CN119528289B - 一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及污水处理的技术领域，尤其是涉及一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，其中包括：供水管，与污水水源连接，用于污水供给；处理管，与所述供水管远离水源的一端连接；电磁切变场发生器，设置于所述处理管处，用于对处理管内的污水进行磁场干预；导流板，设置有多个，多个所述导流板均布且旋转设置于所述处理管内；反应罐，与所述处理管的出水端连接，内部形成供污水反应处理的反应腔；臭氧发生器，与所述反应罐连接，用于给所述反应罐供给臭氧；污水循环泵，连接于反应罐和供水管之间，用于形成污水循环和排出经过处理的污水。本申请具有提高污水处理效果的效果。

Description

一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置

技术领域

本申请涉及污水处理的技术领域，尤其是涉及一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置。

背景技术

目前，传统污水处理厂的设备设施在运行过程中会消耗大量电能，如污水提升泵、鼓风曝气装置等均为高能耗设备。此外，为了满足污水处理工艺的需求，往往需要添加大量化学药剂，这不仅增加了运行成本，还可能带来二次污染风险。同时，传统工艺在处理含有重金属、难降解有机物等污水时效果不佳，难以达到排放标准。

电磁场处理污水作为一种新型技术，近年来得到了广泛关注。它通过静电场、磁场、电化学场等作用，将污水中的不同物质分离出来，达到净化污水的目的；然而，单一电磁场处理技术在实际应用中仍存在一些局限性，导致处理效果不佳。

发明内容

为了提高处理效果，本申请提供一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置。

本申请提供的一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，采用如下的技术方案：

一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，包括：

供水管，与污水水源连接，用于污水供给；

处理管，与所述供水管远离水源的一端连接；

电磁切变场发生器，设置于所述处理管处，用于对处理管内的污水进行磁场干预；

导流板，设置有多个，多个所述导流板均布且旋转设置于所述处理管内；

反应罐，与所述处理管的出水端连接，内部形成供污水反应处理的反应腔；

臭氧发生器，与所述反应罐连接，用于给所述反应罐供给臭氧；

污水循环泵，连接于反应罐和供水管之间，用于形成污水循环和排出经过处理的污水。

通过采用上述技术方案，污水从污水水源通过供水管被引入处理管中，污水进入处理管后，会遇到电磁切变场发生器，通过产生磁场对污水进行干预，利用电磁力的作用对污水中的悬浮物、胶体、溶解物等产生切变效应，这种切变作用可以破坏污水中污染物的稳定结构，使其更容易被后续处理步骤去除。

在处理管内，污水沿多个均布的导流板流动，且与导流板发生碰撞，旋转的导流板可以进一步促进污水在处理管内的混合和流动，增强电磁切变场对污水的处理效果；同时，导流板的旋转也可能产生一定的剪切力，有助于分解污水中的大分子物质。

经过电磁切变处理后的污水进入反应罐，在反应罐内，污水与臭氧发生反应，臭氧是一种强氧化剂，可以有效地氧化分解污水中的有机物和无机物，进一步净化水质。

为了提高处理效率，系统中设置了污水循环泵，这个泵将反应罐中的部分污水抽回供水管，形成循环处理；通过多次循环，可以确保污水得到充分的处理，达到预期的净化效果。

上述技术方案通过导流板和电磁切变场发生器以及污水循环泵的设置，使得污水经过多次切变场处理，使得悬浮物、胶体、重金属等物质多次分散，改变了污水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构，改变了被处理污水的物理、化学、分子力学等性能，使得更加分散均匀，便于与臭氧的接触，增加臭氧溶解能力、提高臭氧催化氧化效率，提高处理效果。

可选地，所述电磁切变场发生器设置有两个，两个所述电磁切变场发生器沿所述处理管的长度方向设置，且两个所述电磁切变场发生器形成的磁场存在一定夹角，配合所述导流板，带动污水旋转。

通过采用上述技术方案，当污水流经第一个电磁切变场发生器时，它会受到磁场的作用，污水中的粒子开始受到洛伦兹力的作用，但由于此时只有一个磁场，其效果可能较为有限；然而，当污水继续流动并遇到第二个电磁切变场发生器时，由于两个磁场之间存在夹角，污水中的粒子会受到不同方向的力，这种力的差异会促使污水在处理管内开始旋转。

处理管内设置的导流板不仅增强了污水的混合和流动，还进一步促进了污水的旋转；导流板的旋转设计和两个磁场的夹角共同作用，使得污水在处理管内形成一个动态的旋转流场，使得对悬浮物、胶体、重金属进行处理，便于后续的与臭氧的接触，进一步增加臭氧溶解能力、提高臭氧催化氧化效率，提高处理效果。

当两个磁场方向相反时，且粒子运动速度足够快时，能够形成振荡，使得处理管内形成复杂的运动，同样可加快对悬浮物、胶体、重金属进行处理，便于后续的与臭氧的接触，进一步增加臭氧溶解能力、提高臭氧催化氧化效率，提高处理效果。

可选地，所述导流板之间设置有凸起，所述凸起的高度低于所述导流板的高度，且端部形成圆滑的面。

通过采用上述技术方案，凸起的设置，加大了污水之间的碰撞，便于成团物质的分散，同时能够延缓污水的流动速度，使得污水在电磁切变场内的时间延长，增大对悬浮物等物质的处理，进一步便于后续臭氧的分解，提高处理效果。

由于凸起的高度低于导流板，当污水流经凸起时，其流动速度会发生变化；特别是在凸起的端部，由于形状圆滑，污水在这里会遇到一个流速突然变化的区域，从而产生湍流，湍流有助于打破污水中的胶体稳定性，促进悬浮物与污水的分离。

凸起的设置还增强了污水在处理管内的混合效果。污水在流经凸起时，会受到来自不同方向的力，这些力的相互作用使得污水在处理管内更加充分地混合，混合的增强有助于提高臭氧与污水的接触面积和反应效率。

圆滑的凸起端部设计有助于减少污水在流动过程中的沉积。

可选地，所述处理管内设置有阻流杆，所述阻流杆通过连接架连接于所述处理管靠近所述供水管的一端，所述阻流杆与所述处理管内壁形成供污水流动的通道。

通过采用上述技术方案，污水从供水管进入处理管，首先会遇到阻流杆，由于阻流杆的存在，污水不能直接流过，而是需要绕过阻流杆形成的通道继续前行，使得污水结合电磁切变场旋转，便于悬浮物等物质与污水的分离；污水在绕过阻流杆时，其流动方向会发生改变；这种改变有助于打破污水的层流状态，增加污水的湍流程度，从而促进污水中的悬浮物与污水的分离；且阻流杆配合导流板和电磁切变场，增大对悬浮物等物质的处理时长，进一步使得分散更加均匀，便于后续臭氧的分解。

可选地，所述连接架上一体设置有导向板，所述导向板倾斜设置且与所述导流板的倾斜方向一致。

通过采用上述技术方案，当污水从供水管进入处理管时，首先会遇到导流板，导流板的主要作用是引导污水的流动方向，并使其在处理管内形成一定的流态；紧接着，污水会流经连接架上的导向板。由于导向板倾斜设置且与导流板倾斜方向一致，它进一步对污水进行引导，确保污水能够顺畅地沿着预定的路径流动；导向板的设置还起到了预处理的作用，在污水流经导向板的过程中，由于流速和流向的改变，污水中的悬浮物可能会受到一定的离心力作用，有助于其从污水中分离出来，提高对悬浮物等物质的处理效果。

可选地，所述阻流杆内部形成有供气腔，且所述阻流杆两端均封闭，所述供气腔通过软管与臭氧发生器的出气端连接，所述阻流杆的外侧壁上开设有出气孔，所述出气孔的开设方向与污水的旋转方向相反。

通过采用上述技术方案，臭氧发生器产生的臭氧通过软管进入阻流杆内部的供气腔，由于阻流杆两端封闭，臭氧被限制在供气腔内，准备通过出气孔释放到污水中。

污水在处理管内受到导流板的作用，形成一定的旋转流态，这种旋转有助于增强污水与臭氧的混合效果。

当污水流经阻流杆时，由于出气孔的开设方向与污水旋转方向相反且夹钝角，臭氧从出气孔中喷出时会与污水形成一定的相对速度；这种相对速度有助于臭氧更好地分散到污水中，增加其与污水的接触面积。

释放到污水中的臭氧与污水中的有机物发生反应，氧化分解有机物，从而达到净化污水的目的，由于出气孔的倾斜角度小于导流板的倾斜角度，臭氧的释放方向与污水的旋转方向形成了一定的夹角，这有助于进一步增强污水与臭氧的混合效果。

可选地，所述出气孔上设置有滤网，且所述滤网靠近所述处理管的侧壁与所述阻流杆的外表面平齐。

通过采用上述技术方案，滤网的设置，能够减少污水中的杂物进入出气孔内，且通过滤网平齐与阻流杆外表面的设置，减少对污水旋转流动的影响。

可选地，所述处理管的外侧壁上开设有多个补气孔，所述补气孔设置于相邻两个所述凸起之间；

所述处理管上设置有多个补气管，所述补气管与所述臭氧发生器的出气端连通，所述补气管与所述补气孔对应且设置有单向阀，且所述单向阀处设置隔网。

通过采用上述技术方案，臭氧发生器产生的臭氧通过补气管输送到处理管内部；当处理管内的污水流动时，由于凸起和补气孔的设计，污水在流动过程中会形成一定的负压区域，从而吸引补气管内的臭氧通过补气孔进入处理管内；单向阀的设置确保了臭氧只能从补气管进入处理管内，而不能反向流动，这有助于防止污水或其他杂质进入补气管内部，从而保护臭氧发生器免受污染。

隔网设置在单向阀处，其作用是过滤掉污水中的杂质或颗粒物，减少对单向阀的损坏。

隔网还可以防止补气管内的臭氧在高压下直接冲击补气孔，从而保护补气孔不被堵塞或损坏。

补气孔设置于相邻两个凸起之间，这种设计有助于在污水流动过程中形成更加均匀的负压区域，从而确保臭氧能够均匀地分布到处理管内的各个部分；凸起的设计还可以增加污水在处理管内的湍流程度，有助于增强污水与臭氧的混合效果；且在任意时刻，还可以通过外置动力气泵的设置，增大污水对凸起的冲击，便于悬浮物的分散，以及进一步改变了污水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构。

可选地，所述补气孔与朝向所述凸起靠近所述供水管的一侧，且开设角度与所述导流板的倾斜方向一致。

通过采用上述技术方案，由于补气孔的开设角度与导流板倾斜方向一致，臭氧等气体能够顺着污水的流动方向被引入，减少了气体与污水之间的相对速度差，从而降低了能耗和气体损失。

引入的气体与污水在凸起附近形成湍流，增强了混合效果。这种湍流不仅有助于臭氧等气体更均匀地分布在污水中，还提高了污水与气体的接触面积和反应速率。

通过补气孔与导流板、凸起的协同作用，处理管内的污水流动状态得到了优化；这种优化不仅提高了臭氧等气体的利用率和处理效率，还降低了处理过程中的能耗和运营成本。

可选地，两个所述电磁切变场发生器可围绕所述处理管旋转，且转动方向相反。

通过采用上述技术方案，当电磁切变场发生器启动时，它们会在处理管内部产生强大的电磁场，这个电磁场会对流经的污水施加切变力，从而改变污水中水分子、有机物分子和离子氛的团簇结构。

同时，两个电磁切变场发生器开始围绕处理管旋转，并且以相反的方向转动；这种旋转运动不仅增强了电磁场的均匀性和覆盖范围，还有助于在污水中形成更加复杂的流态和湍流。

污水在处理管内受到导流板、凸起和电磁切变场发生器的共同作用，形成特定的流态和速度分布。

随着电磁切变场发生器的旋转，污水中的分子和离子受到不断变化的电磁力作用，从而增强了它们之间的混合和碰撞频率；这种混合和碰撞有助于加速臭氧与有机物的反应速率，提高处理效率。

在电磁切变场发生器旋转的同时，臭氧等气体通过补气孔被引入处理管内；这些气体在电磁场的作用下更加均匀地分布在污水中；臭氧与污水中的有机物在电磁切变场的作用下发生快速氧化反应，生成短链易降解的有机物或直接氧化成二氧化碳和水；这种反应不仅提高了污水的净化质量，还降低了处理过程中的能耗和运营成本。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1. 通过导流板和电磁切变场发生器以及污水循环泵的设置，使得污水经过多次切变场处理，使得悬浮物、胶体、重金属等物质多次分散，改变了污水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构，改变了被处理污水的物理、化学、分子力学等性能，使得更加分散均匀，便于与臭氧的接触，增加臭氧溶解能力、提高臭氧催化氧化效率，提高处理效果；

2. 补气孔设置于相邻两个凸起之间，这种设计有助于在污水流动过程中形成更加均匀的负压区域，从而确保臭氧能够均匀地分布到处理管内的各个部分；凸起的设计还可以增加污水在处理管内的湍流程度，有助于增强污水与臭氧的混合效果；且在任意时刻，还可以通过外置动力气泵的设置，增大污水对凸起的冲击，便于悬浮物的分散，以及进一步改变了污水中水分子、有机污染物分子、离子氛的团簇结构；

3. 在电磁切变场发生器旋转的同时，臭氧等气体通过补气孔被引入处理管内；这些气体在电磁场的作用下更加均匀地分布在污水中；臭氧与污水中的有机物在电磁切变场的作用下发生快速氧化反应，生成短链易降解的有机物或直接氧化成二氧化碳和水；这种反应不仅提高了污水的净化质量，还降低了处理过程中的能耗和运营成本。

附图说明

图1是本申请实施例污水处理装置的系统图；

图2是本申请实施例中处理管和电磁切变场发生器的相对位置关系图；

图3是本申请实施例中导流板的展示图；

图4是本申请实施例中处理管的剖面图。

附图标记：100、供水管；200、处理管；210、补气孔；220、软管；230、补气管；300、电磁切变场发生器；400、导流板；500、反应罐；600、臭氧发生器；700、污水循环泵；810、凸起；820、阻流杆；821、供气腔；822、出气孔；830、连接架；840、导向板。

具体实施方式

以下结合图1至图4对本申请作进一步详细说明。

本实施例公开了一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置。

参照图1、图2和图3，基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，包括：与污水水源连接的供水管100、与供水管100连接的处理管200、设置在处理管200外侧的电磁切变场发生器300、多个倾斜设置于处理管200内用于对污水进行导流的导流板400、设置于处理管200远离供水管100一端的反应罐500、设置于反应罐500一侧用于给反应罐500供给臭氧的臭氧发生器600以及连通反应罐500和供水管100的污水循环泵700，在进行污水处理时，通过供水管100使得污水进入处理管200内，且随着电磁切变场发生器300和导流板400的作用，使得污水沿导流板400旋转，并经过磁场干预，改变污水中水分子、有机物分子和离子氛的团簇结构，污水进入反应罐500内与臭氧结合，臭氧分解污水内的杂质，且通过污水循环泵700将部分混合有臭氧的污水再次输入供水管100内，再次进行处理分解。

反应罐500可设置多个，且多个通过管路和控制阀交替使用，与臭氧发生器600以及污水循环泵700通过多个管路连通。

供水管100与污水水源连接且设置有泵，该泵用于抽水或增压，使得进入供水管100的污水具有动力，且供水管100上设置阀门，便于控制污水的供给和不供给；电磁切变场发生器300可包括两个极性相反的永磁铁或电磁铁，本实施例优选为电磁铁，且极性相反的电磁铁围绕处理管200设置，使得形成磁场，且磁感线穿过处理管200，对处理管200内的污水进行磁场干预。

导流板400设置有多个，且围绕处理管200的周向等间隔设置，且远离供水管100的一端倾斜设置，并形成螺旋形。

反应罐500呈圆柱状，且内部形成有供污水反应处理的反应腔，反应腔通过处理管200与供水管100连通，供水管100与污水循环泵700的连接方式通过三通管实现，且设置有控制阀门，且污水循环泵700的出水端还连接有排水管，排水管上设置有控制阀门。

在其他实施方式中，电磁切变场发生器300可设置两个，且电磁切变场发生器300可间歇通电形成磁场，或可通过调节电流，改变磁场的大小和方向；且磁场可顺应水流的方向设置，或者垂直于水流的方向设置，本实施例优选为垂直于水流方向，且与水流存在夹角；两个沿处理管200的长度方向设置，且间距小于等于30cm，且间距大于等于20cm；两个电磁切变场发生器300可围绕处理管200的轴线反向小幅度转动，且转动角度可控制，本实施例转动角度为15度，且在断电或供电的过程中反向转动进行复位；驱动电磁切变场发生器300转动的结构可为电机齿轮、电机锥齿轮、电机蜗轮蜗杆等圆周运动结构实现，本实施例优选为两个分别与电磁切变场发生器300同轴连接的第一锥齿轮，配置电机，且电机的输出轴键连接第二锥齿轮，且第二锥齿轮与两个第一锥齿轮均啮合。

在其他实施方式中，为了便于污水的旋转，两个电磁切变场发生器300的磁场存在一定的夹角，夹角为5度，且配合导流板400的倾斜角度设置，平行于导流板400的倾斜角度或夹锐角设置。

在其他实施方式中，为了延缓污水在导流板400之间的流动速度，两个相邻导流板400之间设置有多个凸起810，多个凸起810沿导流板400的倾斜方向均匀布设，且凸起810的高度低于导流板400的高度，且凸起810靠近处理管200中轴线的一侧形成有光滑的面，该面可为球形、弧形、波浪形等表面光滑且存在坡度的面，起到一定的阻流和对冲作用。

参照3和图4，在其他实施方式中，处理管200靠近供水管100的一端固定连接有连接架830，连接架830上一体设置有多个导向板840，导向板840倾斜设置，且倾斜方向与导流板400相同，且倾斜角度小于导流板400的倾斜角度；连接架830的中部固定连接有阻流杆820，阻流杆820与处理管200同轴线且位于处理管200内，阻流杆820与处理管200的内壁形成环形的旋流通道。

在其他实施方式中，阻流杆820的内部开设形成供气腔821，阻流杆820的两端封堵，使得供气腔821封闭；阻流杆820与连接架830连接的一端开设有通气孔，且通过通气孔连接有软管220，软管220埋设于连接架830内且延伸出处理管200，软管220与臭氧发生器600的出气端连接，且设置有电磁阀；阻流杆820的外侧壁上开设有出气孔822，出气孔822可设置多个，且出气孔822的开设方向与污水的旋转方向相反，且夹钝角，且出气孔822的倾斜角度小于导流板400的倾斜角度，即钝角小于一百八十度。

在其他实施方式中，为了减少污水进入供气腔821内，在处理管200开设出气孔822的位置处设置滤网，滤网封堵出气孔822，且滤网与处理管200的外表面齐平。

在其他实施方式中，为了增大臭氧与污水的混合，处理管200上开设有多个补气孔210，补气孔210对应凸起810，补气孔210的数量小于凸起810的数量，且周向相邻的补气孔210沿处理管200的长度方向错位设置；且补气孔210位于凸起810靠近供水管100的一侧，补气孔210倾斜开设，且开设角度与导流板400的倾斜方向一致，且朝向凸起810；补气孔210对应连接有补气管230，补气管230位于处理管200的外侧，且补气管230上还设置有单向阀，补气管230远离处理管200的一端与臭氧发生器600的出气端连接且连通；补气管230内设置有隔网，隔网位于单向阀靠近补气孔210的一侧；在其他实施方式中，可在补气管230上安装增压泵，用于主动泵送臭氧，或受补气孔210处的负压自动补气。

本申请实施例的实施原理为：污水通过供水管100被引入处理管200内。供水管100上设置的泵用于抽水或增压，确保污水具有足够的动力进入处理管200；污水在处理管200内受到导流板400的引导，形成旋转流动，同时，电磁切变场发生器300产生的磁场对污水进行干预，改变污水中分子的团簇结构；磁场与导流板400的协同作用增强了污水与臭氧的混合效果，提高了处理效率；臭氧发生器600产生的臭氧通过补气管230和补气孔210被引入处理管200内，与污水混合。补气管230上设置的单向阀和隔网确保了臭氧能够顺利地进入处理管200，并防止污水回流；污水与臭氧在处理管200内进行反应，分解污水中的杂质；部分混合有臭氧的污水通过污水循环泵700被再次输入供水管100内，进行循环处理。这种循环处理方式有助于进一步提高处理效率，确保污水达到排放标准；经过多次循环处理后，污水中的杂质被充分分解，达到排放标准。此时，污水通过污水循环泵700排出反应罐500。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，其特征在于：包括：

供水管（100），与污水水源连接，用于污水供给；

处理管（200），与所述供水管（100）远离水源的一端连接；

电磁切变场发生器（300），设置于所述处理管（200）处，用于对处理管（200）内的污水进行磁场干预；

导流板（400），设置有多个，多个所述导流板（400）均布且旋转设置于所述处理管（200）内；

反应罐（500），与所述处理管（200）的出水端连接，内部形成供污水反应处理的反应腔；

臭氧发生器（600），与所述反应罐（500）连接，用于给所述反应罐（500）供给臭氧；

污水循环泵（700），连接于反应罐（500）和供水管（100）之间，用于形成污水循环和排出经过处理的污水；

所述导流板（400）之间设置有凸起（810），所述凸起（810）的高度低于所述导流板（400）的高度，且端部形成圆滑的面；

所述处理管（200）内设置有阻流杆（820），所述阻流杆（820）通过连接架（830）连接于所述处理管（200）靠近所述供水管（100）的一端，所述阻流杆（820）与所述处理管（200）内壁形成供污水流动的通道；

所述处理管（200）的外侧壁上开设有多个补气孔（210），所述补气孔（210）设置于相邻两个所述凸起（810）之间，所述补气孔（210）与所述臭氧发生器（600）的出气端连接；

所述补气孔（210）与朝向所述凸起（810）靠近所述供水管（100）的一侧，且开设角度与所述导流板（400）的倾斜方向一致。

2.根据权利要求1所述的基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，其特征在于：所述电磁切变场发生器（300）设置有两个，两个所述电磁切变场发生器（300）沿所述处理管（200）的长度方向设置，且两个所述电磁切变场发生器（300）形成的磁场存在夹角，配合所述导流板（400），带动污水旋转。

3.根据权利要求1所述的基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，其特征在于：所述连接架（830）上一体设置有导向板（840），所述导向板（840）倾斜设置且与所述导流板（400）的倾斜方向一致。

4.根据权利要求1所述的基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，其特征在于：所述阻流杆（820）内部形成有供气腔（821），且所述阻流杆（820）两端均封闭，所述供气腔（821）通过软管（220）与臭氧发生器（600）的出气端连接，所述阻流杆（820）的外侧壁上开设有出气孔（822），所述出气孔（822）的开设方向与污水的旋转方向相反。

5.根据权利要求4所述的基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，其特征在于：所述出气孔（822）上设置有滤网，且所述滤网靠近所述处理管（200）的侧壁与所述阻流杆（820）的外表面平齐。

6.根据权利要求4所述的基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，其特征在于：所述处理管（200）上设置有多个补气管（230），所述补气管（230）与所述臭氧发生器（600）的出气端连通，所述补气管（230）与所述补气孔（210）对应且设置有单向阀，且所述单向阀处设置隔网。

7.根据权利要求6所述的基于电磁切变作用的节能型污水处理装置，其特征在于：两个所述电磁切变场发生器（300）可围绕所述处理管（200）旋转，且转动方向相反。