申请日2009.07.30
公开(公告)日2010.01.06
IPC分类号C02F9/12; C02F1/48; C02F1/66; C02F1/36; C02F1/32
摘要
本发明涉及了一种光磁污水处理装置及方法，该光磁污水处理装置包括原水箱、超声波发生装置、磁化装置、紫外光源、酸液注入装置、pH计、双氧水注入装置、主反应器：所述主反应器的进液口同时连通装有污水的原水箱、装有酸液的酸液注入装置及装有双氧水的双氧水注入装置;所述超声波发生装置、磁化装置及紫外光源设置于可影响到主反应器内待处理污水的位置;所述主反应器内还设有与待处理污水相接触的光催化剂;所述pH计的检测端连通主反应器以测量待处理污水的pH值，pH计的输出端连接酸液注入装置。本发明还提供了相应的光磁污水处理方法。本发明的光磁污水处理装置及方法利用超声波/磁场/H2O2/UV/TiO2形成联合的系统，催化氧化效果好。
权利要求书
1、一种光磁污水处理装置，其特征在于，包括原水箱、超声波发生装 置、磁化装置、紫外光源、酸液注入装置、PH计、双氧水注入装置、主反应 器：所述主反应器的进液口同时连通装有污水的原水箱、装有酸液的酸液注 入装置及装有双氧水的双氧水注入装置，污水、酸液及双氧水一同进入主反 应器内以待处理;所述超声波发生装置、磁化装置及紫外光源设置于可影响 到主反应器内待处理污水的位置，处理待处理污水时，磁化装置所形成的磁 场、紫外光源的照射及超声波发生装置发出的超声波的同时作用于待处理污 水;所述主反应器内还设有与待处理污水相接触的光催化剂;所述PH计的 检测端连通主反应器以测量待处理污水的PH值，PH计的输出端连接酸液注 入装置，处理待处理污水时，酸液注入装置根据PH计的测量结果向主反应 器注入酸液以控制主反应器内待处理污水的PH值。
2、如权利要求1所述的光磁污水处理装置，其特征在于，所述酸液注入 装置和PH计控制主反应器内的PH值为3-4。
3、如权利要求1所述的光磁污水处理装置，其特征在于，所述双氧水注 入装置内的双氧水浓度为50毫克/升。
4、如权利要求1所述的光磁污水处理装置，其特征在于，所述主反应器 的下部连接一循环泵，然后该循环泵连接一射流器，该射流器再连接该主反 应器的上部，从而使主反应器内的待处理污水进行循环。
5、如权利要求4所述的光磁污水处理装置，其特征在于，所述PH计的 检测端连接于主反应器、循环泵和射流器之间所形成的待处理污水循环回路 中。
6、如权利要求1所述的光磁污水处理装置，其特征在于，所述主反应器 的进液口和原水箱之间还连接有过滤装置。
7、如权利要求1所述的光磁污水处理装置，其特征在于，所述主反应器 内设有若干光催化板，所述光催化剂以涂层形式分布于光催化板的表面。
8、如权利要求7所述的光磁污水处理装置，其特征在于，所述紫外光源 为固定于主反应器内的若干紫外灯管，所述紫外灯管沿光催化板轴向安装。
9、如权利要求1所述的光磁污水处理装置，其特征在于，所述磁化装置 为固定于主反应器内的若干磁铁。
10、一种光磁污水处理方法，其特征在于，包括：
步骤100、过滤污水;
步骤200、在过滤后的污水中同时计量加入双氧水和硫酸，然后使其进入 主反应器;
步骤300、主反应器内的污水在磁场、超声波、紫外光线及TiO2光催化 剂的同时作用下进行反应，反应时通过加入硫酸使主反应器内污水的PH值 控制为3-4。
说明书
光磁污水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及污水处理装置及方法，尤其涉及一种新型的光磁污水处理装 置及方法。
背景技术
目前，已有很多关于化工废水、印染废水、印刷油墨废水、喷漆喷油废 水、电镀废水治理的成熟工艺，这些成熟工艺应用于废水治理中为中国的环 保作出了很大的贡献。常规工艺是包括化学混凝沉淀、气浮和生化处理等步 骤的工艺，但由于废水中各种成分的污染物都有，很多种废水的有机物浓度 高、盐类含量高，有的废水还含有对微生物有毒害作用成分，因此生化处理 的效果不是很理想;而且很多有机物可溶于水中，用物理方法如沉淀、气浮 工艺处理效果也不佳。因此，通常采用氧化的方式来处理废水中的有机物， 但是常规的氧化方法有着各自的缺点;单纯加入强氧化剂进行化学氧化，处 理效果并不好;如果用湿式氧化装置来处理，一是投资大，二是运行条件苛 刻，日常运行比较困难;如果用二氧氯氧化，需要用氯酸钠和盐酸类的化学 药品现场制作，药剂成本高，还有就是因药剂的加入最终生成氯化钠之类的 盐类，如果是用于生化预处理则会因盐含量的增加而影响后面的生化处理效 果;虽然臭氧氧化具有氧化效果好、氧化速度快的特点，但臭氧发生器的设 备投资大、电耗高，产出一公斤臭氧能耗达16-20KW，造成投资和运行成本 偏高。
为了更好的处理废水中的有机物成份，目前形成了如下具有不同机理的 多种废水处理方案。
一、紫外光和二氧化钛机理
二氧化钛在紫外光的照射下产生价带空穴(h+)和导带电子(e-)，其中价 带空穴是一种强氧化剂，而导带电子上是一种强还原剂，因此大多数有机物 和无机物都能被光生载流子(价带空穴和导带电子)直接或间接地氧化或还 原。在水溶液中的光催化反应，在失去电子的TiO2表面，主要是水分子、 OH和有机物本身均可充当价带空穴的俘获剂，从而形成氧化能力极强的 。OH。同时表面的高活性的导带电子具有很强的还原能力，可以还原去除水 中的金属离子。反应式如下：
H2O2+UV-2。OH
TiO2+UV→h++e-
h++e-→热量
H2O→H++OH-
h++OH-→。OH
h++H2O→。OH+H+
e-+O2→O2-
O2-+H+→HO2-
HO2-→H2O2+O2
H2O2+O2-→。OH+OH-+O2
Mn++ne-→M0
。OH是一种极强的化学氧化剂，它的氧化电位要比普通氧化剂如臭氧、 氯气和过氧化氢等高得多。各氧化电位列表如下：
氧化剂 。OH O3 H2O2 HClO CL2 氧化电位(伏特) 2.80 2.07 1.77 1.63 1.36
且羟基自由基反应速很快，比常规氧化剂反应速度快得多，是常规反应 速度系数的106倍以上，其氧化反应没有选择性，对废水中的各类有机物如 表面活性剂、油脂、氰化物及其它对重金属有络合性的有机物都能进行氧化 反应。该系统能实现有机污染物的完全矿化，最后有机物被氧化成二氧化碳 和水，因废水中的成分复杂，各组分与。OH反应的中间过程也很难用简单的 方程式来描述清楚，其反应机理世界各国还在不断研究中。
二、超声波机理
当一定强度的超声波在媒质中传播时，会产生力学、热学、光学、电学 和化学等一系列效应，这些效应可归纳为下列三种基本作用：
1.机械作用
超声波是机械能量的传播形式，与波动过程有关，会产生线性效变的振 动作用。超声波液体中传播时，其同质点位移振幅虽然很小，但超声引起的 质点加速度却非常大。若20KHz、1W/平方厘米的超声波在水中传播，则其 产生的声压幅值为173Kpa，这意味着声压幅值每秒种内要在正负173Kpa之 间变化2万次，最大质点的加速度达144万米每二次方秒，大约为重力加速 度的1500倍，这样激烈而快速变化的机械运动就是功率超声的机械振动效 应。
2.空化作用
超声波在液体媒质中传播时，当声强达到一定期强度，液体中声场作用 区域形成局部的暂时负压，使液体中的微气泡生长、澎胀至突然破裂，导致 气泡周围的液体中产生强烈的激波，形成局部点的高温高压，空化泡崩溃 时，在空化泡周围极小空间内产生5000K的瞬态高温和约50mpa的高压，且 温度冷却率达10的9次方k/s，并伴有强烈冲击波和时速达400Km的射流， 这就是超声空化效应。
3.热作用
超声波在媒质中传播，其振动能量不断被媒质吸收转变为热能而使自身 温度升高。声能不间断的吸收可引起媒质中的整体加热，边界外的局部加热 和空化形成激波时，波前处的局部加热等，这就是功率超声的热作用。
超声影响化学反应的机理
1.超声催化
超声催化反应是一个新兴的研究领域。目前，有关反应模型、机理的研 究尚很模糊，但众多的科研成果确认了催化反应的显著效果。其主要作用： 一是高温高压条件有利于反应物裂解成自由基和二阶炭，形成更为活泼的物 质。二是冲击波和微射流对固体表面有吸解和清洗作用。三是冲击波可破坏 反应物结构，分散反应物系。四是超声空化导致金属品格的变形和内部应变 区的形成，从而提高金属化学反应活性。超声条件下的反应速率比没有超声 时要快得多，且反应时间大大缩短。
2.超声降解
超声处理可以降解大分子，尤其是处理高分子量聚合物的降解效果更显 著。超声降解源于超声的机械效应、空化效应和热效应。
3.功率超声在水处理中的应用
功率超声的空化效应为降解水中有害有机物提供了独特的物理化学环境 从而导致超声波污水处理目的的实现。超声空化泡的崩溃所产生的高能量足 以断裂化学键。在水溶液中，空化泡崩溃产生氢氧基(。OH)和氢基(。H)， 同有机物发生氧化反应。空化独特的物理化学环境开辟了新的化学反应途 径，骤增化学反应速度，对有机物有很强的降解能力，经过持续超声可以将 有害有机物降解为无机离子、水、二氧化碳或有机酸等无毒或低毒的物质。
三、磁场水处理机理
水经过一定强度的磁场，就成为“磁化水”。目前研究表明水磁化后会产 生物理化学性质的变化，其中的机理尚不能肯定。一些学者认为磁场会破坏 水原来的结构，使原来较大的缔合水分子集团变成较小的缔合水分子集团， 甚至是单个分子。而且分子中的氢键也会有部分因为洛仑兹力的作用下正负 离子反方向旋转而断裂。所以磁化后的水会表现出一些性质的变化，如：pH 值、密度、挥发性、溶解性、表面张力、电导率、沸点、冰点都有不同的改 变，这种改变和所加的磁场大小有密切的关系。磁化水因为其特殊的性质已 经被广泛的应用到工程。磁化只是单纯的物理过程，不是软化过程。一般认 为水系统进行磁处理主要是加快了溶液内部的结晶作用，从而使盐类在受热 面上的直接结晶和坚硬沉积大大减少，起到防垢的作用。研究表明，磁场的 阻垢效果同磁场强度、溶液过饱和度、流速及溶液中各种离子等均有密切的 关系。另外，还有一种说法认为磁处理改变了水本身的结构，从而改变了一 些性状。从这两方面同时考虑，主要有以下的几个假设和推断。
(1)洛仑兹力作用：水与磁流的相互移动，能够产生感应电流，在洛仑 兹力的作用下，弱极性的水分子和其他杂质的带电离子作反向运动。该过程 中，正负离子或颗粒相互碰撞形成一定数量的“离子缔合体”，这种缔合体具 有足够的稳定性，在水中形成了大量的结晶核心，以这些晶体为核心的悬浮 颗粒可以稳定的存在于水中。
(2)极化作用：磁场的极化作用使使盐类的结晶成分发生了变化。微粒 子极性增强，凝聚力减弱，使水中原有的较长的缔合分子链被截断为较短的 缔合分子链和带电离子的变形，破坏了离子间的静电吸引力，改变了结晶条 件，形成分散的稳定小晶体。
(3)磁滞效应：磁场引起水中盐类分子或离子的磁性力偶的磁滞效应， 因而改变了盐类在水中的溶解性，同时使盐类分子相互间的亲和性(结晶 性)消失，防止大晶体的结晶。
(4)磁力矩重新取向：在一定基团反应中，磁场影响在基团中成对的磁 力矩重新取向，通过这样的中间机理而影响其他化学反应。反应动力学发生 了变化，反应结果中新得到的产品间的比例关系也发生了变化。
(5)氢键变形：磁场对水的偶极分子发生定向极化作用后，电子云会发 生改变，造成氢键的弯曲和局部短裂，使单个水分子的数量增多。这些水分 子占据了溶液的各个空隙，能抑制晶体形成。并使水的整体性能发生变化。
(6)活化能改变：磁场的影响与系统的转化有联系。虽然水在磁化时获 得的能量很少，但在系统中开始和终结之间存在一个“能障”，为克服这种能 障必须向系统输送相应的能量以触发活化能。磁场短时间的作用起着“催化” 水系活化能改变的作用，最终导致整个系统性质的变化。
虽然现有技术中已有如上所述的多种污水处理方案，但是单独使用各种 污水处理方案，对于含水量少、处理难度大的电镀废水、线路板废水中的前 处理废水、表面处理废水、喷漆喷油废水、化工废水、印染废水、制药废水 等，仍然存在污水处理效果不佳、反应速度慢、成本高、操作不方便等缺 点。
发明内容
因此，针对现有技术所存在的各种缺点，本发明的目的在于提供一种联 合利用超声波/磁场/H2O2/UV(紫外线)/TiO2来处理污水的光磁污水处理装 置及方法，可处理含水量少、处理难度大的电镀废水、线路板废水中的前处 理废水、表面处理废水、喷漆喷油废水、化工废水、印染废水、制药废水。
为实现上述目的，本发明提供了一种光磁污水处理装置，其包括原水 箱、超声波发生装置、磁化装置、紫外光源、酸液注入装置、PH计、双氧水 注入装置、主反应器：所述主反应器的进液口同时连通装有污水的原水箱、 装有酸液的酸液注入装置及装有双氧水的双氧水注入装置，污水、酸液及双 氧水一同进入主反应器内以待处理;所述超声波发生装置、磁化装置及紫外 光源设置于可影响到主反应器内待处理污水的位置，处理待处理污水时，磁 化装置所形成的磁场、紫外光源的照射及超声波发生装置发出的超声波的同 时作用于待处理污水;所述主反应器内还设有与待处理污水相接触的光催化 剂;所述PH计的检测端连通主反应器以测量待处理污水的PH值，PH计的 输出端连接酸液注入装置，处理待处理污水时，酸液注入装置根据PH计的 测量结果向主反应器注入酸液以控制主反应器内待处理污水的PH值。
其中，所述酸液注入装置和PH计控制主反应器内的PH值为3-4。
其中，所述双氧水注入装置内的双氧水浓度为50毫克/升。
其中，所述主反应器的下部连接一循环泵，然后该循环泵连接一射流 器，该射流器再连接该主反应器的上部，从而使主反应器内的待处理污水进 行循环。
其中，所述PH计的检测端连接于主反应器、循环泵和射流器之间所形 成的待处理污水循环回路中。
其中，所述主反应器的进液口和原水箱之间还连接有过滤装置。
其中，所述主反应器内设有若干光催化板，所述光催化剂以涂层形式分 布于光催化板的表面。
其中，所述紫外光源为固定于主反应器内的若干紫外灯管，所述紫外灯 管沿光催化板轴向安装。
其中，所述磁化装置为固定于主反应器内的若干磁铁。
本发明还提供了一种光磁污水处理方法，其包括：
步骤100、过滤污水;
步骤200、在过滤后的污水中同时计量加入双氧水和硫酸，然后使其进入 主反应器;
步骤300、主反应器内的污水在磁场、超声波、紫外光线及TiO2光催化 剂的同时作用下进行反应，反应时通过加入硫酸使主反应器内污水的PH值 控制为3-4。
综上所述，本发明的光磁污水处理装置及方法实现了超声波/磁场 /H2O2/UV/TiO2的联合系统，催化氧化效果好，可在常温常压下实施，适用范 围广，可对高浓度、难生化的工业污水进行处理，能耗低，药剂用量少，运 行成本低，且氧化后不产生二次污染，不增加废水中的盐含量，有利于废水 的后续处理。