申请日2016.06.24
公开(公告)日2016.10.26
IPC分类号C02F1/48
摘要
本发明公开了一种基于滴水起电的废水处理装置，包括开尔文滴水起电模块和高压电场水处理模块，还可形成带水循环的废水处理装置及级联结构的废水处理装置。本发明不仅通过高压电场水处理模块的高压电场对水分子排列的影响和产生活性氧基团等方式对废水实现有效的抗垢杀菌处理，而且高压电场水处理模块的静电场来源是开尔文滴水起电模块通过滴水起电产生电荷积累，不需要额外的高压源，几乎不需要额外的能量输入，是一种无污染且低能耗的废水处理新方式。
摘要附图
权利要求书
1.一种基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，包括
开尔文滴水起电模块，所述开尔文滴水起电模块利用静电感应原理使水滴带电，形成电压差;
高压电场水处理模块，所述高压电场水处理模块通过开尔文滴水起电模块形成的高压电场影响水分子排列及产生活性氧基团对废水进行抗垢杀菌处理;
所述高压电场水处理模块与开尔文滴水起电模块电连接。
2.根据权利要求1所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，所述开尔文滴水起电模块包括储水装置、滴水装置、静电感应环和盛水装置;所述储水装置设于顶部，通过三叉水管和滴水装置相连，所述三叉水管上设有控制开关;所述滴水装置的每个出水口下方分别设有固定的静电感应环，所述盛水装置位于静电感应环下方，每个盛水装置相互且与周围其他物体电气隔离;每个盛水装置底部固定一圈具有导电性能的金属薄片，并通过导线与静电感应环交叉相连。
3.根据权利要求2所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，所述滴水装置的出水口内部设有多孔片。
4.根据权利要求2所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，所述滴水装置出水口的高度满足距离静电感应环下底面的距离为z2，所述z2满足静电感应环在该点的场强为 ;;式中静电感应环面电荷密度为为σ，半径为a，高为h，场点在z轴上，将静电感应环由多个圆环单元组成，圆环单元厚为dz，带电量为2πσadz。
5.根据权利要求1所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，所述高压电场水处理模块由绝缘容器和两个金属电极构成，所述绝缘容器的前后侧内壁上紧贴经过密封防水处理处理的金属电极，所述两个金属电极各自有一部分伸出绝缘容器作为导电接口，两个金属电极的导电接口与两个静电感应环通过导线分别连接。
6.根据权利要求1所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，还包括水泵循环模块;所述水泵循环模块将盛水装置与储水装置连接。
7.根据权利要求6所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，所述水泵循环模块包括第一单片机和第一水泵，所述第一水泵的入水管连接盛水装置，出水管连接储水装置。
8.根据权利要求1所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，还包括自动控制排水模块，所述自动控制排水模块将多个废水处理装置连接，形成级联结构。
9.根据权利要求8所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，所述自动控制排水模块包括第二单片机和第二水泵，所述第二水泵的入水管插入本级盛水装置，出水管插入下一级储水装置。
10.根据权利要求7或9所述的基于滴水起电的废水处理装置，其特征在于，所述盛水装置内设有感受水位信号的传感器，所述传感器与水泵循环模块的第一单片机连接或与自动控制排水模块的第二单片机连接。
说明书
基于滴水起电的废水处理装置
技术领域
本发明属于废水处理的技术领域，更具体地，涉及一种使用开尔文滴水起电装置产生高压静电场实现低能耗废水抗垢杀菌处理的系统及方法。
背景技术
来自工业、医用、垃圾、城市生活的各种废水污水中广泛存在着大量的细菌与病毒，具有空间污染、急性传染和潜伏性传染等特征，如果不加以合理处理直接排放会造成严重污染甚至引发传染病。在现代的污水处理环节中，消毒与杀菌已成为重要一环，国家污水处理标准中早已将微生物列入基本控制指标。
目前，广泛使用的废水消毒工艺仍然是以向污水废水中投放化学试剂为主，如氯消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒等，存在成本过高，容易导致二次污染等问题。而静电水处理技术是近几年发展起来的新技术，区别于投放化学物质、添加水体溶质等水处理方式，该技术通过高压静电场使水分子极化产生有较强的杀菌消毒能力的活性氧基团，实现水消毒处理，避免了化学反应副产物的产生，减少二次污染。但现有的高压电场水处理工艺主要是通过高压直流电源产生高压电场，需要消耗大量电能，造成能源浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种基于滴水起电的废水处理装置，在现存的高压电场水处理工艺基础上，直接利用开尔文滴水起电效应将多级水处理系统水体流动本身的重力势能转化为电能产生高压静电场，搭建起了可代替现存污水处理工艺的水处理装置。既避免了化学废水处理工艺的二次污染问题，也相对于现有的高压静电水处理工艺大大降低了能耗。
针对上述目的，本发明提供一种基于滴水起电的废水处理装置，包括开尔文滴水起电模块，所述开尔文滴水起电模块利用静电感应原理使水滴带电，形成电压差;高压电场水处理模块，所述高压电场水处理模块通过开尔文滴水起电模块形成的高压电场影响水分子排列及产生活性氧基团对废水进行抗垢杀菌处理;所述高压电场水处理模块与开尔文滴水起电模块电连接。
所述开尔文滴水起电模块包括储水装置、滴水装置、静电感应环和盛水装置;所述储水装置设于顶部，通过三叉水管和滴水装置相连，所述三叉水管上设有控制开关;所述滴水装置的每个出水口下方分别设有固定的静电感应环，所述盛水装置位于静电感应环下方，每个盛水装置相互且与周围其他物体电气隔离;每个盛水装置底部固定一圈具有导电性能的金属薄片，并通过导线与静电感应环交叉相连。上方储水装置通过有两个分流管道的滴水装置来滴水，每个出水口流出水滴，各自通过一个感应环流到相应的盛水装置里。左侧的盛水装置通过电线与右侧的感应环相连接导通，同样右侧的盛水装置通过电线与左侧的感应环相连接导通。假设某个瞬间左边盛水装置获得正电荷，则与之相连的右边感应环也有一定的正电荷。由于静电感应作用，右边感应环上的正电荷，会吸引负电荷到右边的水流中。右边的水滴会携带负电荷滴落，最终滴到右边的盛水装置内，使右边的盛水装置所带负电荷增加积累，从而又使与之相连的左边感应环也带负电荷，它将会吸引正电荷到左边的水流中。当水滴落到桶内，他们各自携带的正负电荷就会转移到盛水装置上并积累。
所述滴水装置的出水口内部设有多孔片。使出水口的水流分支成不连续成柱的多条细流。在保证水流不黏连成柱的前提下，孔数越多电荷积累的速度越快，水处理效果越好。
所述滴水装置出水口的到静电感应环之间的距离即出水口高度也是本发明水处理效果的重要影响因素。在保证水不成柱状的情况下水速率越大，电荷积累速率越高。为了在保证水流不成柱状的前提条件下提高水流速度，经过实验证明出水口高度存在一个最优值，能使电荷积累速率达到最大值从而实现最优的水处理效果。最优值的计算过程如下：由此， 当圆筒面电荷密度为σ，半径为a，高为h，场点在z轴上，距静电上顶面为z1，距下底面为z2，将其看成是由许多圆环单元组成， 圆环单元厚为dz，带电量为2πσadz， 圆筒在该点场强为;;令E对求一次导数为0，求出，即把出水口放在此位置使水滴离开出水口所受的场强最大。
所述高压电场水处理模块由绝缘容器和两个金属电极构成，所述绝缘容器的前后侧内壁上紧贴经过密封防水处理处理的金属电极，相当于一个相对的平行板电容器，所述两个金属电极各自有一部分伸出绝缘容器作为导电接口，两个金属电极的导电接口与两个静电感应环通过导线分别连接。在其两侧施加电压时，极板间距越小，其电场强度越大，此时水处理效果越好。
所述基于滴水起电的废水处理装置还包括水泵循环模块;所述水泵循环模块将盛水装置与储水装置连接。
所述水泵循环模块包括第一单片机和第一水泵，所述第一水泵的入水管连接盛水装置，出水管连接储水装置，第一水泵的开关受第一单片机的控制。
所述基于滴水起电的废水处理装置还包括自动控制排水模块，所述自动控制排水模块将多个废水处理装置连接，形成级联结构。
所述自动控制排水模块包括第二单片机和第二水泵，所述第二水泵的入水管插入本级盛水装置，出水管插入下一级储水装置，第二水泵的开关受第二单片机的控制。
所述盛水装置内设有感受水位信号的传感器，所述传感器与水泵循环模块的第一单片机连接或与自动控制排水模块的第二单片机连接。当采用水泵循环模块时，若盛水装置内的水位达到上限水位，传感器给单片机信号，单片机控制水泵开始工作，水被抽到储水装置中，由于盛水装置中的水在储水装置中电荷中和，所以可循环使用;当水位低于下限水位时，水泵停止工作。当采用自动控制排水模块形成级联结构时，当本级盛水装置内的水位达到上限水位时，传感器给单片机信号，单片机控制水泵开始工作，触发排水模块，水被排到下一级的储水装置中，实现级联结构中的多个废水处理装置共同运行，提高对废水的杀菌效率。
本发明的有益效果为：本发明不仅通过高压电场水处理模块的高压电场对水分子排列的影响和产生活性氧基团等方式对废水实现有效的抗垢杀菌处理，而且高压电场水处理模块的静电场来源是开尔文滴水起电模块通过滴水起电产生电荷积累，不需要额外的高压源，几乎不需要额外的能量输入，是一种无污染且低能耗的废水处理新方式。