光磁耦合污水處理裝置的設(shè)計及運行效果

摘要：基于光催化技術(shù)和磁場能夠改善污水處理效果的性質(zhì)，開發(fā)了一種光磁耦合污水處理裝置。紫外線強度分布的設(shè)計計算采用多點源疊加近似輻射模型；磁感應(yīng)強度的產(chǎn)生選用亥姆霍茲線圈，并采用MATLAB對反應(yīng)器的磁場進行了磁場強度分布的可視化模擬；采用流體力學軟件CFD對裝置內(nèi)流場進行了數(shù)值模擬。

結(jié)果表明，燈管之間的反應(yīng)器壁附近區(qū)域的紫外線強度最小，而在3根紫外燈管間的區(qū)域紫外線強度較強且相對均勻；亥姆霍茲線圈內(nèi)部磁場可近似作為勻強磁場；在該裝置反應(yīng)區(qū)存在循環(huán)流，有利于提高光磁耦合反應(yīng)速率。對反應(yīng)器效果進行驗證表明，該反應(yīng)器對污水的脫色率和COD去除率均較高，磁性光催化劑回收率達到97%以上；光磁耦合法廢水處理效果明顯高于磁場和光催化作用單獨處理效果。

目前，磁效應(yīng)作為一種水處理方法被引入環(huán)境工程領(lǐng)域，利用磁場降解水中的污染物，是近幾年才發(fā)展起來的一項新型水處理技術(shù)。相關(guān)研究表明，磁場作為一種具有特殊能量的場，經(jīng)其處理過后，水或水溶液的吸附、凝聚、光學性質(zhì)和化學反應(yīng)等方面的特性都會產(chǎn)生可測量的變化。

另外，在眾多的污水處理方法中，光催化氧化法作為一種很有前途的處理方法，吸引了越來越多學者的注意，半導體在紫外光的照射下產(chǎn)生電子-空穴對，它們在半導體表面分別與不同的基團發(fā)生反應(yīng)，最終使有機物污染物得到完全降解，無二次污染。國內(nèi)已有學者研制出一些光催化水處理裝置，但是基于磁場、光催化原理及水動力學理論設(shè)計的光磁耦合污水處理裝置，在國內(nèi)文獻中未見報道。

本研究以磁場、光催化原理和水動力學知識為理論依據(jù)，開發(fā)了一種光磁耦合污水處理裝置。通過對其紫外線強度分布及磁路進行設(shè)計、計算以及流場模擬分析，為反應(yīng)器的進一步優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)，同時對該裝置的實際處理效果進行了初步研究。

1光磁耦合污水處理反應(yīng)器的研制

1.1光磁耦合污水處理反應(yīng)器的設(shè)計原理

在磁場和光催化共同作用下，磁場能夠使光催化過程產(chǎn)生的.OH基團的活性增加，并且通過影響溶液里氫鍵和氧化自由基反應(yīng)過程中單重態(tài)和三重態(tài)之間的轉(zhuǎn)化速率來提高光催化反應(yīng)速率，進而可以大幅提升污水處理效果。光磁耦合污水處理反應(yīng)器就是利用磁場和光催化耦合作用，強化污水處理效率，最終實現(xiàn)高效降解有機廢水的目的。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

1.2光磁耦合污水處理反應(yīng)器的構(gòu)造及工作流程

光磁耦合污水處理反應(yīng)器主體部分由反應(yīng)容器、紫外燈管和磁線圈組成，輔助部分由磁分離器和回流泵組成"如圖+所示$。其工作原理是'裝置進行工作時，攪拌機和紫外燈管在同一供電系統(tǒng)下同時工作；污水由進水口進入，同時磁性光催化材料通過計量泵加入到裝置內(nèi)部；然后在攪拌作用下和紫外光照條件下，磁性光催化材料和污水進行反應(yīng)；反應(yīng)后靜沉一段時間，打開控制閥導出沉淀物，然后沉淀物通過高梯度磁分離器將磁性光催化劑分離出來，污泥從排泥管排出，磁性光催化劑通過控制閥在回流泵作用下重新加入到新的反應(yīng)中，實現(xiàn)磁性光催化材料的回收利用。

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