基于空化水射流的有机污水净化循环系统研究——以第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品“水净有方”为例

创新创业理论研究与实践 ›› 2024, Vol. 7 ›› Issue (7): 172-178.

基于空化水射流的有机污水净化循环系统研究——以第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品“水净有方”为例

王宁, 祁杰, 张子轩, 王飞龙, 孙荣伟, 邵志豪, 陆文卿

华东理工大学,上海 200237

出版日期:2024-04-10 发布日期:2024-07-16
作者简介:王宁（1980—）,女,河南南阳人,博士研究生,副教授,研究方向：水射流表面强化、水资源净化、结构/材料的抗疲劳设计等。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目“空化磨料水射流强化后榫接结构微动疲劳损伤机理与寿命评定方法”（52275148）; 上海市大学生创新创业训练项目“空化磨粒一体水射流表面强化智能装备” （S202210251070）

Research on Organic Wastewater Purification Cycle System Based on Cavitation Water Jet—Take the 18th National College Students Extracurricular Academic Competition Works “Efficient Purification of Water”as an Example

WANG Ning, QI Jie, ZHANG Zixuan, WANG Feilong, SUN Rongwei, SHAO Zhihao, LU Wenqing

East China University of Science and Technology, Shanghai, 200237, China

Online:2024-04-10 Published:2024-07-16

摘要/Abstract

摘要： 该文以第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品“水净有方”为研究案例,探讨空化水射流技术与光催化氧化净水相结合的净水工艺,通过 FLUENT 仿真分析和高速摄像实验验证了喷嘴的空化性能,并以空化效果为目标进行了喷嘴的优化设计,寻求“光—水耦合”高效处理有机污水的净水工艺,最终选择100 MPa的入口压力配合2 mm的喷嘴进行净水,实现了“集约高效,环境友好”的有机污水净化。

关键词: 空化水射流, 光催化氧化, 喷嘴优化设计, 高效净水, FLUENT仿真分析, 循环系统设计, 有机污水治理

Abstract: Taking the 18th“Challenge Cup”National College Students Extracurricular Academic and Technological Competition Works“Efficient Purification of Water”as a research case, this paper explores the water purification process combining cavitation water jet technology and photocatalytic oxidation water purification. The cavitation performance of the nozzle was verified through FLUENT simulation analysis and high-speed camera experiments. Subsequently, the optimized design of the nozzle was carried out with the goal of cavitation effect, and an efficient water purification process for treating organic wastewater was developed. Finally, the selection is an inlet pressure of 100MPa combined with a 2mm nozzle for water purification.

Key words: Cavitation water jet, Photocatalytic oxidation, Nozzle optimization design, Efficient water purification, FLUENT simulation analysis, Circulating system design, Organic wastewater treatment

中图分类号:

G640

王宁, 祁杰, 张子轩, 王飞龙, 孙荣伟, 邵志豪, 陆文卿. 基于空化水射流的有机污水净化循环系统研究——以第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品“水净有方”为例[J]. 创新创业理论研究与实践, 2024, 7(7): 172-178.

WANG Ning, QI Jie, ZHANG Zixuan, WANG Feilong, SUN Rongwei, SHAO Zhihao, LU Wenqing. Research on Organic Wastewater Purification Cycle System Based on Cavitation Water Jet—Take the 18th National College Students Extracurricular Academic Competition Works “Efficient Purification of Water”as an Example[J]. The Theory and Practice of Innovation and Enntrepreneurship, 2024, 7(7): 172-178.

参考文献

[1] 李慧婷. 电化学氧化法在工业废水处理中的应用研究[D]. 吉林:吉林大学, 2011.
[2] 吴炳方, 闫娜娜, 曾红伟,等. 节水灌溉农业的空间认知与建议[J]. 中国科学院院刊, 2017,32(1):70-77.
[3] 陶跃群. 水力空化降解废水中有机污染物的理论与实验研究[D].北京:中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2018.
[4] GLAZE W H, KANG J W, CHAPIN D H .The chemistry of water treatment processes involving ozone, hydrogen peroxide and ultraviolet radiation[J].Ozone Science & Engineering, 1987, 9(4):335-352.
[5] 刘玥,彭赵旭,闫怡新. 水处理高级氧化技术及工程应用[M]. 郑州:郑州大学出版社,2014.
[6] BAGAl M V, GOGATE P R.Degradation of diclofenac sodium using combined processes based on hydrodynamic cavitation and heterogeneous photocatalysis[J].Ultrasonics Sonochemistry,2014,21(3):1035-1043.
[7] 贺成龙, 吴建华, 刘文莉. 空化应用研究进展综述[J]. 嘉兴学院学报, 2008(3):57-62.
[8] 雷晓. 空化水射流喷丸316不锈钢的试验研究与有限元模拟[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2014.
[9] GOHIR P P, SAINI R P .Effect of temperature, suction head and flow velocity on cavitation in a Francis turbine of small hydro power plant[J]. Energy, 2015, 93(12):613-624.
[10] 张宇宁,孙卓.空化泡—边界相互作用研究进展综述[J].核科学与工程,2022,42(3):598-615.
[11] PLESSET M S, PROSPERETTI A.Bubble dynamics and cavitation[J]. Ann.rev.fluid Mech,2003, 9(1):145-185.
[12] 叶林征,祝锡晶,王建青.近壁声空泡溃灭微射流冲击流固耦合模型及蚀坑反演分析[J].爆炸与冲击,2019,39(6): 23-34.
[13] LAUTERBORN W, BOLLE H.Experimental investigations of cavitation-bubble collapse in the neighbourhood of a solid boundary[J]. Journal of Fluid Mechanics, 1975,72(2):391-399.
[14] HERMAN H, MURA T.Treatise on materials science and technology[J]. Journal of Applied Mechanics, 1973, 43(2):384
[15] 赵瑞, 梁忠诚, 徐荣青. 固壁面附近空泡溃灭研究[J]. 南京邮电大学学报(自然科学版), 2009, 29(1):83-86.
[16] 刘仁龙. 纳米TiO2光催化氧化处理苯酚水溶液的研究[D]. 重庆:重庆大学, 2004.
[17] 薛向东. 废水光催化处理特性及高效光催化反应器研究[D]. 西安:西安建筑科技大学, 2002.
[18] 宋海燕,江宏富, 刘杏芹,等. 非金属矿物用作催化剂载体光降解污水中的有机物[J]. 中国非金属矿工业导刊, 2004(5):26-28,47.
[19] PIERA APOS E, TEJEDOR M I, ZORN M E, et al.Relationship concerning the nature and concentration of fe(ii1) species on the surface of TiO2 particles and photocatalytic activity of the catalyst[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2003, 46(4):671-685.
[20] 李燕霞. 聚酰亚胺复合材料的制备及其光催化降解废水中四环素的研究[D]. 重庆:重庆工商大学, 2022.
[21] 江宏富. TiO2的掺杂改性及光催化研究[D]. 合肥:中国科学技术大学,2006.
[22] 齐虹. 光催化氧化技术降解室内甲醛气体的研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2007.
[23] 熊莉芳,林源,李世武.湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J]. 工业加热, 2007(4): 13-15.