射流器在水处理工程中的应用

周长仁，胡超山东农业大学

射流器在水处理工程中的应用

周长仁，胡超
山东农业大学

射流器是一种利用文丘里现象形成的负压区来工作的设备。本文主要介绍了射流器的结构及工作原理并阐述了它在水处理中的应用及优缺点。

射流器；水处理；曝气；气浮

绪论

射流器是一种利用文丘里现象形成的负压区来工作的设备。射流器构造简单，因此它使用方便，制作花费少，容易维护。由于射流器一般采用抗腐蚀材料制作，故而它可以在各种复杂工况（比如高温高压强腐蚀）下正常工作，不易受外界不利因素的影响，抗干扰能力非常强。由于射流器的这些特点，相比其它功能类似的设备它具有无与伦比的优越性，故而它在水处理工程中得到广泛应用，比如：射流曝气、射流加药、射流抽真空等，为水处理工艺的发展和优化做出了巨大贡献。

一、射流器的工作原理

1、文丘里现象

射流器是依据流体力学中的文丘里现象制成的。所谓文丘里现象是指在风吹过障碍物时，物体就有了迎风面和背风面之分，在迎风面风受到阻碍，流速降低，压力升高，在背风面，风远离障碍物，流速增加，压力降低，在障碍物的背风面附近气压相对周围较低，形成了一个低压区，使周围气体向低压区补充，引起周围气体的流动。

2、文丘里管工作原理

文丘里管是文丘里原理在水力学上最经典的应用。如图1所示：

图1 文丘里管原理

让流体以一定的流速通过文丘里管，由于在喉管段管段渐缩，流体流速加快，依据伯努利方程，流体流速加快，则流体压力降低，故水流在文丘里管喉管段产生一个负压区，当压力低于大气压时就会对周围产生一个抽吸作用。

3、射流器工作原理

射流器就是利用文丘里现象形成的负压区来工作的一种设备。如图2所示：

图2 射流器原理

采用某种方式赋予工作流体一定的初始压力，使工作流体可以在喷嘴喷出，由于喷嘴为一个同心渐缩管，故水流在喷嘴出口处流速增加，压强降低，根据文丘里管原理，水流在喷嘴出口附近形成负压区，对混合室内气体产生抽吸作用，使气体源源不断的从吸入口被吸入。工作流体和被吸入流体在喉管段混合后从扩散管处流出。

二、射流器的应用

1、射流曝气

射流曝气是一种利用水射器将水和空气充分混合并提高水体含氧量的技术。下面本文以BER型水下射流曝气机为例讲一下射流曝气的工作流程：

图3 射流曝气

如图3所示，BER型水下射流曝气机主要由潜水泵和水射器构成，当需要曝气时，启动潜水泵，形成高压高速水流进入射流器，水流在射流器真空室内形成负压区，将液面以上的空气吸入真空室，水和空气混合均匀后从扩散管处喷出。

射流曝气属于水下曝气技术，相对于鼓风曝气和机械曝气，它有很多的优点∶

（1）水下射流曝气的氧转移速率高，并且水下运行可以在比较大的范围内防治污泥沉淀。

（2）射流曝气无泡沫飞溅且噪声小，避免了二次污染。

（3）射流曝气在水下进行，保温性能好，尤其适合寒冷地区使用。

（4）射流曝气设备构造简单，加工方便，成本低且占地面积小。

（5）射流曝气除曝气功能外还兼有推流及混流作用。

射流曝气氧转移速率高主要是基于以下原因：

（1）水流在真空室喷口喷出时会形成射流，射流和真空室内强大的负压同时对被吸入空气产生作用，将空气粉碎成细小的气泡，极大增加了气液接触面积。

（2）由于工作流体和被吸入流体流速差异很大，二者在喉管段发生激烈的能量交换，改变了气液双膜之间的气压梯度和浓度梯度，使气液双膜界面高频震荡，极大降低了传质阻力。

（3）在射流器的扩散管处，混合流体流速降低，压力增大，强大的压力迫使氧气融入水中。

由于射流曝气有以上种种优点，它在工业废水和生活污水的处理以及黑臭水体治理中都得到了广泛应用。

2、射流形成真空

在水处理工艺中，很多设备需要在真空条件下才能正常运行，比如虹吸式吸泥机（应用于二沉池和平流式沉淀池），离心式水泵（应用于泵站）等。使用射流器形成真空是水处理工艺中经常采用的方法之一。下面本文详细讲述射流器形成真空在离心泵上的应用。

图4 射流器形成真空示意

离心泵启动前先打开风管阀门1，高压气体在喷嘴处高速喷出，在混合室内形成真空，然后打开吸气管阀门2，离心泵内空气被抽出，被抽出的空气和高压气体在混合室混合后从扩散管处喷出。

相对于其他形成真空的设备（比如真空泵，射流泵等），射流器抽真空有以下优势：

（1）射流器结构简单，易于加工和安装，投资少。

（2）射流器的尺寸可以做的很小，在某些空间狭小的特殊位置也可以应用。

（3）射流器便于维修且维修量小，工作性能可靠。

（4）采用射流器形成真空可以取消离心水泵和吸泥机吸水管上的底阀，减小了局部阻力，提高了设备的运行效率和可靠性。

3、射流加药

水射器还常用于向压力管道内投加药液，其工作原理如下：

高速水流通过喷嘴在吸入室内高速喷出，使混合室室内产生负压将药液吸入，药液和压力水在喉管段混合均匀后通过渐扩管增压后流出进入压力管道，完成加药。

高速水流在喷嘴喷出后形成射流，在喷向喉管的过程中水流发生紊流扩散，其边界层上活跃的紊流混合将周围的流体卷吸到射流中去，一起向喉管流动，在此过程中激烈的卷吸和掺混作用使药液和水充分混合。由于药液和水的流速不同，二者在喉管段会发生激烈的能量交换，在喉管段形成强烈的紊流，这进一步促进了药液和水的混合。

射流器广泛应用于污水厂和净水厂的加药工艺中，在自来水加氯消毒，添加液态混凝剂、助凝剂时均可采用射流加药技术，但需要注意的是射流器不能传输带有颗粒杂质的液体。

4、射流气浮

近年来随着水体富营养化的情况日益加重，水中藻类和微生物的数量越来越多，单纯沉淀工艺无法满足人们对水质的要求，故而能够去除藻类和微生物的气浮工艺在净水厂的生产流程中应用的越来越普遍。所谓气浮就是指利用气浮设备在水中形成高度分散的微小气泡，微小气泡作为载体与水中微小颗粒粘附，将水中的悬浮颗粒浮于水面，从而实现固液分离。能否在水中形成高度分散的微小气泡是气浮效果好坏的关键。

射流气浮设备主要包括射流器和水泵。在工作时利用水泵形成高速高压水流进入射流器，水流通过喷嘴高速喷出，在吸入室内形成成负压区，外界空气不断的从吸入管被吸入，空气和水由于流速不同在喉管段进行激烈的能量交换，形成强烈的紊流，空气被粉碎形成微小气泡和水均匀混合。气水混合流体进入扩散段后流速降低，动能被转化为压力势能，空气在高压作用下和水进一步混合，最终气水混合流体从扩散段喷出进入气浮池中对完成分离。由于压力升高，混合流体中空气的溶解度也进一步提高，单位容积水中空气含量增大，这也是射流气浮取得良好效果的关键。

结语

射流器由于其诸多优势在水处理工艺中得到广泛应用。随着水十条的发布，我国对水处理的重视程度逐年增加，水处理行业迎来了蓬勃发展期，各种新型工艺层出不穷。这给水射器的发展带来机遇的同时也带来了挑战，水处理行业对水射器质量性能的要求越来越高。我国在水射器研究方面和国外最高水平仍有较大差距，这就要求我们要加快对国外计术的吸收消化，提高我国水射器的技术含量和国产率，增强其在水处理设备方面的竞争力。

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[4]吴持恭.水力学[M].北京：高等教育出版社，2007.

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

周长仁（1995-），男，山东农业大学，本科（2014级），研究方向：污水处理工程；

胡超（1995-），男，山东农业大学，本科（2014级），研究方向：污水处理工程。