CN101244862B - 磁声场协同水体充氧净化处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种磁声场协同水体充氧净化处理方法及其装置，在支架上设调速电机和与调速电机联接的聚氧磁化轮，在支架上还设朝向聚氧磁化轮的功率超声换能器。本发明采用聚氧磁化轮将空气中的氧气分离聚集并输送到水体中，同时采用功率超声换能器向聚氧磁化轮辐射超声波，使吸附在其上的氧气快速解吸并充分溶于水中使水体充氧和磁化。该装置具有设计合理、结构简单、易于实施、充氧效率高等优点。本发明水体充氧净化方法包括从空气中分离聚氧、水体的充氧磁化步骤，该方法简单，水体充氧效率高，使水体中的污染物被氧化，水体得到净化。本发明磁声场协同水体充氧净化处理方法及其装置，可用于污水净化，景观水质的修复和农林灌溉用富氧磁化水的连续制备。

Description

磁声场协同水体充氧净化处理方法及其装置

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种应用磁力聚氧、超声解吸技术进行水体充氧净化处理的的方法及其装置。

背景技术

在污水处理工艺中，水体的曝气充氧是其核心工艺，曝气充氧的效果，直接影响到污水处理的效率和净化效果。这是由于水体的曝气充氧主要具有两个方面的作用：其一是利用氧气本身的氧化作用，使污水中的污染物氧化净化。其二是水体充氧可以激发污水中的除污菌类的活性，保证其持续清除降解污染物。

《科技信息》2007年第26期刊登的“污水处理中的曝气设备初探”论文，论述了曝气转盘是目前应用最广泛的主要水体曝气充氧装置，它由抗腐蚀性玻璃钢或高强度工程塑料制成。其结构特征是，转盘表面设有规则排列的楔形突出物，在转盘转动中以增强对水体的推动混合与充氧效率。转盘上开了许多不穿透小孔，使得吸附空气分散到液体中，达到充氧的目的。虽然这种曝气转盘获得了广泛应用，但仍存在充氧效率低、耗能高、净化效能差的缺点。其主要原因是曝气转盘在运行过程中，由曝气转盘吸附并转移到水体中的气体是空气，而空气中的氧气含量为21％，因此由其真正充入水体中的氧气，十分有限，从根本上决定了其充氧效率难以提高，这也是目前水体空气曝气方法与装置普遍存在的主要技术问题。

针对上述技术问题，纯氧曝气技术近年来获得了发展。《中国资源综合利用》2006年第11期刊登的“纯氧曝气的研究进展”论文，《城市环境与城市生态》2005年第1期“纯氧曝气在城市污水处理中的经济比较”论文，《中国给水排水》1999年第8期“纯氧曝气在污水处理和河道复氧中的应用”论文，论述了纯氧曝气与空气曝气相比，可显著提高氧气的转移速率和净化效率，经济性明显优于空气曝气法，这充分说明了纯氧曝气设备的研制的必要性和可行性。

现有的纯氧曝气设备是将曝气垫设置在待曝气充氧水体的底部，通过软管将氧气源与曝气垫相联通，连续不断的向曝气垫输送具有一定压力的氧气，氧气通过曝气垫上的微孔进入水中。这种方法充氧效率高、净化效果好、无噪声，显示出了很好的应用前景。使用该设备向污水中输送氧气，其主要缺点是氧气来源不足，净化污水的成本太高。氧气来源的一种方法是外购液氧，液氧的成本太高，危险性大，只适应于实验研究，在污水处理中，需要大量的液氧，加大了污水处理费用，无推广价值；氧气源来的另一种方法是管道输氧，在有污水的地方建立制氧厂，将氧气输送到污水中净化污水，同样存在加大了污水处理费问题；氧气源来的还有采用化学制氧、深冷制氧或变压吸附制氧，采用这些方法制氧进行污水处理，设备的投资费用大，制氧量少，所制备氧气的成本高，不能满足处理污水所需的大量氧气，因此推广难度较大。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述纯氧曝气设备的缺点，提供一种设计合理、结构简单、污水处理成本低的磁声场协同水体充氧净化处理装置。

本发明所要解决的另一个问题在于提供一种磁声场协同水体充氧净化处理方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在支架上设置有调速电机和与调速电机联接的聚氧磁化轮，在支架上还设置有朝向聚氧磁化轮的功率超声换能器。

本发明的聚氧磁化轮为：套装在轮轴外的轴套上至少设置有2个骨架盘，轮轴用联接件与调速电机相联，每个骨架盘上设置有相同数量、且至少2个骨架，在相邻骨架盘上相对应的骨架之间设置有1个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的外围设置有非导磁固定网。

本发明的聚氧磁化单元为：在相邻骨架盘的相对应骨架上极性相异永久磁体之间、非导磁固定网内设置有磁性介质。

本发明的聚氧磁化轮为：套装在轮轴外的轴套上至少设置有1个骨架盘，轮轴用联接件与调速电机相联，每个骨架盘上至少设置有4个骨架，在同一个骨架盘上相邻两个骨架之间设置有1个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的外围设置有非导磁固定网。

本发明的聚氧磁化单元为：在同一个骨架盘的相邻骨架上极性相异的永久磁体之间、非导磁固定网内设置有磁性介质。

本发明的相邻两个聚氧磁化单元的相邻永久磁体相邻端面的极性相异。

本发明的磁性介质为不锈导磁钢毛或不锈导磁泡沫金属。

本发明的永久磁体为稀土永磁体。

本发明的永久磁体为稀土永磁体。

使用上述的磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法包括下述步骤：

1、从空气中分离聚氧

将磁声场协同水体充氧净化处理装置的聚氧磁化轮的下半部分浸于水体中、上半部分暴露在大气环境中，功率超声换能器放置于水体中并朝向聚氧磁化轮，在聚氧磁化单元的磁性介质表面梯度磁场的作用下，将氧气从空气中分离出来并吸附到磁性介质表面。

2、水体的充氧磁化

功率超声换能器向转入水体中的聚氧磁化轮的聚氧磁化单元辐射超声波，吸附在聚氧磁化单元的磁性介质表面上的氧气被超声波解吸并溶于水体中，旋转的聚氧磁化轮连续将氧气带到水体中，同时相对于水体运动的聚氧磁化单元使水体磁化，实现对水体的充氧磁化。

本发明磁声场协同水体充氧净化处理装置具有如下特点：

1、本发明以大气为取氧源，用永磁体聚氧技术从空气中分离聚氧。氧气取之不尽，综合成本极低，无环境问题。

2、本发明以特有的聚氧磁化轮与功率超声换能器的结合与运行方式，使本发明装置具备从空气中高效分离聚氧、水体充氧与磁化和水体净化等多种功能。

3、本发明采用超声解吸技术，能使吸附于大比表面积磁性介质表面的氧气快速解吸并充分分散溶解于水中，同时聚氧磁化轮对水体的磁化作用，使水体溶氧能力显著增强，从而使水体获得充分的充氧磁化处理。

4、本发明在运行中能同时产生多种协同叠加作用与效果。

(1)聚氧磁化轮转动中对水体产生搅拌作用，既能使氧气充分均匀的溶于水中，又使得污染物不易沉淀，保证了氧气对污染物的净化作用。

(2)水体中超声波在解吸磁性介质表面吸附氧气的同时，对磁性介质产生清洗作用，避免了磁性介质孔隙被污染物堵塞，保证了其对空气中的氧气始终具有很强的分离聚集吸附能力。

(3)超声解吸到水体中的氧气，提供了更多的产生“空化效应”的空气核，即进一步强化了水体中的超声空化效应。这种强化了的超声空化效应使得在水体中产生OH活性自由基的产率更高，同时超声空化效应所形成的极端物理环境，使本发明对水体的除污净化能力较传统的纯氧曝气法更强。

(4)本发明特有的聚氧磁化轮在运行中，将磁化学效应与超声空化效应有机结合，进一步强化了超声降解净化污染物的能力。这主要是由于在磁场作用下，可以有效防止或减少超声空化在水体中产生的OH与H的简单复合，从而增强装置的净化能力。

5、本发明既可静态水体处理，也可用于动态水体处理。本发明水体处理速度快，可处理水量大，实施条件简单，运行成本低，可应用范围广。

本发明用于污水处理时，可根据氧化沟处理水量大小和充氧量要求，将本发明装置串并联使用，可满足各种场合使用要求。

本发明用于景观水体修复时，同时具备水体复氧与灭藻功能。既可用于人造景观静态水体修复，也可用于河流污染治理。

本发明可用于连续制备大流量农林灌溉用的富氧磁化水。本发明运转中，氧气在水体中溶解充分，氧气不易从水体中逸出。作为灌溉用水，灌溉后氧气会富含在土壤中，产生有益作用。应用中可将本发明装置安装在水渠上，对灌溉用水进行充氧磁化。

附图说明

图1本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中聚氧磁化轮3的主视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是本发明实施例5聚氧磁化轮3的主视图。

图5是图4的左视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的磁声场协同水体充氧净化处理由支架1、调速电机2、聚氧磁化轮3、功率超声换能器4构成。

在支架1上安装有聚氧磁化轮3和调速电机2，调速电机2的输出轴用联接件与聚氧磁化轮3相联接，使用时，调速电机2与电源接通后带动聚氧磁化轮3旋转，聚氧磁化轮3的上半部分暴露在空气中，聚氧磁化轮3的下半部分浸入水中，聚氧磁化轮3用于从空气中分离聚集氧气并将氧气输送到被处理的水体中。在支架1上安装有功率超声换能器4，功率超声换能器4的频率为20～200KHz，超声波的声强为5～200W/cm²，功率超声换能器4的具体工作频率设计、超声波的声强设计，按照聚氧磁化轮3的具体结构和被处理水体量的大小来确定。使用时，由超声波发生器为功率超声换能器4提供电源，功率超声换能器4用于产生超声波，向水体中的聚氧磁化轮3发射超声波，功率超声换能器4辐射的超声波作用在聚氧磁化轮3上，使吸附在其上的氧气快速解吸并充分溶于水中，被处理的水体在聚氧磁化轮3的转动中得到磁化，由于磁化后水的溶氧能力明显高于普通水，可使水体的充氧效率显著提高。

图2、3给出了聚氧磁化轮3一个实施例的结构示意图，在图2、3中，本实施例的聚氧磁化轮3由轮轴3-1、轴套3-2、骨架3-3、永久磁体3-4、磁性介质3-5、非导磁固定网3-6联接构成。

本实施例采用6个径向均布的骨架3-3连为一体构成骨架盘，骨架盘为导磁的不锈钢骨架盘，也可为非导磁材料骨架盘，在轴套3-2上均布安装有4个骨架盘，轮轴3-1套装在轴套3-2内，轮轴3-1用联接件与调速电机2相联，轮轴3-1的两端安装在支架1上。左端骨架3-3的内侧面粘附有永久磁体3-4，永久磁体3-4的形状为长方体，永久磁体3-4的外端面为S极、内端面为N极。右端骨架3-3的内侧面粘附有永久磁体3-4，永磁体的外端面为N极、内端面为S极。中间左侧一个骨架3-3的左右侧面上各粘附有永久磁体3-4，左侧永久磁体3-4的左端面为S极、右端面为N极，右侧永久磁体3-4的左端面为S极、右端面为N极。中间右侧一个骨架3-3的左右侧面上各粘附有永久磁体3-4，左侧永久磁体3-4的左端面为S极、右端面为N极，右侧永久磁体3-4的左端面为S极、右端面为N极。上述的永久磁体3-4为钕铁硼稀土永磁体，永久磁体3-4的磁感应强度不小于2500高斯，永久磁体3-4的具体磁感应强度应按照被处理水量的大小、设置永久磁体3-4的具体数目以及相邻骨架盘相对应骨架3-3上相对的永久磁体3-4的间距进行设计。左端骨架3-3上的永久磁体3-4与中间左侧骨架3-3上左侧的永久磁体3-4之间填充有不锈导磁钢毛，不锈导磁钢毛是磁性介质3-5的一个实施例，右端骨架3-3上的永久磁体3-4与中间右侧骨架3-3上右侧的永久磁体3-4之间填充有不锈导磁钢毛，中间左侧骨架3-3上右侧的永久磁体3-4与中间右侧骨架3-3上左侧的永久磁体3-4之间填充有不锈导磁钢毛，不锈导磁钢毛与两侧极性相反的永久磁体3-4构成一个聚氧磁化单元，在相邻骨架盘上相对应的两个骨架3-3上用螺纹紧固联接件安装有非导磁固定网3-6，非导磁固定网3-6用于将不锈导磁钢毛包裹固定在两侧的永久磁体3-4之间。大比表面积的不锈导磁钢毛填充在永久磁体3-4之间，在表面产生高梯度磁场，将空气中的氧气充分分离并吸附在其表面，实现从空气中分离和聚集氧气。移入水体中的不锈导磁钢毛在超声波换能器所产生的超声波作用下，其吸附的氧气快速解吸并充分溶于水中，连续转动的聚氧磁化轮3对水体反复充氧，同时相对于水体运动的聚氧磁化轮3使水体充分磁化，从而使得本发明能对水体进行充氧磁化处理。

四个骨架盘上的其它骨架3-3上所安装的聚氧磁化单元的结构与上述的聚氧磁化单元的结构完全相同。本实施例四个骨架盘上的骨架3-3上共安装有18个聚氧磁化单元。

使用上述磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法包括下述步骤：

1、从空气中分离聚氧

将磁声场协同水体充氧净化处理装置的聚氧磁化轮3的下半部分浸于水体中、上半部分暴露在大气环境中，功率超声换能器4放置于水体中并朝向聚氧磁化轮3，在聚氧磁化单元的磁性介质3-5表面梯度磁场的作用下，将氧气从空气中分离出来并吸附聚集到磁性介质3-5表面。

2、水体的充氧磁化

功率超声换能器4向转入水体中的聚氧磁化轮3的聚氧磁化单元辐射超声波，吸附在聚氧磁化单元的磁性介质3-5表面上的氧气被超声波快速解吸并溶于水体中，旋转的聚氧磁化轮3连续将氧气带到水体中，同时相对于水体运动的聚氧磁化单元使水体磁化，实现对水体的充氧磁化。

实施例2

本实施例的轴套3-2上安装有2个骨架盘，每个骨架盘由径向均布的12个骨架3-3连为一体构成，2个骨架盘上共安装有12个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的结构与实施例1的聚氧磁化单元相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

采用本实施例磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例的轴套3-2上均布安装有12个骨架盘，骨架盘由径向均布的2个骨架3-3连为一体构成，12个骨架3-3盘上共安装有22个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的结构与实施例1的聚氧磁化单元相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

采用本实施例磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例的轴套3-2上均布安装有5个骨架盘，骨架盘由径向均布的9个骨架3-3连为一体构成，5个骨架3-3盘上共安装有36个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的结构与实施例1的聚氧磁化单元相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

采用本实施例磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法与实施例1相同。

实施例5

在图4、5中，本实施例的聚氧磁化轮3由轮轴3-1、骨架3-3、永久磁体3-4、磁性介质3-5、非导磁固定网3-6、轴套3-2联接构成。本实施例采用6个径向均布的骨架3-3连为一体构成骨架盘，每个骨架盘上的骨架3-3数目可以相等也可以不相等，在轴套3-2上均布安装有相互有一定间隙的4个骨架盘，轮轴3-1用联接件与调速电机2相联，轮轴3-1套装在轴套3-2内，轮轴3-1的两端安装在支架1上。在同一个骨架盘上一个骨架3-3的左右侧面上各粘附有永久磁体3-4，左侧永久磁体3-4的左端面为S极、右端面为N极，右侧永久磁体3-4的左端面为S极、右端面为N极，相邻骨架3-3的左右侧面上各粘附有永久磁体3-4，左侧永久磁体3-4的左端面为S极、右端面为N极，右侧永久磁体3-4的左端面为S极、右端面为N极，永久磁体3-4为钕铁硼稀土永磁体，永久磁体3-4的磁感应强度不小于2500高斯，永久磁体3-4的具体磁感应强度应按照被处理水量的大小、设置永久磁体3-4的具体数目进行设计。在同一个骨架盘上一个骨架3-3上的永久磁体3-4与相邻一个骨架3-3上相邻永久磁体3-4之间填充有不锈导磁钢毛，不锈导磁钢毛是磁性介质3-5的一个实施例，不锈导磁钢毛与两侧极性相异的永久磁体3-4构成一个聚氧磁化单元，在同一个骨架盘上相邻的两个骨架3-3上用螺纹紧固联接件安装有非导磁固定网3-6，非导磁固定网3-6用于将不锈导磁钢毛包裹固定在两侧的永久磁体3-4之间。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

采用本实施例磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法与实施例1相同。

实施例6

在本实施例中，轴套3-2上安装有1个骨架盘，骨架盘由12个径向均布的骨架3-3连为一体构成，骨架盘上相邻两个骨架3-3上安装有1个聚氧磁化单元，骨架盘上共安装有12个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的结构与实施例5的聚氧磁化单元相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

采用本实施例磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法与实施例1相同。

实施例7

在本实施例中，轴套3-2上安装有12个骨架盘，骨架盘由4个径向均布的骨架3-3连为一体构成，骨架盘上相邻两个骨架3-3上安装有1个聚氧磁化单元，骨架盘上共安装有48个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的结构与实施例5的聚氧磁化单元相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

采用本实施例磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法与实施例1相同。

实施例8

在以上的实施例1～7中，永久磁体3-4为钐钴稀土永磁体，钐钴稀土永磁体的磁感应强度与相应的实施例相同，也可采用其它稀土永磁体。

采用本实施例磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法与实施例1相同。

实施例9

在以上的实施例1～8中，聚氧磁化单元的两块极性相异永久磁体3-4之间安装的磁性介质3-5为不锈导磁泡沫金属。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

采用本实施例磁声场协同水体充氧净化处理装置的净化处理方法与实施例1相同。

本发明的工作原理如下：

本发明磁声场协同水体充氧净化处理装置在运行时，聚氧磁化轮3由调速电机2带动旋转，聚氧磁化轮3的上半部暴露在大气中，聚氧磁化轮3的下半部浸于水体中。聚氧磁化轮3上聚氧磁化单元的永久磁体3-4之间设置的大比表面积磁性介质3-5表面形成的高梯度磁场，将空气中的氧气充分分离吸附在其表面，实现从空气中高效分离和聚集氧气。同时，聚氧磁化轮3在调速电机2驱动下转动，将吸附氧气的磁性介质3-5连续不断地移入水体中，功率超声换能器4辐射的超声波作用在磁性介质3-5上，使吸附在其上的氧气快速解吸并充分溶于水中。聚氧磁化轮3在水中转动的过程中，聚氧磁化轮3连续与水体产生相对运动，水体切割磁力线，使水充分磁化。本发明运行中超声波、氧气、磁场共同作用于水体，使水体中的污染物被氧化净化，本发明水体充氧磁化处理方法及其装置，可用于污水净化，景观水的水质修复和农林灌溉用的富氧磁化水的制备。

根据上述原理，还可以设计出另外一种具体结构的磁声场协同水体充氧净化处理装置，聚氧磁化轮3上所设计的聚氧磁化单元的个数应根据被处理水体的量来具体确定，但无论采用在任何形式的骨架盘上设置聚氧磁化单元构成聚氧磁化轮3，所制备的磁声场协同水体充氧净化处理装置均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁声场协同水体充氧净化处理装置，在支架上设置有调速电机(2)和与调速电机(2)联接的聚氧磁化轮(3)，在支架(1)上还设置有朝向聚氧磁化轮(3)的功率超声换能器(4)，其特征在于所说的聚氧磁化轮(3)为：套装在轮轴(3-1)外的轴套(3-2)上至少设置有2个骨架盘，轮轴(3-1)用联接件与调速电机(2)相联，每个骨架盘上设置有相同数量、且至少2个骨架(3-3)，在相邻骨架盘上相对应的骨架(3-3)之间设置有1个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的外围设置有非导磁固定网(3-6)。

2.按照权利要求1所述的磁声场协同水体充氧净化处理装置，其特征在于所说的聚氧磁化单元为：在相邻骨架盘的相对应骨架(3-3)上极性相异永久磁体(3-4)之间、非导磁固定网(3-6)内设置有磁性介质(3-5)。

3.一种磁声场协同水体充氧净化处理装置，在支架上设置有调速电机(2)和与调速电机(2)联接的聚氧磁化轮(3)，在支架(1)上还设置有朝向聚氧磁化轮(3)的功率超声换能器(4)，其特征在于所说的聚氧磁化轮(3)为：套装在轮轴(3-1)外的轴套(3-2)上至少设置有1个骨架盘，轮轴(3-1)用联接件与调速电机(2)相联，每个骨架盘上至少设置有4个骨架(3-3)，在同一个骨架盘上相邻两个骨架(3-3)之间设置有1个聚氧磁化单元，聚氧磁化单元的外围设置有非导磁固定网(3-6)。

4.按照权利要求3所述的磁声场协同水体充氧净化处理装置，其特征在于所说的聚氧磁化单元为：在同一个骨架盘的相邻骨架(3-3)上极性相异的永久磁体(3-4)之间、非导磁固定网(3-6)内设置有磁性介质(3-5)。

5.按照权利要求3或4所述的磁声场协同水体充氧净化处理装置，其特征在于：所说的相邻两个聚氧磁化单元的相邻永久磁体(3-4)相邻端面的极性相异。

6.按照权利要求2或4所述的磁声场协同水体充氧净化处理装置，其特征在于：所说的磁性介质(3-5)为不锈导磁钢毛或不锈导磁泡沫金属。

7.按照权利要求2或4所述的磁声场协同水体充氧净化处理装置，其特征在于：所说的永久磁体(3-4)为稀土永磁体。

8.按照权利要求5所述的磁声场协同水体充氧净化处理装置，其特征在于：所说的永久磁体(3-4)为稀土永磁体。