申请日2017.01.06
公开(公告)日2017.10.13
IPC分类号C02F1/78; C02F1/48
摘要
本实用新型公开了一种臭氧电磁催化氧化污水处理装置，包括：电磁脉冲发生器和电磁换能器;所述电磁脉冲发生器，用于产生模拟变频直流脉冲信号，将所述模拟变频直流脉冲信号输送至所述电磁换能器上;所述电磁换能器，用于根据所述模拟变频直流脉冲信号的频率变化，产生变频直流脉冲电磁场，通过所述变频直流脉冲电磁场对流经所述电磁换能器中的溶解了臭氧的污水进行协同氧化处理，以提高臭氧在污水中产生的羟基自由基的量。本实用新型还公开了一种臭氧电磁催化氧化污水处理系统。本实用新型公开的臭氧电磁催化氧化污水处理技术方案可以有效提高臭氧催化氧化的效率，显著降低运行成本。
权利要求书
1.一种臭氧电磁催化氧化污水处理装置，其特征在于，包括：电磁脉冲发生器和电磁换能器;
所述电磁脉冲发生器，用于产生模拟变频直流脉冲信号，将所述模拟变频直流脉冲信号输送至所述电磁换能器上;
所述电磁换能器，用于根据所述模拟变频直流脉冲信号的频率变化，产生变频直流脉冲电磁场，通过所述变频直流脉冲电磁场对流经所述电磁换能器中的溶解了臭氧的污水进行协同氧化处理，以提高臭氧在污水中产生的羟基自由基的量。
2.如权利要求1所述的臭氧电磁催化氧化污水处理装置，其特征在于，所述模拟变频直流脉冲信号的振荡频率与污水中的水分子频率相同。
3.如权利要求1所述的臭氧电磁催化氧化污水处理装置，其特征在于，所述电磁脉冲发生器包括：
外部连接端口，用于获取外部输入的变频直流脉冲信息;
可编程微处理器，用于根据所述变频直流脉冲信息进行现场编程，产生PWM变频调制信号;
脉冲频率调制电路，用于根据所述PWM变频调制信号进行实时频率调制，产生数字变频直流脉冲信号;
脉冲放大电路，用于对所述数字变频直流脉冲信号进行放大调节;
数模转换电路，用于将放大调节后的数字变频直流脉冲信号进行数模转换，获得所述模拟变频直流脉冲信号。
4.如权利要求1～3中任一项所述的臭氧电磁催化氧化污水处理装置，其特征在于，所述电磁换能器包括流体金属管和一组或多组电线绕组线圈;所述电线绕组线圈分别缠绕于所述流体金属管上;所述流体金属管设有流体金属管壁;
所述电线绕组线圈，用于根据所述模拟变频直流脉冲信号的频率变化，产生电磁感应获得电磁能;通过所述电磁能直接作用于所述流体金属管壁与所述流体金属管中的溶解了臭氧的污水之间。
5.如权利要求4所述的臭氧电磁催化氧化污水处理装置，其特征在于，所述电线绕组线圈，还用于通过所述模拟变频直流脉冲信号作用在所述电线绕组线圈处发生电声转换，获得类超声波频段的声能。
6.一种臭氧电磁催化氧化污水处理系统，其特征在于，包括：臭氧发生器、氧化接触塔以及如权利要求1～5中任一项所述的臭氧电磁催化氧化污水处理装置;
氧化接触塔上设有允许待处理污水进入其内的原水入口和允许经氧化处理的水从其内流出的氧化接触塔出水口;
氧化接触塔上还设有臭氧入口，臭氧发生器的臭氧发射口与所述臭氧入口连通，臭氧发生器产生的富含臭氧的气体经臭氧入口进入氧化接触塔内;
氧化接触塔上还设有内循环水出水口和内循环水进水口，内循环水出水口与臭氧电磁催化氧化污水处理装置的进液口连通，内循环水出水口允许污水从氧化接触塔流入臭氧电磁催化氧化污水处理装置;内循环水进水入口与臭氧电磁催化氧化污水处理装置的出液口连通，内循环水进水入口允许臭氧电磁催化氧化污水处理装置处理后的污水流入氧化接触塔内。
7.如权利要求6所述的臭氧电磁催化氧化污水处理系统，其特征在于，所述臭氧电磁催化氧化污水处理系统还包括氧化稳定池，氧化稳定池的入水口与所述氧化接触塔的污水出口连通。
8.如权利要求6所述的臭氧电磁催化氧化污水处理系统，其特征在于，所述臭氧电磁催化氧化污水处理系统还包括尾气净化装置，排出的尾气进入尾气净化装置进行处理。
说明书
一种臭氧电磁催化氧化污水处理装置及系统
技术领域
本实用新型涉及一种污水处理装置及系统，具体涉及一种臭氧电磁催化氧化污水处理装置及系统。
背景技术
随着近代工业，尤其是有机化工、石油化工、印染、焦化、医药、农药、杀虫剂及除草剂等行业的迅速发展，有机化合物的数量和种类与日俱增，所产生的大量工业废水、生活污水及农田排水流入水体后，造成严重的污染。这类废水共同特性是可生化性差、毒性大，水质变化大，且具有明显的致癌、致畸、致突变“三致”作用。由于该类废水具有生物毒性大，含有抑菌物质等特点，传统的生物处理法无法有效处理这类难降解有毒有机废水，由此各种针对性高级氧化技术得到了迅速发展。臭氧氧化作为一种实用、高效的高级氧化技术，具有氧化能力强，反应时间短，无二次污染，设备简单等优点，在抗生素废水、印染废水、石化行业废水等生物难降解废水的处理过程中有广泛的应用潜力。
臭氧在与水中有机物发生反应过程中，通常伴随着直接反应和间接反应两种途径：直接氧化和间接氧化。臭氧的直接氧化具有一定的选择性，一般只能将容易氧化的不饱和键打开，对于生成的小分子有机物如羧酸等的氧化速率较低，反应速率常数在1.0-103mol·L-1·s-1范围内。因此，单纯的臭氧氧化作用很难将有机物彻底矿化，氧化效率较低;间接反应是有羟基自由基(·OH)参与的氧化反应，·OH作为二次氧化剂使得有机物迅速氧化，属于非选择性瞬时反应，反应速率常数为108-1010mol·L-1·s-1，比直接反应高几个数量级，氧化效率大大高于直接反应，可以实现有机污染物更完全的矿化。
为了进一步提高臭氧氧化法对污染物的去除效率，国内外许多学者开始研究以臭氧为主体的高级氧化组合工艺，如催化臭氧工艺、H2O2/O3工艺、光催化/O3工艺、电化学/O3工艺等，其本质都是产生了氧化性更强、选择性较低的羟 基自由基，因此能降解各类废水中的结构稳定、可生化性低的污染物。跟其他高级氧化技术相比，臭氧氧化技术具备氧化能力强，反应时间短，无二次污染等特点，在稳定性强难降解污染处理方面具备独特优势，在处理印染、焦化、化工、石化、制药、垃圾渗滤液、农药等有难降解有机物方面前景广阔。
但目前臭氧高级氧化技术仍存在问题：
首先，臭氧能耗较高，产率较低，臭氧的发生成本较高;
同时，臭氧溶解度低(在常温下大约在10mg/L左右)，利用率并不高;
其次，臭氧将有机物彻底矿化的效率还有待提高。
另外，催化剂成本高，使用寿命短。技术联合时设备建设投资和运行费用高，操作难度大，运行不稳定等问题。
发明内容
一方面，本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种臭氧电磁催化氧化污水处理技术方案，提高臭氧催化氧化污水的效率。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种臭氧电磁催化氧化污水处理装置，包括：电磁脉冲发生器和电磁换能器;
所述电磁脉冲发生器，用于产生模拟变频直流脉冲信号，将所述模拟变频直流脉冲信号输送至所述电磁换能器上;
所述电磁换能器，用于根据所述模拟变频直流脉冲信号的频率变化，产生变频直流脉冲电磁场，通过所述变频直流脉冲电磁场对流经所述电磁换能器中的溶解了臭氧的污水进行协同氧化处理，以提高臭氧在污水中产生的羟基自由基的量。
优选地，所述模拟变频直流脉冲信号的振荡频率与污水中的水分子频率相同。
优选地，所述电磁脉冲发生器包括：外部连接端口，用于获取外部输入的变频直流脉冲信息;可编程微处理器，用于根据所述变频直流脉冲信息进行现场编程，产生PWM变频调制信号;脉冲频率调制电路，用于根据所述PWM变频调制信号进行实时频率调制，产生数字变频直流脉冲信号;脉冲放大电路， 用于对所述数字变频直流脉冲信号进行放大调节;数模转换电路，用于将放大调节后的数字变频直流脉冲信号进行数模转换，获得所述模拟变频直流脉冲信号。
优选地，所述电磁换能器包括流体金属管和一组或多组电线绕组线圈;所述电线绕组线圈分别缠绕于所述流体金属管上;所述流体金属管设有流体金属管壁;
所述电线绕组线圈，用于根据所述模拟变频直流脉冲信号的频率变化，产生电磁感应获得电磁能;通过所述电磁能直接作用于所述流体金属管壁与所述流体金属管中的溶解了臭氧的污水之间。
优选地，所述电线绕组线圈，还用于通过所述模拟变频直流脉冲信号作用在所述电线绕组线圈处发生电声转换，获得类超声波频段的声能。
优选地，所述臭氧催化氧化污水处理装置还包括水泵，所述水泵将含有臭氧的污水泵入所述流体金属管。
在上述技术方案中，水分子是极性分子，在磁场和频率的作用下，其氢键夹角的发生改变，小于标准的104.5度。此记忆时间可持续5到120小时。夹角的改变首先使水分子无法缔结成大的分子团，只能形成短分子链。紊流的水流与磁力线形成切割，可将水分子团打散，形成小分子链。水分子团的氢键作用被破坏，产生微量的·OH，提高水体氧化性能。电磁场与一定流速的流体形成磁力线切割，不仅可将流体中的水分子团打散，形成小分子链，同时还可以改变有机污染物分子和离子氛的团簇结构，而针对含有臭氧的水可以提高臭氧在污水中产生羟基自由基的含量，使原有氧化效率得到进一步提高。
具体地，在上述技术方案中，臭氧电磁催化氧化污水处理装置，对处理的含臭氧的污水起到以下作用：
1)电磁场作用：
电磁场与一定流速的流体形成磁力线切割，可将流体中的水分子团打散，形成小分子链，改变了污水中水分子、有机污染物分子和离子氛的团簇结构，而针对含有臭氧的水可以提高臭氧在污水中产生·OH(即羟基自由基)的数量， 使原有氧化效率得到进一步提高。
2)频率作用：
中低频率部分可通过与管道的协振与水流产生共振效应，使流体的扰流效应加大。增加了水的紊动强度，降低液膜厚度，减少阻力，使得臭氧传质速率常数增大，从而使得臭氧与有机物充分接触反应，提高氧化去除能力。
超声部分的频率可以在局部管道腔体产生空化与微气泡作用，管道中流体在电磁辐射超声波段作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，形成空化效应。空化泡破裂可释放出巨大的能量，产生局部高温高压，使得高分子有机物化学键断裂、分解，产生大量自由基。另一方面，超声波机械剪切作用可将含臭氧的气泡粉碎成微气泡，提高臭氧与水的接触面积，同时增加水的混合程度和紊动强度，降低液膜厚度，减少阻力，从而提高臭氧的传质速率，增加液相中臭氧的浓度。
另一方面，本实用新型还提供了一种臭氧电磁催化氧化污水处理系统，包括臭氧发生器、氧化接触塔以及上述所述的臭氧电磁催化氧化污水处理装置;
氧化接触塔上设有允许待处理污水进入其内的原水入口和允许经氧化处理的水从其内流出的氧化接触塔出水口;
氧化接触塔上还设有臭氧入口，臭氧发生器的臭氧发射口与所述臭氧入口连通，臭氧发生器产生的富含臭氧的气体经臭氧入口进入氧化接触塔内;
进入承压式接触氧化塔的污水与臭氧接触，经承压式氧化接触塔的含臭氧污水出口进入臭氧电磁催化氧化污水处理装置，经臭氧电磁催化氧化污水处理装置协同强化处理后的污水经内循环水进水口流回氧化接触塔，经氧化接触塔再次进入臭氧电磁催化氧化污水处理装置，循环往复数次后，处理后的水从污水出口排出。
优选地，所述臭氧电磁催化氧化污水处理系统还包括氧化稳定池，氧化稳定池的入水口与氧化接触塔出水口连通。
优选地，所述臭氧电磁催化氧化污水处理系统还包括尾气净化装置，排出的尾气进入尾气净化装置进行处理。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了一种臭氧电磁催化氧化污水处理技术方案，所述臭氧电磁催化氧化污水处理技术方案特别适用于炼油废水的处理。与传统的臭氧催化氧化技术相比，该技术增加了电磁催化系统，通过电磁场切变作用改变污水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构，增强臭氧的转换和处理效能，在提高臭氧与有机污染物反应速率的同时，可激发臭氧产生更多的羟基自由基。本实用新型所述臭氧电磁催化氧化污水处理技术能有效替代传统催化剂和超声波的使用，或者能够放大传统催化剂的催化效应，显著提高臭氧氧化效率，有效去除污水中的难降解有机污染物，同时避免催化剂和系统不稳定性所带来的不良影响。本实用新型所述臭氧电磁催化氧化污水处理技术可大幅度降低臭氧的投加量，显著降低工程投资和运行成本，具有高效节能、建设费用和成本较低、反应条件温和、不会产生二次污染的优点。
