[发明专利]一种可同步清洗的紫外-光化学复合净水工艺和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效消毒和去除微污染物的工艺和装置，利用单级多波长的紫外线照射空气产生臭氧，并利用磁场强化臭氧自由基化以及臭氧与多段紫外线光化学联合作用的多级物理和光化学作用，达到高效消毒和去除微污染物的目的。利用切线流带动无电动力旋转叶片产生螺旋上升流，并协同多层穿孔折流板的三维错流作用，达到混合水体和同步冲刷清洗紫外套管的作用，强磁场磁化处理也可以改变钙类物质的结晶状态，降低结垢风险，属于饮用水处理技术领域。

背景技术

当前，利用紫外线杀菌的装置有单级紫外线和二级紫外臭氧联合作用(一级180-200nm紫外产臭氧和二级232-238nm紫外/臭氧联合)，后者较前者在处理效果上有一定的提高作用，但臭氧浓度可能过高导致出水异味大，而且没有尾气再利用功能，二级处理能耗也会偏大；现有的紫外线自动清洗方式一般以机械清洗、加化学药剂清洗和两种结合的清洗方法为主，结构复杂，制造和安装不方便，而且能耗成本高，也会引入化学物质，清洗时需要中断水处理。因此，需要一种既能充分利用紫外、臭氧，又能强化臭氧自由基化的工艺，同时兼具同步自动清洗、不需要机械和化学药剂清洗的反应装置。

发明内容

本发明提供了一种经济高效、运行简便的饮用水同步清洗和紫外光化学复合净水工艺和装置，该工艺综合单级多段波长紫外产臭氧、磁场强化臭氧自由基化、臭氧与多段紫外线联合光化学反应和尾臭氧自循环的多级作用，提高消毒效果，抑制病原菌光复活的同时氧化降解微污染物；综合在线切流、螺旋流、三维错流和磁场变晶作用来实现同步清洗和降低结垢风险的一体化强化处理。

本发明的反应器的构造如附图1和2所示，包括第一级集水箱臭氧氧化装置(7)和第二级紫外-臭氧光化学氧化装置(18)。第一级反应装置内装有曝气砂板(8)和气水混合物循环导管(19)，前面连接有流量计(6)，与第二级反应装置之间配有提升泵(9)、阀门(10)、射流器(12)、磁化处理器(13)和下部进水口，通过管路相连接，阀门(10)和(11)调节控制一级循环和二级处理水量；第二级反应装置(18)内装有底部螺旋叶 片(14)、上部多套穿孔折流板(15)和石英套管(2)，石英套管内装有一支主波长254nm、次波长185nm低压紫外灯管(3)、空气进气管和干燥器(1)、主臭氧导气管(4)；在第二级反应装置的上部装有最终出水口和出水调节阀门(16)，下部装有排污口和调节阀门(17)。

本发明的反应器系统操作过程如下：

打开阀门10、11和16，开启电源，使紫外灯3和提升泵9开始工作。此时，在射流器的作用下，臭氧气水混合物经过磁处理器进入紫外反应器进行消毒和净水处理；多余的臭氧空气混合尾气由导管5进入集水箱扩散布气。通过调节阀门10和11可以调节控制水的处理量。

本发明的技术原理为：

紫外/臭氧光化学反应可以产生氧化能力很强的羟基自由基·OH和氧自由基·O；自由基对的单重态向三重态的转化可以防止自由基单重态之间的重结合，外加磁场作用可以加快这种转化，从而加快了臭氧自身以及与UV反应产生羟基自由基·OH的速率，强化自由基氧化反应；套管表面螺旋流态的变化可以降低微生物、钙镁矿物质的附着和结垢风险，由射流器进入反应器的气水混合物沿底部切线进入，通过切线冲击螺旋叶片带动混合物螺旋上升，反应器高位区随着流态横向动能减弱可能变为平流，增设内外孔位交错的多层穿孔折流板(见附图1和2，折流板A型、B型间隔放置，相邻层的孔错位)，可以在沿套管表面到反应器表面方向和垂直于这个方向的方向上产生流动，结合上升流动，产生的三维错流可以强化减弱的螺旋流对套管表面的冲刷作用，并且可以使内外水层加速混合，强化紫外线对单位水体的杀菌效果。

本发明的优点如下：

1 采用单级多波长紫外光，同时实现产臭氧和净化水；产生的臭氧利用射流器与处理水混合进入反应器，未利用臭氧通过反应器余压自循环进入前置集水箱，实现单级产臭氧、双级臭氧化的目的；

2 利用高磁场强化臭氧水中自由基化和紫外/臭氧自由基化，强化自由基产生，多级自由基化强化消毒效果和氧化去除微污染物；

3 利用进水气水混合物的动能带动旋转叶片，形成螺旋水流，协同高位区多层穿孔折流板的三维错流，实现同步冲刷的清洗目的，无化学污染物残留；

4 磁场强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复活 发生；

5 系统构造简单，占地面积小，可实现连续和自动化运行，操作维护方便。

附图简要说明