專利名稱：一種一體化水處理設備及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水處理設備領域，特別涉及一種一體化水處理設備，還涉及利用該設備進行水處理的方法。
背景技術：
隨著現代工業(yè)的不斷發(fā)展，水污染對環(huán)境的影響越來越嚴重，直接威脅著人類的健康和生態(tài)安全。傳統的污水處理方法常采用物化法、化學法、生化法等，但由于受水質影響，常規(guī)處理技術往往很難達到滿意的效果，并且能耗高、體積大，降解不完全，甚至會造成二次污染。因此，體積小、效率高、操作簡便的一體化處理設備和技術一直是國內外水處理工作中的一個難點和研究熱點。對污水進行過濾處理操作簡便，無污染，往往被用作污水的預處理工藝。然而，水 體中雜質含量和種類等影響，單一方法的過濾往往效果較差，且濾網易堵塞，清污繁瑣，不能進行連續(xù)流處理。高級氧化技術(AOPs)是以促進產生高活性的羥基自由基(·0Η)為目的的氧化技術。羥基自由基是一種很強的氧化劑，能與有機分子結合生成二氧化碳和水及其他無機物，且具有消毒殺菌能力，從而最終實現污染物的無害化處置。高級氧化技術作為一種有效的廢水處理手段，近年來引起了越來越多的關注。其中，尤以光電催化法和超聲催化法等因其良好的可操控性以及與環(huán)境有著較好的兼容性而受到人們的青睞。光電催化技術是近年來提出的一種能有效促進光生電子和空穴分離并利用光電協同作用的增強型光催化氧化技術。以光催化劑作為光陽極，對其施加一定的偏電壓，光生電子就會遷移至外電路，從而抑制光生電子和空穴的復合?？昭ㄔ诖呋瘎┍砻胬鄯e，并發(fā)生進一步反應以去除污染物。在反應體系中加入電壓可顯著減少電子空穴對的復合，利用這一特點可解決半導體光催化中電子空穴對嚴重的復合問題。光電催化技術雖然效率較高，但仍受光輻射效率、水體傳質等限制。超聲技術設備簡單、條件溫和、易于自動控制，并且不會帶來二次污染等優(yōu)點，被譽為“環(huán)境友好”的水處理技術。然而，單一的超聲處理很難有效降解有機污染物。因此，尋求建立一種可以在常溫常壓下進行，并且有高效性和廣譜性的耦合處理技術，使各處理技術之間協同互補，提高處理效果，設計出一體化的反應裝置簡化工藝并縮小體積是有效解決高效水處理難題及推動該技術能夠實際應用的關鍵。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供了一種效率高、體積小、成本低的水處理設備以及利用該設備進行水處理的方法。技術方案本發(fā)明提供的一體化水處理設備，包括水泵(I)、反應裝置(2)、過濾裝置(3)、紫外發(fā)生裝置(4)和電源(5);所述過濾裝置(3)頂部為環(huán)形的上隔水擋板(33)，底部為圓形的下隔水擋板(34)，側壁包括一級過濾網(31)和二級過濾網(32)，二級過濾網(32 )設置于一級過濾網(31)內；所述過濾裝置(3 )設于反應裝置(2 )內，并將反應裝置(2 )分割為反應層(21)和集水層(22 )，反應層(21)側壁設有切向進水口( 23 )、底部設有排污閥(24),集水層(22)側壁設有出水口(25);所述水泵(I)與反應層(21)的進水口(23)連接；所述紫外發(fā)生裝置(4)設于過濾裝置(3)內，包括石英套管(41)和紫外燈管(42)，所述紫外燈管(42)設于石英套管(41)內；所述一級過濾網(31)、二級過濾網(32)和紫外發(fā)生裝置
(4)分別與電源(5)連接。裝置通過設置切向進水口，使進水切向進入反應裝置并在反應層中形成渦旋狀，利用產生的離心力使密度較大的雜質沿反應裝置內壁滑落至底部，通過排污閥去除；初步凈化的水經過一級過濾網粗孔過濾和二級過濾網微孔過濾，在集水層中經光、電等協同作用耦合催化，即可處理得到凈化水；其中，過濾裝置同時兼具過濾和電化學功能；電源可同時滿足紫外燈管、電化學裝置等裝置的工作要求，并具備輸出可調，信號反饋、遠程可控等功能。作為本發(fā)明一體化水處理設備的一種改進，還包括超聲裝置(6)，所述超聲裝置 (6)設于反應裝置(2)內并與電源(5)連接。作為本發(fā)明一體化水處理設備的進一步改進，所述超聲裝置(6)為震桿式超聲發(fā)生器，頻率為20-60KHZ，功率密度為O. 3ff/cm2以上。作為本發(fā)明一體化水處理設備的另一種改進，還包括反沖洗裝置(7)，所述反沖洗裝置(7)包括電機(71)、軸桿(72)以及依次連通的反沖洗排污管(73)、旋轉部件(74)、連接套管(75)、反沖洗總排水管(76)和反沖洗排污閥(77);所述反沖洗排污管(73)緊貼一級過濾網(31)和二級過濾網(32)外壁設置，所述反沖洗排污管(73)與過濾裝置(3)接觸部位設有開孔；所述電機(71)通過軸桿(72)與旋轉部件(74)相連；所述電機(71)與電源(5)連接。反沖洗排污管上開孔可將濾網外壁附著的雜質在壓差作用下隨濾網內壁流出的反沖洗水去除，從而實現連續(xù)流處理，保證出水水質。作為本發(fā)明一體化水處理設備的另一種改進，還包括第一壓力傳感器(8)、第二壓力傳感器(9)和自控單元(10);所述第一壓力傳感器(8)設于反應裝置(2)進水口(23)內，所述第二壓力傳感器(9)設于反應裝置(2)出水口(25)內；所述自控單元(10)分別與電源
(5)、第一壓力傳感器(8)、第二壓力傳感器(9)以及反沖洗排污閥(77)連接；所述第一壓力傳感器(8)和第二壓力傳感器(9)輸出檢測信號至自控單元(10)，所述自控單元(10)輸出控制信號至電源(5)和反沖洗排污閥(78)。自控單元(10)可根據需要設置參數，在第一壓力傳感器(8)和第二壓力傳感器(9)之間壓差達到設定值或者設備運行設定時間后自動啟動反沖洗程序。自控單元可進行軟件編程，信號采集，信號分析，模擬計算，自動調控，錯誤報警，數據記錄等功能，從而實現參數設定、調節(jié)、故障反饋、報警與記錄等功能的智能化操作，提高了該設備的實用性。作為本發(fā)明一體化水處理設備的進一步改進，所述反沖洗排污閥(77)為氣動閥或電動閥；從而可受自控單元控制開閉，使用更方便。作為本發(fā)明一體化水處理設備的另一種改進，所述第一過濾網(31)為圓筒形不銹鋼或鈦過濾網，為光滑型或曲折型，過濾精度O. l-2mm ;所述二級過濾網(32)為圓筒形鈦基過濾網，表面設有改性或未改性的二氧化鈦薄膜或二氧化鈦納米管，為光滑型或曲折型，過濾精度10-100μπι。其中，第一過濾網(32)作為陰極，所述二級過濾網(32)作為陽極；從而使過濾裝置不僅起到過濾作用，更能夠充當電化學反應裝置，優(yōu)化了反應裝置結構，提高了處理效率，降低了處理成本，提高了出水水質。
作為本發(fā)明一體化水處理設備的另一種改進，所述紫外燈管(42)為低壓或中壓汞燈，功率為8W至6KW。作為本發(fā)明一體化水處理設備的另一種改進，所述上隔水擋板(33)和下隔水擋板
(34)為絕緣防腐材料板。作為本發(fā)明一體化水處理設備的另一種改進，所述反應裝置(2)上部為圓筒形，下部為圓錐形；從而使密度較大的雜質更易沉淀、去除，提高處理效率。本發(fā)明還提供了一種利用上述一體化水處理設備處理水的方法，包括以下步驟(I)利用水泵對水體進行增壓、增速，使水體高速、切向進入反應裝置；(2)水體在反應裝置內作旋流運動,利用產生的離心力使密度較大的雜質沿反應裝置內壁滑落至底部，通過排污閥去除；初步凈化的水體再依次經一級過濾網粗孔過濾和 二級過濾網微孔過濾，得初級凈化水；(3)在聲、光、電耦合催化作用下，處理初級凈化水，即得凈化水。有益效果本發(fā)明提供的一體化水處理設備結構簡單緊湊、占地面積小、使用方便、成本低廉、運行管理方便，利用水力旋流分離、兩級過濾網過濾、聲光電耦合催化降解作用有效處理水中的污染物，實現較好的凈化水質的效果，處理效果好、處理效率高。本發(fā)明與現有技術相比，具有如下有益效果一、利用切向進水口使水力旋流分離，并通過兩級過濾網過濾、聲光電耦合催化等技術之間存在的互補、協同作用，顯著提高處理效果，實現單一工藝或一般工藝難以達到的降解效果；復合協同工藝的應用能夠提高處理效率，降低處理成本，對污水凈化徹底，避免產生二次污染，環(huán)?？煽?，具有廣闊的市場前景。二、利用特殊的反應裝置結構設計以及多功能濾網，可在同一反應區(qū)間實現水力旋流分離、兩級濾網過濾，聲、光、電耦合催化降解等多種反應及他們之間的協同效應，使反應器結構緊湊，提高處理效果的同時顯著縮小反應器體積，使反應裝置攜帶、使用更方便。在水力旋流初步凈化后，逐步通過粗孔過濾和微孔過濾不但可以較徹底地去除水中的固體雜質，而且極大地提高了濾網的過濾效率，減小了濾網堵塞的概率。此外，濾網在起過濾作用的同時，作為電極實現了聲、光、電耦合催化降解作用，減小了設備體積，降低了處理成本。三、利用超聲技術不但實現多種協同降解反應，同時可加強水體傳質，清洗濾網、石英管壁和反應器壁，避免污垢沉積，使之能夠長期有效運行，管理方便。四、利用反沖洗裝置和自控單元，可同步實現過濾和反沖洗處理，提高了處理效率并使設備具備連續(xù)流處理功能。五、通過自控單元與各部件相連接以及傳感器數據反饋，可實現處理過程的全自動、智能化控制。本發(fā)明提供的水處理方法工藝簡單、處理效率高，能夠有效、經濟、環(huán)保、一體化的通過水力旋流分離、兩級過濾網過濾、聲光電耦合催化進行水處理。該“一體化”即在同一反應區(qū)間實現各工藝的協同耦合作用，使其互補互促，克服各自單一作用時的缺點，顯著提高處理效果并降低能耗，優(yōu)化反應器結構，縮小占地面積。該方法與現有技術相比，具有如下有益效果(I)利用水體在反應裝置內的物理運動，通過水力旋流產生的離心力使密度較大的雜質沿反應裝置內壁滑落至底部，將其去除；初步凈化的水體再依次經一級粗孔過濾和二級微孔過濾雙重過濾后得到進一步凈化，處理效率高，處理效果好。(2)通過巧妙的工藝構思，在一體化的水處理反應器中同步利用物理過濾結合聲、光、電耦合強化催化，實現多種工藝的協同作用，互補互促。此外，通過智能化的反沖洗設計，大大提高處理效率，實現了連續(xù)流處理，避免了濾網堵塞、定期清污等問題，降低處理成本，拓展了廣譜性，具備實際可行性和適用性。


圖I是實施例I的一體化水處理設備的結構示意圖。圖2為實施例I的一體化水處理設備的過濾裝置結構示意圖。圖3是實施例2的一體化水處理設備的結構示意圖。
圖4是實施例2的一體化水處理設備的俯視示意圖。圖5是實施例3的一體化水處理設備的結構示意圖。圖6是實施例3的一體化水處理設備的反沖洗裝置俯視示意圖。
具體實施例方式根據下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結果僅用于說明本發(fā)明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。實施例I一體化水處理設備，見圖I至2，包括水泵I、反應裝置2、過濾裝置3、紫外發(fā)生裝置4和電源5。過濾裝置3頂部為環(huán)形的上隔水擋板33，底部為圓形的下隔水擋板34，側壁包括一級過濾網31和二級過濾網32，二級過濾網32設置于一級過濾網31內；過濾裝置3設于反應裝置2內，并將反應裝置2分割為反應層21和集水層22，反應層21側壁設有切向進水口 23、底部設有排污閥24，集水層22側壁設有出水口 25 ;水泵I與反應層21的進水口23連接；紫外發(fā)生裝置4設于過濾裝置3內，包括石英套管41和紫外燈管42，紫外燈管42設于石英套管41內；一級過濾網31、二級過濾網32和紫外發(fā)生裝置4分別與電源5連接。其中，上隔水擋板33和下隔水擋板34為絕緣防腐材料板。本發(fā)明中，反應裝置2上部為圓筒形，下部為圓錐形，可選地，反應裝置2也可以為其他任意形狀；然而，本發(fā)明中的圓筒形反應裝置能夠使進水呈渦旋型，從而易使較大密度的雜質離心分離、沉淀。本發(fā)明中，一級過濾網31為曲折型不銹鋼絲網，在有限空間內增大了過濾面積，過濾精度200 μ m ;可選地，一級過濾網31可以為光滑型或曲折型的不銹鋼或鈦過濾網，形狀優(yōu)選圓筒形，過濾精度可根據需要合理選擇，優(yōu)選O. 1-2_。二級過濾網32為曲折性鈦基二氧化鈦薄膜過濾網，在有限空間內增大了過濾面積，過濾精度50 μ m ;可選地，其表面也可以設有改性或未改性的二氧化鈦薄膜或二氧化鈦納米管，過濾精度可根據需要合理選擇，10-100 μ m。紫外燈管42采用20w的低壓汞燈，可選地，紫外燈管42功率也可以根據裝置大小及廢水處理量合理選擇，優(yōu)選地，為8W至6KW。
待處理水體由水泵I增壓、增速后由反應裝置2的進水口 23高速、切向進入反應裝置2 ;由反應裝置2的出水口 25流出，在反應裝置2的腔體內形成處理區(qū)間；石英套管41內含紫外燈管42，懸臂式設置于反應裝置2內。實施例2—體化水處理設備，見圖3至圖4，與實施例I基本相同，不同之處在于還包括超聲裝置6，紫外燈管42采用6支環(huán)形布置的20W的低壓汞燈，超聲裝置6設置于反應裝置2內。其中，超聲裝置6為震桿式超聲發(fā)生器，可選地，頻率為20-60KHZ，功率密度為O. 3W/cm2以上。實施例3一體化水處理設備，見圖5至圖6，包括水泵I、反應裝置2、過濾裝置3、紫外發(fā)生裝置4、電源5、超聲裝置6、反沖洗裝置7、一號壓力傳感器8、二號壓力傳感器9和自控單元10。 過濾裝置3頂部為環(huán)形的上隔水擋板33，底部為圓形的下隔水擋板34，側壁包括一級過濾網31和二級過濾網32，二級過濾網32設置于一級過濾網31內；過濾裝置3設于反應裝置2內，并將反應裝置2分割為反應層21和集水層22，反應層21側壁設有切向進水口 23、底部設有排污閥24，集水層22側壁設有出水口 25 ;水泵I與反應層21的進水口 23連接；紫外發(fā)生裝置4設于過濾裝置3內，包括石英套管41和紫外燈管42，紫外燈管42設于石英套管41內；一級過濾網31、二級過濾網32和紫外發(fā)生裝置4分別與電源5連接。反沖洗裝置7包括電機71、軸桿72以及依次連通的反沖洗排污管73、旋轉部件74、連接套管75、反沖洗總排水管76和反沖洗排污閥77 ;反沖洗排污管73緊貼一級過濾網31和二級過濾網32外壁設置，反沖洗排污管73與過濾裝置3接觸部位設有開孔；電機71通過軸桿72與旋轉部件74相連；電機71與電源5連接。其中，反沖洗排污閥77優(yōu)選為氣動閥或電動閥。 第一壓力傳感器8設于反應裝置2進水口 23內，第二壓力傳感器9設于反應裝置2出水口 25內；自控單元10分別與電源5、第一壓力傳感器8、第二壓力傳感器9以及反沖洗排污閥77連接；第一壓力傳感器8和第二壓力傳感器9輸出檢測信號至自控單元10，自控單元10輸出控制信號至電源5和反沖洗排污閥77。當一號壓力傳感器8和二號壓力傳感器9之間壓力差達到O. 04MPa時啟動反沖洗程序。反沖洗時，反沖洗排污管緊貼一級過濾網31和二級過濾網32外壁作旋轉運動。當反沖洗程序啟動，打開反沖洗排污閥77時，反沖洗排污管與外界大氣相通，此時濾網內腔的凈化水壓力大于反沖洗排污管內壓力，形成壓力差。如圖5所示，反沖洗排污管與過濾網接觸部分水流自濾網內腔向外流入反沖洗排污管，對過濾網形成反沖洗；與此同時，沒有反沖洗排污管接觸的過濾網部分仍進行過濾處理。在電機71帶動下，反沖洗排污管沿過濾網外壁作圓周旋轉運動，逐步對整個過濾網外表面進行反沖洗排污。通過壓力傳感器和電源與自控單元10信號輸入輸出連接，可實現工藝設計，參數設定、調節(jié)，故障反饋，報警與記錄等功能，在實際運行中進行智能化的操作，從而使之具備更強的實用性?？刂乒芾硎撬幚磉\行過程中的重要環(huán)節(jié)，通過設置監(jiān)測裝置和自控單元可實現處理的智能化運行，適用于各種環(huán)境。實施例4
利用實施例I至3所述的一體化水處理設備進行水處理，包括以下步驟(I)利用水泵對水體進行增壓、增速，使其高速、切向進入反應裝置；(2)水體在反應裝置內作旋流運動,利用產生的離心力使密度較大的雜質沿反應裝置內壁滑落至底部，通過排污閥去除；初步凈化的水體再依次經一級過濾網粗孔過濾和二級過濾網微孔過濾，得初級凈化水；( 3 )在聲、光、電耦合催化作用下，處理初級凈化水，即得凈化水；同時，可在壓力傳感器反饋和自控單元控制作用下，同步實現過濾和反沖洗處理。對污水廠水體進行滅菌處理，初始細菌總數為8X104CFU/mL。處理參數及效果見表I。表I 一體化水處理設備進行水體消毒處理方法及效果
權利要求
1.一種一體化水處理設備，其特征在于包括水泵(I)、反應裝置(2)、過濾裝置(3)、紫外發(fā)生裝置(4)和電源(5);所述過濾裝置(3)頂部為環(huán)形的上隔水擋板(33)，底部為圓形的下隔水擋板(34)，側壁包括一級過濾網(31)和二級過濾網(32)，二級過濾網(32)設置于一級過濾網(31)內；所述過濾裝置(3)設于反應裝置(2)內，并將反應裝置(2)分割為反應層(21)和集水層(22 )，反應層(21)側壁設有切向進水口( 23 )、底部設有排污閥(24 )，集水層(22)側壁設有出水口( 25);所述水泵(I)與反應層(21)的進水口( 23)連接；所述紫外發(fā)生裝置(4)設于過濾裝置(3)內，包括石英套管(41)和紫外燈管(42)，所述紫外燈管(42)設于石英套管(41)內；所述一級過濾網(31)、二級過濾網(32)和紫外發(fā)生裝置(4)分別與電源(5)連接。
2.根據權利要求I所述的一體化水處理設備，其特征在于還包括超聲裝置(6)，所述超聲裝置(6 )設于反應裝置(2 )內并與電源(5 )連接。
3.根據權利要求2所述的一體化水處理設備，其特征在于所述超聲裝置(6)為震桿式超聲發(fā)生器，頻率為20-60KHZ，功率密度為O. 3ff/cm2以上。
4.根據權利要求I所述的一體化水處理設備，其特征在于還包括反沖洗裝置(7)，所述反沖洗裝置(7)包括電機(71)、軸桿(72)以及依次連通的反沖洗排污管(73)、旋轉部件(74)、連接套管(75)、反沖洗總排水管(76)和反沖洗排污閥(77);所述反沖洗排污管(73)緊貼一級過濾網(31)和二級過濾網(32)外壁設置，所述反沖洗排污管(73)與過濾裝置(3)接觸部位設有開孔；所述電機(71)通過軸桿(72)與旋轉部件(74)相連；所述電機(71)與電源(5)連接。
5.根據權利要求4所述的一體化水處理設備，其特征在于還包括第一壓力傳感器(8)、第二壓力傳感器(9)和自控單元(10);所述第一壓力傳感器(8)設于反應裝置(2)進水口(23)內，所述第二壓力傳感器(9)設于反應裝置(2)出水口(25)內；所述自控單元(10)分別與電源(5)、第一壓力傳感器(8)、第二壓力傳感器(9)以及反沖洗排污閥(77)連接；所述第一壓力傳感器(8)和第二壓力傳感器(9)輸出檢測信號至自控單元(10)，所述自控單元(10)輸出控制信號至電源(5)和反沖洗排污閥(78)。
6.根據權利要求5所述的一體化水處理設備，其特征在于所述反沖洗排污閥(77)為氣動閥或電動閥。
7.根據權利要求I所述的一體化水處理設備，其特征在于所述第一過濾網(31)為圓筒形不銹鋼或鈦過濾網，為光滑型或曲折型，過濾精度O. l-2mm ;所述二級過濾網(32)為圓筒形鈦基過濾網，表面設有改性或未改性的二氧化鈦薄膜或二氧化鈦納米管，為光滑型或曲折型，過濾精度10-100 μ m ;所述紫外燈管(42)為低壓或中壓汞燈，功率為8W至6KW。
8.根據權利要求I所述的一體化水處理設備，其特征在于所述上隔水擋板(33)和下隔水擋板(34)為絕緣防腐材料板。
9.根據權利要求I所述的一體化水處理設備，其特征在于所述反應裝置(2)上部為圓筒形，下部為圓錐形。
10.一種利用權利要求I至9任一項所述的一體化水處理設備處理水的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)利用水泵對水體進行增壓、增速，使水體高速、切向進入反應裝置； (2)水體在反應裝置內作旋流運動，利用產生的離心力使密度較大的雜質沿反應裝置內壁滑落至底部，通過排污閥去除；初步凈化的水體再依次經一級過濾網粗孔過濾和二級過濾網微孔過濾，得初級凈化水； (3)在聲、光、電耦合催化作用下，處理初級凈化水，即得凈化水。
全文摘要
本發(fā)明提供的一體化水處理設備，包括水泵、反應裝置、過濾裝置、紫外發(fā)生裝置和電源；所述過濾裝置頂部為環(huán)形的上隔水擋板，底部為圓形的下隔水擋板，側壁包括一級過濾網和二級過濾網，二級過濾網設置于一級過濾網內；所述過濾裝置設于反應裝置內，并將反應裝置分割為反應層和集水層，反應層側壁設有切向進水口、底部設有排污閥，集水層側壁設有出水口；所述水泵與反應層的進水口連接；所述紫外發(fā)生裝置設于過濾裝置內，包括石英套管和紫外燈管，所述紫外燈管設于石英套管內；所述一級過濾網、二級過濾網和紫外發(fā)生裝置分別與電源連接。該設備結構簡單緊湊、占地面積小、使用方便、成本低廉、運行管理方便，處理效果好、處理效率高。
文檔編號C02F9/08GK102897959SQ20121044154
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權日2012年11月7日
發(fā)明者吳東海, 陸光華, 閆振華, 劉建超 申請人:河海大學