一种喷射冻结循环净化去除水中污染物的方法及系统与流程

本发明涉及一种去除水中污染物的方法及系统，尤其是一种适用于生活和工业污水可循环利用的喷射冻结循环净化去除水中污染物的方法及系统。

技术背景

在社会不断发展人们生活水平不断提高的同时，人们在生产和生活中大量地利用水资源并且排放出各种污水废水污染环境。然而，目前我国对于污水处理存在如下问题：(一)基础设施建设的不够完善造成治理效率低下；(二)生活和工业污水处理工艺所需成本较高，投资巨大与我国经济实力不对称；(三)生活和工业污水处理技术、污水处理系统复杂；(四)污泥没有真正达到无害化没有最终处置的途径；(五)污水排放监控力不够导致污水处理的运行稳定性较差。

综上所述，目前迫切需要一种既能有效净化污水技术，同时又能避免二次污染的方法。

技术实现要素：

技术问题：发明的目的要克服现有技术中的不足之处，提出一种结构简单、操作方便、净化污水好、能避免二次污的染喷射冻结循环净化去除水中污染物的方法及系统。

技术方案：本发明的喷射冻结循环净化去除水中污染物的系统，包括污水循环系统、控温系统和混合箱；所述的污水循环系统包括装有污染水的污水池、设在污水池下部与混合箱底部相连通的污水导管，污水导管上依次设有开关阀门、过滤器、三通阀门和水泵；所述的控温系统包括控温冷浴、低温气体进气导管、低温气体回气导管、输气管和气泵，所述的低温气体进气导管和低温气体回气导管设在控温冷浴的顶部；气泵经输气管与控温冷浴相连；所述的混合箱内倾斜设有透水膜架，透水膜架上设有收集析出冰晶的透水膜，透水膜斜角一侧的混合箱壁上设有混合箱箱门，混合箱箱门口外设有冰晶收集容器；混合箱的底部一侧设有过滤滤嘴，另一侧设有溶液浓度监测传感器，所述过滤滤嘴的出口与水泵相连，混合箱的顶部中央设有与三通阀门相通的喷雾器，顶部一侧设有与低温气体回气导管相连的入口；所述混合箱箱门的上方设有进入低温气体进气导管的通孔。

所述倾斜设置的透水膜架高端位于混合箱整体高度的1/3处，倾斜角度为15°～30°。

一种利用上述系统的喷射冻结循环净化去除水中污染物的方法，包括如下步骤：

a.首先将污染水导入污水池中静置1-2小时，然后打开开关阀门，使污染水经过滤器过滤除去大颗粒状的污染物；

b.打开三通阀门将定量过滤后的污染水导入混合箱内的喷雾器中，通过喷雾器以污水水雾的形式喷射散发出来，通过调整喷雾器功率的大小获得不同颗粒大小的污水水雾，即可确定污水水雾颗粒粒径的范围；

c.同时根据设计需要设定的冻结温度、风速和污染水雾指标，控制冻结速率，打开气泵和控温冷浴，将低温气体经低温气体进气导管送入混合箱内，进入混合箱内的低温气体与污水水雾相遇后受冷结晶；

d.污水水雾受冷后快速形成的冰晶和冰晶表面未冻结的污水一同落到透水膜上，通过透水膜将析出的冰晶和冰晶表面未冻结的污染水进行分离，分离出来的纯冰晶从混合箱箱门流入设在混合箱箱门外的冰晶收集容器中，滤出来的高浓度废液沉积到混合箱底；

e.沉积到混合箱底的高浓度废液在水泵的作用下，从过滤滤嘴流出，沿污水导管经三通阀门从喷雾器再次进入混合箱循环处理，通过设在混合箱底部的溶液浓度监测传感器测试沉积到混合箱底的污染水浓度，当测得沉积到混合箱底的高浓度废液的浓度达到70％时，打开混合箱底出口排出，收集浓度达70％的高浓度废液，另外进行化学处理；

f.重复步骤b、c、d、e，将收集到的纯冰晶进行自然融化，得到被净化后的水质。

所述的冻结温度为-5.0～-60.0℃、风速为0.2～3.0m/min，冻结速率为0.01～0.3℃/h。

所述的污水水雾的颗粒粒径为5.0-20.0μm。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明利用冷冻浓缩过程中冰晶的自净原理，创新性地把污染水以水雾的形式喷射散发出来，借助绿色无污染的冻结技术，用低温气体使水雾受冷结晶进而将污水中的污染物质浓缩、集中、再处理，避免现有的污水处理技术成本大、技术落后、系统复杂和二次污染等弊端。通过测定污染物种类与冻结温度、风速和水雾颗粒大小之间的关系，得到优化冻结效率：保证一次分离出的水质达到三类以上，冰晶重量达到污染水总重量的50％-80％。为了达到最优化的驱替效果，针对污染的特性开展，选择适合的冻结参数的实验，并通过现场驱替效果的检验，调整和优化冻结参数；同时控制喷雾器的功率以及气泵的参数使水雾颗粒大小和进气风速在合适的范围内。冻结析出过程中污染物浓度检测，既确定了冻结循环处理的次数又可以进一步优化调整冻结参数：冻结温度和冻结速率，还可以限制水雾颗粒的大小在范围为5-10μm，确保污染驱替达到要求。在充分利用水结成冰晶过程中的自净功能的基础上，改变污染水的雾化状态大大加快了冻结的速率；具有净化纯度高、无污染、净化效率高、可循环等优点。其结构简单，操作方便，能有效避免二次污染，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的喷射冻结循环净化系统示意图。

图中：1-污水池，2-污染水，3-气泵，4-输气管，5-控温冷浴，6-过滤器，7-混合箱，8-低温气体进气导管，9-混合箱箱门，10-冰晶收集容器，11-纯冰晶，12-三通阀门，13-喷雾器，14-污水水雾，15-析出冰晶，16-透水膜，17-溶液浓度监测传感器，18-高浓度废液，19-过滤滤嘴，20-污水导管，21-水泵，22-低温气体回气导管，23-开关阀门。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本发明的喷射冻结循环净化去除水中污染物的系统，主要由污水循环系统、控温系统和混合箱7构成；所述的污水循环系统包括装有污染水2的污水池1、设在污水池1下部与混合箱7底部相连通的污水导管20，污水导管20上依次设有开关阀门23、过滤器6、三通阀门12和水泵21；所述的控温系统包括控温冷浴5、低温气体进气导管8、低温气体回气导管22、输气管4和气泵3，所述的低温气体进气导管8和低温气体回气导管22设在控温冷浴5的顶部；气泵3经输气管4与控温冷浴5相连；所述的混合箱7内倾斜设有透水膜架，所述倾斜设置的透水膜架高端位于混合箱7整体高度的1/3处，倾斜角度为15°～30°。透水膜架上设有收集析出冰晶15的透水膜16，透水膜斜角一侧的混合箱壁上设有混合箱箱门9，混合箱箱门9口外设有冰晶收集容器10；混合箱7的底部一侧设有过滤滤嘴19，另一侧设有溶液浓度监测传感器17，所述过滤滤嘴19的出口与水泵21相连，混合箱7的顶部中央设有与三通阀门12相通的喷雾器13，顶部一侧设有与低温气体回气导管22相连的入口；所述混合箱箱门9的上方设有进入低温气体进气导管8的通孔。

本发明的喷射冻结循环净化去除水中污染物的方法，具体步骤如下：

a.首先将超标的污染水2导入污水池中1中，检测污染物的类型，让污水静置1-2小时，然后打开开关阀门23，使污染水经过滤器6过滤除去大颗粒状的污染物；

b.打开三通阀门12，将定量过滤后的污染水2经污水导管20导入混合箱7内的喷雾器13中，通过喷雾器13使污染水水雾化，以污水水雾14的形式喷射散发出来，所述的污水水雾14的颗粒粒径为5.0-20.0μm；通过调整喷雾器功率的大小获得不同颗粒大小的污水水雾14，即可确定污水水雾14颗粒粒径的范围；

c.针对污染物的特性，通过试验确定优化的冻结参数，利用人工制冷控温系统来提供低温冷气，低温冷气进气管倾斜向上使气体自下向上吹去充分与水雾接触，提高冻结的效率，同时在混合箱7上方设置反应后的低温气体回气导管22使低温气体循环使用，以降低冷冻电力消耗，根据设计需要设定的冻结温度、进风风速和污染水雾尺寸指标，控制冻结速率，打开气泵3和控温冷浴5，将低温气体经低温气体进气导管8送入混合箱7内，进入混合箱7内的低温气体与污水水雾14在空气中相遇后受冷结晶；利用污水冷冻浓缩过程中冰晶的自净作用不断循环驱除污染物，所述的冻结温度为-5.0～-60.0℃、进风风速为0.2～3.0m/min，冻结速率为0.01～0.3℃/h，根据实际净化效果调整范围；

d.污水水雾受冷后快速形成的冰晶和冰晶表面未冻结的污水一同落到透水膜16上，通过透水膜16将析出的冰晶15和冰晶表面未冻结的污染水进行分离，分离出来的纯冰晶11从混合箱箱门9流入设在混合箱箱门外的冰晶收集容器10中，滤出来的高浓度废液18沉积到混合箱底；

e.沉积到混合箱底的高浓度废液18在水泵21的作用下，从过滤滤嘴19流出，沿污水导管20经三通阀门12从喷雾器13再次进入混合箱7次循环处理，实测冻结驱替效果，调整和优化冻结参数以及确定水雾颗粒和进气风速的范围；通过设在混合箱底部的溶液浓度监测传感器17实时测试沉积到混合箱底的污染水浓度，当沉积到混合箱底的高浓度废液18的浓度达到70％时，打开混合箱底出口，收集浓度达70％的高浓度废液18，另外进行化学处理；

f.重复步骤b、c、d、e，将收集到的纯冰晶11进行自然融化，即得到被净化后的三类以上水质。