申请日2016.06.15
公开(公告)日2016.10.12
IPC分类号C02F1/00; C02F103/04
摘要
本发明公开了一种水合物法污水处理方法及装置，属于环境科学与工程领域。本发明完成了一种新型、经济可行的利用水合物处理污水的污水处理装置。该装置中反应釜的加热保温采用高低温恒温箱空气浴的加热制冷对流形式来控制温度，可以维持反应釜在高低温条件下工作。活塞杆设计有活塞引出套管，确保反应后的釜体内未处理掉的污水能够通过活塞引出套管挤出釜体外部。反应釜设计有磁力搅拌机构，可加速反应速度，又可模拟流动状态，使反应介质处于流动翻转状态。装置内部反应制冷后的水合物生成情况可以利用摄像系统通过线路显示在电脑终端上。本发明结构简单，易于加工和制造，设计结构紧凑，能重复使用，实验过程操作方便、简单适用。
权利要求书
1.一种水合物法污水处理装置，其特征在于，该水合物法污水处理装置包括反应釜、温度控制系统、摄像系统、活塞推动系统、活塞系统、反应物添加系统和计算机数据采集系统;
所述的反应釜以中间部分的方形釜体为主体，其上部和下部分别以上封头和下封头密封;方形釜体上设有蓝宝石圆形视窗，通过圆形视窗压盖和视窗密封围板固定在方形釜体侧壁上;
所述的温度控制系统为高温低温恒温箱，内设有加热系统和制冷系统，加热系统采用电热管加热控温，制冷系统采用冷风机制冷控温;反应釜置于高低温恒温箱内;
所述的摄像系统用冷光源照射蓝宝石视窗，利用摄像机通过蓝宝石视窗在线摄像观察反应釜内部反应制冷后的水合物生成情况;
所述的活塞推动系统通过手动计量泵和节流阀配合，将活塞推动液注入反应釜，液压式推动活塞上下运动，活塞与反应釜内侧壁间设有活塞密封圈，防止活塞推动液与反应物混合;活塞通过内部压紧压帽和法兰在反应釜外连接交流伺服电机，交流伺服电机由交流伺服电机控制器控制;
所述的活塞系统通过下封头置于反应釜空腔内，活塞内部设有主动磁铁，活塞顶部设有从动磁铁，从动磁铁上安装弹性组合式搅拌桨，磁力搅拌机构绕内旋转轴旋转搅拌，主动磁铁转动带动从动磁铁转动，进而带动弹性组合式搅拌桨转动;从动磁铁安装在磁铁夹持旋转体上;弹性组合式搅拌桨设置在活塞上端，随着活塞上下运动;不锈钢过滤板安装在磁铁夹持旋转体下，将水合物与液体分离开;反应后的剩余液体通过流体引出衔接管导入活塞引出套管，排入剩余污水接收器;
所述的反应物添加系统组成连接如下：水合剂储罐和污水储罐均依次连有恒流泵和节流阀，两节流阀穿过上封头的孔与方形釜体相通，向方形釜体内注入水合剂和污水;
所述的计算机数据采集系统通过温度传感器、压力传感器、摄像机和电导率计，采集温度、压力、图像和电导率信号，经处理生成原始数据报表，分析报表以及曲线图。
2.一种水合物法污水处理方法，其特征在于，步骤如下：
第一步：打开计算机数据采集系统，设置高温低温恒温箱温度为水合物相平衡以下温度;
第二步：打开与污水储罐连接的恒流泵和节流阀，向反应釜内通入污水，并观察压力传感器压力读数;
第三步：打开与水合剂储罐连接的恒流泵和节流阀，向反应釜内通入水合剂，并观察压力传感器压力读数;
第四步：打开交流伺服电动机，通过电动机带动活塞上下运动，同时利用活塞上的磁力搅拌机构加速反应;
第五步：根据污水水质情况和水合剂的相平衡条件，设置高低温恒温箱的温度，通过恒流泵控制反应釜内压力，保证反映釜内温度和压力条件在水合物相平衡之下，水合物开始生成，利用摄像系统观察反应釜内水合物生成情况;
第六步：在水合物完全生成后，再打开交流伺服电动机，通过电动机带动活塞向上挤压，通过活塞杆上的活塞引出套管，确保反应后的釜体内剩余污水从活塞引出套管内挤出釜体外部，保证污水处理效率;在剩余污水出口处放置剩余污水接收器接收从活塞内流出的未搅拌的污水;
第七步：在常温常压下分解水合物，得到纯净水;
第八步：在计算机终端处理生成原始数据报表，分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件格式。
说明书
一种水合物法污水处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种水合物法污水处理方法及装置，属于环境科学与工程领域。
背景技术
我国是一个水资源缺乏的国家，近年来许多地区缺水现象逐渐加剧。与此同时，我国污水排放量逐年增加，以1997年为例，污水排放总量为416亿立方米，污水中化学需氧量(CODCr)排放量1757万吨，而集中处理率仅为10%左右。大量污水未经处理或未经有效处理即进行排放，其结果是一方面污染了环境，特别是水环境，另一方面加剧了水资源的短缺。目前的污水处理技术主要有化学沉淀法、电化学法、吸附法、离子交换法和膜分离法。其中化学沉淀法只能去除容易形成沉淀污染物，而且存在化学品的添加引起的二次污染及大量污泥产生的缺点;电化学方法要求电极材料的连续消耗，而且电极易钝化，操作费用高;吸附法中吸附剂用量巨大，成本高，吸附剂难以还原;膜分离法对于污水水质要求较高，针对性较强，操作费用高。总之来说，现有污水处理技术仅仅针对某种污染物进行去除，对于水质要求较高，适用性较差。可以说，资金和技术已成为制约我国污水处理的两大主要因素。因此，很有必要找到一种基建投资少、运行费用低、占地面积小、管理方便、适合我国国情的污水处理新技术，既能使污水得以有效处理，又能使其适当回用。
水合物作为一种清洁能源，已经得到了各国的巨大关注，基于水合物的应用技术也逐步发展。另一方面，钻井勘探表明海底水合物赋存区出现了氯素含量异常，这表明水合物生成的排盐效应，同时，分子动力学模拟表明非客体分子不能进入水合物结构。这些都为水合物法污水处理提供了理论基础。
发明内容
为了克服现有污水处理技术的不足，本发明提供一种水合物法污水处理方法及装置。本发明的原理是在一定的温度和压力条件下，水合物独特的笼型结构仅仅结合能够形成水合物的客体分子和纯净水，而把客体分子排除在水合物结构之外，在水合物完全生成之后，利用有效手段进行固液分离得到干净的水合物，水合物在常温常压下分解即可得到纯净水。而且水合剂可以循环利用，节省原料，能耗较低，经济环保。
本发明的技术方案：
一种水合物法污水处理装置，包括反应釜、温度控制系统、摄像系统、活塞推动系统、活塞系统、反应物添加系统和计算机数据采集系统;
所述的反应釜以中间部分的方形釜体为主体，其上部和下部分别以上封头和下封头密封;方形釜体上设有蓝宝石圆形视窗，通过圆形视窗压盖和视窗密封围板固定在方形釜体侧壁上。
所述的温度控制系统为高温低温恒温箱，内设有加热系统和制冷系统，加热系统采用电热管加热控温，制冷系统采用冷风机制冷控温;反应釜置于高低温恒温箱内。
所述的摄像系统用冷光源照射蓝宝石视窗，利用摄像机通过蓝宝石视窗在线摄像观察反应釜内部反应制冷后的水合物生成情况。
所述的活塞推动系统通过手动计量泵和节流阀配合，将活塞推动液注入反应釜，液压式推动活塞上下运动，活塞与反应釜内侧壁间设有活塞密封圈，防止活塞推动液与反应物混合;活塞通过内部压紧压帽和法兰在反应釜外连接交流伺服电机，交流伺服电机由交流伺服电机控制器控制。
所述的活塞系统通过下封头置于反应釜空腔内，活塞内部设有主动磁铁，活塞顶部设有从动磁铁，从动磁铁上安装弹性组合式搅拌桨，磁力搅拌机构绕内旋转轴旋转搅拌，主动磁铁转动带动从动磁铁转动，进而带动弹性组合式搅拌桨转动;从动磁铁安装在磁铁夹持旋转体上;弹性组合式搅拌桨设置在活塞上，随着活塞运动;不锈钢过滤板安装在磁铁夹持旋转体下，将水合物与液体分离开;反应后的剩余液体通过流体引出衔接管导入活塞引出套管，排入剩余污水接收器。
所述的反应物添加系统组成连接如下：水合剂储罐和污水储罐均依次连有恒流泵和节流阀，两节流阀穿过上封头的孔与方形釜体相通，向方形釜体内注入水合剂和污水。
所述的数据采集系统通过温度传感器、压力传感器、摄像机和电导率计，采集温度、压力、图像和电导率信号，计算机采集的数据经处理可生成原始数据报表，分析报表以及曲线图。
本发明的有益效果：
(1)实现高效污水处理的目的：水合剂与污水在釜内反应生成水合物，可以实现污水净化。
(2)采用在线摄像系统，可以在线摄像观察内部反应制冷后的水合物生成情况，视窗采用蓝宝石，能满足压力要求，且透明度良好，对观测无影响。
(3)反应釜的加热保温采用高低温恒温箱空气浴的加热制冷对流形式来控制温度，控温准确，可以维持反应釜在高低温条件下工作。
(4)活塞杆设计有流体通道，确保反应后的釜体内未处理掉的污水能够通过活塞向上挤压，而被从通道内挤出釜体外部。
(5)反应釜设计有磁力搅拌机构，可加速反应速度，又可模拟流动状态，使反应介质处于流动翻转状态。
(6)结构简单，易于加工和制造，设计结构紧凑，能重复使用，实验过程操作方便、简单适用。
