CN116655169A - 基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工设备技术领域，提供基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统,包括中间水池；电化学处理单元，中间水池的出水口与电化学处理单元的入水口连通，电化学处理单元通过电化学处理技术对污水进行电化学处理；混沌搅拌絮凝单元，混沌搅拌絮凝单元的入水口与电化学处理单元的出水口相连通，混沌搅拌絮凝单元用于对含有杂质离子的污水进行絮凝处理；后处理单元，后处理单元的入水口与混沌搅拌絮凝单元的出水口连通，后处理单元用于对絮凝处理后的污水进行分离，以最终获得澄清液体。本发明通过电化学处理技术与离子交换技术的统筹规划设计，并通过混沌变速搅拌技术实现含镉污水的有效净化回收处理。
Description
技术领域
本发明属于化工设备技术领域，尤其涉及基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统。
背景技术
许多有害元素及其化合物伴随着工业生产发展排入水体当中，导致了严重的水体污染问题。而在此类问题中，重金属污染十分突出。重金属水污染主要来源包括冶金、化工等工业领域。常见导致水体污染的重金属有镉、铜、锌、铅等。其中，镉Cd是一种剧毒物质，在浓度几乎比任何常见矿物的浓度都小的情况下具有毒性生物效应，且因其存在普遍,易在水中溶解和转运成为造成环境污染的重要原因。目前，含镉废水的处理方法有物理法和化学法。利用物理法中的离子交换技术与化学法中的电化学法技术可实现针对水中重金属的高效去除。在絮凝阶段采用机械搅拌方式主要目的在于使物料混合充分，提升下一阶段工艺流程的工作效率。而絮凝池内普遍存在着两种不同类型的混合区域：混沌混合区和孤立混合区。孤立混合区的存在使物料传质过程受限，从而导致最终产品品质降低。增大混沌混合区，是提高不同区域的物料混合搅拌、降低搅拌过程能耗的重要途径。通过优化重金属污水处理工艺流程在完成节能减排的工艺目标上有着巨大应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，以解决上述问题，达到通过电化学处理技术与离子交换技术的统筹规划设计，并通过混沌变速搅拌技术实现含镉污水的有效净化回收处理的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，包括：
中间水池；
电化学处理单元，所述中间水池的出水口与所述电化学处理单元的入水口连通，所述电化学处理单元通过电化学处理技术对污水进行电化学处理；
混沌搅拌絮凝单元，所述混沌搅拌絮凝单元的入水口与所述电化学处理单元的出水口相连通，所述混沌搅拌絮凝单元用于对含有杂质离子的污水进行絮凝处理；
后处理单元，所述后处理单元的入水口与所述混沌搅拌絮凝单元的出水口连通，所述后处理单元用于对絮凝处理后的污水进行分离，以最终获得澄清液体。
优选的，所述电化学处理单元包括并联电化学泵和电化学系统，所述中间水池出水口通过并联电化学泵与所述电化学系统的进水口连通，所述电化学系统用于对污水中的金属离子进行去除并对污水中镉金属的含量进行监控，所述电化学系统的出水口与所述混沌搅拌絮凝单元的入水口连通。
优选的，所述混沌搅拌絮凝单元包括曝气池和搅拌絮凝池，所述曝气池的进水口与所述曝气池的进水口连通，所述曝气池的出水口与所述搅拌絮凝池的进水口连通，所述搅拌絮凝池内设置有混沌搅拌部，所述混沌搅拌部以混沌转速对污水进行搅拌，使污水中形成较大絮凝体，所述搅拌絮凝池的出水口与所述后处理单元连通。
优选的，所述混沌搅拌部包括电机、转速传感器和混沌控制电路，所述电机竖向设置在所述搅拌絮凝池的顶部中央，所述电机的输出轴同轴线固定连接有搅拌轴的一端，所述搅拌轴的另一端固定连接有搅拌桨，所述搅拌桨浸没于搅拌絮凝池中，所述转速传感器与所述搅拌轴对应设置，所述转速传感器用于监测搅拌轴的转速，所述电机与所述转速传感器分别与所述混沌控制电路电性连接。
优选的，所述搅拌将包括两组径向叶片和四组轴向叶片，两组所述径向叶片从上到下依次固定连接在所述搅拌轴远离所述电机的一端，四组所述轴向叶片分别竖向固定连接在两组所述径向叶片之间，四组所述轴向叶片均匀分布在所述径向叶片上。
优选的，所述混沌控制电路包括混沌映射控制元件、速度输入元件和速度输出元件，所述速度输入元件与所述转速传感器电性连接，所述速度输出元件与所述电机电性连接，所述混沌映射控制元件用于对所述速度输入元件传递的数值进行分析并通过所述速度输出元件对所述电机的转速进行控制。
优选的，所述混沌映射控制元件(15)控制的混沌转速ω*的表达式为
式中，为基速度，即由所述转速传感器采集的所述电机稳定运行的速度，Δω为速度边界；xn为混沌控制项，即由混沌映射生成的混沌序列。
优选的，所述后处理单元包括浓密池、澄清池和中和桶，所述浓密池的入水口与所述搅拌絮凝池的出水口连通，所述浓密池的上部通过管道与所述澄清池连通，所述浓密池的底部通过污泥泵与所述中和桶连通，所述澄清池用于获得最终的上层澄清液体，所述中和桶同于对处理后得到的污水进行酸碱中和处理。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：中间水池的主要作用是对生产时产生的含镉污水进行暂存；电化学处理单元的主要作用是对中间水池中流入的含镉污水中的元素进行调节、去除，并对含镉污水中的镉金属含量进行实时监控；所述混沌搅拌絮凝单元的主要作用是对电化学处理单元处理过后的污水快速的形成较大的絮凝体，提升后期的沉淀效果，提升净化效率；后处理单元的主要作用是对絮凝后的污水进行澄清液分离以及对污泥进行中和处理。整体上，本发明通过电化学处理技术与离子交换技术的统筹规划设计实现含镉污水的有效净化回收处理。在离子交换技术上采用强化机械搅拌的方式，利用混沌转速进行絮凝作业，实现了混沌搅拌转速范围更精确、桨叶作用范围广、搅拌混合效果强的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明镉废渣回收系统的运行流程图；
图2为本发明镉废渣回收系统的连接示意图；
图3为本发明混沌搅拌絮凝单元的示意图；
图4为本发明搅拌桨的示意图；
图5为本发明电机的混沌转速图；
其中，1、中间水池；2、并联电化学泵；3、电化学系统；4、曝气池；5、搅拌絮凝池；6、搅拌桨；7、混沌控制电路；8、电机；9、搅拌轴；10、转速传感器；11、浓密池；12、污泥泵；13、澄清池；14、中和桶；15、混沌映射控制元件；16、速度输入元件；17、速度输出元件；18、径向叶片；19、轴向叶片。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-5所示，本发明提供了基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，包括：
中间水池1；
电化学处理单元，中间水池1的出水口与电化学处理单元的入水口连通，电化学处理单元通过电化学处理技术对污水进行电化学处理；
混沌搅拌絮凝单元，混沌搅拌絮凝单元的入水口与电化学处理单元的出水口相连通，混沌搅拌絮凝单元用于对含有杂质离子的污水进行絮凝处理；
后处理单元，后处理单元的入水口与混沌搅拌絮凝单元的出水口连通，后处理单元用于对絮凝处理后的污水进行分离，以最终获得澄清液体。
中间水池1的主要作用是对生产时产生的含镉污水进行暂存；电化学处理单元的主要作用是对中间水池1中流入的含镉污水中的元素进行调节、去除，并对含镉污水中的镉金属含量进行实时监控；所述混沌搅拌絮凝单元的主要作用是对电化学处理单元处理过后的污水快速的形成较大的絮凝体，提升后期的沉淀效果，提升净化效率；后处理单元的主要作用是对絮凝后的污水进行澄清液分离以及对污泥进行中和处理。整体上，本发明通过电化学处理技术与离子交换技术的统筹规划设计实现含镉污水的有效净化回收处理。在离子交换技术上采用强化机械搅拌的方式，利用混沌转速进行絮凝作业，实现了混沌搅拌转速范围更精确、桨叶作用范围广、搅拌混合效果强的效果。
进一步优化方案，电化学处理单元包括并联电化学泵2和电化学系统3，中间水池1出水口通过并联电化学泵2与电化学系统3的进水口连通，电化学系统3用于对污水中的金属离子进行去除并对污水中镉金属的含量进行监控，电化学系统3的出水口与混沌搅拌絮凝单元的入水口连通。
并联电化学泵2采用多级并联方式，可以保持含镉污水大流量、持续性地由中间水池1流入电化学系统3中。采用并联的方式可以提高输送效率。利用该并联电化学泵2内设置的储液器与离子交换膜可有效调节含镉污水中元素含量，其中离子交换膜可以控制离子的通过，过滤掉不需要的离子，避免输运过程中对泵体机械部件造成损坏，提高泵体持续工作的稳定性。
电化学系统3采用HSJ-电化学系统，HSJ-电化学系统是一种使用电能代替化学试剂和膜材料的废水处理技术，具有模块化设计，可以很好的对含镉污水中的金属离子进行去除，并可以实现实时监控含镉污水中镉金属含量功能。
进一步优化方案，混沌搅拌絮凝单元包括曝气池4和搅拌絮凝池5，曝气池4的进水口与曝气池4的进水口连通，曝气池4的出水口与搅拌絮凝池5的进水口连通，搅拌絮凝池5内设置有混沌搅拌部，混沌搅拌部以混沌转速对污水进行搅拌，使污水中形成较大絮凝体，搅拌絮凝池5的出水口与后处理单元连通。
如图2所示，搅拌絮凝池5设置在曝气池4的出口侧，并且利用导流筒直接与曝气池4叠加连接。曝气池4采用压缩空气曝气工艺，利用单独进水隔间使得污水曝气程度提高，提高污水内的充氧能力，用以缓释污水中的有机物浓度。
进一步优化方案，混沌搅拌部包括电机8、转速传感器10和混沌控制电路7，电机8竖向设置在搅拌絮凝池5的顶部中央，电机8的输出轴同轴线固定连接有搅拌轴9的一端，搅拌轴9的另一端固定连接有搅拌桨6，搅拌桨6浸没于搅拌絮凝池5中，转速传感器10与搅拌轴9对应设置，转速传感器10用于监测搅拌轴9的转速，电机8与转速传感器10分别与混沌控制电路7电性连接。
电机8选用三相异步电机，转动功率大，可以更好的满足搅拌作业需求。
如图3所示，当需要对搅拌絮凝池5内的污水进行搅拌絮凝作业时，混沌控制电路7控制电机8转动，电机8转动带动搅拌轴9进行转动，搅拌轴9转动时带动搅拌桨6在污水中进行转动，对污水进行搅拌。混沌控制电路7通过转速传感器10传递来的搅拌轴9的转速信息来控制电机8的转速，实现以混沌转速搅拌的效果。
进一步优化方案，搅拌桨6包括两组径向叶片18和四组轴向叶片19，两组径向叶片18从上到下依次固定连接在搅拌轴9远离电机8的一端，四组轴向叶片19分别竖向固定连接在两组径向叶片18之间，四组轴向叶片19均匀分布在径向叶片18上。
通过将搅拌桨6设置为两组径向叶片18和四组轴向叶片19组成的框式机械搅拌桨的形式，具有结构稳定性强，搅动范围大的特点，利用该搅拌桨的旋动搅拌提升絮凝池内高粘流体的混合流动强度，有效增强高粘流体的轴流效果，可以作用增强搅拌絮凝池5内的絮凝剂及增稠剂与流体的混合作用，进一步提高污水絮凝过程的效率和絮凝效果。
进一步优化方案，混沌控制电路7包括混沌映射控制元件15、速度输入元件16和速度输出元件17，速度输入元件16与转速传感器10电性连接，速度输出元件17与电机8电性连接，混沌映射控制元件15用于对速度输入元件16传递的数值进行分析并通过速度输出元件17对电机8的转速进行控制。
映射控制元件15由蔡氏电路生成的。蔡氏电路是一种简单的非线性电子电路设计，它可以表现出混沌理为，其能量存储元件是两个电容和一个电感，有一个有源电阻以及由两个二极管制作的非线性电阻，并有一个负阻抗转换器，它是由三个线性电阻和一个运算放大器构成。
进一步优化方案，混沌映射控制元件15控制的混沌转速ω*的表达式为
式中，为基速度，即由转速传感器10采集的电机8稳定运行的速度，Δω为速度边界；xn为混沌控制项，即由混沌映射生成的混沌序列。
如图3所示，转速传感器10通过采集搅拌轴9的转速信号，并将该信号通过速度输入元件16反馈给混沌映射控制元件15，由混沌映射控制元件15生成控制电机8产生混沌转速的输入电压，输入电压通过速度输出元件17传递至电机8，使电机8产生混沌旋转效果，并带动搅拌桨6以混沌转速运转，对污水进行絮凝搅拌。通过速度输入元件16、混沌映射控制元件15和速度输出元件17的闭环控制，可使电机混沌转速范围更精确、桨叶有效作用范围广、搅拌混合效果强的效果。
进一步优化方案，后处理单元包括浓密池11、澄清池13和中和桶14，浓密池11的入水口与搅拌絮凝池5的出水口连通，浓密池11的上部通过管道与澄清池13连通，浓密池11的底部通过污泥泵12与中和桶14连通，澄清池13用于获得最终的上层澄清液体，中和桶14同于对处理后得到的污水进行酸碱中和处理。
浓密池11是通过利用重力沉降作用的固液分离设备，在搅拌絮凝池5中的污水流入达到浓密池11后，用于实现浓密池11内污水的固液分离。
澄清池13是一种去除水中悬浮物和胶体的设备，当浓密池11中的上层液体通过管道流入到澄清池后，通过去除水中的悬浮物和交替，来实现澄清池13中的如胶体、絮凝状颗粒与水的固液分离，并最终获得上层澄清液体。
污泥泵12是一种用于输送高粘度流体的输运机械，用于将浓密池11底层的污泥输送至中和桶14中，使金属元素污染物由液体中分离出来，以便于浓密池11中的上层液体流入到澄清池13中。
中和桶14是一种中和处理废水的机械设备。中和桶内设有酸性溶液桶和碱性中和桶，利用PH计传感器实现监控桶内液体的酸碱度，实现污水的酸碱中和处理。
本实施例的工作过程如下：中间水池1中的污水通过并联电化学泵2进入到电化学系统3后，在电化学系统3中对含镉污水中的金属离子进行去除，并对水中的镉金属含量进行监控。经过电化学系统3处理后的污水在进过曝气池4的曝气处理，提高氧含量后，进入到搅拌絮凝池5中，通过在搅拌絮凝池5中加入絮凝剂，并通过混沌控制电路7控制电机8进行混沌转速旋转，电机8通过搅拌轴9带动搅拌桨6在搅拌絮凝池5中对污水进行搅拌。之后，存在大量絮凝物的污水通过管路进入到浓密池11中，在浓密池11中利用重力沉降使絮凝的固体污泥沉于浓密池11底部。之后，通过污泥泵12将浓密池11底部的污泥泵送到中和桶14中进行污水的中和，浓密池11顶部的上层液则通过管路流入到澄清池13中，通过向澄清池13添加分离药剂，使水中的悬浮物和絮状颗粒等与水进行分离，最终得到上层澄清液。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，其特征在于，包括：
中间水池(1)；
电化学处理单元，所述中间水池(1)的出水口与所述电化学处理单元的入水口连通，所述电化学处理单元通过电化学处理技术对污水进行电化学处理；
混沌搅拌絮凝单元，所述混沌搅拌絮凝单元的入水口与所述电化学处理单元的出水口相连通，所述混沌搅拌絮凝单元用于对含有杂质离子的污水进行絮凝处理；
后处理单元，所述后处理单元的入水口与所述混沌搅拌絮凝单元的出水口连通，所述后处理单元用于对絮凝处理后的污水进行分离，以最终获得澄清液体。
2.根据权利要求1所述的基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，其特征在于：所述电化学处理单元包括并联电化学泵(2)和电化学系统(3)，所述中间水池(1)出水口通过并联电化学泵(2)与所述电化学系统(3)的进水口连通，所述电化学系统(3)用于对污水中的金属离子进行去除并对污水中镉金属的含量进行监控，所述电化学系统(3)的出水口与所述混沌搅拌絮凝单元的入水口连通。
3.根据权利要求2所述的基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，其特征在于：所述混沌搅拌絮凝单元包括曝气池(4)和搅拌絮凝池(5)，所述曝气池(4)的进水口与所述曝气池(4)的进水口连通，所述曝气池(4)的出水口与所述搅拌絮凝池(5)的进水口连通，所述搅拌絮凝池(5)内设置有混沌搅拌部，所述混沌搅拌部以混沌转速对污水进行搅拌，使污水中形成较大絮凝体，所述搅拌絮凝池(5)的出水口与所述后处理单元连通。
4.根据权利要求3所述的基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，其特征在于：所述混沌搅拌部包括电机(8)、转速传感器(10)和混沌控制电路(7)，所述电机(8)竖向设置在所述搅拌絮凝池(5)的顶部中央，所述电机(8)的输出轴同轴线固定连接有搅拌轴(9)的一端，所述搅拌轴(9)的另一端固定连接有搅拌桨(6)，所述搅拌桨(6)浸没于搅拌絮凝池(5)中，所述转速传感器(10)与所述搅拌轴(9)对应设置，所述转速传感器(10)用于监测搅拌轴(9)的转速，所述电机(8)与所述转速传感器(10)分别与所述混沌控制电路(7)电性连接。
5.根据权利要求4所述的基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，其特征在于：搅拌将(6)包括两组径向叶片(18)和四组轴向叶片(19)，两组所述径向叶片(18)从上到下依次固定连接在所述搅拌轴(9)远离所述电机(8)的一端，四组所述轴向叶片(19)分别竖向固定连接在两组所述径向叶片(18)之间，四组所述轴向叶片(19)均匀分布在所述径向叶片(18)上。
6.根据权利要求4所述的基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，其特征在于：所述混沌控制电路(7)包括混沌映射控制元件(15)、速度输入元件(16)和速度输出元件(17)，所述速度输入元件(16)与所述转速传感器(10)电性连接，所述速度输出元件(17)与所述电机(8)电性连接，所述混沌映射控制元件(15)用于对所述速度输入元件(16)传递的数值进行分析并通过所述速度输出元件(17)对所述电机(8)的转速进行控制。
7.根据权利要求6所述的基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，其特征在于：所述混沌映射控制元件(15)控制的混沌转速ω*的表达式为
式中，为基速度，即由所述转速传感器(10)采集的所述电机(8)稳定运行的速度，Δω为速度边界；xn为混沌控制项，即由混沌映射生成的混沌序列。
8.根据权利要求3所述的基于混沌变速搅拌技术的新型镉废渣回收系统，其特征在于：所述后处理单元包括浓密池(11)、澄清池(13)和中和桶(14)，所述浓密池(11)的入水口与所述搅拌絮凝池(5)的出水口连通，所述浓密池(11)的上部通过管道与所述澄清池(13)连通，所述浓密池(11)的底部通过污泥泵(12)与所述中和桶(14)连通，所述澄清池(13)用于获得最终的上层澄清液体，所述中和桶(14)同于对处理后得到的污水进行酸碱中和处理。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN205182580U (zh) * | 2015-11-24 | 2016-04-27 | 河南郑一生生物科技有限公司 | 一种化妆品搅拌装置 |
| CN106186460A (zh) * | 2016-08-04 | 2016-12-07 | 长沙华时捷环保科技发展股份有限公司 | 一种含铊废水的处理方法 |
| CN114950251A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-08-30 | 昆明理工大学 | 一种基于速度参考控制的混沌搅拌器及混沌搅拌方法 |
| CN115006872A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-09-06 | 昆明理工大学 | 一种混沌混合澄清萃取装置及其控制系统 |
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2023
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