CN114956361A - 一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理的技术领域，特别是涉及一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其加快废水处理的反应速率，便于回收和投放催化剂，提升设备的使用便捷性；包括反应桶和电磁铁集成板，反应桶上设置有排水管，反应桶上可拆卸安装有支座，支座上设置有电机座，电机座上固定安装有第一电机，反应桶内部转动安装有主轴，第一电机用于驱动主轴旋转；电磁铁集成板滑动安装在主轴的外部，电磁铁集成板有若干列电磁铁组成。

Description

一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备

技术领域

本发明涉及水处理的技术领域，特别是涉及一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备。

背景技术

纳米催化剂的发展为废水处理效率带来了质的飞跃；但是，由于纳米催化剂具有尺寸小的特征，纳米催化剂难以通过离心、过滤、膜分离等传统方法从反应体系中分离回收；

现有的分离方式采用将具有优异磁学性能的纳米粒子与催化剂相结合，制备成磁性纳米催化剂，之后在排水口处设置电磁铁，通过电磁铁对磁性纳米催化剂进行回收，在水排出后，再将催化剂回收；

由于催化剂具备重复使用性，在下次水处理时，还需要将催化剂再次投入至反应桶中，并使用搅拌机构对催化剂和废水的反应体系进行搅拌，加速催化剂在反应体系中的扩散，此方式在对大量废水分批次处理时，较为繁琐，影响处理速率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种加快废水处理的反应速率，便于回收和投放催化剂，提升设备的使用便捷性的协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备。

本发明的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，包括反应桶和电磁铁集成板，所述反应桶上设置有排水管，所述反应桶上可拆卸安装有支座，所述支座上设置有电机座，所述电机座上固定安装有第一电机，所述反应桶内部转动安装有主轴，所述第一电机用于驱动主轴旋转；所述电磁铁集成板滑动安装在主轴的外部，所述电磁铁集成板有若干列电磁铁组成。

进一步地，所述电磁铁集成板采用竖直板状结构，所述电磁铁集成板包括密封壳，所述密封壳内部设置有若干列安装槽，每列安装槽内部沿竖直方向安装有若干个电磁铁，若干列电磁铁之间并联，每列电磁铁上的若干个电磁铁并联，并且每列安装槽上均安装有继电器。

进一步地，所述主轴上固定设置有轴座，所述轴座上固定设置有滑轨，所述轴座上还转动安装有丝杠轴，所述丝杠轴上螺装套设有丝杠螺母，所述滑轨上滑动安装有滑块，所述丝杠螺母与滑块固定连接，所述丝杠轴的端部固定套设有第二锥齿轮，所述支座靠近主轴的端面上固定安装有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合；所述电磁铁集成板与滑块弹性连接。

进一步地，所述滑块底部固定设置有连架，所述连架上固定设置有内杆，所述电磁铁集成板顶部固定设置有套杆，所述套杆滑动套设在内杆上，所述电磁铁集成板与滑块之间固定连接有若干组弹簧。

进一步地，所述主轴底部固定安装有第二电机，所述第二电机的输出轴穿过主轴伸入至反应桶内部，所述第二电机的输出端固定连接有支撑轴，所述支撑轴的圆周外壁上设置有内陷面，所述电磁铁集成板的底部顶紧在支撑轴的外壁上。

进一步地，所述主轴的底部固定安装有支撑臂，所述支撑臂上固定设置有底座，所述底座上设置有供支撑轴转动的柱形槽。

进一步地，所述反应桶的底部还设置有曝气管，所述曝气管通过进气嘴与外界曝气泵连通，所述曝气管上设置有若干组曝气嘴。

进一步地，所述曝气管采用蜗状盘管，用于提升气泡在废水内的均匀度。

与现有技术相比本发明的有益效果为：无需使用独立搅拌机构对废水进行搅拌，即可实现催化剂与废水的均匀接触，加快废水处理的反应速率；同时，便于回收和投放催化剂，提升设备的使用便捷性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是主轴与曝气管等结构连接的放大示意图；

图3是滑轨与轴座等结构连接的放大示意图；

图4是电磁铁集成板与丝杠螺母等结构连接的放大示意图；

图5是支座的结构放大示意图；

图6是内杆与套杆等结构连接的放大示意图；

图7是支撑轴与底座等结构连接的放大示意图；

图8是支撑轴与底座的结构爆炸示意图；

图9是图7中支撑轴旋转180°后的结构示意图；

图10是电磁铁集成板的内部电路图；

图11是电磁铁集成板的内部结构示意图；

附图中标记：1、反应桶；2、排水管；3、支座；4、电机座；5、主轴；6、第一电机；7、电磁铁集成板；8、曝气管；9、进气嘴；10、曝气嘴；11、轴座；12、滑轨；13、限位板；14、丝杠轴；15、丝杠螺母；16、滑块；17、第一锥齿轮；18、第二锥齿轮；19、连架；20、内杆；21、套杆；22、弹簧；23、第二电机；24、支撑轴；25、内陷面；26、支撑臂；27、底座；28、柱形槽；29、密封壳；30、安装槽；31、电磁铁；32、继电器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，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装置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发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本实施例采用递进的方式撰写。

如图1、2、5所示，本发明的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，包括反应桶1和电磁铁集成板7，反应桶1上设置有排水管2，反应桶1上可拆卸安装有支座3，支座3上设置有电机座4，电机座4上固定安装有第一电机6，反应桶1内部转动安装有主轴5，主轴5与反应桶1同轴线，第一电机6用于驱动主轴5旋转；电磁铁集成板7沿径向滑动安装在主轴5的外部，电磁铁集成板7有若干列电磁铁组成；

为了进一步吸附废水中的催化剂颗粒，排水管2位于反应桶1内部的端部也设置有电磁铁，用于吸附流经排水管2废水中的催化剂；

更为具体的是，如图10所示，若干列电磁铁之间并联，每列电磁铁上的若干个电磁铁并联，若干个电磁铁沿主轴5轴线方向均匀安装在电磁铁集成板7内部，每列电磁铁的并联总线上均连接有继电器，若干组继电器均与安装在反应桶1外部的控制模块信号连接；电磁铁集成板7内部的具体结构，如图11所示，密封壳29内部安装有若干列安装槽30，每列安装槽30内部沿竖直方向安装有若干个电磁铁31，并且每列安装槽30上均安装有继电器32；

在本实施例具体工作过程中，将需要进行处理的废水和水处理药剂倒入至反应桶1内部，并将磁性纳米催化剂颗粒倒入至废水中，其中磁性纳米催化剂由四氧化三铁纳米晶制得，通过启动第一电机6，使第一电机6带动主轴5沿自身轴线旋转，在旋转过程中，主轴5带动电磁铁集成板7旋转，同时电磁铁集成板7沿主轴5的径向方向移动，对废水和催化剂起到均匀混合的作用；

在废水处理完成之后，使控制模块控制若干组继电器全部连通，其中控制模块采用小型PLC或者单片机，使电磁铁集成板7上的若干列电磁铁通电，并产生磁场，对反应桶1内部的磁性纳米催化剂进行吸附，同时电磁铁集成板7在随主轴5旋转过程中，沿主轴5轴线方向移动，能够对反应桶1内部的磁性纳米催化剂尽可能多的吸附；在吸附完成后，由排水管2将处理后的水排出，然后再将其余废水倒入至反应桶1内部；

此时，主轴5继续旋转，电磁铁集成板7沿主轴5径向移动，通过控制模块控制若干组继电器依次断开，其中依次断开的间隔时间根据电磁铁集成板7的径向移动速度设定，从而使若干列电磁铁逐列断电失磁，从而使该列电磁铁上的磁性纳米催化剂再次落入至废水中，随着电磁铁集成板7的蜗状旋转路径，使催化剂能够均匀的分散在废水中；

通过上述设置，无需使用独立搅拌机构对废水进行搅拌，即可实现催化剂与废水的均匀接触，加快废水处理的反应速率；同时，便于回收和投放催化剂，提升设备的使用便捷性；

为了便于更换反应桶1，其中支座3通过螺栓固定安装在反应桶1上，主轴5转动安装在支座3上；通过此方式，能够根据水处理需求，将支座3、第一电机6、主轴5和电磁铁集成板7由反应桶1上拆卸下来，并固定在其他反应桶1上，简单便捷。

作为本技术方案的替换方案，其中电磁铁集成板7采用圆盘式集成板，电磁铁集成板7内部沿径向设置有若干列电磁铁，每列电磁铁有独立继电器控制；其中电磁铁集成板7可升降套设在主轴5上，同时利用丝杠螺母副原理，在主轴5旋转时带动电磁铁集成板7沿自身轴线升降，通过控制若干组继电器的闭合即可实现对废水中磁性催化剂的回收，并通过控制若干组继电器的依次断开即可实现催化剂的均匀投放。

在具体的实施例中，如图3至图5所示，主轴5上固定设置有轴座11，轴座11上沿主轴5径向固定设置有滑轨12，轴座11上还转动安装有丝杠轴14，丝杠轴14的轴线方向沿主轴5的径向方向，丝杠轴14上螺装套设有丝杠螺母15，滑轨12上滑动安装有滑块16，丝杠螺母15与滑块16固定连接，丝杠轴14的端部固定套设有第二锥齿轮18，支座3靠近主轴5的端面上固定安装有第一锥齿轮17，第一锥齿轮17同轴套设在主轴5的外部，第一锥齿轮17与第二锥齿轮18啮合；电磁铁集成板7与滑块16弹性连接；

在本实施例中，为了限制丝杠螺母15的移动路径，在滑轨12的端部还设置有限位板13，丝杠轴14转动安装在限位板13上；当主轴5旋转时，带动轴座11、滑轨12和丝杠轴14同步沿主轴5轴线旋转，由于第一锥齿轮17固定在支座3上，第二锥齿轮18又与第一锥齿轮17啮合，从而在第二锥齿轮18随丝杠轴14沿主轴5轴线旋转过程中，第二锥齿轮18带动丝杠轴14沿自身轴线旋转，在滑轨12和滑块16的导向作用下，驱动丝杠螺母15带动滑块16和电磁铁集成板7沿主轴5径向方向移动，通过控制主轴5的正反转即可实现对电磁铁集成板7移动方向的控制，便于控制电磁铁集成板7在随主轴5旋转过程中移动，当投放催化剂时，由于电磁铁集成板7与滑块16在主轴5轴线方向弹性连接，驱动电磁铁集成板7沿主轴5轴线方向震荡，即可将电磁铁集成板7表面的纳米催化剂快速抖落；

进一步地，具体通过如下连接，实现滑块16和电磁铁集成板7之间的弹性连接，如图6所示，滑块16底部固定设置有连架19，连架19上沿主轴5轴线方向设置有内杆20，电磁铁集成板7顶部固定设置有套杆21，套杆21滑动套设在内杆20上，电磁铁集成板7与滑块16之间固定连接有若干组弹簧22，若干组弹簧22均处于压缩状态；

为了防止在工作过程中电磁铁集成板7相对于滑块16发生旋转，内杆20截面为正方形，套杆21的截面为回形；

具体驱动电磁铁集成板7沿主轴5轴线方向震荡的方式，如图7、8所示，主轴5底部中空，中空部位固定安装有第二电机23，第二电机23的输出轴穿过主轴5伸入至反应桶1内部，第二电机23的输出端固定连接有支撑轴24，支撑轴24轴线与丝杠轴14轴线位于同一竖直面内，支撑轴24的圆周外壁上设置有内陷面25，电磁铁集成板7的底部顶紧在支撑轴24的外壁上；

本实施例在工作时，当需要进行吸附废水中的催化剂时，控制第二电机23停止，使电磁铁集成板7在主轴5径向方向保持不动；当需要向废水中投放催化剂时，启动第二电机23，使第二电机23带动支撑轴24沿自身轴线旋转，电磁铁集成板7在若干组弹簧22的弹力作用下，始终顶紧在支撑轴24的外壁上，由于支撑轴24的偏心设计，在支撑轴24旋转过程中，带动电磁铁集成板7沿主轴5轴线方向往复跳动，从而将电磁铁集成板7表面的催化剂抖落；便于控制电磁铁集成板7在主轴5轴线方向的抖停；

为了提升支撑轴24对电磁铁集成板7的支撑强度，主轴5的底部固定安装有支撑臂26，支撑臂26与支撑轴24轴线方向平行，支撑臂26上固定设置有底座27，底座27上设置有供支撑轴24转动的柱形槽28，支撑轴24转动安装在柱形槽28内。

为了便于将废水中的杂质与催化剂颗粒分离，反应桶1的底部还设置有曝气管8，曝气管8通过进气嘴9与外界曝气泵连通，曝气管8上设置有若干组曝气嘴10；其中曝气管8采用蜗状盘管形状，并依靠卡扣固定安装在反应桶1底部；通过曝气管8向废水中曝气，使气泡在杂质表面发生爆裂，从而将杂质和催化剂颗粒分离。

本发明在工作过程中：将需要进行处理的废水和水处理药剂倒入至反应桶1内部，并将磁性纳米催化剂颗粒倒入至废水中，其中磁性纳米催化剂由四氧化三铁纳米晶制得，通过启动第一电机6，使第一电机6带动主轴5沿自身轴线旋转，在旋转过程中，主轴5带动轴座11、滑轨12和丝杠轴14同步沿主轴5轴线旋转，由于第一锥齿轮17固定在支座3上，第二锥齿轮18又与第一锥齿轮17啮合，从而在第二锥齿轮18随丝杠轴14沿主轴5轴线旋转过程中，第二锥齿轮18带动丝杠轴14沿自身轴线旋转，在滑轨12和滑块16的导向作用下，驱动丝杠螺母15带动滑块16和电磁铁集成板7沿主轴5径向方向移动，对废水和催化剂起到均匀混合的作用；

在废水处理完成之后，使控制模块控制若干组继电器全部连通，使电磁铁集成板7上的若干列电磁铁通电，并产生磁场，对反应桶1内部的磁性纳米催化剂进行吸附，同时电磁铁集成板7在随主轴5旋转过程中，沿主轴5轴线方向移动，能够对反应桶1内部的磁性纳米催化剂尽可能多的吸附；在吸附完成后，由排水管2将处理后的水排出，然后再将其余废水倒入至反应桶1内部；

此时，主轴5继续旋转，电磁铁集成板7沿主轴5径向移动，通过控制模块控制若干组继电器依次断开，其中依次断开的间隔时间根据电磁铁集成板7的径向移动速度设定，从而使若干列电磁铁依次断电失磁，同时启动第二电机23，使第二电机23带动支撑轴24沿自身轴线旋转，电磁铁集成板7在若干组弹簧22的弹力作用下，始终顶紧在支撑轴24的外壁上，由于支撑轴24的偏心设计，在支撑轴24旋转过程中，带动电磁铁集成板7沿主轴5轴线方向往复跳动，从而将电磁铁集成板7表面的催化剂抖落，随着电磁铁集成板7的蜗状旋转路径，使催化剂能够均匀的分散在废水中。

本发明的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其安装方式、连接方式或设置方式均为常见机械方式，只要能够达成其有益效果的均可进行实施。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其特征在于，包括反应桶（1）和电磁铁集成板（7），所述反应桶（1）上设置有排水管（2），所述反应桶（1）上可拆卸安装有支座（3），所述支座（3）上设置有电机座（4），所述电机座（4）上固定安装有第一电机（6），所述反应桶（1）内部转动安装有主轴（5），所述第一电机（6）用于驱动主轴（5）旋转；所述电磁铁集成板（7）滑动安装在主轴（5）的外部，所述电磁铁集成板（7）有若干列电磁铁组成。

2.如权利要求1所述的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其特征在于，所述电磁铁集成板（7）采用竖直板状结构，所述电磁铁集成板（7）包括密封壳（29），所述密封壳（29）内部设置有若干列安装槽（30），每列安装槽（30）内部沿竖直方向安装有若干个电磁铁（31），若干列电磁铁（31）之间并联，每列电磁铁（31）上的若干个电磁铁（31）并联，并且每列安装槽（30）上均安装有继电器（32）。

3.如权利要求2所述的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其特征在于，所述主轴（5）上固定设置有轴座（11），所述轴座（11）上固定设置有滑轨（12），所述轴座（11）上还转动安装有丝杠轴（14），所述丝杠轴（14）上螺装套设有丝杠螺母（15），所述滑轨（12）上滑动安装有滑块（16），所述丝杠螺母（15）与滑块（16）固定连接，所述丝杠轴（14）的端部固定套设有第二锥齿轮（18），所述支座（3）靠近主轴（5）的端面上固定安装有第一锥齿轮（17），所述第一锥齿轮（17）与第二锥齿轮（18）啮合；所述电磁铁集成板（7）与滑块（16）弹性连接。

4.如权利要求3所述的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其特征在于，所述滑块（16）底部固定设置有连架（19），所述连架（19）上固定设置有内杆（20），所述电磁铁集成板（7）顶部固定设置有套杆（21），所述套杆（21）滑动套设在内杆（20）上，所述电磁铁集成板（7）与滑块（16）之间固定连接有若干组弹簧（22）。

5.如权利要求4所述的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其特征在于，所述主轴（5）底部固定安装有第二电机（23），所述第二电机（23）的输出轴穿过主轴（5）伸入至反应桶（1）内部，所述第二电机（23）的输出端固定连接有支撑轴（24），所述支撑轴（24）的圆周外壁上设置有内陷面（25），所述电磁铁集成板（7）的底部顶紧在支撑轴（24）的外壁上。

6.如权利要求5所述的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其特征在于，所述主轴（5）的底部固定安装有支撑臂（26），所述支撑臂（26）上固定设置有底座（27），所述底座（27）上设置有供支撑轴（24）转动的柱形槽（28）。

7.如权利要求2所述的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其特征在于，所述反应桶（1）的底部还设置有曝气管（8），所述曝气管（8）通过进气嘴（9）与外界曝气泵连通，所述曝气管（8）上设置有若干组曝气嘴（10）。

8.如权利要求7所述的一种协同新型纳米催化剂反应的高效水处理设备，其特征在于，所述曝气管（8）采用蜗状盘管。

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