CN112279447A - 一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其技术方案为：包括电磁场发生装置、旋流发生装置、反应釜容器，电磁场发生装置安装于反应釜容器内部，旋流发生装置安装于反应釜容器底部；电磁场发生装置包括若干交替且间隔设置的阳极电极板、阴极电极板，流体能够通过旋流发生装置进入电磁场发生装置，并形成与电极板中轴线垂直和水平的两种流体通道。本发明在非均相传质过程中通过多种电化学反应降低传质物质的过饱和度，使存在于多相流流体中的大量非溶状态物质通过传质过程不断补充进入多相流流体的主流体中，并不断为后期电化学反应提供反应物质，建立非均相传质与电化学反应之间的循环反应链，提高效率，节约成本与能耗。

Description

一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置。

背景技术

非均相反应(Heterogeneous reaction)又称“多相反应”，是指反应物是两相或两相以上的组分(固体和气体、固体和液体、两种互不混溶的液体)，或者一种或多种反应物在界面上(如固体催化剂表面上)进行的化学反应的总称。在化工、制药、环保等领域中，会经常使用非均相反应完成一般均相反应无法实现的化学反应，与一般均相反应相比，非均相反应具有反应速率快、催化效率高、反应强度大的特点，尤其是反应物之间容易分离，例如采用非均相反应对各类难降解污水、废气、固废可实现非常好的降解处理效果。

但是非均相反应对不同相反应物(催化物)的传质要求很高，同时为了实现低能耗、高效反应，往往利用非均相反应实现快速反应过程，如高级氧化法、 Fenton法，其反应过程均小于8-10秒，这么短的反应时间就要求在非均相反应中各类不同相反应物(催化物)的传质与反应必须同步完成——传质即反应。这一要求就对实施非均相反应的设备和方法提出了较为苛刻的要求，必须同时满足高效传质、同步催化、同步反应，并且实施非均相反应的能耗尽量要低、反应物料消耗尽量要低，现有技术与设备难以满足如此苛刻的要求，这一情况长期以来严重制约了非均相反应技术在工农业、环保等产业内的广泛应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，将多相流电化学反应与非均相传质实施过程进行了有机结合，在非均相传质过程中通过多种电化学反应降低了传质物质的过饱和度，使得在多相流流体中存在的大量非溶状态物质，可以通过传质过程不断补充进入多相流流体的主流体中，并不断为后期电化学反应提供反应物质，建立了非均相传质与电化学反应之间的循环反应链，最大限度的提高了效率，节约了成本与能耗。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的实施例提供了一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，包括电磁场发生装置、旋流发生装置、反应釜容器，电磁场发生装置安装于反应釜容器内部，旋流发生装置安装于反应釜容器底部；其中，电磁场发生装置包括若干交替且间隔设置的阳极电极板、阴极电极板，流体能够通过旋流发生装置进入电磁场发生装置，并形成与电极板中轴线垂直和水平的两种流体通道。

作为进一步的实现方式，所述阳极电极板和阴极电极板为单层电极板，且二者为中空环状结构；阳极电极板和阴极电极板之间能够形成垂直于中轴线的微循环流体通道，二者中心的圆形空间能够形成平行于中轴线的主循环流体通道。

作为进一步的实现方式，所述阴极电极板的圆周方向间隔均匀连接多个阴极导电棒，阳极电极板的圆周方向间隔均匀连接多个阳极导电棒；所述阳极导电棒、阴极导电棒分别通过接线端子与反应釜容器连接。

作为进一步的实现方式，所述阳极电极板为单层电极板，且为中空环状结构；阴极电极板为多层电极板，包括依次设置的上电极板、电极板中空层和下电极板。

作为进一步的实现方式，多个阳极电极板与同一个阳极导电棒相连，所述阳极导电棒连接至反应釜容器顶部；多个阴极电极板一侧与注射管相连，另一侧与同一个阴极导电棒相连；所述注射管、阴极导电棒分别连接至反应釜容器顶部。

作为进一步的实现方式，所述注射管与注射盘管相连，注射盘管设置于电极板中空层。

作为进一步的实现方式，所述阳极电极板和阴极电极板的中心有高能发生器穿过，高能发生器一端与反应釜容器顶端固定，另一端伸入旋流发生装置设定距离。

作为进一步的实现方式，所述旋流发生装置包括推进式搅拌器、套设于推进式搅拌器外侧的导流筒；所述导流筒一侧连接旋流发生装置插入管。

作为进一步的实现方式，所述导流筒外侧安装曝气装置，曝气装置通过曝气管路连接曝气进气口。

作为进一步的实现方式，所述反应釜容器包括罐体、安装于罐体顶部的顶盖板、安装于罐体底部的底盖板；所述罐体为单层或双层结构，罐体为双层时包括内罐体和外罐体，内罐体上设有多个切向窄缝。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式中通过旋流发生装置的多相流流体在阳极电极板与阴极电极板之间的空间内，垂直于阴、阳极电极板中轴线的方向上形成多个穿过电磁场的微循环流体通道；在电磁场发生装置中空空间内，平行于阴、阳极电极板中轴线方向上形成主循环流体通道，主循环流体通道垂直于微循环流体通道；反应釜容器内部通过不间断的旋流、撞击流、水力空化，同步实现了电磁场条件下的电吸附、电催化、电化学过程，适用于各种污水的深度处理；

(2)本发明的一个或多个实施方式实现基于电磁场条件下的多相流的高效传质、电吸附再生、同步电催化、同步电化学反应，以同一旋流中心轴形成水平与垂直两个不同方向主循环流体通道与微循环流体通道区域，气体在主循环流体通道区域内聚集，液体不断切割该区域气体，气液传质不断进行，同时液体通过微循环流体通道，在电磁场作用下，完成电吸附-再生循环电化学反应过程，不断促使污水中的有机物被吸附型导电材料、液体、气体多相流体系形成的羟基自由基、氧自由基等活性物质，分解矿化，形成水相燃烧的反应过程，最大限度的提高了反应效率，节约成本与降低能耗；整个装置结构简单，操作方便，使用效果相对于单纯旋流空化的传统方式效率提高50％-70％。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例一的高能发生器安装示意图；

图3是本发明实施例二的结构示意图；

图4是本发明实施例二的俯视图；

图5是本发明实施例二的罐体俯视图；

图6是本发明实施例二的罐体侧视图；

图7是本发明实施例二的顶盖板俯视图；

图8(a)是本发明实施例二的导电棒安装示意图；

图8(b)是本发明实施例二的导电棒侧视图；

图9为本发明实施例二的单层电极板侧视图；

图10为本发明实施例二的单层电极板俯视图；

图11为本发明实施例二的双层电极板侧视图；

图12为本发明的吸附型导电材料俯视图；

图13为本发明实施例三的结构示意图；

其中，1、罐体；2、顶盖板；3、底盖板；4、阴极电极板；5、阳极电极板； 6、吸附型导电材料；7、阳极导电棒；8、阳极导电棒接线端子；9、推进式搅拌器；10、驱动电机；11、导流筒；12、注射管；13、高能发生器；14、旋流发生装置插入管；15、曝气装置；16、曝气管路；17、曝气进气口；18、进水口；19、注射盘管；20、注射管接头；21、罐体插入管；22、注射管入口；23、微循环流体通道；24、主循环流体通道；25、出水口A；26、出水口B；27、阴极导电棒； 28、阴极导电棒接线端子；29、阴极导电棒法兰；30、阴极电极板法兰；31、内罐体；32、注射管入口安装法兰；33、高能发生器安装法兰；34、出水口B安装法兰；35、出水口A安装法兰；36、阳极电极板法兰；37、阳极导电棒法兰；38、阳极电极板连接杆；39、阴极电极板连接杆；40、阳极导电棒安装法兰；41、阴极导电棒安装法兰；42、缸体安装法兰；43、上电极板；44、下电极板；45、电极板中空层；46、电磁场发生装置；47、旋流发生装置；48、外罐体；49、外罐体插入管；50、导流板；51、窄缝。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件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申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

实施例一：

本实施例提供了一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，在电磁场条件下，将电吸附技术、电催化与水力空化技术结合，是基于多相流的高效传质、电吸附再生、同步电催化、同步电化学反应的一体化多相流电化学反应装置；如图1和图2所示，包括电磁场发生装置46、旋流发生装置47、反应釜容器，电磁场发生装置46安装于反应釜容器内部，旋流发生装置47安装于反应釜容器底部。

在本实施例中，反应釜容器包括罐体1、顶盖板2、底盖板3和支撑座，罐体1为圆筒状结构；顶盖板2安装于罐体1顶部，底盖板3安装于罐体1底部；所述罐体1通过底盖板3安装于支撑座上方。所述顶盖板2上设置有流体进口和流体出口，底盖板3上设置有流体出口。

电磁场发生装置46设置于罐体1内部，其中，电磁场发生装置46包括若干交替且间隔设置的阳极电极板5、阴极电极板4。阳极电极板5和阴极电极板4 相互平行，且阳极电极板5、阴极电极板4、罐体1的中轴线重合。所述阴极电极板4的表面设有吸附型导电材料6。在本实施例中，阳极电极板5与阴极电极板4均为钛材料非透水性单层电极板，吸附型导电材料6为石墨烯材料。

进一步的，阳极电极板5和阴极电极板4均为中空环状结构，阳极电极板5 和阴极电极板4之间能够形成垂直于其中轴线的微循环流体通道23，阳极电极板 5和阴极电极板4中心的圆形空间能够形成平行于其中轴线的主循环流体通道 24。

阴极电极板4的圆周方向间隔均匀连接多个阴极导电棒27；阳极导电棒7 通过阳极导电棒接线端子8与罐体1连接。阳极电极板5的圆周方向间隔均匀连接多个阳极导电棒7；阴极导电棒27通过阴极导电棒接线端子28与罐体1连接。

如图2所示，阳极电极板5和阴极电极板4中心的圆形空间有高能发生器13 穿过，所述高能发生器13一端与顶盖板2固定，另一端伸入导流筒11一定距离。高能发生装置13以阳极电极板5、阴极电极板4的中轴线为中心，在本实施例中，所述高能发生装置13为紫外线发生装置。

旋流发生装置47以阳极电极板5和阴极电极板4的中轴线为中心安装，其包括推进式搅拌器9、驱动电机10、导流筒11，所述推进式搅拌器9与驱动电机 10相连，通过驱动电机10驱动推进式搅拌器9旋转。驱动电机10安装于底盖板 3外侧，推进式搅拌器9位于罐体1内部，且推进式搅拌器9的中心与罐体1轴线重合。

所述导流筒11套设于推进式搅拌器9外侧，所述导流筒11为两端开口的筒状结构，且导流筒11与罐体1同心设置。所述导流筒11通过连接件与底盖板3 固定。如图2所示，导流筒11一侧连接有旋流发生装置插入管14，所述旋流发生装置插入管14一端与导流筒11内部连通，另一端与罐体1外侧连通；通过旋流发生装置插入管14向旋流发生装置47加注参与反应的流体。导流筒11侧面开设有用于流体进入的开口。

本实施例的工作原理为：流体在通过旋流发生装置47后，进入电磁场发生装置46内部，分别经过垂直和水平于阴极电极板4、阳极电极板5中轴线的两种流体通道，即微循环流体通道23、主循环流体通道24，之后流出电磁场发生装置46。

进一步的，流体通过旋流发生装置47的流体进入电磁场发生装置46内部后，在阳极电极板5与阴极电极板4之间的空间内，形成多个穿过电磁场且垂直于阴极电极板4、阳极电极板5中轴线的微循环流体通道23；并在阳极电极板5与阴极电极板4的中空空间形成平行于所述中轴线的主循环流体通道24。在主循环流体通道24与微循环流体通道23内的流体均以所述中轴线为中心旋转流动。

本实施例以同一旋流中心轴形成水平与垂直两个不同方向的主循环流体通道与微循环流体通道区域，气体在主循环流体通道区域内聚集，液体不断切割该区域气体，气液传质不断进行，同时液体通过微循环流体通道，在电磁场作用下，完成电吸附-再生循环电化学反应过程，不断促使污水中的有机物被吸附型导电材料、液体、气体多相流体系形成的羟基自由基、氧自由基等活性物质，分解矿化，形成水相燃烧的反应过程，最大限度的提高了反应效率，节约成本与降低能耗。

实施例二：

本实施例提供了一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，如图3-图8 所示，包括电磁场发生装置46、旋流发生装置47、反应釜容器，电磁场发生装置46安装于反应釜容器内部，旋流发生装置47安装于反应釜容器底部。

反应釜容器包括罐体1、顶盖板2、底盖板3和支撑座，罐体1为圆筒状结构；如图6所示，所述罐体1侧面连接若干罐体插入管21，在本实施例中，罐体插入管21设置于罐体1外壁靠近顶盖板2位置。顶盖板2安装于罐体1顶部，底盖板3安装于罐体1底部；所述罐体1通过底盖板3安装于支撑座上方，且罐体1通过缸体安装法兰42与底盖板3连接。顶盖板2上设有出水口A25、出水口 B26，出水口A25通过出水口A安装法兰35与顶盖板2固定，出水口B26通过出水口B安装法兰34与顶盖板2固定，底盖板3上设有进水口18。

电磁场发生装置46设置于罐体1内部，电磁场发生装置46包括若干交替且间隔设置的阳极电极板5、阴极电极板4。阳极电极板5和阴极电极板4相互平行，且阳极电极板5、阴极电极板4、罐体1的中轴线重合。阳极电极板5和阴极电极板4均为中空环状结构，如图12所示，所述阴极电极板4的上表面和下表面设有吸附型导电材料6，吸附型导电材料6的形状与阴极电极板4的表面形状相同。

在本实施例中，所述阳极电极板5为铂材料非透水性电极板，阴极电极板4 为钛材料网状透水性电极板，阴极电极板4为内含中空层的多层电极板；所述吸附型导电材料6为活性炭纤维。当然，在其他实施例中，阳极电极板5与阴极电极板4的材料包括但不限于铜、不锈钢、钛、铂、钛包铜及其他合金材料。吸附型导电材料6包括但不限于石墨烯海绵、石墨烯、活性炭纤维、碳纳米管材料。

在本实施例中，阳极电极板5的周向外侧均连接至阳极导电棒7，阳极导电棒7通过阳极导电棒接线端子8与顶盖板2连接。阴极电极板4任意两侧，其中一侧均连接注射管12，所述注射管12一端与顶盖板2上的注射管入口22相连；注射管入口22通过注射管入口安装法兰32与顶盖板2固定。注射管12另一端通过注射管接头20连接注射盘管19，所述注射盘管19穿过阴极电极板4内部。阴极电极板4另一侧与阴极导电棒27相连，阴极导电棒27通过阴极导电棒接线端子28与顶盖板2连接。

进一步的，如图3、图8(a)和图8(b)所示，多个阳极电极板5与同一个阳极导电棒7相连，且阳极电极板5与阳极导电棒7垂直。在本实施例中，阳极电极板5为单层电极板，如图9-图10所示，阳极电极板5的周向间隔均匀连接多个阳极电极板连接杆38，阳极电极板连接杆38连接阳极电极板法兰36。阳极电极板法兰36与阳极导电棒法兰37相连，且阳极电极板连接杆38穿过阳极导电棒法兰37。阳极电极板5通过阳极电极板连接杆38与阳极导电棒7相连。阳极导电棒7通过阳极导电棒安装法兰40与顶盖板2固定。

多个阴极电极板4一侧连接至同一个注射管12，且注射管12与阴极电极板 4垂直；阴极电极板4另一侧通过阴极电极板连接杆39与同一个阴极导电棒27 连接，且阴极导电棒27与阴极电极板4垂直。在本实施例中，阴极电极板4为多层电极板，如图11所示，阴极电极板4包括上电极板43、电极板中空层45、下电极板44，电极板中空层45为介于上电极板43和下电极板44之间的中空腔室，用于安装注射盘管19。注射盘管19与注射管12连通，通过注射管12向电磁场发生装置46中注入流体；所述流体包括但不限于气体、液体、气液混合物。

阴极电极板4周向外侧间隔均匀连接若干阴极电极板连接杆39，阴极电极板连接杆39连接阴极电极板法兰30；阴极电极板法兰30与阴极导电棒法兰29相连，阴极电极板连接杆39穿过阴极导电棒法兰29与阴极导电棒27连接，阴极导电棒27通过阴极导电棒安装法兰41与顶盖板2固定。在本实施例中，每个阳极电极板5/阴极电极板4连接四个阳极电极板连接杆38/阴极电极板连接杆39。当然，在其他实施例中，阳极电极板连接杆38/阴极电极板连接杆39可以据实际情况设置其他个数。

阳极电极板5和阴极电极板4中心的圆形空间有高能发生器13穿过，高能发生器13与阳极电极板5、阴极电极板4垂直；且高能发生器13一端通过高能发生器安装法兰33与顶盖板2相连，高能发生器13另一端伸入旋流发生装置47 一定距离。在本实施例中，高能发生器13为微波发生装置。

旋流发生装置47与底盖板3固定，其结构与实施例一相同，此处不再赘述。旋流发生装置47外侧安装曝气装置15，曝气装置15通过曝气管路16与设置在底盖板3的曝气进气口17连通。

实施例三：

本实施例提供了一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，如图13所示，本实施例与实施例二的区别在于反应釜容器为双层罐体结构，即包括外罐体 48和内罐体31；外罐体48和内罐体31之间具有用于流体进入的空间。另外，所述高能发生装置13为超声波发生装置。

外罐体18安装有多个外罐体插入管49，在本实施例中，外罐体插入管49 设置于靠近顶盖板2位置。内罐体31上设有多个切向窄缝51，流体在泵的驱动下经过外罐体插入管49、切向射入外罐体48与内罐体31之间的空间，并做高速旋流；在压力作用下，流体通过内罐体31上的切向窄缝51进入内罐体31内部，形成旋流并在内罐体31底部旋流发生装置47的推进式搅拌器9作用下，向下运动。导流筒11外侧靠近内罐体31底部位置安装有圆环状的导流板50，以确保在螺旋桨搅拌推进器9的作用下，能够对通过切向窄缝51进入的流体形成一定的下吸力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，包括电磁场发生装置、旋流发生装置、反应釜容器，电磁场发生装置安装于反应釜容器内部，旋流发生装置安装于反应釜容器底部；其中，电磁场发生装置包括若干交替且间隔设置的阳极电极板、阴极电极板，流体能够通过旋流发生装置进入电磁场发生装置，并形成与电极板中轴线垂直和水平的两种流体通道。

2.根据权利要求1所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，所述阳极电极板和阴极电极板为单层电极板，且二者为中空环状结构；阳极电极板和阴极电极板之间能够形成垂直于中轴线的微循环流体通道，二者中心的圆形空间能够形成平行于中轴线的主循环流体通道。

3.根据权利要求2所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，所述阴极电极板的圆周方向间隔均匀连接多个阴极导电棒，阳极电极板的圆周方向间隔均匀连接多个阳极导电棒；所述阳极导电棒、阴极导电棒分别通过接线端子与反应釜容器连接。

4.根据权利要求1所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，所述阳极电极板为单层电极板，且为中空环状结构；阴极电极板为多层电极板，包括依次设置的上电极板、电极板中空层和下电极板。

5.根据权利要求4所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，多个阳极电极板与同一个阳极导电棒相连，所述阳极导电棒连接至反应釜容器顶部；多个阴极电极板任意两侧，其中一侧与注射管相连，另一侧与同一个阴极导电棒相连；所述注射管、阴极导电棒分别连接至反应釜容器顶部。

6.根据权利要求5所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，所述注射管与注射盘管相连，注射盘管设置于电极板中空层。

7.根据权利要求1所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，所述阳极电极板和阴极电极板的中心有高能发生器穿过，高能发生器一端与反应釜容器顶端固定，另一端伸入旋流发生装置设定距离。

8.根据权利要求1或7所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，所述旋流发生装置包括推进式搅拌器、套设于推进式搅拌器外侧的导流筒；所述导流筒一侧连接旋流发生装置插入管。

9.根据权利要求8所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，所述导流筒外侧安装曝气装置，曝气装置通过曝气管路连接曝气进气口。

10.根据权利要求1所述的一种利用电磁场旋流空化技术处理污水的装置，其特征在于，所述反应釜容器包括罐体、安装于罐体顶部的顶盖板、安装于罐体底部的底盖板；所述罐体为单层或双层结构，罐体为双层时包括内罐体和外罐体，内罐体上设有多个切向窄缝。

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