射流器在水處理工程中的應用

周長仁，胡超山東農業大學

射流器在水處理工程中的應用

周長仁，胡超
山東農業大學

射流器是一種利用文丘里現象形成的負壓區來工作的設備。本文主要介紹了射流器的結構及工作原理并闡述了它在水處理中的應用及優缺點。

射流器；水處理；曝氣；氣浮

緒論

射流器是一種利用文丘里現象形成的負壓區來工作的設備。射流器構造簡單，因此它使用方便，制作花費少，容易維護。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雜工況（比如高溫高壓強腐蝕）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。由于射流器的這些特點，相比其它功能類似的設備它具有無與倫比的優越性，故而它在水處理工程中得到廣泛應用，比如：射流曝氣、射流加藥、射流抽真空等，為水處理工藝的發展和優化做出了巨大貢獻。

一、射流器的工作原理

1、文丘里現象

射流器是依據流體力學中的文丘里現象制成的。所謂文丘里現象是指在風吹過障礙物時，物體就有了迎風面和背風面之分，在迎風面風受到阻礙，流速降低，壓力升高，在背風面，風遠離障礙物，流速增加，壓力降低，在障礙物的背風面附近氣壓相對周圍較低，形成了一個低壓區，使周圍氣體向低壓區補充，引起周圍氣體的流動。

2、文丘里管工作原理

文丘里管是文丘里原理在水力學上最經典的應用。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生一個負壓區，當壓力低于大氣壓時就會對周圍產生一個抽吸作用。

3、射流器工作原理

射流器就是利用文丘里現象形成的負壓區來工作的一種設備。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壓力，使工作流體可以在噴嘴噴出，由于噴嘴為一個同心漸縮管，故水流在噴嘴出口處流速增加，壓強降低，根據文丘里管原理，水流在噴嘴出口附近形成負壓區，對混合室內氣體產生抽吸作用，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散管處流出。

二、射流器的應用

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。下面本文以BER型水下射流曝氣機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型水下射流曝氣機主要由潛水泵和水射器構成，當需要曝氣時，啟動潛水泵，形成高壓高速水流進入射流器，水流在射流器真空室內形成負壓區，將液面以上的空氣吸入真空室，水和空氣混合均勻后從擴散管處噴出。

射流曝氣屬于水下曝氣技術，相對于鼓風曝氣和機械曝氣，它有很多的優點∶

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

（2）射流曝氣無泡沫飛濺且噪聲小，避免了二次污染。

（3）射流曝氣在水下進行，保溫性能好，尤其適合寒冷地區使用。

（4）射流曝氣設備構造簡單，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會形成射流，射流和真空室內強大的負壓同時對被吸入空氣產生作用，將空氣粉碎成細小的氣泡，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，極大降低了傳質阻力。

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

由于射流曝氣有以上種種優點，它在工業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用。

2、射流形成真空

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

圖4 射流器形成真空示意

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

相對于其他形成真空的設備（比如真空泵，射流泵等），射流器抽真空有以下優勢：

（1）射流器結構簡單，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吸水管上的底閥，減小了局部阻力，提高了設備的運行效率和可靠性。

3、射流加藥

水射器還常用于向壓力管道內投加藥液，其工作原理如下：

高速水流通過噴嘴在吸入室內高速噴出，使混合室室內產生負壓將藥液吸入，藥液和壓力水在喉管段混合均勻后通過漸擴管增壓后流出進入壓力管道，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生紊流擴散，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，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，二者在喉管段會發生激烈的能量交換，在喉管段形成強烈的紊流，這進一步促進了藥液和水的混合。

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

4、射流氣浮

近年來隨著水體富營養化的情況日益加重，水中藻類和微生物的數量越來越多，單純沉淀工藝無法滿足人們對水質的要求，故而能夠去除藻類和微生物的氣浮工藝在凈水廠的生產流程中應用的越來越普遍。所謂氣浮就是指利用氣浮設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，從而實現固液分離。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鍵。

射流氣浮設備主要包括射流器和水泵。在工作時利用水泵形成高速高壓水流進入射流器，水流通過噴嘴高速噴出，在吸入室內形成成負壓區，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行激烈的能量交換，形成強烈的紊流，空氣被粉碎形成微小氣泡和水均勻混合。氣水混合流體進入擴散段后流速降低，動能被轉化為壓力勢能，空氣在高壓作用下和水進一步混合，最終氣水混合流體從擴散段噴出進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鍵。

結語

射流器由于其諸多優勢在水處理工藝中得到廣泛應用。隨著水十條的發布，我國對水處理的重視程度逐年增加，水處理行業迎來了蓬勃發展期，各種新型工藝層出不窮。這給水射器的發展帶來機遇的同時也帶來了挑戰，水處理行業對水射器質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術的吸收消化，提高我國水射器的技術含量和國產率，增強其在水處理設備方面的競爭力。

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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，山東農業大學，本科（2014級），研究方向：污水處理工程；

胡超（1995-），男，山東農業大學，本科（2014級），研究方向：污水處理工程。