一种虹吸式污水处理装置及应用的制作方法

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种集成光催化技术和超声波功能的虹吸式污水处理装置。

背景技术：

近年来随着科学技术的发展和跨学科的综合利用，通过光催化氧化技术降解水中的污染物（尤其是高浓度和低浓度的污染物）已成为一项新型的水处理技术。它可以单独作用也可以与其它水处理技术联合使用，并且在降解过程中具有能耗低、易于操作、无二次污染且成本低等特点，是一项极具发展前景的技术。光催化反应器作为光催化反应的主体设备决定了催化剂活性的发挥和对光的利用问题也将直接影响光催化反应的效率。光催化反应器的设计和研制是光催化技术走向实用化的关键步骤。

当前，研究人员主要针对利用单一技术原理（即单一的超声波技术或者光催化技术）设计水处理装置，超声波的空化作用在污水中能形成大量微小的超高压冲击压，它随超声波的辐射在水中不断交替产生，从而破坏污水中各种凝聚的固体颗粒；而光催化作用则是利用光催化剂在光能的作用下阐释电子空穴对，并且与其表面吸附的水、氧气形成羟基自由基和超氧基等活性基团，而这些具有很强氧化能力的活性基团将吸附在表面的有机污染物直接矿化，生成CO₂、H₂O以及其他小分子物质，从而降低废水中COD的含量，达到处理废水的目的。因此利用超声波协助光催化的水处理装置受到各国政府、企业、大学等机构研究者的关注，而污水处理设备的设计也成为水处理装置产业化过程中关键技术之一。

设计反应器必须考虑以下因素：催化剂和反应物的接触效果、流动方式、反应动力学、物质的质量传递与混匀、催化剂的回收与再利用等，此外，还必须考虑光源的有效辐射区域等重要因素。例如，在公开的专利“光磁处理污水装置及方法”（CN101618918A）中，该装置对紫外光的利用率低，且占地面积大，结构复杂，不利于推广使用。而在公开的专利“一种超声波协助光催化处理水的装置”中（CN103232090A）中，催化剂的稳定性以及流失率则成为掣肘装置长期使用的重大因素。

技术实现要素：

本发明针对现有污水光催化处理装置的不足，提出一种结构紧凑、占地面积小、降解效率高的污水处理装置。

本发明涉及一种虹吸式污水处理装置，包括：前处理絮凝池、超声波组件、集成了紫外光源和搅拌功能的搅拌装置、电磁阀、磁线圈、水泵、具有虹吸双喷射结构的排水装置、双层钢结构外壳、自来水源、蓄水池，反应腔体包括：搅拌电机、喷射口、排空口、进水口、超声波组件、紫外灯、有机玻璃管套、磁性线圈、支撑架；搅拌式光源的搅拌电机设置于反应器顶端中央，紫外灯组固定在搅拌桨上，并采用透明有机玻璃包裹。其应用方法为：

1）将废水通入前处理罐，添加絮凝剂进行沉淀3小时，过滤后通过水泵将前处理后的污水灌入污水处理装置，水位高度限定在第一排水管高度持平；

2）加入磁性光催化剂，开启高压汞灯以及搅拌电机，搅拌方式为正转1分钟，停转30秒，反转1分钟，转速为30rpm；

3）开启超声波组件，超声波在水体中会形成直线辐射传播的超声波束，以连续不断的方式传播，在其过程中，会产生无数微小气泡并形成负压，而这些气泡又在正压时破裂，瞬间使微小区域内产生几十至上千个大气压，能打开结合力强的化学键，并促进水相高温分解或自由基反应，极大地增强光催化处理水的效果；

4）反应10-30min后，关闭搅拌、紫外光以及超声波，开启磁线圈，污水中的磁性光催化剂会快速下沉在底部；

5）10min后打开腔体底部电磁阀，待水面稳定后，开启排水装置，启动上、下喷射管的控制阀，利用虹吸效应将反应腔体中的水拍完后关闭；

6）排水过程中磁线圈不关闭，待下次进污水时再关闭，释放吸附在磁铁上的光催化剂，从而实现光催化剂的循环利用。

其中，所述紫外灯设有4根，均为300W高压汞灯，发光波长为365nm；超声波组件安装于污水处理腔体与外壳之间，超声波组件与控制面板相连，可控制超声波组件的功率，上述超声波组件采用超声波发生器，其功率为0-3000W，频率为20KHz-40KHz，输出功率为10%-100%连续可调。

其中，所述双喷射结构排水装置，其中第一排水管与水平面夹角为45度，第二排水管方向为竖直向下，由于重力的作用，进一步有利于处理后污水的排放。喷射管分为上喷射管和下喷射管：上、下喷射管流量比为80:20，上喷射管接入反应腔体顶端，并用花洒喷淋腔体，冲洗残留在腔体与灯罩上的残留物；下喷射管独立于反应腔体之外，并且位于反应腔体的底部与进水管之间，直径为30毫米，使其在水量较小的情况，提高水流的瞬时流量和流速，实现快速启动虹吸。

其中，所述腔体底部的磁线圈和电磁阀使污水中的磁性光催化剂快速下沉。

其中，所述装置集成光催化高级氧化技术和超声波功能于一体。

其中，所述催化剂为具有磁性核心的纳米级锐钛矿TiO₂，该催化剂采用三层式结构，从内至外分别为γ-Fe₂O₃，SiO₂和TiO₂，其结构为γ-Fe₂O₃@SiO₂@TiO₂。

附图说明：

图1水处理装置正视结构图；

图2处理腔体的三维图。

1. 前处理絮凝池 2. 超声波组件 3.集成了紫外光源和搅拌功能的搅拌装置 4.电磁阀 5. 磁线圈 6. 水泵 7.具有虹吸双喷射结构的排水装置 8.双层钢结构外壳 9. 自来水源 10. 蓄水池 11.搅拌电机 12. 喷射口 13. 排空口 14. 进水口 15. 超声波组件 16. 紫外灯 17. 有机玻璃管套 18. 磁性线圈 19. 支撑架 20. 反应腔体 21. 进水管 22. 上喷射管 23. 下喷射管 24. 第一排水管 25. 第二排水管

具体实施方式：

本发明通过以下实施例结合附图进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。

实施例1

一种虹吸式污水处理装置由前处理絮凝池1、超声波组件2、集成了紫外光源和搅拌功能的搅拌装置3、电磁阀4、磁线圈5、水泵6、具有虹吸双喷射结构的排水装置7、双层钢结构外壳8、自来水源9、蓄水池10；反应腔体包括：搅拌电机11、喷射口12、排空口13、进水口14、超声波组件15、紫外灯16、有机玻璃管套17、磁性线圈18、支撑架19。搅拌式光源的搅拌电机设置于反应器顶端中央，紫外灯组固定在搅拌桨上，并采用透明有机玻璃包裹,；紫外灯设有4根，均为300W高压汞灯，发光波长为365nm；超声波组件安装于污水处理腔体与外壳之间，超声波组件与控制面板相连，可控制超声波组件的功率，上述超声波组件采用超声波发生器，其功率为0-3000W，频率为20KHz-40KHz，输出功率为10%-100%连续可调；排水装置包括：反应腔体20、进水管21、上喷射管22、下喷射管23、第一排水管24、第二排水管25；排水管与电磁开关相连，该装置排水管由两部分组成分别为第一排水管、第二排水管，近似三角形结构，其中第一排水管与水平面夹角为45度，第二排水管方向为竖直向下，由于重力的作用，进一步有利于处理后污水的排放；喷射管分为上喷射管和下喷射管，其中上、下喷射管流量比为80:20，上喷射管接入反应腔体顶端，并用花洒喷淋腔体，冲洗残留在腔体与灯罩上的残留物，下喷射管独立于反应腔体20之外，并且位于反应腔体20的底部与进水管21之间，直径为30毫米，使其在水量较小的情况，提高水流的瞬时流量和流速，实现快速启动虹吸。

其中，所用的催化剂为具有磁性核心的纳米级锐钛矿TiO₂，该催化剂采用三层式结构，从内至外分别为γ-Fe₂O₃，SiO₂和TiO₂，其结构为γ-Fe₂O₃@SiO₂@TiO₂。

该实施例中，污水处理装置的搅拌用电机为JXJE74浙江永嘉调速机厂产品；紫外灯管选用南京华强电子有限公司产品；超声波发生器是自行组装的。

以下实施例为利用上述装置进行污水处理。

实施例2

1）将废水通入前处理罐，添加絮凝剂进行沉淀3小时，过滤后通过水泵将前处理后的污水灌入污水处理装置，水位高度限定在第一排水管高度持平；

2）加入磁性光催化剂γ-Fe₂O₃@SiO₂@TiO₂，开启高压汞灯以及搅拌电机，搅拌方式为正转1分钟，停转30秒，反转1分钟，转速为30rpm，随后开启超声波组件；

3）反应10-30min后，关闭搅拌、紫外光以及超声波，开启磁线圈，污水中的磁性光催化剂会快速下沉在底部；

4）10min后打开腔体底部电磁阀，待水面稳定后，开启排水装置，启动上、下喷射管的控制阀，利用虹吸效应将反应腔体中的水拍完后关闭；排水过程中磁线圈不关闭，待下次进污水时再关闭，释放吸附在磁铁上的光催化剂，从而实现光催化剂的循环利用。