CN113860584A - 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，属于污水处理设备领域，它包括反应器、过滤器、控制器、变频脉冲信号发生器和功率驱动器。反应器它包括了内胆、外筒、多个第一电极以及与第一电极配对的第二电极，外筒的底部设置有污水进管，顶部则为盖合的端盖，第一电极位于内胆的外侧壁，第二电极与端盖连接且靠近外筒的内侧壁设置。外筒上设置有用于驱动端盖沿其轴线方向自转的驱动件，驱动件由控制器进行控制。控制器通过驱动件控制两电极之间的距离，从而对两电极间的反应电压、输入波形的频率进行动态调整，达到提高污水处理效率的目的。

Description

一种污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理设备领域，尤其涉及一种污水处理系统。

背景技术

随着社会经济的飞速发展造成需水量的激增，加上水的浪费和水资源的污染，污水处理设施的滞后和非点源污染控制不够得力，使全球淡水资源正面临两大问题:水坏境污染和水资源短缺。相对于水资源短缺，更是迫切的是水资源污染问题。洁净的水源是人类生存和社会可持续发展的基本要素之一,由于人类活动和工业生产的发展,废水的排放量急剧增加,自然水资源遭受各类有机物污染的问题日趋严重。尤其是化学、农药、染料、医药、食品等行业排放的废水，其浓度高、色度大、毒性强，成分复杂，含有大量生物难降解的成分,给全球带来了严重的水体污染。于是人们对污水的处理净化和回用就变得很重要，如果能很好解决水资源污染问题，那么将能在很大程度上缓解水资源短缺。

为了处理各种复杂水质，处理的技术、工艺、设备也各种各样，现有技术以高频脉冲技术是最为前沿的技术。电恕凝技术被视为一种融合电化学和化学混凝的交叉技术，利用可溶性电极作为正极，在电流的作用下溶解于污水中，产生金属离子的氢氧化物沉淀,用其凝聚性聚集水中的胶体物质与污染物,从而达到净化水质的目的。

电恕凝技术兼有电解氧化、电解还原、电解絮凝、电解气浮作用，虽然能够高效地处理多种复杂水体，但由于各类水体的水质指标存在差异以及工艺条件的限制，却依然存在如电极材料消耗大，电极钝化、电解极化、运行成本较高等问题。于此同时，现有的电絮凝水处理设备，其结构复杂庞大、价格高昂，这些都限制了其在水处理领域的广泛应用。

因此本申请通过对电源技术的改进，以及反应机、过滤机的结构设计，根据待处理水体的水质状况，建构一种自适应动态频变水体处理装备。此系统大大提高了水的处理效率，有效降低了处理成本，提高了各种污染物的去除率，能够实现对污水的连续处理。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种污水处理系统，具有提高污水处理效率，提高对各种污染物的去除率，以及对污水进行连续处理的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种污水处理系统，包括反应器、过滤器、控制器、变频脉冲信号发生器和功率驱动器；

所述反应器包括内胆与外筒，所述内胆设置在外筒内，所述内胆的侧壁由上至下依次连通设置有穿出外筒的出浮渣管、出水管和出沉淀管，所述出水管与过滤器的进水端连通，所述外筒的底部设置有污水进管，所述内胆上设置有用于将外筒内完成电凝絮的液体运输至内胆内的进水件；

所述内胆外侧壁沿圆周方向设置有多个第一电极，所述外筒内且靠近外筒侧壁设置有多个与第一电极配对的第二电极，所述外筒的顶部为盖合的端盖，所述第二电极与端盖连接，所述外筒上设置有用于驱动端盖沿其轴线方向自转的驱动件；

所述控制器与变频脉冲信号发生器电信号连接，所述变频脉冲信号发生器与功率驱动器通过导线连接，所述功率驱动器与第一电极及第二电极通过导线连接，所述控制器与驱动件电信号连接。

优选的，还包括两个水质检测器，所述水质检测器设置在污水进管与出水管处用于实时监测进出水体水质状况，所述水质检测器与控制器电信号连接。

优选的，所述端盖上设置有一号电机，所述一号电机的转动轴传动连接有一号转动杆，所述一号转动杆贯穿端盖与内胆且位于外筒与内胆的中轴线处，所述一号转动杆与内胆的侧壁间的间隙通过密封轴承密封，所述一号转动杆上设置有搅拌桨，所述搅拌桨位于内胆的下方，所述一号电机与控制器电信号连接。

优选的，所述内胆内设置有一号套筒，所述一号套筒套设在一号转动杆外，所述一号套筒的底壁与内胆的内底壁连接。

优选的，所述内胆的外侧壁设置有与第一电极配合防止第一电极在第二电极位移后与原配对的第二电极相邻的第二电极发出电耦合的挡板。

优选的，所述内胆直径由上至下逐渐减小，所述第一电极随内胆外壁进行倾斜。

优选的，所述过滤器包括粗过滤机和细过滤机，所述出水管与粗过滤机的进水端连通，所述粗过滤机上设置有反冲洗出口；

所述粗过滤机的出水口处通过三通管分别连通有主输水管和副输水管；

所述主输水管通过三通管分别连通有主出滤水管和主反冲洗水管，所述主出滤水管和主反冲洗水管上均设置有电磁阀；

所述副输水管通过三通管分别连通有副出滤水管和副反冲洗水管，所述副出滤水管和副反冲洗水管上均设置有手动阀；

所述副出滤水管和主出滤水管均通过排水管与细过滤机的进水端连通，所述副反冲洗水管与主反冲洗水管均通过反冲洗管连接有储水罐，所述反冲洗管上设置有反冲洗泵；

所述电磁阀与控制器电信号连接，所述反冲洗泵与控制器电信号连接。

优选的，所述粗过滤机设置为多个，多个所述粗过滤机的进水端均连通设置有分流管，多个分流管均与出水管连通设置，多个所述分流管上均设置有电磁阀，多个电磁阀均与控制器电信号连接。

优选的，所述粗过滤机包括筒体和支撑网，所述筒体的顶端设置有进水口，所述进水口与出水管连通设置，所述筒体底部设置有出水口；

所述筒体内设置有用于支撑过滤砂的支撑网，所述筒体的顶部设置有二号电机，所述二号电机的转动轴传动连接有二号转动杆，二号转动杆贯穿筒体的顶壁和支撑网设置，所述二号转动杆上套设有二号套筒，所述二号套筒的底部与支撑网的上表面连接，所述二号套筒的高度不低于支撑网上过滤砂的总高度设置，所述二号转动杆上设置有绞龙，所述绞龙位于支撑网未支撑过滤砂的一侧；

所述二号电机与控制器电信号连接。

优选的，所述支撑网整体呈倒扣的盆状设置，且直径由上至下逐渐增大，所述绞龙部位于支撑网的内凹侧。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

一、基于反应电压与电流密度、电导率(电阻率)、电棒间距、电棒长度之间逻辑关系，建构了计算反应电压、反应功耗公式，实现水体处理的自适应节能智能调控；

二、挡板的设置能够有效的避免第一电极与第二电极相对位置发生改变后第一电极与其原不匹配的第二电极发生反应，以确保水处理工作的正常进行；

三、通过旋转错流，可使得电极表面的聚合物被及时带走，有效地解决了电极钝化的问题，同时，缩短电解脱色时间，减少极化作用，从而降低电耗；

四、粗过滤机采用流体力学+机械结构设计，融过滤、反冲洗于一体；

五、粗过滤机中采用手动与自动两种阀体对水流进行控制，有效避免以在进行出水与反冲洗时主出滤水管和主反冲洗水管上的电磁阀发生损坏导致整个水处理过程无法正常运行的现象发生。

附图说明

图1为本实施例的管路结构示意简图；

图2为本实施例中信号控制的示意简图；

图3为本实施例反应器的外部结构示意图；

图4为本实施例中两电极与挡板的位置结构示意简图；

图5为本实施例的内部结构示意图；

图6为本实施例反应器的内胆的剖面结构示意简图；

图7为本实施例电极清理结构的示意简图；

图8为本实施例第一电极清理结构的示意简图；

图9为本实施例第二电机清理结构的示意简图；

图10为本实施例叶轮的结构示意简图；

图11为本实施例分隔板的结构示意简图；

图12为本实施例进水孔与导流板结构示意简图；

图13为本实施例粗过滤机的剖面结构示意图；

图14为本实施例中自动化控制系统的连接关系示意图；

图15为本实施例的控制流程图。

图中：11、内胆；111、出浮渣管；112、出水管；113、出沉淀管；12、外筒；121、污水进管；13、进水件；14、第一电极；141、挡板；15、第二电极； 16、端盖；17、驱动件；18、一号电机；181、一号转动杆；182、搅拌桨；183、一号套筒；

21、筒体；211、反冲洗出口；212、进水口；213、出水口；22、支撑网；23、二号电机；231、二号转动杆；232、二号套筒；233、绞龙；

31、固定管；32、上端轴承；33、工作杆；331、弹性件；332、清理刀； 34、辅助块；35、下端轴承；36、叶轮；37、分隔板；371、固定板；372、转动板；373、进水孔；374、导流板。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。

实施例：

如图1所示，一种污水处理系统，包括反应器、过滤器、控制器、变频脉冲信号发生器和功率驱动器。

如图3、4所示，反应器为污水处理系统中的最为重要的设备，它包括了内胆11、外筒12、多个第一电极14以及与第一电极14配对的第二电极15，外筒 12的底部设置有污水进管121，顶部则为盖合的端盖16，在本实施例中端盖16 的顶部还开设有出气孔(图中未示出)，用以保证外筒12内外的气压平衡。

如图4、5、6所示，内胆11位于外筒12内部，内胆11与外筒12间的区域为污水的反应区，内胆11内则为电凝絮后的液体的静置区。第一电极14位于内胆11的外侧壁，第二电极15与端盖16连接且靠近外筒12的内侧壁设置，第一电极14与第二电极15均由极棒插槽以及极棒支架进行固定，具体安装方式为本领域技术人员公知的常识，在此便不再赘述。为了使得每个第一电极14 与第二电极15间的距离即电压均是相同的，内胆11与外筒12均呈柱状设置，且内胆11与外筒12同轴设置。在本实施例中内胆11与外筒12间的距离为4～ 8cm，第一电极14与第二电极15均选取为六个，且沿圆周方向均匀的分布于内胆11与外筒12间的区域内，外筒12为圆柱状，为了便于对第一电极14位置的确定，内胆11选取为六棱柱状，第一电极14均位于靠近棱边的位置处。在本实施例中外筒12材质为玻璃塑胶，内桶材料为不锈钢，以防止外筒12与内胆11间形成电耦合现象，在确保整体结构牢固的同时，又保证了绝缘，避免对第一电极14与第二电极15造成干扰。

工作时在反应区内的液体中沉淀、浮渣与清水是处于一个混合状态，本反应器的所要达到的效果在于将反应后的清水进行取出，且携带的浮渣与沉淀尽可能的小。内胆11的设置为反应后的污水提供一个短暂的静置区域，反应后的液体由进水件13运送往内胆11内，在静止几十秒后会出现明显的分层现象，分为上层的浮渣区、中层的清水区以及下层的沉淀区，此时即可较为轻松的将清水进行取出，内胆11的侧壁上也依照浮渣区、清水区以及沉淀区设置配对的且均穿出外筒12的出浮渣管111、出水管112和出沉淀管113，将源源不断产生的浮渣、清水及沉淀取出至反应器外。内胆11在出浮渣管111、出水管112 和出沉淀管113的支撑作用下悬空设置在外筒12内，不对第一电极14、第二电极15、污水进管121以及端盖16造成任何干扰。本实施例中进水件13为Z型的管道，将位于外筒12与内胆11之间靠近内胆11顶部的液体运送进内胆11 内的沉淀区靠近清水区的部分，因污水进管121在外筒12的底壁，进水件13 的进水口212靠近内胆11的顶部可使得进入内胆11内的液体基本是完成电处理的液体，进水件13的出水口213位于沉淀区靠近清水区的区域是因为内胆11 外的液体在进入进水区后部分沉淀已经开始沉降，当进入内胆11内后直接下沉去往沉淀区的底部，减少沉淀达到清水区的几率，而进入内胆11的水流也不会对沉降在沉淀区底部的沉淀对冲造成已沉降的沉淀飞扬。

现有技术中制约电凝聚技术广泛应用的主要原因是其能耗较高。实验及工程应用表明，电流密度、电导率、极棒间距对水体处理效果皆有影响，而反应电压对处理效果影响最大。反应电压过低处理效果不好，反应电压过高则增加能耗。通过理论分析、实验、工程应用，为降低电凝聚的能耗，基于反应电压与电流密度、电导率、极棒间距三者之间逻辑关系，提出并建构了计算反应电压公式，实现对水体的自适应调控处理：

反应电压U＝极棒间距d/(电导率k2-电导率k1)*电流密度i

反应功耗P＝U*I＝d/(k2-k1)*I*I/S＝d/S*I²/(k2-k1)

或

反应电压U＝极棒间距d/极棒长度L*(电阻R2-电阻R1)*电流I

反应功耗P＝U*I＝d/L*(R2-R1)*I*I＝d/L*I²*(R2-R1)

U:反应电压

P:反应功耗

R2：出水电阻

R1：进水电阻

k2：出水电导率

k1：进水电导率

I:电流量

d：极棒间距

S:极棒的截面面积

L:极棒有效电解长度

i：电流密度

因此在反应器中配备驱动件17以改变第一电极14与第二电极15间的距离。第二电极15与端盖16连接，外筒12上设置有用于驱动端盖16沿其轴线方向自转的驱动件17，通过控制驱动件17来控制端盖16转动的角度，间接控制第一电极14与第二电极15间的距离，来达到改变反应电压的目的。在本实施例中驱动件17包括步进电机、主动齿轮和从动齿轮，电机固定在外筒12的上，主动齿轮设置在电机的转轴上，从动齿轮设置在端盖16上且与端盖16同轴设置，主动齿轮与从动齿轮啮合。在其他实施例中驱动件17还可选取为其他驱动结构例如连杆驱动或带轮驱动，不局限于本申请中的齿轮驱动。本申请中选取齿轮驱动的目的在于齿轮传动具有恒定的传动比，传动平稳，传动效率高，传递运动准确，能够准确的控制第一电极14与第二电极15间的距离。

当第一电极14与第二电极15的距离发生改变后，第一电极14极易与原配对的第二电极15相邻的第二电极15发出电耦合，为了避免该种情况的发生，在内胆11的侧壁为每个第一电极14均设置挡板141进行阻断，在挡板141的作用下原配对的第一电极14与第二电极15间会构成独立的水体处理空间，避免两不配对的电极发出电耦合。挡板141的长度与第一电极14的长度基本相同，挡板141贴近与其配合的第一电极14，且位于第一电极14背离第二电极15运动方向的一侧设置(参见图4)。在本实施例中挡板141的材料为塑料，以防止自身与第一电极14发生反应。

如图5、6所示，为了提高污水的处理效果，端盖16上设置有一号电机18，一号电机18的转动轴传动连接有一号转动杆181，一号转动杆181贯穿端盖16 与内胆11且位于外筒12与内胆11的中轴线处，一号转动杆181与内胆11的侧壁间的间隙通过密封轴承密封，一号转动杆181上设置有搅拌桨182，搅拌桨 182位于内胆11的下方。当一号电机18工作时，搅拌桨182进行转动，带动外筒12与内胆11间的污水呈旋涡状的流动，进入外筒12内的污水会无数次的穿过第一电极14与第二电极15形成的“门”，能够使涡旋流体充分接触电极，促进完全反应，从而提高污水的处理效果。同时，一号电机18可存在正转与反转两种工作模式，通过旋转错流，可使得电极表面的聚合物被及时带走，有效地解决了电极钝化的问题。同时，缩短电解脱色时间，减少极化作用，从而降低电耗。

如图7、8、9所示，在本实施例中为了确保对电极表面聚合物的去除，专门设置电极棒的清理结构来对电极棒进行清理，该清理结构包括固定管31、上端轴承32、工作杆33、辅助块34、下端轴承35、弹性件331和清理刀332。固定管31套设在第一电极14与第二电极15外，其中与第一电极14配合的固定管31固定于内胆11的外侧壁，与第二电极15配合的固定管31固定于端盖16 上，在端盖16移动时，第二电极15与固定管31均能随端盖16进行移动。固定管31的外侧壁通过上端轴承32固定连接有工作杆33，在本实施例中工作杆 33设置为两根且分别位于电极棒的两侧，两工作杆33均通过弹性件331与清理刀332连接，在弹性件331的作用下使清理刀332始终与电极棒进行抵接，在本实施例中弹性件331设置为弹簧。工作杆33的下端部与辅助块34连接，辅助块34的底面通过连杆固定连接有叶轮36，参见图10。当搅拌桨182使污水呈涡旋状流动时，污水推动叶轮36进行转动，叶轮36带动辅助块34与工作杆 33进行转动，此时清理刀332对电极棒上的垢进行刮除。为了避免因污水推力过大使整个清理结构发生较大的形变无法进行正常工作，因此需要对辅助块34 的位置进行固定。

如图7、11所示，在本实施例中内胆11的外侧壁与外筒12的内侧壁间连接有用于将外筒12内部分为上下两部分的分隔板37，分隔板37上开设有多个供辅助块34穿过的通孔，辅助块34的侧壁与分隔板37间通过下端轴承35进行固定连接，在固定的同时不干扰辅助块34的正常转动。为了避免分隔板37 的设置对第二电极15位置调节造成的干扰，分隔板37分为固定板371与转动板372，与第一电极14配合的辅助块34通过下端轴承35固定于固定板371上，与第二电极15配合的辅助块34通过下端轴承35固定于转动板372上。当端盖 16转动后在固定管31、工作杆33以及辅助块34的作用下带动转动板372转动，使该清理结构不会对第二电极15的移动作出干扰。为了减轻工作杆33受到的拉力，固定板371的侧边与外筒12的内侧壁上均设置有凸台，移动板放置于凸台上。

如图11、12所示，为使得液体顺利的到达分隔板37的上方，分隔板37上开设有供液体穿过的进水孔373。又因需要分隔板37上方的液体也呈涡旋状流动，在分隔板37的下方且位于进水孔373处设置有导流板374，当液体到达导流板374时，在导流板374的导向作用下沿斜方向穿过进水孔373达到分隔板 37的上方，使得分隔板37上方的液体也能呈涡旋状进行流动。在本实施例中设置的进水孔373为两个均匀分布于转动板372上，两导流板374导流后的液体运动方向均为同一方向，多个进水孔373的设置能够确保分隔板37上方水流呈涡旋状流动，在其他实施例中可根据需要选取进水孔373与导流板374的数量。

如图5、6所示，一号转动杆181的末尾端还可安装有粉碎刀，对通入外筒 12内的污水中的杂质进行打碎，以避免较大杂质随水流运动时撞击电极，使电极损坏，降低电极使用寿命的现象发生。

在搅拌桨182工作时外筒12内的污水整会形成漩涡，为了适配漩涡的形状，避免第一电极14与第二电极15的部分区域去法进行工作，内胆11的直径由下至上逐渐增大，第一电极14随内胆11的外壁进行倾斜。第一电极14倾斜后，第一电极14与第二电极15形成梯形布局，两电极间距自下而上间距逐渐减小，形成电流强度在垂直方向上的分布梯度，可以有效应对水体中的不同成分，增加反应器对不同水质的兼容性。在第二电极15随端盖16移动后，第一电极14 与第二电极15在空间上出现交叉状态，在工作时第一电极14与第二电极15会间形成动态高频场，提高了各种污染物的去除率。

因一号转动杆181贯穿内胆11设置，内胆11中一号转动杆181的转动也对沉淀进行扰动，干扰沉淀的的沉降过程，内胆11内设置有一号套筒183，一号套筒183套设在一号转动杆181外，一号套筒183的底壁与内胆11的内底壁连接，将沉淀与一号转动杆181分离，确保沉降过程的顺利进行。在本实施例中一号套筒183的顶部位于清水区内，以有效防止沉淀与一号转动杆181间的接触。

如图2所示，在本实施例中为了提高该污水处理系统的自动化程度，采用控制器对各设备的工作进行控制，控制器与变频脉冲信号发生器电信号连接，变频脉冲信号发生器与功率驱动器通过导线连接，变频脉冲信号发生器与功率驱动器间还通过导线连接有前置放大器，功率驱动器与第一电极14及第二电极 15通过导线连接，控制器与驱动件17电信号连接。在污水进管121与出水管 112处均设置有水质检测器用以实时监测进出水体水质状况，水质检测器与控制器电信号连接。在本实施例中，出渣管上还设置有竖直的第一检测筒，第一检测筒的顶端设置有第一液位检测器，用于检测出渣管处排出的液位高度，当液位高度过高时则表示污水进管121处通入的液体流量过大，需要进行减小，第一液位检测器与控制器信号连接，控制器与将污水送入污水进管121的输水泵信号连接，通过液位信号的反馈，控制器自动对污水的输入量进行控制。

在处理污水时，水质检测器率先对输入反应器的水质进行检测，随后将信号传递至控制器内，控制器控制驱动件17调节第一电极14与第二电极15间的距离，变频脉冲信号发生器(DDS)在控制器的控制下输出频率在10Hz～100MHz 的变频脉冲信号，脉冲信号经前置放大器放大后经功率驱动器输出到反应器中的第一电极14与第二电极15，开始对水体进行处理，同时控制器控制一号电机 18开始工作。完成处理后的水由出水管112处排出，此时该处的水质检测器对排出的水质进行检测，并将信号传递至控制器内，控制器根据进出水体的电导率及处理要求的极棒间电压、电流密度与极棒数量，自动计算出工作频率、占空比、工作电流。同时液位检测器对检测筒内液位高度进行检测，并实时反馈至控制器内，由控制器调节输水泵的输水量，使得污水的通入量与处理量相适配，整个控制过程实现了水体的动态处理，提高了污水处理的效果以及效率。

该反应机中通过对电极距离的更改，使该反应器具备较强的污水处理效果，集去除COD、NH3-N等于一体，具有技术性能稳定可靠，处理效果好，操作人员在使用时可根据污水的具体种类进行电极材质的选取，在实验中：

不同电极对原水进行处理的结果(单位：mg/L)

水样名称	COD	NH3-N	T—P	T—N	SS/MLSS
						原水	67.8	15.98	1.75	22.3	102
原水-铝	12.4	3.33	0.09	4.0	53
						原水-钛、碳	18.5	4.93	0.24	6.2	3
原水-铝、钛、碳	9.5	2.76	0.08	4.9	13

不同电极对生化水进行处理的结果(单位：mg/L)

水样名称	COD	NH3-N	T—P	T—N	SS/MLSS
						生化水	35.6	1.89	0.64	7.1	4746
生化水-钛、碳	16.7	1.29	0.11	3.6	2
						生化水-铝、钛、碳	6.1	0.99	0.05	5.4	9

不同电极对排放水进行处理的结果(单位：mg/L)

水样名称	COD	NH3-N	T—P	T—N	SS/MLSS
						排放水	7.3	1.02	0.22	9.0	5
排放水-钛、碳	3.6	0.86	0.07	5.4	2
						排放水-铝、钛、碳	5.1	0.43	0.05	6.2	4

在行业标准中，要求处理后的污水总磷含量≤0.3mg/L，总氮含量≤10mg/L，经本反应器处理后污水中磷、氮含量远低于行业标准，由此可见本申请中的反应器具备较强的污水处理效果。

如图13所示，从反应器离开的水中会携带部分絮体，因此需要将反应后的液体通入过滤器内进行过滤后才能使用。在本实施例中为了到达较优的过滤效果，过滤器包括粗过滤机和细过滤机，粗过滤机与细过滤机为模块化拼接，其工作过程相互不进行干扰，操作人员在具体使用时可根据使用场景来判断是否需要采用细过滤机进行过滤。

如图1、13所示，在本实施例中，粗过滤机包括筒体21和支撑网22，筒体 21的顶端设置有进水口212，进水口212与出水管112连通设置，筒体21底部设置有出水口213，液体进入筒体21后在重力的作用下穿过过滤砂层，最终从出水口213处离开即可完成粗过滤的过程，在本实施例中过滤砂具体选取为石英砂。在长时间使用后筒体21内的石英砂层内会存留较多的絮体，干扰过滤工作的正常进行，直接对筒体21内的石英砂进行更换则成本较高，因此需要采用反冲洗系统来对筒体21内的石英砂进行清洗，以保证后续的过滤工作能够正常的进行。为了及时的了解粗过滤机的过滤情况，判断是否需要需要进行反冲洗操作，以及反冲洗的时间，在筒体21顶端的进水口212处设置竖直的第二检测筒，第二检测筒的顶部设置有第二液位检测器，第二液位检测器与控制器信号连接。当过滤过程发生不畅时，第二检测筒内的液位会出现增高，第二液位检测器将水位信号传递至控制器内，控制器则根据液位高度判断粗过滤机的堵塞状况，以及所需反冲洗的时间。粗过滤机上设置有反冲洗出口211，反冲洗出口 211处通过管道设置有并联的电磁阀与手动阀，电磁阀与控制器电信号连接。

粗过滤机的出水口213处通过三通管分别连通有主输水管和副输水管。主输水管通过三通管分别连通有主出滤水管和主反冲洗水管，主出滤水管和主反冲洗水管上均设置有电磁阀。副输水管通过三通管分别连通有副出滤水管和副反冲洗水管，副出滤水管和副反冲洗水管上均设置有手动阀，手动阀处于常闭状态。副出滤水管和主出滤水管均通过排水管与细过滤机的进水端连通，副反冲洗水管与主反冲洗水管均通过反冲洗管连接有储水罐，反冲洗管上设置有反冲洗泵。电磁阀与控制器电信号连接，反冲洗泵与控制器电信号连接，控制器根据第二液位检测器反馈的液位信息来控制电磁阀开启时间与反冲洗泵的工作时间。本申请中设置手动与自动两种控制方法，以使得在进行出水与反冲洗时若电磁阀发生损坏无法正常工作，操作人员则可采用手动阀以使得出水与反冲洗操作的正常进行。

在反冲洗时为了促进反冲洗水进入石英砂层中，支撑网22整体呈倒扣的盆状设置，且直径由上至下逐渐增大，绞龙233部位于支撑网22的内凹侧。筒体 21的顶部设置有二号电机23，二号电机23的转动轴传动连接有二号转动杆231，二号转动杆231贯穿筒体21的顶壁和支撑网22设置，二号转动杆231上套设有二号套筒232，二号套筒232的底部与支撑网22的上表面连接，二号套筒232 的高度不低于支撑网22上石英砂的总高度设置，二号转动杆231上设置有绞龙 233，绞龙233位于支撑网22未支撑石英砂的一侧，二号电机23与控制器电信号连接。当绞龙233开始转动后，产生高速的旋流，支撑网22的形状设计增大了与反冲洗水的接触面积，同时与旋流有较高的适配性，能够促进反冲洗水穿过支撑网22进入石英砂层中。并且支撑网22的形状能够在支撑网22的顶部较为轻松的开孔供二号转动杆231穿过以及二号套筒232的安装，降低了二号转动杆231与二号套筒232的安装难度。在本实施例中二号套筒232的作用不仅在于防止石英砂与二号转动杆231接触阻碍二号转动杆231的转动，还在于防止石英砂从支撑网22与二号转动杆231间的间隙处下漏。为了避免石英砂从二号套筒232的顶部落入二号转动杆231与二号套筒232之间的间隙处，二号套筒232的顶端与二号转动杆231间通过密封轴承连接，该密封轴承还对二号转动杆231起到限位作用。

在实际使用过程中，为了使得污水的处理过程连续，粗过滤机的反冲洗操作不会对整个污水处理过程造成干扰，粗过滤机设置为多个，在本实施例中具体为两个。两个粗过滤机的进水端均连通设置有分流管，两个分流管均与出水管112连通设置，两个分流管上均并联设置有电磁阀与手动阀，两个电磁阀均与控制器电信号连接，在电磁阀无法打开时可开启手动阀确保整个流程的正常运行。

过滤与反冲洗工作过程：

过滤时，控制器选择一分流管上的电磁阀开启，并开启对该分流管的粗过滤机出滤水管上的电磁阀，关闭主反冲洗水管上的电磁阀。液体从进水口212 进入筒体21内，液体穿过石英砂层进入主输水管，并进入主出滤水管，最终进入排水管排出。当主出滤水管上的电磁阀损坏无法开启时，操作人员手动打开副出滤水管上的手动阀，液体进入副出滤水管，最终进入排水管排出，随后根据需要选择是否进入细过滤机内进行再次过滤。

反冲洗时，控制器首先根据第二液位检测器反馈的液位信息确定反冲洗时间，随后控制开启主反冲洗水管上的电磁阀，关闭主出滤水管上的电磁阀，反冲洗水由反冲洗泵从储水罐内运送至反冲洗管内，并依次经主反冲洗管、主输水管进入筒体21内进行反冲洗操作，最终从筒体21上的反冲洗出口211处排出。当主反冲洗水管上的电磁阀损坏无法开启时，操作人员手动打开副反冲洗水管上的手动阀，液体依次经副反冲洗水管、副输水管进入筒体21内进行反冲洗操作，最终从筒体21上的反冲洗出口211处排出。

在具体使用时一粗过滤机过滤时可对另一粗过滤机进行反冲洗，完成反冲洗后，两粗过滤机调换工作内容，使得整个粗过滤过程是连续的，与反应机相匹配，达到连续处理污水的目的。本申请中由粗过滤机过滤的水可达到日常使用的标准，可不匹配细过滤机进行使用。当对使用水具有较高的品质要求时，再经粗过滤后的水通入细过滤机内过滤即可，本实施例中细过滤机采用市面上普通的活性炭过滤机，具体结构不再赘述。

本发明突破传统的电解法，而采用基于高频脉冲技术的动态频变高频场，具有生物学效应、非热效应等特性，利用电化学原理，借助外加电流作用产生电化学反应，把电能转化为化学能，在特定的水处理装备流程中，对水体中的有机或无机污染物质进行氧化及还原反应，进而凝聚、气浮将污染物从水体中分离。

如图14所示，在本实施例中整个过滤过程的动态化调节由电脑进行自动化控制，在其他实施例中也可进行手动控制。该控制系统包括了微控制器、变频信号发生器、前置放大器、功率驱动器、信号方向切换、沉渣消除、电极距离调整、反冲洗驱动、工作状态检测电路、功率电源、电源控制、无线通信电路、水质检测、电机驱动、电流检测器。该自动化控制系统的连接方式如图14所示，其中系统的工作原理为：

1)微控制器是系统工作的指挥机构，完成对直接数字频率合成器(DDS)、电源、电机、反冲洗驱动电路、沉渣清除电路等的控制。

2)工作状态检测电路可获得功率电源及功率驱动器的工作状态数据，以确定系统是否停机。

3)定位系统接收北斗或GPS信号，得到系统的定位信息。

4)系统可通过无线通信模块实现远程通信。在功率电源及功率驱动器出现故障时，将故障信息和定位信息经无线通信模块发回到远程监控计算机，便于维修人员准备维修材料进行维修；系统也可接收远程控制命令，以确定系统的工作方式及发送远程工作人员所需要的数据。

5)水质检测电路检测反应器中的水及过滤器的输出水的质量，电流检测电路检测反应电极流过的电流，通过水质检测和电流检测可实时调整反应电极间的距离，以调整输出功率。水质检测电路还可检测进水的有无，以确定系统是否自动停机。

6)频率信号发生器由直接数字频率合成器(DDS)构成，DDS在微控制器的控制下可输出任意波形、频率在10Hz～10MHz的变频信号，变频信号被大功率驱动器放大后输出到反应器中的反应电极。

7)电机驱动电路驱动反应器上的电机旋转，使反应器中的水形成涡旋水流，反应更为充分。

8)沉渣清除电路驱动反应器和沉淀器底部的阀门，可定时放出反应器和沉淀器中的沉渣。

9)信号方向切换电路可切换反应电极上的电流方向。系统工作时，污水中的垃圾物可能附着在反应电极的正极上，污物的增加会使反应减弱，通过信号方向切换，可使反应电极附着的污物重新回到水中。

10)过滤器在过滤过程中会积累大量的污物，反冲洗驱动电路定时控制一抽水机将清水反方向抽入过滤器，使污物重新进入水中并将反冲洗水放回污水池。

在进行水处理的过程中，控制程序根据图15所示的流程控制整个系统进行工作。

根据逻辑关系图与控制系统间的配合，可得到整个污水的处理流程，在整个流程中由控制器实现整个污水处理的自动化处理。

经过对该控制系统与污水处理系统的多次试验研究，该套设备可应用于生活污水、养殖水、洗煤水、含重金属的水以及边远山区没有自来水的家庭的饮用水的处理。该控制系统根据不同的水质来调节两极棒间的距离，使其更加适合处理当前的污水。

应用于生活污水的处理：在电凝絮过程中可大幅降低污水中的COD(化学需氧量)、NH3-N(氨氮)、T-P(总磷)、T-N(总氮)和SS/MLSS(悬浮物/污泥浓度)，并且可以杀灭细菌，经过滤后的水达到国家排放标准。

应用于养殖水的处理：在电凝絮过程中可杀灭细菌和水藻，增加水中的含氧量。处理后不经过滤的水在10分钟内仍然具有杀灭细菌和水藻的作用。

应用于洗煤水的处理：可使水中的煤渣快速沉淀，经过滤后的水可反复使用，既消除了水污染又节省了干净的水资源。

应用于重金属水的处理：经电凝絮处理过滤后的水大幅度降低了水中的重金属离子的含量，避免了含重金属的水直接排放，对河流及土壤造成污染。

应用于边远山区没有自来水的家庭的饮用水的处理：井水或某一水源的水中可能存在大量微生物以及对人体有害的物质，并不利于饮用，由该设备进行电处理与过滤后，微生物与有害物质基本被去除，此时的水更利于人们的健康。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种污水处理系统，其特征在于，包括反应器、过滤器、控制器、变频脉冲信号发生器和功率驱动器；

所述反应器包括内胆(11)与外筒(12)，所述内胆(11)设置在外筒(12)内，所述内胆(11)的侧壁由上至下依次连通设置有穿出外筒(12)的出浮渣管(111)、出水管(112)和出沉淀管(113)，所述出水管(112)与过滤器的进水端连通，所述外筒(12)的底部设置有污水进管(121)，所述内胆(11)上设置有用于将外筒(12)内完成电凝絮的液体运输至内胆(11)内的进水件(13)；

所述内胆(11)外侧壁沿圆周方向设置有多个第一电极(14)，所述外筒(12)内且靠近外筒(12)侧壁设置有多个与第一电极(14)配对的第二电极(15)，所述外筒(12)的顶部为盖合的端盖(16)，所述第二电极(15)与端盖(16)连接，所述外筒(12)上设置有用于驱动端盖(16)沿其轴线方向自转的驱动件(17)；

所述控制器与变频脉冲信号发生器电信号连接，所述变频脉冲信号发生器与功率驱动器通过导线连接，所述功率驱动器与第一电极(14)及第二电极(15)通过导线连接，所述控制器与驱动件(17)电信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理系统，其特征在于，还包括两个水质检测器，所述水质检测器设置在污水进管(121)与出水管(112)处用于实时监测进出水体水质状况，所述水质检测器与控制器电信号连接。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述端盖(16)上设置有一号电机(18)，所述一号电机(18)的转动轴传动连接有一号转动杆(181)，所述一号转动杆(181)贯穿端盖(16)与内胆(11)且位于外筒(12)与内胆(11)的中轴线处，所述一号转动杆(181)与内胆(11)的侧壁间的间隙通过密封轴承密封，所述一号转动杆(181)上设置有搅拌桨(182)，所述搅拌桨(182)位于内胆(11)的下方，所述一号电机(18)与控制器电信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述内胆(11)内设置有一号套筒(183)，所述一号套筒(183)套设在一号转动杆(181)外，所述一号套筒(183)的底壁与内胆(11)的内底壁连接。

5.根据权利要求1所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述内胆(11)的外侧壁设置有与第一电极(14)配合防止第一电极(14)在第二电极(15)位移后与原配对的第二电极(15)相邻的第二电极(15)发出电耦合的挡板(141)。

6.根据权利要求1或3所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述内胆(11)直径由上至下逐渐减小，所述第一电极(14)随内胆(11)外壁进行倾斜。

7.根据权利要求1所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述外筒(12)内设置有用于对第一电极(14)与第二电极(15)表面进行清理的清理结构，所述清理结构包括固定管(31)、工作杆(33)、辅助块(34)和叶轮(36)，

所述固定管(31)供第一电极(14)或第二电极(15)穿过，用于供第一电极(14)穿过的固定管(31)固定在内胆(11)外侧壁，用于供第二电极(15)穿过的固定管(31)固定在端盖(16)上，

所述工作杆(33)设置为多个，固定管(31)通过上端轴承(32)与工作杆(33)连接，多根所述工作杆(33)上均通过弹性件(331)连接有与第一电极(14)或第二电极(15)抵接的清理刀(332)，

多根工作杆(33)的一端端部均与辅助块(34)连接，所述辅助块(34)位于第一电极(14)或第二电极(15)的正下方，所述辅助块(34)的底面通过连杆固定连接有叶轮(36)。

8.根据权利要求7所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述内胆(11)的外侧壁与外筒(12)的内侧壁间连接有用于将外筒(12)与内胆(11)间的区域分隔为上下两部分的分隔板(37)，所述分隔板(37)上开设有多个供辅助块(34)穿过的通孔，所述辅助块(34)的侧壁与通孔的孔壁间通过下端轴承(35)固定连接，所述分隔板(37)上开设有供液体穿过的进水孔(373)，分隔板(37)的下方且位于进水孔(373)处设置有辅助液体进入分隔板(37)上侧形成旋流的导流板(374)；

所述分隔板(37)分为固定板(371)与转动板(372)，所述固定板(371)固定在内胆(11)的外侧壁，所述固定板(371)的侧边上设置有用于支撑转动板(372)的凸台，与第一电极(14)配合的辅助块(34)通过下端轴承(35)固定于固定板(371)上，与第二电极(15)配合的辅助块(34)通过下端轴承(35)固定于转动板(372)上。

9.根据权利要求1所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述过滤器包括粗过滤机和细过滤机，所述出水管(112)与粗过滤机的进水端连通，所述粗过滤机上设置有反冲洗出口(211)；

所述粗过滤机的出水口(213)处通过三通管分别连通有主输水管和副输水管；

所述主输水管通过三通管分别连通有主出滤水管和主反冲洗水管，所述主出滤水管和主反冲洗水管上均设置有电磁阀；

所述副输水管通过三通管分别连通有副出滤水管和副反冲洗水管，所述副出滤水管和副反冲洗水管上均设置有手动阀；

所述副出滤水管和主出滤水管均通过排水管与细过滤机的进水端连通，所述副反冲洗水管与主反冲洗水管均通过反冲洗管连接有储水罐，所述反冲洗管上设置有反冲洗泵；

所述电磁阀与控制器电信号连接，所述反冲洗泵与控制器电信号连接。

10.根据权利要求9所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述粗过滤机设置为多个，多个所述粗过滤机的进水端均连通设置有分流管，多个分流管均与出水管(112)连通设置，多个所述分流管上均设置有电磁阀，多个电磁阀均与控制器电信号连接。

11.根据权利要求9所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述粗过滤机包括筒体(21)和支撑网(22)，所述筒体(21)的顶端设置有进水口(212)，所述进水口(212)与出水管(112)连通设置，所述筒体(21)底部设置有出水口(213)；

所述筒体(21)内设置有用于支撑过滤砂的支撑网(22)，所述筒体(21)的顶部设置有二号电机(23)，所述二号电机(23)的转动轴传动连接有二号转动杆(231)，二号转动杆(231)贯穿筒体(21)的顶壁和支撑网(22)设置，所述二号转动杆(231)上套设有二号套筒(232)，所述二号套筒(232)的底部与支撑网(22)的上表面连接，所述二号套筒(232)的高度不低于支撑网(22)上过滤砂的总高度设置，所述二号转动杆(231)上设置有绞龙(233)，所述绞龙(233)位于支撑网(22)未支撑过滤砂的一侧；

所述二号电机(23)与控制器电信号连接。

12.根据权利要求11所述的一种污水处理系统，其特征在于，所述支撑网(22)整体呈倒扣的盆状设置，且直径由上至下逐渐增大，所述绞龙(233)部位于支撑网(22)的内凹侧。

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