摘要：基于光催化技術(shù)和磁場(chǎng)能夠改善污水處理效果的性質(zhì)，開(kāi)發(fā)了一種光磁耦合污水處理裝置。紫外線強(qiáng)度分布的設(shè)計(jì)計(jì)算采用多點(diǎn)源疊加近似輻射模型；磁感應(yīng)強(qiáng)度的產(chǎn)生選用亥姆霍茲線圈，并采用MATLAB對(duì)反應(yīng)器的磁場(chǎng)進(jìn)行了磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的可視化模擬；采用流體力學(xué)軟件CFD對(duì)裝置內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。

結(jié)果表明，燈管之間的反應(yīng)器壁附近區(qū)域的紫外線強(qiáng)度最小，而在3根紫外燈管間的區(qū)域紫外線強(qiáng)度較強(qiáng)且相對(duì)均勻；亥姆霍茲線圈內(nèi)部磁場(chǎng)可近似作為勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在該裝置反應(yīng)區(qū)存在循環(huán)流，有利于提高光磁耦合反應(yīng)速率。對(duì)反應(yīng)器效果進(jìn)行驗(yàn)證表明，該反應(yīng)器對(duì)污水的脫色率和COD去除率均較高，磁性光催化劑回收率達(dá)到97%以上；光磁耦合法廢水處理效果明顯高于磁場(chǎng)和光催化作用單獨(dú)處理效果。

目前，磁效應(yīng)作為一種水處理方法被引入環(huán)境工程領(lǐng)域，利用磁場(chǎng)降解水中的污染物，是近幾年才發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)。相關(guān)研究表明，磁場(chǎng)作為一種具有特殊能量的場(chǎng)，經(jīng)其處理過(guò)后，水或水溶液的吸附、凝聚、光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)等方面的特性都會(huì)產(chǎn)生可測(cè)量的變化。

另外，在眾多的污水處理方法中，光催化氧化法作為一種很有前途的處理方法，吸引了越來(lái)越多學(xué)者的注意，半導(dǎo)體在紫外光的照射下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，它們?cè)诎雽?dǎo)體表面分別與不同的基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，最終使有機(jī)物污染物得到完全降解，無(wú)二次污染。國(guó)內(nèi)已有學(xué)者研制出一些光催化水處理裝置，但是基于磁場(chǎng)、光催化原理及水動(dòng)力學(xué)理論設(shè)計(jì)的光磁耦合污水處理裝置，在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中未見(jiàn)報(bào)道。

本研究以磁場(chǎng)、光催化原理和水動(dòng)力學(xué)知識(shí)為理論依據(jù)，開(kāi)發(fā)了一種光磁耦合污水處理裝置。通過(guò)對(duì)其紫外線強(qiáng)度分布及磁路進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算以及流場(chǎng)模擬分析，為反應(yīng)器的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)該裝置的實(shí)際處理效果進(jìn)行了初步研究。

1光磁耦合污水處理反應(yīng)器的研制

1.1光磁耦合污水處理反應(yīng)器的設(shè)計(jì)原理

在磁場(chǎng)和光催化共同作用下，磁場(chǎng)能夠使光催化過(guò)程產(chǎn)生的.OH基團(tuán)的活性增加，并且通過(guò)影響溶液里氫鍵和氧化自由基反應(yīng)過(guò)程中單重態(tài)和三重態(tài)之間的轉(zhuǎn)化速率來(lái)提高光催化反應(yīng)速率，進(jìn)而可以大幅提升污水處理效果。光磁耦合污水處理反應(yīng)器就是利用磁場(chǎng)和光催化耦合作用，強(qiáng)化污水處理效率，最終實(shí)現(xiàn)高效降解有機(jī)廢水的目的。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

1.2光磁耦合污水處理反應(yīng)器的構(gòu)造及工作流程

光磁耦合污水處理反應(yīng)器主體部分由反應(yīng)容器、紫外燈管和磁線圈組成，輔助部分由磁分離器和回流泵組成"如圖+所示$。其工作原理是'裝置進(jìn)行工作時(shí)，攪拌機(jī)和紫外燈管在同一供電系統(tǒng)下同時(shí)工作；污水由進(jìn)水口進(jìn)入，同時(shí)磁性光催化材料通過(guò)計(jì)量泵加入到裝置內(nèi)部；然后在攪拌作用下和紫外光照條件下，磁性光催化材料和污水進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)后靜沉一段時(shí)間，打開(kāi)控制閥導(dǎo)出沉淀物，然后沉淀物通過(guò)高梯度磁分離器將磁性光催化劑分離出來(lái)，污泥從排泥管排出，磁性光催化劑通過(guò)控制閥在回流泵作用下重新加入到新的反應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)磁性光催化材料的回收利用。

詳情請(qǐng)點(diǎn)擊下載附件：光磁耦合污水處理裝置的設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果