劉雄心¹，劉金輝²
(1．北京華勝科技有限公司，北京 100080；2．錦州市產品質量監督檢驗所，遼寧 錦州 121000)

　　摘要：在采用臭氧處理水時，需對臭氧尾氣進行分離處理，因而需要臭氧與水分離的裝置。為此研制了兩種臭氧分離系統，可將臭氧從水中100％地分離。該裝置同樣適用于其它氣、水分離的場合。
　　關鍵詞：水處理；臭氧；氣水分離
　　中圖分類號：X703.3　　 文獻標識碼：A　　 文章編號：1009—2455(2003)04—0068—03

Development of A New—Type，Gas—Water Manufacture on the New Typeof Gas and Water Separateing Equipment,Unit

LIU Xiong-xin¹， LIU Jin—hui²
(1.BeijingHuasheng Science and Technology Co．Ltd．， Beijing l00080，China; 2．Jinzhou Products Quality Monitoring and Inspecting Station，Jinzhou 121000，China)

　　Abstract：When ozone is used in water treatment, it is necessary to carry outa separation treatment of the off-gas of the ozone，for which a unit that separatesozone from water is needed．Two types of ozone separating system have been developed for thesaid purpose，which may separate 100％ of ozone from water．The said units are also applicable to other occasions where gas-water separation isneeded．
　　Keywords：water treatment；ozone；gas-water separation

　　工程上很多地方需要進行氣水分離。當把臭氧發生器產生的臭氧投加到水處理罐中，臭氧溶解于水，對水進行消毒處理^[1]，而處理后剩余的臭氧需要從罐頂排放到尾氣處理器中進行分解，以免對人體造成傷害。
　　由于水處理罐中有一定的壓力，在對臭氧尾氣進行處理時，發現有一部分水在壓力的作用下隨著臭氧進入尾氣處理器中，對尾氣處理器造成破壞。因此我們需要在尾氣處理器之前加一個氣水分離裝置，對氣和水進行分離，讓臭氧尾氣順利地排放到尾氣處理器中，而水則留在水處理罐中。這樣就不會對尾氣處理器造成破壞。
　　市場上的排氣閥排氣出口太小，不能滿足臭氧分離的要求，需要研制一種新型氣水分離裝置。

1 氣水分離器和氣水分離系統

　　我們最初研制的氣水分離器如圖1所示。其設計思路是：
　　①當進入氣水分離器的尾氣中只有臭氧時，臭氧尾氣經由氣水分離器的進口、出口直接排放到尾氣處理器中。
　　②當進入氣水分離器的尾氣中含有水時，浮球在水的浮力作用下向上運動并壓緊擋水環，從而封閉了水路并達到氣水分離。
　　把這種氣水分離器安裝到工程中進行測試，發現當進入氣水分離器中的氣體壓力不是很大時，氣水分離器工作正常。當進入氣水分離器中的氣體壓力超過一定限值時，浮球不下落并封住了氣水分離器的出口。
　　我們對這種現象進行了分析：
　　設進入氣水分離器的氣體壓強為戶，此處戶為使用壓力表測得值。設擋水環的開口半徑為了，浮球所受的重力為G。則當浮球向上壓緊擋水環時，浮球所受的向上作用力為P∏r²，要想使浮球落下，必須使P∏r²<G，這就是說r要很小才能使浮球落下，這就是通常的排氣閥為什么排氣出口直徑很小的原因。為了使浮球落下，如圖2所示，我們在氣水分離器上并聯一個排氣出口很小的排氣閥，以卸掉氣水分離器內的氣體壓力并使浮球落下，保持管路的暢通。
　　把這種并聯的氣水分離系統應用在工程安裝中，經實踐檢驗，氣水分離效果很好。

　　

2 復合式氣水分離器

　　為了簡化圖2所示的所水分離系統，如圖3所示，我們研制了一種新·型的復合氣水分離器。圖3所示的復合式氣水分離器與圖2所示的氣水分離系統原理一樣。其設計思路是：
　　①當進入氣水分離器的尾氣中只有臭氧時，臭氧尾氣經由氣水分離器的B口、C口、D口，直接排放到尾氣處理器中。
　　②當進入氣水分離器的尾氣中含有水時，浮筒在水的浮力作用下沿固定轉軸逆時針轉動并壓迫塞頭向上運動。當水達到一定高度時，頂塞在封住塞頭A口的同時，塞頭把密封環堵嚴(見圖4的左半部分)，從而封閉了水路并達到了氣水分離的目的。
　　③當氣體繼續進入氣水分離器內并把其中的水向下壓出時，浮筒在重力的作用下沿固定轉軸順時針轉動，由于這時氣水分離器內還存在一定的氣體壓力，塞頭在氣體壓力的作用下并不立刻落下，氣水分離器內的氣體通過塞頭的A口緩慢地釋放出去，從而使氣水分離器內保持常壓狀態。這樣塞頭在重力的作用下自由落下，保證和管路的暢通并開始進入新的自動循環。
　　我們把這種復合式氣水分離器安裝在水處理罐頂部，經過實踐檢驗，該裝置能迅速排出罐頂氣體并阻止罐內水外流。

3 復合式氣水分離系統

　　為了使氣水分離達到100％，我們在復合式氣水分離器的后面又串聯了一個二級氣水分離器，如圖4所示是復合式氣水分離系統的結構簡圖。其原理是：假如由于復合式氣水分離器密封不嚴，使少部分水由復合式氣水分離器的頂部冒出，那么這少部分水進入第二級氣水分離器后托起浮球，從第二級氣水分離器的下口流出。如果進入第二級氣水分離器的是臭氧廢氣，那么臭氧廢氣在向下壓緊浮球的同時由第二級氣水分離器的上口排放到尾氣處理器中。
　　在第二級氣水分離器中，設空心浮球的重量為G，體積為v，浮球的活動高度為H，水的密度為ρ，重力加速度為g，下密封環的開口半徑為r 。正常情況下浮球壓緊下密封環，防止臭氧廢氣從第二級氣水分離器的下口排出。假設在第二級氣水分離器中裝滿了水，由于浮球底部與下密封環接觸的區域沒有與水接觸，因而這部分區域不受浮力作用，那么此時空心浮球所受的向上浮力為：ρgv-ρgHπr² 空心浮球向上浮起的條件是：ρgv-ρg Hπr²＞G 第二級氣水分離器的各項設計參數要嚴格符合上面的公式，否則空心浮球不一定浮起，起不到氣水分離作用。
　　把這種復合式氣水分離系統應用在工程安裝中，經實驗檢驗，氣水分離達到了100%。該系統不但適合臭氧與水分離的需要，而且可以擴展到許多氣體與水的分離的工程應用中，且結構簡單、造價低，具有很好的實用價值。

參考文獻：

[1] 唐受印，戴友芝.水處理工程手冊[M].北京：化學工業出版社，2000.

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作者簡介：劉雄心（1971-）男，遼寧黑山縣人，工程師，發表論文近20篇，北京市海淀區中關村路甲12號。