專利名稱：一種在線寬頻超聲波污水處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在線寬頻超聲波與臭氧協同處理污水的裝置，屬于污水處理設備
技術領域。
背景技術：
近年來，隨著聲化學的興起，功率超聲作為污水處理的一種新興手段已經得到了 應用，其降解條件溫和，降解速率快，適用范圍廣，尤其是對工業(yè)廢水中的有機物的降解非 常顯著，對有機物的處理更直接，且沒有二次污染。 超聲波對有機污水的降解作用，主要源于其聲空化效應。即在較大的聲強作用下， 在聲波負壓相內，空化泡迅速擴大，隨之在聲波正壓相作用下，被迅速壓縮至崩潰，空化泡 崩潰時，形成局部熱點，其溫度Tmax可達5000K以上。壓力達50MPa持續(xù)數微秒以后，熱點隨 之冷卻，并有強大的沖擊波產生；聲空化反應時空化泡崩潰的瞬間產生的高溫高壓還可以 使H20分解為H *和*0H自由基。在這極端條件下污水產生裂解反應等，從而使難降解高分 子有機物轉化為小分子的有機物或相應的無機物。通常易于揮發(fā)的有機物主要發(fā)生熱解反 應，極類似燃燒化學反應，使其徹底降解；不宜或難揮發(fā)的有機物主要發(fā)生自由基反應。超 聲降解的機理主要是熱解反應和氧化反應兩種類型。 近年來，將超聲波應用于污水處理技術已經有了一些專利和文獻報道， 一致認為 單一的超聲波方法和單一的超聲波頻率處理效果不理想。因此基于超聲波與其它方法協同 處理或采用多頻超聲波處理污水的方案已經屢見不鮮，如超聲_臭氧處理，超聲_磁場處 理等方法以及中國專利200710067464. 4公開的"綜合運用混頻超聲與臭氧處理污水的方 法"。由于污水的種類繁多，污水的成分以及污染物的濃度隨時受到生產、環(huán)境條件的變化 而變化，確定一個或幾個最佳頻率點很困難，而超聲波的頻率還取決于換能器幾何結構。因 此，有針對性選擇最佳頻率不切合實際，或為了增加頻率點，會造成換能器的種類、數量多、 成本過高而難以實現產業(yè)化。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種頻帶寬、適應范圍廣、高效且經濟實用的 超聲波污水處理裝置。 解決上述技術問題的技術方案是 —種在線寬頻超聲波污水處理裝置，它由反應器，沉降罐，變頻管組成，變頻管安 裝在反應器中并高出反應器中污水的液面，變頻管的軸線與反應器的軸線重合，在變頻管 中部外圓周與反應器內壁之間安裝有干涉板，干涉板上均布衍射圓孔，變頻管的下端安裝 一個射流噴嘴，射流噴嘴通過進液管與反應器外部的噴射器連接，噴射器與高壓水泵連接， 反應器的底部為平面反射板，平面反射板上安裝高頻換能器和低頻換能器，沉降罐環(huán)繞安 裝在反應器的圓周，反應器的下部和中部分別有回流口和溢流口與沉降罐連通，沉降罐的 上部有出水口。
上述在線寬頻超聲波污水處理裝置，所述的反應器的上端為半球形封頭，半球形 封頭內安裝圓錐形導流罩，同時在半球形封頭上安裝排氣閥，反應器的下端為聚焦罩，聚焦 罩與底部的平面反射板相連接。 上述在線寬頻超聲波污水處理裝置，所述安裝在平面反射板上的高頻換能器和低 頻換能器的個數為2-4個，超聲波頻率范圍為2MHZ-20KHZ。 上述在線寬頻超聲波污水處理裝置，所述變頻管的內徑大于低頻換能器波長入； 反應器的內徑為低頻換能器波長A/2的整數倍；干涉板上的衍射圓孔孔徑小于最高頻率 波長A ，圓孔中心間距為A/4。 采用這種結構的在線寬頻超聲波污水處理裝置，可以使超聲波頻率改變，具有一 定的頻帶寬度和連續(xù)性；同時超聲波在反應器內相互干涉，使超聲波振幅加大，空化效應進 一步加強，空化面更加均勻；本發(fā)明還可以使污水霧化后與臭氧、空氣反應更加充分，達到 更好的曝氣效果；污水經過反復處理，反應更加充分，去污效果更好。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
圖2為圖1的A-A向視圖。 圖中標記如下1、聚焦罩2、回流口3、反應器4、沉降罐5、溢流口6、出水口7、半球 形封頭8、圓錐形導流罩9、排氣閥10、變頻管11、干涉板12、射流噴嘴13、噴射器14、平面反 射板15、低頻換能器16、高頻換能器
具體實施例方式
圖中顯示，本發(fā)明由反應器3，沉降罐4，變頻管IO組成。 反應器3為圓柱形，它的的上端為半球形封頭7，半球形封頭7內安裝圓錐形導流 罩8，同時在半球形封頭7上安裝排氣閥9。反應器3的下部安裝有干涉板ll，干涉板11上 均布衍射圓孔。反應器3的下端為聚焦罩l，聚焦罩1與底部的平面反射板14相連接，平面 反射板14上安裝高頻換能器16和低頻換能器15。 在圓柱形反應器3內部設置一根射流變頻管IO，變頻管10穿過干涉板ll，變頻管 10的軸線與反應器3的軸線重合。變頻管3的下端安裝一個射流噴嘴12，射流噴嘴12與 反應器3外部的噴射器13通過進液管連接，噴射器13與高壓水泵連接。
沉降罐4環(huán)繞安裝在反應器3的圓周，反應器3的下部和中部分別有回流口 2和 溢流口 5與沉降罐4連通，沉降罐4的上部有出水口 6。 安裝在平面反射板14上的高頻換能器16和低頻換能器15的個數為2-4個，超聲 波頻率范圍為2MHZ-20KHZ。 變頻管10的內徑大于低頻換能器15波長A ;反應器3的內徑為低頻換能器15 波長A /2的整數倍；干涉板11上的衍射圓孔孔徑小于最高頻率波長A ，圓孔中心間距為 入/4。 本發(fā)明的工作過程如下 用高壓水泵把污水打入噴射器13，噴射器13吸入臭氧后，氣液混合的液體經射流 噴嘴12射入變頻管10中，其射流速度可達每秒數百米。污水流經變頻管10的同時也受超聲波的輻射作用，根據多普勒效應的原理，變頻管10中的污水，在聲場中流動時速度由快 變慢，所受到的超聲波頻率也由高到低，實現均勻變頻處理污水。 污水從變頻管10噴射出時具有很高的動能，當污水撞擊圓錐型導流罩8，使得污
水霧化，液滴越小與臭氧、空氣的反應越充分，曝氣效果越好，處理效率越高。 射流噴嘴12射出的高速水流，使變頻管10下口形成一個局部負壓區(qū)，造成反應器
3、沉降罐4中的污水回流，完成了對污水的反復處理過程；同時也起到了良好的攪拌作用，
使得反應更加充分。 在干涉板11之下的區(qū)域，距離高頻換能器、低頻換能器較近，污水在這個區(qū)域處 理的效果最好。在反應器3的中上部，超聲波能量由下向上、由中心向外遞減，由于干涉板 11上衍射圓孔的衍射作用，使反應器3中上部的超聲波發(fā)生干涉，不但振幅變大，有利于空 化效應進一步加強，而且還使得空化面更加均勻。 經過反應器3處理后，液體從溢流口 5流入沉降罐4中，經過沉降，上層清液從出 水口 6流出，下層濁液由回流口 2返回反應器3中繼續(xù)處理。 1、本發(fā)明應用"多普勒效應"原理在反應器超聲場內，通過變頻管中水流速的變
化，使污水中的超聲波頻率發(fā)生變化。而且具有一定的頻帶寬度和連續(xù)性。 2、本發(fā)明利用機械波的干涉原理，在反應器中設置干涉板。通過兩個以上圓孔的
衍射，實現了超聲波在反應器內相互干涉，其目的是使超聲波振幅加大，空化效應進一步加
強，空化面更加均勻。 3、本發(fā)明在反應器中設置一曝氣空間，利用高速水流射出變頻管后撞擊圓錐型導
流罩的動能，使得污水霧化，與臭氧、空氣更充分的反應，達到更好的曝氣效果。 4、本發(fā)明中的變頻管高出反應器中污水的液面，造成超聲波輻射壓力對液體表面
的干擾，利用超聲波混響場聲能密度增大的特點，強化空化效果。 5、本發(fā)明中的射流噴嘴射出的高速水流，使變頻管下口形成一個局部負壓區(qū)，造 成反應器、沉降罐中的污水回流，完成了對污水的反復處理過程；同時也起到了良好的攪拌 作用，使得反應更加充分。 上述描述僅作為本發(fā)明一種超聲波污水處理裝置可實施的技術方案提出，不作為 對其結構本身的單一限制條件。
權利要求
一種在線寬頻超聲波污水處理裝置，其特征在于它由反應器(3)、沉降罐(4)、變頻管(10)組成，變頻管(10)安裝在反應器(3)中b并高出反應器中污水的液面，變頻管(10)的軸線與反應器(3)的軸線重合，在變頻管(10)中部外圓周與反應器(3)內壁之間安裝有干涉板(11)，干涉板(11)上均布衍射圓孔，變頻管(10)的下端安裝一個射流噴嘴(12)，射流噴嘴(12)通過進液管與反應器(3)外部的噴射器(13)連接，噴射器(13)與高壓水泵連接，反應器(3)的底部為平面反射板(14)，平面反射板(14)上安裝高頻換能器(16)和低頻換能器(15)，沉降罐(4)環(huán)繞安裝在反應器(3)的圓周，反應器(3)的下部和中部分別有回流口(2)和溢流口(5)與沉降罐(4)連通，沉降罐(4)的上部有出水口(6)。
2. 根據權利要求1所述的在線寬頻超聲波污水處理裝置，其特征在于所述的反應器(3)的上端為半球形封頭(7)，半球形封頭(7)內安裝圓錐形導流罩(8)，同時在半球形封頭(7)上安裝排氣閥(9)，反應器(3)的下端為聚焦罩(l)，聚焦罩(1)與底部的平面反射板(14)相連接。
3. 根據權利要求2所述的在線寬頻超聲波污水處理裝置，其特征在于所述安裝在平面反射板(14)上的高頻換能器(16)和低頻換能器(15)的個數為2-4個，超聲波頻率范圍為2MHZ-20KHZ。
4. 根據權利要求3所述的在線寬頻超聲波污水處理裝置，其特征在于所述變頻管(10)的內徑大于低頻換能器(15)波長A ;反應器(3)的內徑為低頻換能器(15)波長A /2的整數倍；干涉板(11)上的衍射圓孔孔徑小于最高頻率的波長A ，圓孔中心間距為A/4。
全文摘要
一種在線寬頻超聲波污水處理裝置，屬于污水處理設備技術領域，目的是提供一種改進的、效果更好的超聲波污水處理裝置，其技術方案是它由反應器，沉降罐，變頻管組成，變頻管安裝在反應器中，在變頻管中部外圓周與反應器內壁之間安裝有干涉板，干涉板上均布衍射圓孔，變頻管的下端安裝射流噴嘴，射流噴嘴通與噴射器、高壓水泵連接，反應器的底部為平面反射板，平面反射板上安裝高頻換能器和低頻換能器，沉降罐環(huán)繞安裝在反應器的圓周，反應器的下部和中部分別有回流口和溢流口與沉降罐連通，沉降罐的上部有出水口。本發(fā)明具有超聲波頻帶寬、振幅加大、空化效應進一步加強、污水霧化后與臭氧及空氣反應更充分、適應范圍廣、高效且經濟實用的優(yōu)點。
文檔編號C02F1/36GK101786691SQ201010129830
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者劉志強, 孫宏麗, 李慶, 楊敬偉, 閆其年, 閆正 申請人:河北大學