CN117023769A - 一种一体化旋流式可控废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化旋流式可控废水处理装置。水处理室内部储存有水，中心转动轴竖直伸入水处理室内部的水中，旋转电机安装在中心转动轴顶部以驱动中心转动轴旋转，中心转动轴外侧壁设有叶片，空气进气管的进气端外界大气，出气端通过介质阻挡放电臭氧发生器和气泵连接，介质阻挡放电臭氧发生器和电源连接以产生臭氧，经气泵加压后的臭氧通过中心转动轴输送到水处理室的废水中，水处理室顶/底部设有废水进/出口管道，水处理室上表面设有气体出口管道，测压设备和水质监测器均安装在水处理室上，测压设备和水质监测器均与中心控制面板连接。本发明处理过程充分实现自动化连续，可以做到精确处理，并且结构较为简单，可以有效节省成本。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域的一种可控自动化反应装置，尤其是提供了一种一体化旋流式可控废水处理装置。
背景技术
随着社会的发展，农业、工业及生活的废水排放量在不断增加，废水排放会导致地表水污染，污水中的重金属、病原微生物、有机化学物严重影响着我国水资源质量。为承担解决气候变化问题中的大国责任、推动我国生态文明建设与高质量发展，实现“双碳”目标，协同推进减污降碳，已经成为我国水污染治理未来发展的必然选择。因此一种可以有效实现污水处理的小型装置成为了现阶段的目标。
臭氧作为自然界中已发现的最强无二次污染氧化剂，在自来水的消毒、杀菌和去除异味等方面有较为广泛的应用。因为臭氧的强氧化性，臭氧不仅能去除水中的重金属离子，还能将工厂运作产生废水中的部分有毒物质进行深层次处理并有效氧化去除，提高废水自身生物降解能力，让废水可以符合标准排放。目前，等离子体放电器产生的臭氧，通过气水接触装置扩散于待处理水中，大多是采用直流式曝气，例如专利公开号为CN110589955A的中国发明专利于2019年12月20日公开的一体化废水处理装置，使用纯氧等离子体放电产生臭氧，臭氧通过微孔曝气单元进入处理装置中，但臭氧与废水接触性不佳，使用污废水通过水泵反复循环处理，管路复杂，臭氧泄露会造成污染，且成本较高、缺少自动化。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种一体化旋流式可控废水处理装置。
本发明所采用的技术方案如下：
装置包括水处理室、旋转机构、监控机构和臭氧发生机构；水处理室内部储存有水，水处理室上表面的中间和外周分别开设有通孔和出气口，旋转机构的下端穿设过水处理室的通孔后设置在水处理室的中部，旋转机构的顶部和底部分别设有进气端口和出气端口，臭氧发生机构的进气端口外界大气，臭氧发生机构的出气端口和旋转机构的进气端口连通；水处理室侧壁的顶部和底部分别开设有进水口和出水口，进水口和出水口处分别设有废水进口管道和废水出口管道，水处理室上表面的出气口处设有气体出口管道，监控机构安装在水处理室上。
所述的臭氧发生机构包括空气进气管、介质阻挡放电臭氧发生器、电源和气泵；空气进气管的进气端外界大气，介质阻挡放电臭氧发生器的输入端和输出端分别与空气进气管的出气端和气泵的输入端连接，介质阻挡放电臭氧发生器和电源之间电连接；
所述的旋转机构包括旋转电机、中心转动轴和叶片；中心转动轴竖直设置在水处理室的中间，中心转动轴的下部穿设过水处理室上表面的通孔后竖直伸入水处理室内部的水中，旋转电机位于水处理室上方，旋转电机的输出轴同轴安装在中心转动轴的顶部，旋转电机用于驱动中心转动轴沿自身周向旋转，中心转动轴外侧壁的下部设有一圈叶片阵列；
中心转动轴的中部设有竖直的通气管道，通气管道的顶部和底部分别开设有进气端口和若干个喷嘴，气泵的输出端和通气管道的进气端口连通，喷嘴用于将臭氧输送到水处理室中。
所述的监控机构包括测压设备、中心控制面板和水质监测器；测压设备安装在水处理室的顶部，测压设备中的探头伸入到水处理室的上部且不与水接触，水质监测器安装在水处理室的底部，水质监测器中的探头伸入到水处理室内部的水中；测压设备和水质监测器均与中心控制面板电连接。
所述的介质阻挡放电臭氧发生器用于产生臭氧，介质阻挡放电臭氧发生器中的臭氧进入气泵的输入端，经气泵加压后输送到中心转动轴中通气管道的进气端口，臭氧自上而下输送入中心转动轴的底部后由喷嘴喷入至水处理室的水中。
所述的空气进气管、气体出口管道、废水进口管道和废水出口管道上均设有流量控制阀，流量控制阀外接阀门控制系统。
所述的叶片阵列主要由若干个叶片沿着中心转动轴的周向均匀间隔排布形成，各个叶片均沿着中心转动轴的径向设置。
所述中心转动轴的转速控制在1000-2000r/min内。
所述的喷嘴的个数为2-6个，每个喷嘴中均设有出气孔，出气孔的孔径大小为通气管道管径的30％-60％。
中心转动轴内设有通气管道，由气泵将前方介质阻挡放电臭氧发生器生成的臭氧加压通入通气管道，再由喷嘴喷入水处理室内部，处理完成后将剩余气体由顶部左侧气体出口管道排出；废水由左上方的废水进口管道进入水处理室中，废水与水处理室中的臭氧气体充分反应净化后由右侧下方的废水出口管道排出。
密封型圆柱型水处理室可以防止气体溢出造成污染，同时可以使气体中的臭氧充分反应完后再排出。
喷嘴出口处出气孔径大小为通气管道管径的一半，可以有效增大气体流速，在中心转动轴底部的喷嘴/出气孔个数设为2-6个，可以全方位喷出气体，使气体充分和废水接触反应。
气泵可以将介质阻挡放电臭氧发生器出口气体加压至2-5MPa，使气体快速流入中心转动轴中。
旋转电机在中心转动轴上方，带动着整个中心转动轴转动，转速在1000-2000r/min，搅拌废水，使得废水中的物质更均匀，并通过离心力使气体更快喷出，使气体与废水中物质充分反应。
水质监测器可以检测废水中的COD值(COD全称Chemical Oxygen Demand，译为化学需氧量，表示是以化学方法测量水样中有机物被强氧化剂氧化时所消耗之氧的相当量，用以表示水中有机物量的多少)，并将数据传输到中心控制面板中，方便监测废水水质，实现废水数据实时可视化。测压设备可以测量水处理室内气体压力，并将数据传输到中心控制面板中，便于分析处理。中心控制面板上可以显示水质监测器和水质监测器实时数据，通过程序设定开闭流量控制阀，将水处理室内气压控制在1.5-2bar，同时由水质监测器测得废水中COD值小于30mg/L时打开废水进口管道上的流量控制阀排出废水，实现监测与处理自动一体化。
转动中心轴的底部装有回转支持轴承，可以防止转动带来的磨损影响装置的正常使用。
介质阻挡放电臭氧发生器采用的高压交流电源输出，电源电压控制为10-200kV，交流频率控制为5-10kHz。气泵前方会形成负压，空气经空气进气管后可以直接流入装置中通过介质阻挡放电臭氧发生器生成臭氧。由气泵控制的介质阻挡放电臭氧发生器中的流量控制在5L/min。此时臭氧生成的各方面参数更为优良，处理效果更理想。
本发明的目的在于为了解决现有臭氧废水处理上产生的一系列问题，本发明理装置可以有效实现气水充分接触，对废水处理效率高，使用空气直接作为气源，处理过程充分实现自动化连续，可以做到精确处理，整个装置占地面积小，可以实现完全利用生成的臭氧，做到有效降低成本。
本发明的有益效果为：
1、由于气泵的存在，气泵前端会形成负压，空气流经放电单元可以直接反应生成臭氧，处理室内通过中心控制面板可以控制进出口流量阀的开闭可以形成正压环境，同时中心转动轴单元可以旋转喷流和搅拌废水，可以使臭氧在处理室内充分与废水接触与反应，同时由于水质监测器和测压设备的存在，通过中心控制面板分析数据再将剩余气体排出不会产生二次污染。
2、本发明的处理过程充分实现自动化连续，可以做到精确处理，并且结构较为简单，可以有效节省成本。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明水处理室单元结构示意图；
图3是本发明水处理室单元的俯视图。
图中：1-空气进气管；2-流量控制阀；3-介质阻挡放电臭氧发生器；4-电源；5-气泵；6-旋转电机；7-中心转动轴；10-废水进口管道；11-测压设备；12-水处理室；13-中心控制面板；14-水质监测器；15-喷嘴；16-出气孔；17-叶片；19-气体出口管道；20-废水出口管道。
具体实施方式
下面给出发明的具体实施方法，并结合附图对本发明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的部分实施例，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的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。
如图1所示，装置包括圆柱型的水处理室12、旋转机构、监控机构和臭氧发生机构；水处理室12内部储存有水，水处理室12上表面的中间和外周分别开设有圆形通孔和出气口，旋转机构的下端穿设过水处理室12的圆形通孔后设置在水处理室12的中部，旋转机构的顶部和底部分别设有进气端口和出气端口，臭氧发生机构的进气端口外界大气，臭氧发生机构的出气端口和旋转机构的进气端口连通；水处理室12侧壁的顶部和底部分别开设有进水口和出水口，进水口和出水口处分别设有废水进口管道10和废水出口管道20，水处理室12上表面的出气口处设有气体出口管道19，监控机构安装在水处理室12上。
臭氧发生机构包括空气进气管1、介质阻挡放电臭氧发生器3、电源4和气泵5；空气进气管1的进气端外界大气，介质阻挡放电臭氧发生器3的输入端和输出端分别与空气进气管1的出气端和气泵5的输入端连接，介质阻挡放电臭氧发生器3和高压电源4之间电连接；
旋转机构包括旋转电机6、中心转动轴7和叶片17；中心转动轴7竖直设置在水处理室12的中间，即中心转动轴7与水处理室12的底面垂直，中心转动轴7的下部穿设过水处理室12上表面的通孔后竖直伸入水处理室12内部的水中，旋转电机6位于水处理室12上方，旋转电机6的输出轴同轴安装在中心转动轴7的顶部，旋转电机6用于驱动中心转动轴7沿中心转动轴7自身周向旋转，即中心转动轴7的顶端设置有带动其绕自身周旋转动的旋转电机6，中心转动轴7外侧壁的下部设有一圈叶片阵列；
中心转动轴7的中部设有竖直的通气管道，通气管道的顶部和底部分别开设有进气端口和若干个喷嘴15，气泵5的输出端和通气管道的进气端口连通，喷嘴15用于将臭氧输送到水处理室12中，喷嘴15位于叶片17的下方。
监控机构包括测压设备11、中心控制面板13和水质监测器14；测压设备11安装在水处理室12的顶部，测压设备11中的探头伸入到水处理室12的上部且不与水接触，水质监测器14安装在水处理室12的底部，水质监测器14中的探头伸入到水处理室12内部的水中且不与旋转机构接触；测压设备11和水质监测器14均与中心控制面板13电连接。
介质阻挡放电臭氧发生器3用于产生臭氧，介质阻挡放电臭氧发生器3中的臭氧进入气泵5的输入端，经气泵5加压后输送到中心转动轴7中通气管道的进气端口，臭氧自上而下输送入中心转动轴7的底部后由喷嘴15喷入至水处理室12的水中。
空气进气管1、气体出口管道19、废水进口管道10和废水出口管道20上均设有流量控制阀2，流量控制阀2外接阀门控制系统。
具体实施中，空气进气管1和气体出口管道19采用气体流量控制阀，废水进口管道10和废水出口管道20采用液体流量控制阀。
叶片阵列主要由若干个叶片17沿着中心转动轴7的周向均匀间隔排布形成，各个叶片17均沿着中心转动轴7的径向设置，叶片阵列位于水中。
中心转动轴7的转速控制在1000-2000r/min内。
喷嘴15的个数为2-6个，每个喷嘴15中均设有出气孔16，出气孔16的孔径大小为通气管道管径的30％-60％。
中心转动轴7的内部安装有转子轴承，防止转动带来的磨损影响装置的正常使用。
气泵5用于将介质阻挡放电臭氧发生器3的出口气体加压至2-5MPa。旋转电机6在中心转动轴7上方，带动着整个中心转动轴7转动，可以使气体与废水充分接触，转速控制在1000-2000r/min内。
水质监测装置14可以检测废水中的COD值，并将数据传输到中心控制面板13中。测压设备11用于测量水处理室12内气体压力，并将数据传输到中心控制面板13中。中心控制面板13上可以显示水质监测器14和测压设备11的实时数据，通过程序设定开闭流量控制阀2，将水处理室12内气压控制在1.5-2bar，同时由水质监测器14测得废水中COD值小于30mg/L时打开废水出口管道20上的流量控制阀2排出废水。
气泵5入口处会形成负压，空气经进气管道可以直接流入装置中反应生成臭氧。
具体实施中，流量控制阀2控制进/出气口和进/出水口的开闭。废水由流量控制阀2控制从废水进口管道进入水处理室12，气泵5前方会形成负压，空气经空气进气管1可以直接流入装置中，由高压交流电源4提供能量反应生成臭氧，含臭氧的气体由气泵5加压后通入中心转动轴7内，旋转电动机6带动中心转动轴7转动，叶片17对废水进行搅拌，在离心力作用下中心转动轴7内气体由喷嘴15旋转加速喷出，让气体和废水充分接触并反应，同时密封水处理室12内会形成正压，同样有利于气体与废水反应。水质监测器14对水中COD值进行检测，测压设备11对室内气压进行监测，中心控制面板13对上传的数据进行分析，并控制整个装置流量控制阀2开闭和启动。处理完毕的废水由流量控制阀2控制从废水出口管道20排出，气体由上方气体出口管道19控制排放。
实施例1
本示例包含一个水处理室12，同时设置有等离子体放电单元，等离子体放电单元主要由介质阻挡放电臭氧发生器3和电源4连接组成；等离子体放电单元采用介质阻挡放电，采用的高压电源4电源电压调为130-175kV，交流频率设置为5kHz。等离子体放电单元由于气泵5工作会直接吸入空气，臭氧产率可以稳定到60-80g/kWh，气泵5出口通过管道与水处理室12中间的中心转动轴7的通气管道连通。中心转动轴7通过旋转电动机6带动，转速控制为1000r/min，中部叶片17对废水进行搅拌，下方喷嘴15的个数设置为2个。
本实施例吸入气体后，由中心转动轴7下方喷嘴15喷出气体。水处理室12为底圆半径为1m高1m的密封型空心圆柱体，壁厚3cm，废水充注80％，废水中COD值为500mg/L。水处理室12内通过中心控制面板13可以控制废水进口管道10和废水出口管道20上流量控制阀2的开闭以形成正压环境。
气压由测压设备11测量，本实施例中水处理室12内气压控制在1.8bar附近，臭氧在处理室内充分与废水接触与反应后，由水质监测器14测得废水中COD值小于30mg/L时由中心控制面板13处理数据后打开废水出口管道20上的流量控制阀2排出废水，并等臭氧充分反应完时打开气体出口管道19上的流量控制阀2排出气体。
实施例2
更进一步的，可以对实施例1中心转动轴单元7上的叶片17进行改进，如图2和图3所示，叶片17换成图中类型，转速提高至2000r/min；下方喷嘴15增加到4个，并将通气管道管径增大2cm；中心转动轴7下方使用轴承支撑，提升中心转动轴7的切应力强度。有效提升气水接触效率，实现更短时间废水处理。
本发明未尽事宜为公知技术。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种一体化旋流式可控废水处理装置，其特征在于：
包括水处理室(12)、旋转机构、监控机构和臭氧发生机构；水处理室(12)内部储存有水，水处理室(12)上表面的中间和外周分别开设有通孔和出气口，旋转机构的下端穿设过水处理室(12)的通孔后设置在水处理室(12)的中部，旋转机构的顶部和底部分别设有进气端口和出气端口，臭氧发生机构的进气端口外界大气，臭氧发生机构的出气端口和旋转机构的进气端口连通；水处理室(12)侧壁的顶部和底部分别开设有进水口和出水口，进水口和出水口处分别设有废水进口管道(10)和废水出口管道(20)，水处理室(12)上表面的出气口处设有气体出口管道(19)，监控机构安装在水处理室(12)上。
2.根据权利要求1所述的一种一体化旋流式可控废水处理装置，其特征在于：所述的臭氧发生机构包括空气进气管(1)、介质阻挡放电臭氧发生器(3)、电源(4)和气泵(5)；空气进气管(1)的进气端外界大气，介质阻挡放电臭氧发生器(3)的输入端和输出端分别与空气进气管(1)的出气端和气泵(5)的输入端连接，介质阻挡放电臭氧发生器(3)和电源(4)之间电连接；
所述的旋转机构包括旋转电机(6)、中心转动轴(7)和叶片(17)；中心转动轴(7)竖直设置在水处理室(12)的中间，中心转动轴(7)的下部穿设过水处理室(12)上表面的通孔后竖直伸入水处理室(12)内部的水中，旋转电机(6)位于水处理室(12)上方，旋转电机(6)的输出轴同轴安装在中心转动轴(7)的顶部，旋转电机(6)用于驱动中心转动轴(7)沿自身周向旋转，中心转动轴(7)外侧壁的下部设有一圈叶片阵列；
中心转动轴(7)的中部设有竖直的通气管道，通气管道的顶部和底部分别开设有进气端口和若干个喷嘴(15)，气泵(5)的输出端和通气管道的进气端口连通，喷嘴(15)用于将臭氧输送到水处理室(12)中。
3.根据权利要求2所述的一种一体化旋流式可控废水处理装置，其特征在于：所述的监控机构包括测压设备(11)、中心控制面板(13)和水质监测器(14)；测压设备(11)安装在水处理室(12)的顶部，测压设备(11)中的探头伸入到水处理室(12)的上部且不与水接触，水质监测器(14)安装在水处理室(12)的底部，水质监测器(14)中的探头伸入到水处理室(12)内部的水中；测压设备(11)和水质监测器(14)均与中心控制面板(13)电连接。
4.根据权利要求2所述的一种一体化旋流式可控废水处理装置，其特征在于：所述的介质阻挡放电臭氧发生器(3)用于产生臭氧，介质阻挡放电臭氧发生器(3)中的臭氧进入气泵(5)的输入端，经气泵(5)加压后输送到中心转动轴(7)中通气管道的进气端口，臭氧自上而下输送入中心转动轴(7)的底部后由喷嘴(15)喷入至水处理室(12)的水中。
5.根据权利要求2所述的一种一体化旋流式可控废水处理装置，其特征在于：所述的空气进气管(1)、气体出口管道(19)、废水进口管道(10)和废水出口管道(20)上均设有流量控制阀(2)，流量控制阀(2)外接阀门控制系统。
6.根据权利要求2所述的一种一体化旋流式可控废水处理装置，其特征在于：所述的叶片阵列主要由若干个叶片(17)沿着中心转动轴(7)的周向均匀间隔排布形成，各个叶片(17)均沿着中心转动轴(7)的径向设置。
7.根据权利要求2所述的一种一体化旋流式可控废水处理装置，其特征在于：所述中心转动轴(7)的转速控制在1000-2000r/min内。
8.根据权利要求2所述的一种一体化旋流式可控废水处理装置，其特征在于：所述的喷嘴(15)的个数为2-6个，每个喷嘴(15)中均设有出气孔(16)，出气孔(16)的孔径大小为通气管道管径的30％-60％。
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