一种超声波和紫外高级氧化耦合净水系统的制作方法

本实用新型涉及给水处理领域，具体涉及一种超声波和紫外高级氧化耦合净水系统。

背景技术：

当前我国水资源较为短缺，整体水污染形式较为严峻。目前常规水处理工艺只能去除大分子量和疏水性有机物，消毒剂本身或其消毒副产物（dbps）存在毒性，特别是原水中的微污染有机物化学结构稳定半衰期长，常规水处理工艺难以有效将其去除。在原水水质状况日益复杂的情况下，饮用水安全性难以得到保障，严重影响水环境质量和饮用水安全。

uv高级氧化技术（uv-advancedoxidantionprocess,uv-aops）是利用紫外光（uv）的活化作用分解自由基供体产生高氧化还原电位自由基分解水提有害物质的一种氧化方法。

基于uv的高级氧化技术依靠其可高效、绿色、安全的去除水中微污染有机物等特点在饮用水消毒领域得到了广泛应用，此技术利用紫外光光的活化作用分解自由基供体产生高氧化还原电位自由基，依靠自由基的强氧化性分解乃至矿化天然水体中的有机微污染物。但目前应用的紫外高级氧化技术技术普遍存在着自由基供体利用率低，成本偏高等问题，并且，目前常见的紫外光反应器大多为间歇式反应装置，反应速率低，净化效果不理想。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型公开一种超声波和紫外高级氧化耦合净水系统，通过将紫外高级氧化技术与超声波结合，充分利用自由基体的强氧化性，提高氧化剂利用效率，提高反应速率。

一种超声波和紫外高级氧化耦合净水系统，包括依次连接的进水水箱、离心泵、流量计、混合器、一级反应器、二级反应器和出水水箱；所述离心泵与流量计之间设置有闸阀，所述混合器的进料端通过计量泵与药剂罐连接；所述一级反应器和二级反应器均设置有进水口和出水口，所述进水口的位置低于出水口的位置；

所述一级反应器和二级反应器均包括相互配合的顶板和腔体，所述腔体内设置有超声波震动棒，所述超声波震动棒两侧对称设置有紫外光灯组，所述紫外光灯组包括多个紫外线灯管和整个套装在多个紫外线灯管外侧的石英套管，所述超声震动棒和紫外光灯组均与顶板可拆卸连接，所述超声波震动棒和紫外光灯组均电连接至控制中心。

优选的，所述一级反应器的进水口处设置有第一取样阀，所述一级反应器的出水口处设置有第二取样阀，所述二级反应器的出水口处设置有第三取样阀；

优选的，所述一级反应器和二级反应器上均设置有透光孔，透光孔处安装有紫外光强度测定仪；

优选的，所述进水口处设置有进水单向阀，所述出水口处设置有出水单向阀；

优选的，所述顶板和腔体之间安装有密封胶垫，所述密封胶垫外部设置有活动式密封装置，可更换不同形状的反应腔体；

优选的，所述紫外光灯组与顶板之间安装有灯管接头，所述灯管接头与紫外光灯组之间通过螺纹连接；

优选的，所述超声波震动棒由超声波发生器和超声波震头组成，所述超声波发生器位于顶板上部；

优选的，所述控制中心设置有显示器及按钮，用于调节超声波频率、功率及紫外光强度。

优选的，所述控制中心采用集成式数控显示，紫外光剂量、药剂投加量、超声功率、频率可单独控制、单独计量，工艺组合运行更加灵活。

优选的，本申请还公开一种利用超声波和紫外高级氧化耦合的净水方法，具体步骤如下：

步骤1、将需要净化的原水置于进水水箱中，将自由基供体置于药剂罐中；

步骤2、原水经离心泵加压，通过闸阀和流量计调节流量，然后流入静态管道混合器，自由基供体经计量泵加压后汇入静态管道混合器；

步骤3、静态管道混合器将原水和自由基供体混合均匀，然后将混合液输送至一级反应器，打开超声发生装置和紫外光灯组，原水中的目标有机物在自由基体、超声波和紫外光的双重作用下被裂解；

步骤4、经一级反应器处理后的水流入二级反应器，打开超声发生装置和紫外光灯组，继续进行反应；

步骤5、经过两次氧化后的溶液流出至出水水箱，反应完成。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型将超声（us）空化氧化与紫外高级氧化技术耦合，利用超声空化泡产生的高温高压微环境与紫外光的高能性共同作用分解溶质分子产生高能自由基（•oh、so4-•），提高了氧化剂的分解效率，加快了反应速率提高了目标物去除率，同时对难降解污染物有较好的协同去除效果；

（2）本实用新型中超声与紫外高级氧化技术耦合，可解决传统超声空化氧化技术高能耗的问题，同时亦可解决紫外高级氧化技术氧化剂利用率低的问题，进而提高系统经济性；

（3）本实用新型将采用过流式进出水系统，达到了实际生产与实验室研究相衔接的目的。

（4）本实用新型采用了模块化设计，可更换不同形状的反映腔体。对比研究了反应腔体结构形状对反应效率的影响，探究出最适合的反应器腔体构形，最大限度的发挥紫外线辐射作用，提高了紫外光利用率。

（5）本实用新型采用集成式数控显示，紫外光剂量、药剂投加量、超声功率、频率可单独控制、单独计量，工艺组合运行更加灵活；

（6）本实用新型中超声波产生的清洗作用可去除反应时附着在石英套管表面的污垢，提高紫外光的利用率，进而提高反应速率。

（7）本实用新型采用了二级处理模式的串联式超声波/紫外光反应器，一定程度上减少了反应器内短流造成的不利影响，增大了水力停留时间。

（8）本实用新型采用了二级处理形式的串联式超声波/紫外光反应器，有机物经过第一阶段的反应后浓度显著降低，有利于第二阶段反应的进行，进而提高有机物的去除率、矿化率，减少反应带来的有害中间产物。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型超声波和紫外高级氧化技术综合净水系统工艺流程图；

图2为一级反应器和二级反应器立体结构图；

图3为一级反应器或二级反应器主视图；

图4为a的局部放大图；

图5为一级反应器或二级反应器左视图；

图6为一级反应器或二级反应器俯视图；

图7位进水单向阀或出水单向阀剖面结构图；

图中：1.进水水箱，2.离心泵，3.闸阀，4.流量计，5.混合器，6.第一取样阀，7.一级反应器进水口，8.一级反应器，9.一级反应出水口，10.第二取样阀，11.二级反应器进水口，12.二级反应器，13.二级反应器出水口，14.取样阀，15.出水水箱，16.药剂罐，17.计量泵，18.石英套管，19.紫外灯管，20.活动式密封装置，21.顶板，22.灯管接头，23.超声波发生器，24.透光孔，25.超声波震头，26.紫外光灯组，27.超声功率调节器，28.紫外光灯组开关，29.腔体，30.控制器显示屏，31.控制中心，32.超声频率调节器，33、活动式密封装置，34、密封胶垫。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1-7所示，进水水箱1连接离心泵2，离心泵2通过闸阀3与流量计4连接，流量计4与计量泵17共同连接到混合器5，此处的混合器优选为静态混合器，计量泵17的另一端连接药剂罐16，混合器5的另一端连接一级反应器8的一级反应器进水口7，一级反应器8的一级反应器出水口9连接二级反应器12的二级反应器进水口11，二级反应器12的二级反应器出水口13连接到出水水箱15。在混合器5与一级反应器进水口7之间设置有第一取样阀6，在一级反应器的出水口9与二级反应器进水口11之间设置有第二取样阀10，在二级反应器出水口13与出水水箱15之间设置有第三取样阀14。

一级反应器8和二级反应器12上均设置有透光孔24，透光孔24处安装有紫外光强度测定仪，以便测定反应器边缘部分紫外光辐射强度，进而根据衰减系数计算出反应器内部紫外光辐射强度范围。

所述一级反应器8和二级反应器12的进水口和出水口采用下进上出的腾跃式逆流结构，为防止水流回流，在进水口处安装有进水单向阀，在出水口处安装有出水单向阀。所述一级反应器8和二级反应器12均包括相互配合的顶板21和腔体29，顶板21上安装有活动式密封装置33，腔体29外侧套有密封胶垫34，以保证密封性，通过活动式密封装置33实现顶板21和腔体29密封安装。顶板21和腔体29可拆卸式连接，以便更换不同形状的反应腔体模块。

腔体29内设置有超声波震动棒，超声波震动棒由位于顶板21上部的超声波发生器23和位于顶板21下部的超声波震头25组成，其声波频率与功率均可调节，以适应不同工况条件。

超声波震头25两侧对称设置有紫外光灯组26，所述紫外光灯组26包括多个紫外线灯管19和整个套装在多个紫外线灯管19外侧的石英套管18，紫外线灯管的数量根据紫外灯功率、紫外光强、曝光时间和待处理水所需紫外光剂量确定，紫外线灯组竖直安装。紫外光灯组26与顶板21之间安装有灯管接头，所述灯管接头与紫外光灯组26之间通过螺纹连接，方便更换，进一步提高模块化效果。

超声波震动头25和紫外光灯组26均与顶板21可拆卸连接，超声波发生器23和紫外光灯组26均电连接有控制中心31。所述控制中心31由显示屏30、超声功率调节器27、超声频率调节器32、紫外灯组控制器28组成。超声震棒25的频率与功率分别通过32、27控制，并通过显示器30可视化；紫外灯组的启闭通过28进行控制。

药剂罐16采用耐腐蚀的聚四氟乙烯材料，以减少分析过程中可能产生的误差。药剂罐16内可投加过氧化氢溶液、过硫酸钾溶液，以分别实现uv/h2o2和uv/persulfate高级氧化过程。计量泵17采用流量调节范围较大的蠕动泵以优化实验条件，探寻最佳工况。药剂投加量在0.5~10mg/l之间。

该系统工作过程如下：

原水置于水箱1中，经离心泵2加压后，通过闸阀3和流量计4调节流量，自由基供体（h2o2、或过硫酸钾）置于药剂罐16中，经计量泵17加压后汇入主进水管，再经管道混合器5混合均匀后自一级反应器进水口7流入一级反应器8开始反应：原水中的目标有机物在高能自由基（·oh或so4^-•）、超声波和紫外光的双重作用下被裂解为小分子有机物，少部分被矿化为co2和h2o；经一级反应器8处理后的水从反应器上部的一级反应器出水口9流出，然后自二级反应器进水口11流入二级反应器12继续进行反应，在此过程中，经上一步反应形成的小分子有机物及残余目标有机物再次被氧化为无机物；最后，经过两次氧化后的溶液从二级反应器出水口13流至出水箱15，反应完成。整个系统中水力停留时间不大于10min，流速不大于0.1m/s，紫外光剂量在200-300mj/cm²为标准值。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。