好，60天氧氣濃度衰減率為50 %。
[0021] (4)本發(fā)明所述的高氧水制備系統(tǒng)制備高氧水的工藝簡單，成本遠(yuǎn)低于其他高氧 水制備技術(shù)；螺旋切割器無動力旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，設(shè)備成本低，只有動力旋轉(zhuǎn)切割機(jī)械的1/10,微 孔膜技術(shù)的1/5。設(shè)備易維護(hù)，產(chǎn)能高，可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。
[002引 妨本發(fā)明所述加氣裝置采用特殊設(shè)計的加氣頭、出氣口，根據(jù)層流流體繞流圓柱 體的流體力學(xué)理論分析可知，加氣孔附近區(qū)域水的流速接近于0,氧氣可W順利散逸到水 中，實現(xiàn)螺旋切割器四個切割腔均勻加氣，運種加氣法效率高，切割細(xì)化均勻。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明所述高氧水制備系統(tǒng)的示意圖。
[0024] 圖2為所述軸向中屯、加氣裝置和靜態(tài)螺旋切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[00巧]圖3為所述靜態(tài)螺旋切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖4為所述切割片的示意圖。
[0027] 圖中標(biāo)號：過濾器1、粗過濾器2、軸向中屯、加氣裝置3、靜態(tài)混合器4、靜態(tài)螺旋切 割裝置5、紫外線殺菌裝置6、精過濾器7、活性炭吸附及超濾設(shè)備8、儲水罐9、自動灌裝機(jī) 10、水累11、法蘭5-1、切割管5-2、忍軸5-3、導(dǎo)水錐5-4、切割片5-5、壓塊5-6、鎖緊螺母 5-7、葉片5-8、加氣頭3-1、管座3-2、導(dǎo)氣管3-3、密封圈3-4、密封塊3-5、氣體連接管3-6、 氣管3-7、分氣頭3-8、氣體降溫器3-9、氧氣罐3-10、節(jié)流座3-11、節(jié)流閥忍3-12、加氣孔 3-13 〇
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029] 如圖1所示：本發(fā)明所述基于氣液體微納米切割細(xì)化的高氧水制備系統(tǒng)包括依次 連接的Y型過濾器1、粗過濾器2、軸向中屯、加氣裝置3、靜態(tài)混合器4、靜態(tài)螺旋切割裝置5、 紫外線殺菌裝置6、精過濾器7和活性炭吸附及超濾設(shè)備8,Y型過濾器1的進(jìn)水端通過水 累11連接進(jìn)水管道，活性炭吸附及超濾設(shè)備8的出水端連接儲水罐9,儲水罐9的出水端連 接自動灌裝機(jī)10。
[0030] 所述水累11可W采用電動隔膜累或者不誘鋼自吸累。
[0031] 所述粗過濾器2采用5微米的PP濾忍，精過濾器7采用0. 2微米的PP濾忍。
[0032] 所述紫外線殺菌裝置6采用現(xiàn)有市售的紫外線殺菌設(shè)備，一般處理量為0. 5~ 2m3/h。
[0033] 所述靜態(tài)混合器4安裝于軸向中屯、加氣裝置3和靜態(tài)螺旋切割裝5之間，采用現(xiàn) 有市售產(chǎn)品，一般處理量為0. 5~2.