一种净水剂催化反应系统和方法与流程

1.本发明涉及废水处理环保技术领域，具体为一种净水剂催化反应系统和方法。


背景技术：

2.我国水体污染主要来自两方面，一是工业发展超标排放工业废水，二是城市化中由于城市污水排放和集中处理设施严重缺乏，大量生活污水未经处理直接进入水体造成环境污染。工业废水近年来经过治理虽有所减少，但城市生活污水有增无减，占水质污染的51%以上。因此，发展高效、无副作用的净水剂变得尤为重要。目前有一种生物水质净水剂技术，该种生物净化剂一方面通过好氧反应能有效除去水中氨氮和亚硝酸盐，改善水体污染，降解有机大分子，减轻水中富营养化程度，将水体中的有机大分子物质分解成动植物能吸收的糖类、氨基酸、维生素、生物活性物质等，还能对难降解物质进行吸附，对水体中的悬浮物有较强的絮凝沉淀作用，实现净化水质的目的。例如公布号为cn112978934a的中国发明专利，公开了一种用于河道治理的微生物净水剂，其能够稳定水色改善水质，使水体活而爽，使水体不臭不腐。
3.因为水中的氧含量较低，为了催化该种生物净化剂的反应效率，需要向水中供氧，提高氧气浓度。目前常用的供氧方式是直接在水体底部供氧，使得氧气以气泡的方式在水体中扩散。但该种方式没有改变水中氧气的溶解度，需要持续不断供氧，这就会使得不断有气泡上浮，进而影响生物净化剂的絮凝沉淀，降低了该种生物净化剂的净化效率。


技术实现要素：

4.本发明的技术问题在于提供一种净水剂催化反应系统和方法，本发明能够不断向封闭的桶体内供氧，在直接供氧的同时增强桶体内的气压，提高氧气在水体中的溶解度，提高容器内的氧气浓度，提高净化效率；本发明还能根据桶体内气压的大小调节供氧速度，在初始气压较低时，快速供氧，提高生物净化剂好氧反应的效率；在一段时间后气压较高时，维持水体中高氧气溶解度的同时降低供氧速度，减少供氧时气泡对水体中絮凝沉淀的影响，辅助絮状沉淀生成。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种净水剂催化反应系统，包括用于容纳待处理水体的桶体，所述桶体设置有桶盖和用于向桶内注入空气的加压机构；所述加压机构包括竖直设置在桶体中央的空心加压柱，所述空心加压柱的上端设置有开口；所述空心加压柱的下端开有排气口，所述排气口处铰接有第一阀板，所述第一阀板用于控制所述排气口开启、关闭，所述第一阀板的开口向外；所述空心加压柱的内部竖直滑动安装有加压板，所述加压板上开有入气口，所述加压板的下端铰接有第二阀板，所述第二阀板用于控制所述入气口开启、关闭；所述第二阀板的开口向下；所述开口处设置有转动盘，所述转动盘通过第一转动轴转动安装在桶壁上，所述转动盘的端面上偏心固定设置有驱动柱，所述驱动柱通过驱动杆与所述加压板铰接，所述驱动杆用于驱动所述加压板在所述空心加压柱内竖直往复移动；
所述桶盖上还设置有与所述加压机构相连的调速机构，所述调速机构根据桶体内气压的大小调整第一转动轴的转速大小。
6.作为本发明的进一步方案，所述桶盖竖直滑动安装在所述桶体内，所述桶体内壁上固定设置有用于限制所述桶盖上、下极限行程的限位板；所述调速机构包括设置在所述桶盖上的驱动电机，所述驱动电机的驱动轴上固定安装有弧形驱动盘；所述第一转动轴上键连接安装有摩擦盘，所述弧形驱动盘与所述摩擦盘摩擦传动连接；所述摩擦盘与所述转动盘之间设置有第一弹簧。
7.作为本发明的进一步方案，所述空心加压柱转动安装在所述桶体的底板上，所述空心加压柱内开有螺纹段；所述加压板上固定安装有连接杆，所述连接杆与所述驱动杆球头铰接；所述连接杆上固定安装有驱动环，所述驱动环与所述螺纹段螺纹连接。
8.作为本发明的进一步方案，所述空心加压柱的外周固定安装有转动环，所述转动环的周向固定间隔设置有搅拌扇。
9.作为本发明的进一步方案，桶盖上开有通气孔，所述通气孔处安装有弹簧式泄压阀。
10.作为本发明的进一步方案，所述桶体上设置有入水孔和排水孔，所述排水孔处设置有过滤网。
11.作为本发明的进一步方案，所述第一阀板与所述排气口的铰接处设置有扭簧。
12.本发明还提供一种净水剂催化反应方法，包括上述所述的反应系统，其主要步骤包括：s1：将规定容积的待处理水体导入桶体内，并向桶内投入规定生物净化剂，生物净化剂在净化水体时需要氧气参与反应，为提高催化效率，需要提高水体中的氧气浓度；s2：启动驱动电机，开始时加压板不断快速往复运动将外界的空气通过空心加压柱快速挤入桶内，气体从桶体底部进入并扩散至水体中，随着加压板的不断往复运动，桶体内的压强不断增加，提高氧气在水体中的溶解度，提高催化效率；s3：在反应一段时间后水体中会有絮状沉淀生成，此时不断进入水中的外界气泡会影响絮状沉淀，所以需要加压板降低往复运动效率，随着桶体内的压强不断增加，桶内的气体会挤压桶盖竖直向上移动，使得调速机构降低第一转动轴的转速，进而降低加压板往复运动效率，辅助絮状沉淀生成；s4：生物净化剂反应完全后，将水排出，得到净水处理后的水体。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明能够不断向封闭的桶体内供氧，在直接供氧的同时增强桶体内的气压，提高氧气在水体中的溶解度，提高容器内的氧气浓度，提高净化效率；本发明还能根据桶体内气压的大小调节供氧速度，在初始气压较低时，快速供氧，提高生物净化剂好氧反应的效率；在一段时间后气压较高时，维持水体中高氧气溶解度的同时降低供氧速度，减少供氧时气泡对水体中絮凝沉淀的影响，辅助絮状沉淀生成。
14.2.本发明随着桶体内气压的增强，水体中的氧气溶解度增加，氧气浓度增加，提高生物净化剂的净化效率；同时桶盖逐渐上移，弧形驱动盘与摩擦盘的摩擦传动位置上移，传动比减小，第一转动轴的转速降低，使得加压板的往复移动频率降低，供养速度减小，因供氧而产生气泡减小，减少供氧时气泡对水体中絮凝沉淀的影响，辅助絮状沉淀生成，提高生
物净化剂的净化效率。
15.3.本发明的弹簧式泄压阀不仅可以将桶体内的气压维持在一个较高的状态，避免无限增加造成桶体破坏；还可以将桶体内的低氧气浓度的气体排出，换成排气口处新进入的高氧气浓度的气体，提高生物净化剂的净化效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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。
17.图1为一种净水剂催化反应系统的总体结构示意图；图2为本发明反应系统半剖时的结构示意图；图3为本发明图2中a部分的局部放大示意图；图4为本发明图2中b部分的局部放大示意图；图5为本发明图2中c部分的局部放大示意图；图6为本发明图2中d部分的局部放大示意图；图7为一种净水剂催化反应方法的工艺流程图。
18.附图中，各标号所代表的部件列表如下：1-桶体、2-桶盖，3-加压机构、31-空心加压柱、32-开口、33-排气口、34-第一阀板、35-加压板、36-入气口、37-第二阀板、38-转动盘、39-第一转动轴、40-驱动柱、41-驱动杆、5-调速机构、51-驱动电机、52-驱动轴、53-弧形驱动盘、54-摩擦盘、55-第一弹簧、61-螺纹段、62-连接杆、63-驱动环、64-转动环、65-搅拌扇、66-通气孔、67-弹簧式泄压阀、68-限位板、71-入水孔、72-排水孔、73-过滤网、74-扭簧。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
20.请参阅图1-7，本发明提供一种净水剂催化反应系统，包括用于容纳待处理水体的桶体1，所述桶体1设置有桶盖2和用于向桶内注入空气的加压机构3；所述加压机构3包括竖直设置在桶体1中央的空心加压柱31，所述空心加压柱31的上端设置有开口32；所述空心加压柱31的下端开有排气口33，所述排气口33处铰接有第一阀板34，所述第一阀板34用于控制所述排气口33开启、关闭，所述第一阀板34的开口向外；所述空心加压柱31的内部竖直滑动安装有加压板35，所述加压板35上开有入气口36，所述加压板35的下端铰接有第二阀板37，所述第二阀板37用于控制所述入气口36开启、关闭；所述第二阀板37的开口向下；所述开口32处设置有转动盘38，所述转动盘38通过第一转动轴39转动安装在桶壁上，所述转动盘38的端面上偏心固定设置有驱动柱40，所述驱动柱40通过驱动杆41与所述加压板35铰接，所述驱动杆41用于驱动所述加压板35在所述空心加压柱
31内竖直往复移动；所述桶盖2上还设置有与所述加压机构3相连的调速机构5，所述调速机构5根据桶体1内气压的大小调整第一转动轴39的转速大小。
21.如图1所示，工作时先将规定容积的待处理水体导入桶体1内，并向桶内投入规定生物净化剂，生物净化剂在净化水体时需要氧气参与反应，为提高催化效率，需要提高水体中的氧气浓度，向水体中供氧。具体的供氧方式如图2所示，驱动第一转动轴39转动，第一转动轴39转动带动转动盘38转动，转动盘38转动带动偏心固定安装在转动盘38上的驱动柱40转动，驱动柱40通过驱动杆41驱动加压板35在空心加压柱31内竖直往复移动。如图4所示，当加压板35在驱动杆41的驱动下竖直向上移动时，空心加压柱31内加压板35下方的空间增大，其气压减小，外界空气在大气压的挤压下驱动第二阀板37向下打开入气口36，外界的空气进入空心加压柱31内；如图5所示，当加压板35在驱动杆41的驱动下竖直向下移动时，空心加压柱31内加压板35下方的空间减小，其气压增大，但因为第二阀板37的开口向下，此时第二阀板37关闭入气口36，空心加压柱31内的空气在加压板35的挤压下向排气口33处移动，排气口33处的第一阀板34在气压的作用下克服水压打开，空气进入桶体1内的水体中，以气泡的方式在水体中扩散；当空气排出后，加压板35重新向上，此时第一阀板34在水压的作用下关闭排气口33，入气口36重新吸气，循环往复，持续向桶体1内的水中供氧。因为水中氧气的溶解度较低，所以需要持续向水体中供氧。如图2所示，本发明在桶体1内设置了封闭的桶盖2，这样在持续供氧时，桶体1内的气体压力不断增大，在压强增大的情况下，水中的氧气溶解度也增加，增加了水体中的氧气浓度，提高了生物净化剂的反应效率。因为一开始时，桶体1内的水体中氧气含量较少，需要快速向水体中供氧，所以第一转动轴39的转速较快，实现快速供氧的目的。但是当反应一段时间后，生物净化剂开始不断生成絮状沉淀，这时因为持续供氧而不断产生的水体中的气泡会影响絮状沉淀的生成，影响生物净化剂的净化效率。所以本发明还设置了调速机构5，所述调速机构5根据桶体1内气压的大小调整第一转动轴39的转速大小。在供氧一段时间后气压较高时，维持水体中高氧气溶解度的同时通过降低第一转动轴39的转速来降低供氧速度，减少供氧时气泡对水体中絮凝沉淀的影响，辅助絮状沉淀生成，提高生物净化剂的净化效率。本发明能够不断向封闭的桶体1内供氧，在直接供氧的同时增强桶体1内的气压，提高氧气在水体中的溶解度，提高容器内的氧气浓度，提高净化效率；本发明还能根据桶体1内气压的大小调节供氧速度，在初始气压较低时，快速供氧，提高生物净化剂好氧反应的效率；在一段时间后气压较高时，维持水体中高氧气溶解度的同时降低供氧速度，减少供氧时气泡对水体中絮凝沉淀的影响，辅助絮状沉淀生成。
22.作为本发明的进一步方案，所述桶盖2竖直滑动安装在所述桶体1内，所述桶体1内壁上固定设置有用于限制所述桶盖2上、下极限行程的限位板68；所述调速机构5包括设置在所述桶盖2上的驱动电机51，所述驱动电机51的驱动轴52上固定安装有弧形驱动盘53；所述第一转动轴39上键连接安装有摩擦盘54，所述弧形驱动盘53与所述摩擦盘54摩擦传动连接；所述摩擦盘54与所述转动盘38之间设置有第一弹簧55。
23.如图2、图3所示，本发明的调速机构5其具体的调速过程如下，驱动电机51上的驱动轴52转动，通过弧形驱动盘53和摩擦盘54的传动驱动第一转动轴39转动，使得加压机构3持续向桶体1内的水体供氧。开始时的供氧速度较快，第一转动轴39的转速较快。随着供氧
的进行，桶体1内的气压持续增强，此时竖直滑动安装在桶体1内的桶盖2在气压的作用下竖直向上移动，因为本发明的驱动电机51安装在桶盖2上，所以驱动电机51随着桶盖2一起上移，驱动电机51上的驱动轴52和弧形驱动盘53也随着上移，这样弧形驱动盘53与摩擦盘54的摩擦传动位置改变。原先弧形驱动盘53与摩擦盘54的摩擦传动位置位于弧形驱动盘53的外周，其传动比较大，当弧形驱动盘53竖直上移时弧形驱动盘53与摩擦盘54的摩擦传动位置向弧形驱动盘53的内周移动，其传动比减小。具体的原理为角速度不变，线速度与半径成反比。随着桶体1内气压的增强，水体中的氧气溶解度增加，氧气浓度增加，提高生物净化剂的净化效率；同时桶盖2逐渐上移，弧形驱动盘53与摩擦盘54的摩擦传动位置上移，传动比减小，第一转动轴39的转速降低，使得加压板的往复移动频率降低，供养速度减小，因供氧而产生气泡减小，减少供氧时气泡对水体中絮凝沉淀的影响，辅助絮状沉淀生成，提高生物净化剂的净化效率。本发明中限位板68的设置是为了限制桶盖2的上、下极限行程，避免桶盖2脱离桶体1。
24.作为本发明的进一步方案，所述空心加压柱31转动安装在所述桶体1的底板上，所述空心加压柱31内开有螺纹段61；所述加压板35上固定安装有连接杆62，所述连接杆62与所述驱动杆41球头铰接；所述连接杆62上固定安装有驱动环63，所述驱动环63与所述螺纹段61螺纹连接。
25.如图2、图4所示，本发明在加压板35上固定安装有连接杆62，加压板35通过连接杆62与驱动杆41铰接。当加压板35在驱动杆41的驱动下做竖直往复运动时，连接杆62随着加压板35一起竖直往复移动，连接杆62上固定安装的驱动环63也在空心加压柱31内竖直往复移动。因为驱动环63与空心加压柱31内壁上的螺纹段61螺纹连接，所以驱动环63在竖直往复移动时会驱动空心加压柱31在桶体1内反复转动。这样排气口33在排气时，气泡会受到离心力的作用从排气口33处甩出，扩大的气泡的移动范围，增加了水体与气泡的接触路径，提高生物净化剂的净化效率。
26.作为本发明的进一步方案，所述空心加压柱31的外周固定安装有转动环64，所述转动环64的周向固定间隔设置有搅拌扇65。
27.如图2所示，该设置的目的是利用空心加压柱31的反复转动带动转动环64反复转动，进而驱动搅拌扇65来回转动搅拌水体，使得水体中的生物净化剂能够与水、氧气充分接触，提高生物净化剂的净化效率。
28.作为本发明的进一步方案，桶盖2上开有通气孔66，所述通气孔66处安装有弹簧式泄压阀67。
29.如图2所示，本发明桶盖2移动到上极限位置后，第一转动轴39缓慢转动，加压机构3缓慢供氧，所以桶体1内的气压仍然会缓慢增加，这时弹簧式泄压阀67会将桶体1内的气压维持在一个较高的状态，但不会无限增加。因为生物净化剂的好氧反应消耗氧气生成二氧化碳，随着时间的进行，桶体1内的气压虽然维持不变，当桶体1内的氧气含量会降低，弹簧式泄压阀67的设置在还可以将桶体1内的低氧气浓度的气体排出，换成排气口33处新进入的高氧气浓度的气体，提高生物净化剂的净化效率。
30.作为本发明的进一步方案，所述桶体1上设置有入水孔71和排水孔72，所述排水孔72处设置有过滤网73。如图2、图6所示，本发明从入水孔71处入水，从排水孔72处排水，在排水时利用过滤网73将沉淀滤出，得到净化后的水体。
31.作为本发明的进一步方案，所述第一阀板34与所述排气口33的铰接处设置有扭簧74。如图5所示，该设置的目的是进一步保证在吸气时第一阀门能够快速关闭排气口33，避免桶体1内的水体从排气口33处进入空心加压柱31内。
32.本发明还提供一种净水剂催化反应方法，包括上述所述的反应系统，其主要步骤包括：s1：将规定容积的待处理水体导入桶体1内，并向桶内投入规定生物净化剂，生物净化剂在净化水体时需要氧气参与反应，为提高催化效率，需要提高水体中的氧气浓度；s2：启动驱动电机51，开始时加压板35不断快速往复运动将外界的空气通过空心加压柱31快速挤入桶内，气体从桶体1底部进入并扩散至水体中，随着加压板35的不断往复运动，桶体1内的压强不断增加，提高氧气在水体中的溶解度，提高催化效率；s3：在反应一段时间后水体中会有絮状沉淀生成，此时不断进入水中的外界气泡会影响絮状沉淀，所以需要加压板35降低往复运动效率，随着桶体1内的压强不断增加，桶内的气体会挤压桶盖2竖直向上移动，使得调速机构5降低第一转动轴39的转速，进而降低加压板35往复运动效率，辅助絮状沉淀生成；s4：生物净化剂反应完全后，打开排水孔72，得到净水处理后的水体。