CN110589952B - 一种污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理系统，包括超声波降解装置，包括液体容器；超声波组件，能够向所述液体容器中发射超声波；反应管，绕轴线盘绕呈螺旋状，并能够绕所述轴线转动，至少部分所述反应管浸在所述液体容器中；供液管，通过第一旋转密封组件与所述反应管连接；气源，与所述供液管连接。反应管在旋转过程中，液体在离心力的作用下不断被拉伸成薄膜，并且在反应管中形成的段塞流的过程强化气液混溶，容易形成超声空化氧化作用，该作用在转动的反应管中反复进行，实现废水中有机物的连续充分均匀降解。该技术方案能够实现废水中有机物的连续充分均匀降解，其间不引入化学药剂，处理成本低，不存在二次污染的可能性。

Description

一种污水处理系统

技术领域

本发明用于污水处理领域，特别是涉及一种污水处理系统。

背景技术

水中有机污染物的主要来源有工业废水、生活废水及大气污染，这些废水不但严重地破坏了自然生态环境，还对人体生命健康造成严重的影响。

目前，对含有有机污染物的污水处理一般采取下面几种方式：生物接触氧化法，电解工艺，Fenton及类Fenton氧化法，电化学(催化)氧化，光化学催化氧化，超临界水氧化(scwo)技术等。这些处理方式都需要在处理时引入化学药剂，处理成本较高，而且存在二次污染的可能性。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种污水处理系统，其能够实现废水中有机物的连续充分均匀降解，其间不引入化学药剂，处理成本低，不存在二次污染的可能性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种污水处理系统，包括

超声波降解装置，包括

液体容器；

超声波组件，能够向所述液体容器中发射超声波；

反应管，绕轴线盘绕呈螺旋状，并能够绕所述轴线转动，至少部分所述反应管浸在所述液体容器中；

供液管，通过第一旋转密封组件与所述反应管连接；

气源，与所述供液管连接。

优选的，所述反应管绕轴线盘绕呈圆柱螺旋线状，所述液体容器包括顶部敞口的液体槽，所述反应管横向布置，至少部分所述反应管浸在所述液体槽中。

优选的，沿水流方向，还包括

进液管，与所述轴线重合，连接在所述反应管前端与所述第一旋转密封组件之间；

出液管，与所述轴线重合，通过第二旋转密封组件与所述反应管的后端连接。

优选的，还包括

第一外套管，穿过第一轴承座，并套在所述进液管外侧；

第二外套管，穿过第二轴承座，并套在所述出液管外侧；

内套管，沿所述轴线穿过呈螺旋状的所述反应管，一端套在所述第一外套管和所述进液管之间，另一端套在所述第二外套管和所述出液管之间，所述内套管的管壁上设有供所述反应管穿出的侧孔；

其中，所述内套管与所述进液管、所述出液管之间设有填料，所述第一外套管、第二外套管上设有顶紧内套管的第一顶丝。

优选的，所述第一旋转密封组件、第二旋转密封组件均包括

旋转接头，具有转动部和固定部，所述转动部上设有第一接口，所述固定部上设有第二接口，所述第一接口和所述第二接口连通；

其中，所述进液管与所述第一旋转密封组件的第一接口连接，供液管与第一旋转密封组件的第二接口连接，所述出液管与所述第二旋转密封组件的第一接口连接，排液管与第二旋转密封组件的第二接口连接；

所述第一旋转密封组件的转动部和/或第二旋转密封组件的转动部上设有从动轮，所述从动轮与动力部件的输出端传动连接。

优选的，所述转动部上设有凸台，所述从动轮上设有连接孔，并通过所述连接孔套装在所述凸台上，所述凸台和连接孔上设有相互配合的驱动平面。

优选的，所述凸台上设有接头，所述接头的端部形成所述第一接口，所述接头上设有锁紧螺母，所述锁紧螺母和凸台之间设有从动轮限位部件，所述进液管、出液管的端部设有呈球形或锥形的端口，所述进液管通过压帽与所述第一旋转密封组件的接头连接，并将所述进液管的端口与第一旋转密封组件的第一接口压紧；所述出液管通过压帽与所述第二旋转密封组件的接头连接，并将所述出液管的端口与第二旋转密封组件的第一接口压紧。

优选的，所述第一旋转密封组件、第二旋转密封组件均包括压盖，所述压盖与转动部连接，所述压盖上设有过孔，所述进液管、出液管由所述过孔穿出，所述压盖上设有沿过孔径向的第二顶丝。

优选的，所述气源包括氮气源和/或氧气源，沿水流方向，所述供液管上于气源连接位置的后方设有塞流管。

优选的，还包括

原水箱，设有加热装置；

泵，能够将所述原水箱的污水泵入所述供液管；

气液分离器，与所述排液管连接；

缓冲罐，与所述气液分离器连接；

产水箱，与所述缓冲罐连接。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：有机污染物降解时，含有有机污染物的废水流过供液管，气源向废水中混入气体，气体在废水中形成微小气泡。然后废水流入反应管，超声波组件向液体容器中发射超声波，超声波在水中传播过程中运动方向和振动方向一致，形成的是疏密波。当疏波形成的负压半周期的声压幅值超过液体内部静压强时，存在于液体中的微小气泡(称作“空化核”)就会迅速增大。而在相继而来的声波正压相中，气泡瞬间溃灭，溃灭形成的微小极端环境的理论压强值可达几十兆帕，温度可达几百摄氏度，能够将有机物的碳碳键打断实现降解作用。

其间，反应管不断转动，在旋转过程中，管中液体在离心力的作用下不断被拉伸成薄膜，扩大的液体面积提供氧化气体继续在反应管内与液体混溶，并且在反应管中形成的段塞流的过程强化气液混溶，容易形成超声空化氧化作用，该作用在转动的反应管中反复进行，实现废水中有机物的连续充分均匀降解。

该技术方案能够实现废水中有机物的连续充分均匀降解，其间不引入化学药剂，处理成本低，不存在二次污染的可能性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一个实施例结构示意图；

图2是图1中A处局部放大图；

图3是图1所示的一个实施例第一旋转密封组件爆炸示意图；

图4是图1所示的一个实施例第一旋转密封组件截面示意图；

图5是水溶液中的非离子型聚丙烯酰胺降解前显微照片；

图6是采用图1所示的一个实施例水溶液中的非离子型聚丙烯酰胺降解后显微照片；

图7是水溶液中的阴离子型聚丙烯酰胺降解前显微照片；

图8是采用图1所示的一个实施例水溶液中的阴离子型聚丙烯酰胺降解后显微照片。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”、“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明的实施例提供了一种污水处理系统，包括超声波降解装置1，能够通过超声波对有机污染物进行降解，超声波降解装置1包括

液体容器11，用于盛放能够传导超声波的液体介质；

超声波组件12，能够向所述液体容器11中发射超声波，超声波组件12包括换能器和超声波发生器，超声波组件12与液体容器11的内壁连接或伸入液体容器11内部，超声波组件12能够调节超声波的频率和功率；

反应管13，绕轴线盘绕呈螺旋状，盘绕一匝或多匝，并能够在人工、电机等驱动下绕所述轴线转动，至少部分所述反应管13浸在所述液体容器11中，在旋转过程中，管中液体在离心力的作用下不断被拉伸成薄膜，超声波传播过程强度衰减小，作用强度大，提高了超声反应降解有机物的效率；

供液管21，用于向反应管13输送待处理的污水，供液管21通过第一旋转密封组件3与所述反应管13连接，在保证密封连接的同时，避免供液管21随反应管13一起转动；

气源22，与所述供液管21连接，气源22管路上设有控制阀和流量计，用于向污水中注入气体。

有机污染物降解时，含有有机污染物的废水流过供液管21，气源22向废水中混入气体，气体在废水中形成微小气泡。然后废水流入反应管13，超声波组件12向液体容器11中发射超声波，超声波在水中传播过程中运动方向和振动方向一致，形成的是疏密波。当疏波形成的负压半周期的声压幅值超过液体内部静压强时，存在于液体中的微小气泡(称作“空化核”)就会迅速增大。而在相继而来的声波正压相中，气泡瞬间溃灭，溃灭形成的微小极端环境的理论压强值可达几十兆帕，温度可达几百摄氏度，能够将有机物的碳碳键打断实现降解作用。

其间，反应管13不断转动，在旋转过程中，管中液体在离心力的作用下不断被拉伸成薄膜，扩大的液体面积提供氧化气体继续在反应管13内与液体混溶，并且在反应管13中形成的段塞流的过程强化气液混溶，容易形成超声空化氧化作用，超声波传播过程强度衰减小，作用强度大，该作用在转动的反应管13中反复进行，实现废水中有机物的连续充分均匀降解。

该技术方案能够实现废水中有机物的连续充分均匀降解，其间不引入化学药剂，处理成本低，不存在二次污染的可能性。

所述反应管13盘绕呈圆锥螺旋线状、异形螺旋线状等，优选的，在一些实施例中，参见图1，所述反应管13绕轴线盘绕呈圆柱螺旋线状，圆柱螺旋线状的反应管13在转动过程中能够保持平稳，样品超声更加均匀，多匝反应管13也保证降解的均匀性。

所述液体容器11可采用箱、盆、沟等结构形式，反应管13竖向、横向或倾斜布置。优选的，所述液体容器11包括顶部敞口的液体槽，所述反应管13横向布置，至少部分所述反应管13浸在所述液体槽中，反应管13在转动过程中，污水被拉伸成厚度均匀的薄膜，而且，整个设备造价成本较低，操作简便，拆装方便。

在一些实施例中，参见图1，沿水流方向，还包括

进液管14，与所述轴线重合，连接在所述反应管13前端与所述第一旋转密封组件3之间；

出液管，与所述轴线重合，通过第二旋转密封组件与所述反应管13的后端连接。

其中，反应管13的端部弯曲形成进液管14、出液管，或者进液管14、出液管成型后与反应管13对接，进液管14、出液管与轴线重合，在转动过程中位置恒定，方便废水的输入和导出，以及反应管13的定位。

参见图2，在一些实施例中，还包括

第一外套管15，穿过第一轴承座16，并套在所述进液管14外侧；

第二外套管，穿过第二轴承座，并套在所述出液管外侧；

内套管17，沿所述轴线穿过呈螺旋状的所述反应管13，一端套在所述第一外套管15和所述进液管14之间，另一端套在所述第二外套管和所述出液管之间，所述内套管17的管壁上设有供所述反应管13穿出的侧孔18；

反应管13及其中废水的重量通过两侧的第一轴承座16和第二轴承座承担，中间通过第一外套管15、第二外套管、内套管17隔离，避免污水的输送管道受损。

其中，所述内套管17与所述进液管14、所述出液管之间设有填料19，所述第一外套管15、第二外套管上设有顶紧内套管17的第一顶丝110。通过填料19和第一顶丝110达到了密封与同心效果，使旋转时样品超声均匀，更容易形成超声空化氧化作用。

参见图3、图4，所述第一旋转密封组件3、第二旋转密封组件均包括

旋转接头31，具有转动部32和固定部33，固定部33在使用时固定不动，转动部32能够自由转动，所述转动部32上设有第一接口，所述固定部33上设有第二接口，所述第一接口和所述第二接口连通；

其中，所述进液管14与所述第一旋转密封组件3的第一接口连接，供液管21与第一旋转密封组件3的第二接口连接，所述出液管与所述第二旋转密封组件的第一接口连接，排液管4与第二旋转密封组件的第二接口连接；

供液管21、排液管4与第二接口采用套接、焊接等方式对接，优选的，参见图2、图3，所述供液管21、排液管4为软管，软管通过宝塔接头与对应的第二接口连接。

所述第一旋转密封组件3的转动部32和/或第二旋转密封组件的转动部32上设有从动轮34，所述从动轮34与动力部件35的输出端传动连接，动力部件35的输出转速可调，用于向反应管13施加旋转力矩，其中，从动轮34可采用齿轮、带轮或蜗轮等，于此对应，动力部件35的输出端设置齿轮、带轮或蜗杆。

其中，从动轮34直接与旋转接头31的转动部32连接，实现旋转动力的输入，实现转接和动力输入的集成，功能全面，简化了废水处理系统。

在一些实施例中，从动轮34与转动部32焊接、套接、卡扣连接等方式连接，来实现动力传递，优选的，参见图3、图4，所述转动部32上设有凸台，所述从动轮34上设有连接孔，并通过所述连接孔套装在所述凸台上，转配、拆卸方便，同轴度高。同时，所述凸台和连接孔上设有相互配合的驱动平面，用于实现从动轮34到转动部32的动力传递。

在一些实施例中，参见图3、图4，所述凸台上设有接头，所述接头的端部形成所述第一接口，所述接头上设有锁紧螺母36，所述锁紧螺母36和凸台之间设有从动轮限位部件37，从动轮限位部件37将从动轮34限定在凸台上，避免脱落。

进液管14、出液管与第一接口采用套接、焊接等方式对接，优选的，参见图3、图4，所述进液管14、出液管的端部设有呈球形或锥形的端口，所述进液管14通过压帽38与所述第一旋转密封组件3的接头连接，并将所述进液管14的端口与第一旋转密封组件3的第一接口压紧，实现密封对接，而且当定心组件调节进液管14的角度时，进液管14始终能够与第一接口保持对接状态。所述出液管通过压帽38与所述第二旋转密封组件的接头连接，并将所述出液管的端口与第二旋转密封组件的第一接口压紧，实现密封对接，而且当定心组件调节出液管的角度时，第一管道始终能够与出液管保持对接状态。

参见图3、图4，所述第一旋转密封组件3、第二旋转密封组件均包括压盖39，压盖39设置一级或多级，所述压盖39与转动部32连接，所述压盖39上设有过孔，所述进液管14、出液管由所述过孔穿出，所述压盖39上设有沿过孔径向的第二顶丝310。第二顶丝围绕进液管14、出液管设置多个，通过调节顶丝的伸出长度，能够调节进液管14、出液管的角度。在进液管14、出液管随从动轮34转动过程中，顶丝能够保持进液管14、出液管角度的恒定。

在一些实施例中，所述气源22包括氮气源和/或氧气源，用于在污水中形成微小气泡，在超声波的作用下，微小气泡能够瞬间溃灭，溃灭形成的微小极端环境的理论压强值可达几十兆帕，温度可达几百摄氏度，能够将有机物的碳碳键打断实现降解作用。当气源22向污水中混入氧气时，氧气不仅能够形成微小气泡，而且能够通过自身的氧化性强化有机物碳碳键的断链而降解，提高了超声反应降解有机物的效率。

参见图1，沿水流方向，所述供液管21上于气源22连接位置的后方设有塞流管23，液体在塞流管23流动过程中，不断更新界面，大大强化了与气体的传质，增加了气体溶解量，保证液体通过超声反应器中有足够的气体和水蒸气析出形成空化点。

参见图1，在一些实施例中，还包括

原水箱24，用于储存原水，原水箱24设有加热装置，通过加热装置能够提升污水的温度，提高降解处理效果；

泵25，可采用离心泵、蠕动泵等，其能够将所述原水箱24的污水泵入所述供液管21；

气液分离器41，与所述排液管4连接，用于将处理后的水中的气体分离，气液分离器41连接气体流量计，进一步实现回收利用；

缓冲罐42，与所述气液分离器41连接；

产水箱43，与所述缓冲罐42连接，用于收集处理后的水。

采用本发明实施例降解水溶液中的非离子型聚丙烯酰胺(浓度200mg/L，相对分子量1000万)。降解前非离子型聚丙烯酰胺显微照片如图5所示，粘度3.8mPa.s。参见图6，原液经本发明实施例处理后空间网络结构被全部破坏，形成少量的球，降解效果良好，使用流变仪测量溶液粘度，经计算得出该溶液的降黏率为39.5％。

采用本发明实施例降解水溶液中的阴离子型聚丙烯酰胺(浓度200mg/L，相对分子量1000万)。降解前非离子型聚丙烯酰胺显微照片如图7所示，粘度8.1mPa.s。参见图8，原液经本发明实施例处理后空间网络结构被全部破坏，原溶液密集的空间网络结构，细网络几乎不见，只残留个别粗网线，形不成整体均匀空间结构，降黏率48.1％。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种污水处理系统，其特征在于：包括

超声波降解装置，包括

液体容器，所述液体容器包括顶部敞口的液体槽；

超声波组件，能够向所述液体容器中发射超声波；

反应管，绕轴线盘绕呈螺旋状，并能够绕所述轴线转动，至少部分所述反应管浸在所述液体容器中，所述反应管绕轴线盘绕呈圆柱螺旋线状，所述反应管横向布置，至少部分所述反应管浸在所述液体槽中；

电机，驱动反应管绕所述轴线转动；

供液管，通过第一旋转密封组件与所述反应管连接；

气源，与所述供液管连接，所述气源包括氮气源和/或氧气源，沿水流方向，所述供液管上于气源连接位置的后方设有塞流管。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于：沿水流方向，还包括

进液管，与所述轴线重合，连接在所述反应管前端与所述第一旋转密封组件之间；

出液管，与所述轴线重合，通过第二旋转密封组件与所述反应管的后端连接。

3.根据权利要求2所述的污水处理系统，其特征在于：还包括

第一外套管，穿过第一轴承座，并套在所述进液管外侧；

第二外套管，穿过第二轴承座，并套在所述出液管外侧；

内套管，沿所述轴线穿过呈螺旋状的所述反应管，一端套在所述第一外套管和所述进液管之间，另一端套在所述第二外套管和所述出液管之间，所述内套管的管壁上设有供所述反应管穿出的侧孔；

其中，所述内套管与所述进液管、所述出液管之间设有填料，所述第一外套管、第二外套管上设有顶紧内套管的第一顶丝。

4.根据权利要求2所述的污水处理系统，其特征在于：所述第一旋转密封组件、第二旋转密封组件均包括

旋转接头，具有转动部和固定部，所述转动部上设有第一接口，所述固定部上设有第二接口，所述第一接口和所述第二接口连通；

其中，所述进液管与所述第一旋转密封组件的第一接口连接，供液管与第一旋转密封组件的第二接口连接，所述出液管与所述第二旋转密封组件的第一接口连接，排液管与第二旋转密封组件的第二接口连接；

所述第一旋转密封组件的转动部和/或第二旋转密封组件的转动部上设有从动轮，所述从动轮与动力部件的输出端传动连接。

5.根据权利要求4所述的污水处理系统，其特征在于：所述转动部上设有凸台，所述从动轮上设有连接孔，并通过所述连接孔套装在所述凸台上，所述凸台和连接孔上设有相互配合的驱动平面。

6.根据权利要求5所述的污水处理系统，其特征在于：所述凸台上设有接头，所述接头的端部形成所述第一接口，所述接头上设有锁紧螺母，所述锁紧螺母和凸台之间设有从动轮限位部件，所述进液管、出液管的端部设有呈球形或锥形的端口，所述进液管通过压帽与所述第一旋转密封组件的接头连接，并将所述进液管的端口与第一旋转密封组件的第一接口压紧；所述出液管通过压帽与所述第二旋转密封组件的接头连接，并将所述出液管的端口与第二旋转密封组件的第一接口压紧。

7.根据权利要求6所述的污水处理系统，其特征在于：所述第一旋转密封组件、第二旋转密封组件均包括压盖，所述压盖与转动部连接，所述压盖上设有过孔，所述进液管、出液管由所述过孔穿出，所述压盖上设有沿过孔径向的第二顶丝。

8.根据权利要求4所述的污水处理系统，其特征在于：还包括原水箱，设有加热装置；

泵，能够将所述原水箱的污水泵入所述供液管；

气液分离器，与所述排液管连接；

缓冲罐，与所述气液分离器连接；

产水箱，与所述缓冲罐连接。

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