申請(qǐng)日2017.01.06
公開(kāi)(公告)日2017.05.31
IPC分類(lèi)號(hào)C02F1/78; C02F1/48
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，包括：電磁脈沖發(fā)生器和電磁換能器;所述電磁脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生模擬變頻直流脈沖信號(hào)，將所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)輸送至所述電磁換能器上;所述電磁換能器，用于根據(jù)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的頻率變化，產(chǎn)生變頻直流脈沖電磁場(chǎng)，通過(guò)所述變頻直流脈沖電磁場(chǎng)對(duì)流經(jīng)所述電磁換能器中的溶解了臭氧的污水進(jìn)行協(xié)同氧化處理，以提高臭氧在污水中產(chǎn)生的羥基自由基的量。本發(fā)明還公開(kāi)了一種臭氧電磁催化氧化污水處理方法，以及，一種臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)。本發(fā)明公開(kāi)的臭氧電磁催化氧化污水處理技術(shù)方案可以有效提高臭氧催化氧化的效率，顯著降低運(yùn)行成本。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，其特征在于，包括：電磁脈沖發(fā)生器和電磁換能器;
所述電磁脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生模擬變頻直流脈沖信號(hào)，將所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)輸送至所述電磁換能器上;
所述電磁換能器，用于根據(jù)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的頻率變化，產(chǎn)生變頻直流脈沖電磁場(chǎng)，通過(guò)所述變頻直流脈沖電磁場(chǎng)對(duì)流經(jīng)所述電磁換能器中的溶解了臭氧的污水進(jìn)行協(xié)同氧化處理，以提高臭氧在污水中產(chǎn)生的羥基自由基的量。
2.如權(quán)利要求1所述的臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，其特征在于，所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的振蕩頻率與污水中的水分子頻率相同。
3.如權(quán)利要求1所述的臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，其特征在于，所述電磁脈沖發(fā)生器包括：
外部連接端口，用于獲取外部輸入的變頻直流脈沖信息;
可編程微處理器，用于根據(jù)所述變頻直流脈沖信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程，產(chǎn)生PWM變頻調(diào)制信號(hào);
脈沖頻率調(diào)制電路，用于根據(jù)所述PWM變頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻率調(diào)制，產(chǎn)生數(shù)字變頻直流脈沖信號(hào);
脈沖放大電路，用于對(duì)所述數(shù)字變頻直流脈沖信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)節(jié);
數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于將放大調(diào)節(jié)后的數(shù)字變頻直流脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲得所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，其特征在于，所述電磁換能器包括流體金屬管和一組或多組電線繞組線圈;所述電線繞組線圈分別纏繞于所述流體金屬管上;所述流體金屬管設(shè)有流體金屬管壁;
所述電線繞組線圈，用于根據(jù)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的頻率變化，產(chǎn)生電磁感應(yīng)獲得電磁能;通過(guò)所述電磁能直接作用于所述流體金屬管壁與所述流體金屬管中的溶解了臭氧的污水之間。
5.如權(quán)利要求4所述的臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，其特征在于，所述電線繞組線圈，還用于通過(guò)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)作用在所述電線繞組線圈處發(fā)生電聲轉(zhuǎn)換，獲得類(lèi)超聲波頻段的聲能。
6.一種臭氧電磁催化氧化污水處理方法，其特征在于，包括：
產(chǎn)生模擬變頻直流脈沖信號(hào)，將所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)輸送至電磁換能器;
所述電磁換能器根據(jù)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的頻率變化，產(chǎn)生變頻直流脈沖電磁場(chǎng);
將所述變頻直流脈沖電磁場(chǎng)作用于含有臭氧的污水，通過(guò)所述變頻直流脈沖電磁場(chǎng)提高臭氧在污水中產(chǎn)生的羥基自由基的含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臭氧電磁催化氧化污水處理方法，其特征在于，所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的振蕩頻率與污水中的水分子頻率相同。
8.一種臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：臭氧發(fā)生器、氧化接觸塔以及如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的臭氧電磁催化氧化污水處理裝置;
氧化接觸塔上設(shè)有允許待處理污水進(jìn)入其內(nèi)的原水入口和允許經(jīng)氧化處理的水從其內(nèi)流出的氧化接觸塔出水口;
氧化接觸塔上還設(shè)有臭氧入口，臭氧發(fā)生器的臭氧發(fā)射口與所述臭氧入口連通，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的富含臭氧的氣體經(jīng)臭氧入口進(jìn)入氧化接觸塔內(nèi);
氧化接觸塔上還設(shè)有內(nèi)循環(huán)水出水口和內(nèi)循環(huán)水進(jìn)水口，內(nèi)循環(huán)水出水口與臭氧電磁催化氧化污水處理裝置的進(jìn)液口連通，內(nèi)循環(huán)水出水口允許污水從氧化接觸塔流入臭氧電磁催化氧化污水處理裝置;內(nèi)循環(huán)水進(jìn)水入口與臭氧電磁催化氧化污水處理裝置的出液口連通，內(nèi)循環(huán)水進(jìn)水入口允許臭氧電磁催化氧化污水處理裝置處理后的污水流入氧化接觸塔內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)還包括氧化穩(wěn)定池，氧化穩(wěn)定池的入水口與所述氧化接觸塔出水口連通。
10.如權(quán)利要求8所述的臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)還包括尾氣凈化裝置，排出的尾氣進(jìn)入尾氣凈化裝置進(jìn)行處理。
說(shuō)明書(shū)
一種臭氧電磁催化氧化污水處理裝置、方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種污水處理裝置、方法及系統(tǒng)，具體涉及一種臭氧電磁催化氧化污水處理裝置、方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)
隨著近代工業(yè)，尤其是有機(jī)化工、石油化工、印染、焦化、醫(yī)藥、農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑及除草劑等行業(yè)的迅速發(fā)展，有機(jī)化合物的數(shù)量和種類(lèi)與日俱增，所產(chǎn)生的大量工業(yè)廢水、生活污水及農(nóng)田排水流入水體后，造成嚴(yán)重的污染。這類(lèi)廢水共同特性是可生化性差、毒性大，水質(zhì)變化大，且具有明顯的致癌、致畸、致突變“三致”作用。由于該類(lèi)廢水具有生物毒性大，含有抑菌物質(zhì)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的生物處理法無(wú)法有效處理這類(lèi)難降解有毒有機(jī)廢水，由此各種針對(duì)性高級(jí)氧化技術(shù)得到了迅速發(fā)展。臭氧氧化作為一種實(shí)用、高效的高級(jí)氧化技術(shù)，具有氧化能力強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間短，無(wú)二次污染，設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在抗生素廢水、印染廢水、石化行業(yè)廢水等生物難降解廢水的處理過(guò)程中有廣泛的應(yīng)用潛力。
臭氧在與水中有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)過(guò)程中，通常伴隨著直接反應(yīng)和間接反應(yīng)兩種途徑：直接氧化和間接氧化。臭氧的直接氧化具有一定的選擇性，一般只能將容易氧化的不飽和鍵打開(kāi)，對(duì)于生成的小分子有機(jī)物如羧酸等的氧化速率較低，反應(yīng)速率常數(shù)在1.0-103mol·L-1·s-1范圍內(nèi)。因此，單純的臭氧氧化作用很難將有機(jī)物徹底礦化，氧化效率較低;間接反應(yīng)是有羥基自由基(·OH)參與的氧化反應(yīng)，·OH作為二次氧化劑使得有機(jī)物迅速氧化，屬于非選擇性瞬時(shí)反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)為108-1010mol·L-1·s-1，比直接反應(yīng)高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，氧化效率大大高于直接反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物更完全的礦化。
為了進(jìn)一步提高臭氧氧化法對(duì)污染物的去除效率，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者開(kāi)始研究以臭氧為主體的高級(jí)氧化組合工藝，如催化臭氧工藝、H2O2/O3工藝、光催化/O3工藝、電化學(xué)/O3工藝等，其本質(zhì)都是產(chǎn)生了氧化性更強(qiáng)、選擇性較低的羥基自由基，因此能降解各類(lèi)廢水中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可生化性低的污染物。跟其他高級(jí)氧化技術(shù)相比，臭氧氧化技術(shù)具備氧化能力強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間短，無(wú)二次污染等特點(diǎn)，在穩(wěn)定性強(qiáng)難降解污染處理方面具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在處理印染、焦化、化工、石化、制藥、垃圾滲濾液、農(nóng)藥等有難降解有機(jī)物方面前景廣闊。
但目前臭氧高級(jí)氧化技術(shù)仍存在問(wèn)題：
首先，臭氧能耗較高，產(chǎn)率較低，臭氧的發(fā)生成本較高;
同時(shí)，臭氧溶解度低(在常溫下大約在10mg/L左右)，利用率并不高;
其次，臭氧將有機(jī)物徹底礦化的效率還有待提高。
另外，催化劑成本高，使用壽命短。技術(shù)聯(lián)合時(shí)設(shè)備建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用高，操作難度大，運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種臭氧電磁催化氧化污水處理技術(shù)方案，提高臭氧氧化污染物的效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，包括：電磁脈沖發(fā)生器和電磁換能器;
所述電磁脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生模擬變頻直流脈沖信號(hào)，將所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)輸送至所述電磁換能器上;
所述電磁換能器，用于根據(jù)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的頻率變化，產(chǎn)生變頻直流脈沖電磁場(chǎng)，通過(guò)所述變頻直流脈沖電磁場(chǎng)對(duì)流經(jīng)所述電磁換能器中的溶解了臭氧的污水進(jìn)行協(xié)同氧化處理，以提高臭氧在污水中產(chǎn)生的羥基自由基的量。
優(yōu)選地，所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的振蕩頻率與污水中的水分子頻率相同。
優(yōu)選地，所述電磁脈沖發(fā)生器包括：外部連接端口，用于獲取外部輸入的變頻直流脈沖信息;可編程微處理器，用于根據(jù)所述變頻直流脈沖信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程，產(chǎn)生PWM變頻調(diào)制信號(hào);脈沖頻率調(diào)制電路，用于根據(jù)所述PWM變頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻率調(diào)制，產(chǎn)生數(shù)字變頻直流脈沖信號(hào);脈沖放大電路，用于對(duì)所述數(shù)字變頻直流脈沖信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)節(jié);數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用于將放大調(diào)節(jié)后的數(shù)字變頻直流脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲得所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)。
優(yōu)選地，所述電磁換能器包括流體金屬管和一組或多組電線繞組線圈;所述電線繞組線圈分別纏繞于所述流體金屬管上;所述流體金屬管設(shè)有流體金屬管壁;
所述電線繞組線圈，用于根據(jù)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的頻率變化，產(chǎn)生電磁感應(yīng)獲得電磁能;通過(guò)所述電磁能直接作用于所述流體金屬管壁與所述流體金屬管中的溶解了臭氧的污水之間。
優(yōu)選地，所述電線繞組線圈，還用于通過(guò)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)作用在所述電線繞組線圈處發(fā)生電聲轉(zhuǎn)換，獲得類(lèi)超聲波頻段的聲能。
優(yōu)選地，所述臭氧催化氧化污水處理裝置還包括水泵，所述水泵將含有臭氧的污水泵入所述流體金屬管。
在上述技術(shù)方案中，水分子是極性分子，在磁場(chǎng)和頻率的作用下，其氫鍵夾角的發(fā)生改變，小于標(biāo)準(zhǔn)的104.5度。此記憶時(shí)間可持續(xù)5到120小時(shí)。夾角的改變首先使水分子無(wú)法締結(jié)成大的分子團(tuán)，只能形成短分子鏈。紊流的水流與磁力線形成切割，可將水分子團(tuán)打散，形成小分子鏈。水分子團(tuán)的氫鍵作用被破壞，產(chǎn)生微量的·OH，提高水體氧化性能。電磁場(chǎng)與一定流速的流體形成磁力線切割，不僅可將流體中的水分子團(tuán)打散，形成小分子鏈，同時(shí)還可以改變有機(jī)污染物分子和離子氛的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，而針對(duì)含有臭氧的水可以提高臭氧在污水中產(chǎn)生羥基自由基的含量，使原有氧化效率得到進(jìn)一步提高。
具體地，在上述技術(shù)方案中，臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，對(duì)處理的含臭氧的污水起到以下作用：
1)電磁場(chǎng)作用：
電磁場(chǎng)與一定流速的流體形成磁力線切割，可將流體中的水分子團(tuán)打散，形成小分子鏈，改變了污水中水分子、有機(jī)污染物分子和離子氛的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，而針對(duì)含有臭氧的水可以提高臭氧在污水中產(chǎn)生·OH(即羥基自由基)的數(shù)量，使原有氧化效率得到進(jìn)一步提高。
2)頻率作用：
中低頻率部分可通過(guò)與管道的協(xié)振與水流產(chǎn)生共振效應(yīng)，使流體的擾流效應(yīng)加大。增加了水的紊動(dòng)強(qiáng)度，降低液膜厚度，減少阻力，使得臭氧傳質(zhì)速率常數(shù)增大，從而使得臭氧與有機(jī)物充分接觸反應(yīng)，提高氧化去除能力。
超聲部分的頻率可以在局部管道腔體產(chǎn)生空化與微氣泡作用，管道中流體在電磁輻射超聲波段作用下產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，形成空化效應(yīng)�？栈萜屏芽舍尫懦鼍薮蟮哪芰�，產(chǎn)生局部高溫高壓，使得高分子有機(jī)物化學(xué)鍵斷裂、分解，產(chǎn)生大量自由基。另一方面，超聲波機(jī)械剪切作用可將含臭氧的氣泡粉碎成微氣泡，提高臭氧與水的接觸面積，同時(shí)增加水的混合程度和紊動(dòng)強(qiáng)度，降低液膜厚度，減少阻力，從而提高臭氧的傳質(zhì)速率，增加液相中臭氧的濃度。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種臭氧電磁催化氧化污水處理方法，包括：
產(chǎn)生模擬變頻直流脈沖信號(hào)，將所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)輸送至電磁換能器;
所述電磁換能器根據(jù)所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的頻率變化，產(chǎn)生變頻直流脈沖電磁場(chǎng);
將所述變頻直流脈沖電磁場(chǎng)作用于含有臭氧的污水，通過(guò)所述變頻直流脈沖電磁場(chǎng)提高臭氧在污水中產(chǎn)生的羥基自由基的含量。
優(yōu)選地，所述模擬變頻直流脈沖信號(hào)的振蕩頻率與污水中的水分子頻率相同。
優(yōu)選地，所述含有臭氧的污水的流速為2～2.5m/s。在此流速范圍內(nèi)，變頻直流脈沖電磁場(chǎng)對(duì)含有臭氧的污水的作用效果更佳。
又一方面，本發(fā)明還提供了一種臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)，包括臭氧發(fā)生器、氧化接觸塔以及上述所述的臭氧電磁催化氧化污水處理裝置;
氧化接觸塔上設(shè)有允許待處理污水進(jìn)入其內(nèi)的原水入口和允許經(jīng)氧化處理的水從其內(nèi)流出的氧化接觸塔出水口;
氧化接觸塔上還設(shè)有臭氧入口，臭氧發(fā)生器的臭氧發(fā)射口與所述臭氧入口連通，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的富含臭氧的氣體經(jīng)臭氧入口進(jìn)入氧化接觸塔內(nèi);
氧化接觸塔上還設(shè)有內(nèi)循環(huán)水出水口和內(nèi)循環(huán)水進(jìn)水口，內(nèi)循環(huán)水出水口與臭氧電磁催化氧化污水處理裝置的進(jìn)液口連通，內(nèi)循環(huán)水出水口允許污水從氧化接觸塔流入臭氧電磁催化氧化污水處理裝置;內(nèi)循環(huán)水進(jìn)水入口與臭氧電磁催化氧化污水處理裝置的出液口連通，內(nèi)循環(huán)水進(jìn)水入口允許臭氧電磁催化氧化污水處理裝置處理后的污水流入氧化接觸塔內(nèi)。
進(jìn)入承壓式接觸氧化塔的污水與臭氧接觸，經(jīng)承壓式氧化接觸塔的含臭氧污水出口進(jìn)入臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，經(jīng)臭氧電磁催化氧化污水處理裝置協(xié)同強(qiáng)化處理后的污水經(jīng)內(nèi)循環(huán)水進(jìn)水口流回氧化接觸塔，經(jīng)氧化接觸塔再次進(jìn)入臭氧電磁催化氧化污水處理裝置，循環(huán)往復(fù)數(shù)次后，處理后的水從氧化接觸塔出水口排出。
優(yōu)選地，所述臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)還包括氧化穩(wěn)定池，氧化穩(wěn)定池的入水口與氧化接觸塔出水口連通。
優(yōu)選地，所述臭氧電磁催化氧化污水處理系統(tǒng)還包括尾氣凈化裝置，排出的尾氣進(jìn)入尾氣凈化裝置進(jìn)行處理。
本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種臭氧電磁催化氧化污水處理技術(shù)方案，所述臭氧電磁催化氧化污水處理技術(shù)方案特別適用于難降解有機(jī)廢水的處理。與傳統(tǒng)的臭氧催化氧化技術(shù)相比，該技術(shù)增加了電磁催化系統(tǒng)，通過(guò)電磁場(chǎng)切變作用改變污水中水分子、有機(jī)污染物分子、離子氛的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)臭氧的轉(zhuǎn)換和處理效能，在提高臭氧與有機(jī)污染物反應(yīng)速率的同時(shí)，可激發(fā)臭氧產(chǎn)生更多的羥基自由基。本發(fā)明所述臭氧電磁催化氧化污水處理技術(shù)能有效替代傳統(tǒng)催化劑和超聲波的使用，或者能夠放大傳統(tǒng)催化劑的催化效應(yīng)，顯著提高臭氧氧化效率，有效去除污水中的難降解有機(jī)污染物，同時(shí)避免催化劑和系統(tǒng)不穩(wěn)定性所帶來(lái)的不良影響。本發(fā)明所述臭氧電磁催化氧化污水處理技術(shù)可大幅度降低臭氧的投加量，顯著降低工程投資和運(yùn)行成本，具有高效節(jié)能、建設(shè)費(fèi)用和成本較低、反應(yīng)條件溫和、不會(huì)產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
