光磁耦合污水处理装置的设计及运行效果

Posted 2023-01-13 反应器

篇首语：君不见长松卧壑困风霜，时来屹立扶明堂。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了光磁耦合污水处理装置的设计及运行效果相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

摘要：基于光催化技术和磁场能够改善污水处理效果的性质，开发了一种光磁耦合污水处理装置。紫外线强度分布的设计计算采用多点源叠加近似辐射模型；磁感应强度的产生选用亥姆霍兹线圈，并采用MATLAB对反应器的磁场进行了磁场强度分布的可视化模拟；采用流体力学软件CFD对装置内流场进行了数值模拟。

结果表明，灯管之间的反应器壁附近区域的紫外线强度最小，而在3根紫外灯管间的区域紫外线强度较强且相对均匀；亥姆霍兹线圈内部磁场可近似作为匀强磁场；在该装置反应区存在循环流，有利于提高光磁耦合反应速率。对反应器效果进行验证表明，该反应器对污水的脱色率和COD去除率均较高，磁性光催化剂回收率达到97%以上；光磁耦合法废水处理效果明显高于磁场和光催化作用单独处理效果。

目前，磁效应作为一种水处理方法被引入环境工程领域，利用磁场降解水中的污染物，是近几年才发展起来的一项新型水处理技术。相关研究表明，磁场作为一种具有特殊能量的场，经其处理过后，水或水溶液的吸附、凝聚、光学性质和化学反应等方面的特性都会产生可测量的变化。

另外，在众多的污水处理方法中，光催化氧化法作为一种很有前途的处理方法，吸引了越来越多学者的注意，半导体在紫外光的照射下产生电子-空穴对，它们在半导体表面分别与不同的基团发生反应，最终使有机物污染物得到完全降解，无二次污染。国内已有学者研制出一些光催化水处理装置，但是基于磁场、光催化原理及水动力学理论设计的光磁耦合污水处理装置，在国内文献中未见报道。

本研究以磁场、光催化原理和水动力学知识为理论依据，开发了一种光磁耦合污水处理装置。通过对其紫外线强度分布及磁路进行设计、计算以及流场模拟分析，为反应器的进一步优化设计提供依据，同时对该装置的实际处理效果进行了初步研究。

1光磁耦合污水处理反应器的研制

1.1光磁耦合污水处理反应器的设计原理

在磁场和光催化共同作用下，磁场能够使光催化过程产生的.OH基团的活性增加，并且通过影响溶液里氢键和氧化自由基反应过程中单重态和三重态之间的转化速率来提高光催化反应速率，进而可以大幅提升污水处理效果。光磁耦合污水处理反应器就是利用磁场和光催化耦合作用，强化污水处理效率，最终实现高效降解有机废水的目的。。

1.2光磁耦合污水处理反应器的构造及工作流程

光磁耦合污水处理反应器主体部分由反应容器、紫外灯管和磁线圈组成，辅助部分由磁分离器和回流泵组成"如图+所示$。其工作原理是'装置进行工作时，搅拌机和紫外灯管在同一供电系统下同时工作；污水由进水口进入，同时磁性光催化材料通过计量泵加入到装置内部；然后在搅拌作用下和紫外光照条件下，磁性光催化材料和污水进行反应；反应后静沉一段时间，打开控制阀导出沉淀物，然后沉淀物通过高梯度磁分离器将磁性光催化剂分离出来，污泥从排泥管排出，磁性光催化剂通过控制阀在回流泵作用下重新加入到新的反应中，实现磁性光催化材料的回收利用。

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