專利名稱：一種可同步清洗的紫外-光化學(xué)復(fù)合凈水工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效消毒和去除微污染物的工藝和裝置，利用單級(jí)多波長(zhǎng)的紫外 線照射空氣產(chǎn)生臭氧，并利用磁場(chǎng)強(qiáng)化臭氧自由基化以及臭氧與多段紫外線光化學(xué)聯(lián)合作 用的多級(jí)物理和光化學(xué)作用，達(dá)到高效消毒和去除微污染物的目的。利用切線流帶動(dòng)無(wú)電 動(dòng)力旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生螺旋上升流，并協(xié)同多層穿孔折流板的三維錯(cuò)流作用，達(dá)到混合水體和 同步?jīng)_刷清洗紫外套管的作用，強(qiáng)磁場(chǎng)磁化處理也可以改變鈣類物質(zhì)的結(jié)晶狀態(tài)，降低結(jié) 垢風(fēng)險(xiǎn)，屬于飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，利用紫外線殺菌的裝置有單級(jí)紫外線和二級(jí)紫外臭氧聯(lián)合作用(一級(jí) 180-200nm紫外產(chǎn)臭氧和二級(jí)232-238nm紫外/臭氧聯(lián)合)，后者較前者在處理效果上有一 定的提高作用，但臭氧濃度可能過(guò)高導(dǎo)致出水異味大，而且沒(méi)有尾氣再利用功能，二級(jí)處理 能耗也會(huì)偏大；現(xiàn)有的紫外線自動(dòng)清洗方式一般以機(jī)械清洗、加化學(xué)藥劑清洗和兩種結(jié)合 的清洗方法為主，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和安裝不方便，而且能耗成本高，也會(huì)引入化學(xué)物質(zhì)，清洗 時(shí)需要中斷水處理。因此，需要一種既能充分利用紫外、臭氧，又能強(qiáng)化臭氧自由基化的工 藝，同時(shí)兼具同步自動(dòng)清洗、不需要機(jī)械和化學(xué)藥劑清洗的反應(yīng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種經(jīng)濟(jì)高效、運(yùn)行簡(jiǎn)便的飲用水同步清洗和紫外光化學(xué)復(fù)合凈水 工藝和裝置，該工藝綜合單級(jí)多段波長(zhǎng)紫外產(chǎn)臭氧、磁場(chǎng)強(qiáng)化臭氧自由基化、臭氧與多段紫 外線聯(lián)合光化學(xué)反應(yīng)和尾臭氧自循環(huán)的多級(jí)作用，提高消毒效果，抑制病原菌光復(fù)活的同 時(shí)氧化降解微污染物；綜合在線切流、螺旋流、三維錯(cuò)流和磁場(chǎng)變晶作用來(lái)實(shí)現(xiàn)同步清洗和 降低結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)的一體化強(qiáng)化處理。本發(fā)明的反應(yīng)器的構(gòu)造如附

圖1和2所示，包括第一級(jí)集水箱臭氧氧化裝置(7) 和第二級(jí)紫外-臭氧光化學(xué)氧化裝置(18)。第一級(jí)反應(yīng)裝置內(nèi)裝有曝氣砂板(8)和氣水混 合物循環(huán)導(dǎo)管(19)，前面連接有流量計(jì)(6)，與第二級(jí)反應(yīng)裝置之間配有提升泵(9)、閥門 (10)、射流器(12)、磁化處理器(13)和下部進(jìn)水口，通過(guò)管路相連接，閥門(10)和(11)調(diào) 節(jié)控制一級(jí)循環(huán)和二級(jí)處理水量；第二級(jí)反應(yīng)裝置(18)內(nèi)裝有底部螺旋葉片(14)、上部 多套穿孔折流板(1 和石英套管0)，石英套管內(nèi)裝有一支主波長(zhǎng)254nm、次波長(zhǎng)185nm低 壓紫外燈管(3)、空氣進(jìn)氣管和干燥器(1)、主臭氧導(dǎo)氣管；在第二級(jí)反應(yīng)裝置的上部裝 有最終出水口和出水調(diào)節(jié)閥門(16)，下部裝有排污口和調(diào)節(jié)閥門(17)。本發(fā)明的反應(yīng)器系統(tǒng)操作過(guò)程如下打開(kāi)閥門10、11和16，開(kāi)啟電源，使紫外燈3和提升泵9開(kāi)始工作。此時(shí)，在射流 器的作用下，臭氧氣水混合物經(jīng)過(guò)磁處理器進(jìn)入紫外反應(yīng)器進(jìn)行消毒和凈水處理；多余的 臭氧空氣混合尾氣由導(dǎo)管5進(jìn)入集水箱擴(kuò)散布?xì)狻Ｍㄟ^(guò)調(diào)節(jié)閥門10和11可以調(diào)節(jié)控制水
的處理量。
3
本發(fā)明的技術(shù)原理為紫外/臭氧光化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的羥基自由基·0Η和氧自由基·0 ； 自由基對(duì)的單重態(tài)向三重態(tài)的轉(zhuǎn)化可以防止自由基單重態(tài)之間的重結(jié)合，外加磁場(chǎng)作用可 以加快這種轉(zhuǎn)化，從而加快了臭氧自身以及與UV反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基· OH的速率，強(qiáng)化自 由基氧化反應(yīng)；套管表面螺旋流態(tài)的變化可以降低微生物、鈣鎂礦物質(zhì)的附著和結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)， 由射流器進(jìn)入反應(yīng)器的氣水混合物沿底部切線進(jìn)入，通過(guò)切線沖擊螺旋葉片帶動(dòng)混合物螺 旋上升，反應(yīng)器高位區(qū)隨著流態(tài)橫向動(dòng)能減弱可能變?yōu)槠搅?，增設(shè)內(nèi)外孔位交錯(cuò)的多層穿 孔折流板(見(jiàn)附圖1和2，折流板A型、B型間隔放置，相鄰層的孔錯(cuò)位)，可以在沿套管表 面到反應(yīng)器表面方向和垂直于這個(gè)方向的方向上產(chǎn)生流動(dòng)，結(jié)合上升流動(dòng)，產(chǎn)生的三維錯(cuò) 流可以強(qiáng)化減弱的螺旋流對(duì)套管表面的沖刷作用，并且可以使內(nèi)外水層加速混合，強(qiáng)化紫 外線對(duì)單位水體的殺菌效果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1采用單級(jí)多波長(zhǎng)紫外光，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)臭氧和凈化水；產(chǎn)生的臭氧利用射流器與 處理水混合進(jìn)入反應(yīng)器，未利用臭氧通過(guò)反應(yīng)器余壓自循環(huán)進(jìn)入前置集水箱，實(shí)現(xiàn)單級(jí)產(chǎn) 臭氧、雙級(jí)臭氧化的目的；2利用高磁場(chǎng)強(qiáng)化臭氧水中自由基化和紫外/臭氧自由基化，強(qiáng)化自由基產(chǎn)生， 多級(jí)自由基化強(qiáng)化消毒效果和氧化去除微污染物；3利用進(jìn)水氣水混合物的動(dòng)能帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片，形成螺旋水流，協(xié)同高位區(qū)多層穿 孔折流板的三維錯(cuò)流，實(shí)現(xiàn)同步?jīng)_刷的清洗目的，無(wú)化學(xué)污染物殘留；4磁場(chǎng)強(qiáng)化自由基化和光催化氧化提高了消毒效果，并可有效防止病原菌的光復(fù) 活發(fā)生；5系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，占地面積小，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)和自動(dòng)化運(yùn)行，操作維護(hù)方便。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是本發(fā)明的工藝和反應(yīng)裝置運(yùn)行示意2是本發(fā)明反應(yīng)裝置高位區(qū)穿孔折流板示意圖 (其中，1為石英套管壁，2為不銹鋼筒壁，3為穿孔)
具體實(shí)施例方式以下處理系統(tǒng)中，紫外燈管功率為41W，輸出功率14W，輸出波長(zhǎng)主要為2Mnm， 185nm波長(zhǎng)紫外線輸出率為10-15%。實(shí)施例1地表水中常含有腐殖質(zhì)等有機(jī)物，可吸收紫外能量降低紫外消毒效果。利用自來(lái) 水配制含有大腸桿菌和腐植酸的待處理水，其中大腸桿菌總數(shù)為1. 2X106CFU/L，腐植酸為 2mg/L0空氣流量為90L/h，臭氧產(chǎn)生量為0. 66mg/L (混合氣)，處理水量為MOL/h和900L/ min時(shí)對(duì)大腸桿菌和腐植酸的處理效果見(jiàn)表1，可見(jiàn)處理水量增大近一倍，病原菌滅活率和 腐植酸去除率變化較小。表1實(shí)施例1處理效果
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是關(guān)于一種經(jīng)濟(jì)高效、運(yùn)行簡(jiǎn)便的可同步清洗的紫外-光化學(xué)凈水處理工藝 和反應(yīng)裝置。該工藝包括利用主波長(zhǎng)254nm、次波長(zhǎng)185nm(10-15%)的紫外燈輻照空氣產(chǎn) 生臭氧，經(jīng)射流器形成氣水混合物，通過(guò)高強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)化臭氧自由基化進(jìn)入反應(yīng)器，協(xié)同兩段 波長(zhǎng)的紫外線發(fā)生光化學(xué)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，尾臭氧通過(guò)頂部導(dǎo)管利用氣壓進(jìn)入集水箱，臭 氧氧化和紫外/臭氧光氧化多級(jí)處理達(dá)到滅活致病菌和去除微污染物的目的；同時(shí)氣水混 合物經(jīng)反應(yīng)器底部切線進(jìn)入，沖擊旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生的螺旋上升氣水流協(xié)同高位穿孔折流板的 三維錯(cuò)流作用，沖刷套管表面，防止了生物和物化性附著結(jié)垢。該發(fā)明方法和裝置具有很好 的凈水和同步清洗效果。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，磁化處理器為高磁場(chǎng)處理器，其磁場(chǎng)強(qiáng)度高于 5000GS，用于改變鈣鹽的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化臭氧自由基化。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，紫外燈為主波長(zhǎng)為2Mnm、次波長(zhǎng) 185nm(10-15% )的高臭氧低壓紫外燈。
4.一種可同步清洗的紫外-光化學(xué)凈水裝置，其特征在于，它包括第一級(jí)集水箱臭氧 氧化裝置(7)和第二級(jí)紫外-臭氧光化學(xué)氧化裝置(18)，第一級(jí)反應(yīng)裝置內(nèi)裝有曝氣砂板 (8)和氣水混合物循環(huán)導(dǎo)管(19)；第一級(jí)反應(yīng)裝裝置前連接有流量計(jì)(6)，與第二級(jí)反應(yīng)裝 置之間配有提升泵(9)、閥門(10)、射流器(12)、磁化處理器(1 和下部進(jìn)水口，通過(guò)管路 相連接，閥門(10)和(11)調(diào)節(jié)控制一級(jí)循環(huán)和二級(jí)處理水量；第二級(jí)反應(yīng)裝置(18)內(nèi)裝 有底部螺旋葉片(14)、上部多套穿孔折流板(1 和石英套管O)，石英套管內(nèi)裝有一支主 波長(zhǎng)254nm、次波長(zhǎng)185nm低壓紫外燈管(3)、空氣進(jìn)氣管和干燥器(1)、主臭氧導(dǎo)氣管； 在第二級(jí)反應(yīng)裝置的上部裝有最終出水口和出水調(diào)節(jié)閥門(16)，下部裝有排污口和調(diào)節(jié)閥 門(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于，第二級(jí)反應(yīng)器中的底部螺旋葉片(14) 為無(wú)電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)、利用底部進(jìn)水和氣流的切線沖擊旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)水流螺旋上升。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于，第二級(jí)反應(yīng)器上部增設(shè)的多層穿孔折 流板(15)分別為近套管內(nèi)環(huán)穿孔和遠(yuǎn)套管外環(huán)穿孔，并且孔與孔錯(cuò)位布置，實(shí)現(xiàn)三維錯(cuò) 流，達(dá)到內(nèi)外混合和沖刷套管的目的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于在第二級(jí)反應(yīng)裝置的頂空部分還安裝 有尾臭氧導(dǎo)氣管(5)，用于引導(dǎo)未反應(yīng)的臭氧進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)裝置內(nèi)參與自循環(huán)反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種經(jīng)濟(jì)高效、運(yùn)行簡(jiǎn)便的可同步清洗的紫外-光化學(xué)凈水處理工藝和反應(yīng)裝置。該工藝包括利用主波長(zhǎng)254nm、次波長(zhǎng)185nm(10-15％)的紫外燈輻照空氣產(chǎn)生臭氧，經(jīng)射流器形成氣水混合物，通過(guò)高強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)化臭氧自由基化，進(jìn)入反應(yīng)器，協(xié)同兩段波長(zhǎng)的紫外線發(fā)生光化學(xué)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，尾臭氧通過(guò)頂部導(dǎo)管利用氣壓進(jìn)入集水箱，臭氧氧化和紫外/臭氧光氧化的多級(jí)處理達(dá)到滅活致病菌和去除微污染物的目的；同時(shí)氣水混合物經(jīng)反應(yīng)器底部切線進(jìn)入，沖擊旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生的螺旋上升氣水流協(xié)同高位穿孔折流板的三維錯(cuò)流作用，沖刷套管表面，防止了生物和物化性附著結(jié)垢。該發(fā)明方法和反應(yīng)裝置具有很好的凈水和同步清洗效果。
文檔編號(hào)C02F1/48GK102139935SQ20101010286
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者劉娟, 劉銳平, 史彥偉, 強(qiáng)志民, 曲久輝, 李夢(mèng)凱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心