專利名稱：氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢水處理裝置，屬于環(huán)保設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
聲化學(xué)，是指利用超聲波加速化學(xué)反應(yīng)或提高產(chǎn)率的一門新興交叉學(xué)科，目前，聲化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)涉及到有機(jī)合成、生物化學(xué)、分析化學(xué)、高分子材料、表面加工、生物技術(shù)和環(huán)境保護(hù)等方面。90年代以來，國外開始研究將超聲波化學(xué)應(yīng)用于污水控制，尤其是廢水中難以降解的有毒有機(jī)污染物的治理方面，并取得了令人滿意的效果。難生物降解有機(jī)物目前常規(guī)的二級生物處理工藝難以去除，幾乎直接穿透處理裝置而進(jìn)入環(huán)境，這部分物質(zhì)大多數(shù)都具有毒性，有些甚至有致癌、致畸、致突變性。他們在環(huán)境中持留時間很長。如何治理這類物質(zhì)已經(jīng)成為水污染防治界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一。尤其是目前的印染廢水，隨著化學(xué)物質(zhì)的發(fā)展和印染后整理要求的提高，人造堿解物、新型染料、助劑等各種難生化降解有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水，印染廢水成分復(fù)雜、濃度高、色度深，對傳統(tǒng)的廢水處理工藝無疑構(gòu)成了挑戰(zhàn)。氣升式化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，可以在大尺寸下工作，控制溫度比較容易，有較高的液體混合速度和混合時間，較小的剪切力和較高的傳質(zhì)性能。氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器結(jié)合了氣升式反應(yīng)器的這些熱點(diǎn)，還利用了超聲的聲空化效應(yīng)來提高廢水的降解率。還滿足了很多其他需求，這對目前印染廢水的處理工藝的發(fā)展具有重要意義?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)報道中，已經(jīng)出現(xiàn)采用不同頻率的超聲來進(jìn)行疊加，就是利用彼此的波峰波谷進(jìn)行補(bǔ)充，使超聲波在處理液中處處都是空化效果較強(qiáng)，從而減少駐波所造成的死角，提高聲化學(xué)產(chǎn)額。例如中國《應(yīng)用聲學(xué)》O007J6(6)第362-366頁)使用了雙低頻超聲波對模擬染料廢水進(jìn)行了實驗處理研究，取得了很好的效果。但是在實踐中，絕大多數(shù)人都沒有對超聲的特性(超聲傳播、熱機(jī)制等)進(jìn)行分析，因此設(shè)計出的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)都比較簡單，主要是超聲發(fā)生器布局和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，導(dǎo)致超聲能量利用和聲化產(chǎn)額都非常低，普遍適用于實驗室。例如申請?zhí)?00720190903. 6的中國發(fā)明專利申請了一種多頻聲化學(xué)反應(yīng)器，它雖然采用了不同頻率超聲換能器組合，但是介質(zhì)變化對超聲傳播的影響使得外置安裝大大降低了超聲利用率，無法最大化發(fā)揮雙頻超聲的廢水處理效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器，以期能夠高效地預(yù)處理高濃度難降解工業(yè)廢水。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是設(shè)置直立的反應(yīng)筒體，與廢水進(jìn)液口相連通的廢水導(dǎo)流管連接在反應(yīng)筒體的左下方，與沉聚池相連通的廢水出液口位于反應(yīng)筒體的右上方，沉聚池的右上方是凈水溢流出口，反應(yīng)筒體的上方是敞開的排氣口 ；臭氧分布器以出氣口朝上安置在反應(yīng)筒體的底部，所述廢液導(dǎo)流管的出水口靠近臭氧分布器的上方， 并保持出水流向與臭氧流向垂直；在所述反應(yīng)筒體的內(nèi)側(cè)壁上以陣列的形式設(shè)置各換能器，處在同一列上的換能器是以一只低頻換能器和一只高低頻換能器間隔設(shè)置；處在同一水平面上的各換能器是以一只低頻換能器和一只高頻換能器在同一徑線上相對設(shè)置形成一換能器對；所述處在同一水平面上的換能器對為奇數(shù)對，均勻分布在同一圓周位置上的各換能器是一只低頻換能器和一只高低頻換能器間隔設(shè)置。本發(fā)明氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于在所述反應(yīng)筒體的外圍設(shè)置換熱夾套，換熱夾套上分別設(shè)置有冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口。所述廢水進(jìn)液口、廢水出液口和凈水出口設(shè)置在同一高度位置上。與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明中各換能器直接安裝在反應(yīng)器的內(nèi)壁上，與以往外置式安裝相比，避免了筒壁材質(zhì)造成的超聲傳播損失。2、本發(fā)明中低頻換能器和高頻換能器特定的排列方式方式保證了高低雙頻疊加起來的復(fù)頻波能夠相互補(bǔ)償對方的波谷，徹底消除駐波，構(gòu)成了一個超聲混響場，且使廢水在反應(yīng)器內(nèi)各處所受超聲波輻射均勻且聲壓均最強(qiáng)，空化泡的產(chǎn)生效率最佳。3、本發(fā)明中臭氧分布器安裝在反應(yīng)筒體底部，使得氣流方向與液流方向交叉，一方面利用了臭氧能量，另一方面充分曝氣促進(jìn)超聲的空化，高效利用超聲和臭氧的協(xié)同效應(yīng)。4、本發(fā)明中換熱夾套的設(shè)置克服了超聲熱機(jī)制導(dǎo)致的溫升，控制了最佳反應(yīng)溫度。5、本發(fā)明中設(shè)置廢水進(jìn)液口、廢水出液口和凈水出口處在同一高度，減少額外使用的液泵能量從而降低能量消耗。


圖1為本發(fā)明立面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中臭氧分布器平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4和圖5為本發(fā)明不同實施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1廢水進(jìn)液口 ；2反應(yīng)筒體；3換熱夾套；4廢水導(dǎo)流管；5冷卻水出口 ；6 臭氧入口 ；7臭氧分布器；8固定板；9低頻換能器；10沉聚池；11冷卻水進(jìn)口 ；12廢水出液口 ； 13凈水出口 ； 14排氣口 ； 15高頻換能器。
具體實施例方式參見圖1、圖2和圖3，本實施例中氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器是設(shè)置直立的反應(yīng)筒體2， 與廢水進(jìn)液口 1相連通的廢水導(dǎo)流管4連接在反應(yīng)筒體2的左下方，與沉聚池10相連通的廢水出液口 12位于反應(yīng)筒體的右上方，沉聚池10的右上方是凈水溢流出口 13，反應(yīng)筒體2的上方是敞開的排氣口 14 ；臭氧分布器7以出氣口朝上安置在反應(yīng)筒體2的底部，廢液導(dǎo)流管4的出水口靠近臭氧分布器7的上方，并保持出水流向與臭氧流向垂直。如圖1和圖2所示，本實施例中，在反應(yīng)筒體2的內(nèi)側(cè)壁上以陣列的形式設(shè)置各換能器，處在同一列上的換能器是以一只低頻換能器和一只高低頻換能器間隔設(shè)置；處在同一水平面上的各換能器是以一只低頻換能器9和一只高頻換能器15在同一徑線上相對設(shè)置形成一換能器對；處在同一水平面上的換能器對為奇數(shù)對，均勻分布在同一圓周位置上的各換能器是一只低頻換能器9和一只高低頻換能器15間隔設(shè)置。具體實施中，在反應(yīng)筒體2的外圍設(shè)置換熱夾套3，換熱夾套3上分別設(shè)置有冷卻水進(jìn)口 11和冷卻水出口 5 ；廢水進(jìn)液口 1、廢水出液口 12和凈水出口 13設(shè)置在同一高度位置上；設(shè)置高頻率換能器15的頻率為800kHz、聲強(qiáng)為0. 5ff/cm2 ；低頻率換能器9的頻率為 20kHz、聲強(qiáng)為 0. 5W/cm2。具體實施中，處在同一水平面上的換能器對可以是一對，也可以根據(jù)內(nèi)壁直徑的大小增加換能器對的個數(shù)，換能器對的個數(shù)只能為奇數(shù)，以保證高頻換能器和低頻換能器之間相互間隔的組合形式，圖4所示處在同一水平面上的換能器對為三對，圖5所示為五對。由于單頻超聲波的傳播波形都是有一系列波峰和波谷，波峰代表聲壓振幅最大， 其空化效果也最強(qiáng)，波谷代表聲壓振幅最小，即空化最弱。為了使超聲波在處理廢水中消除駐波，增強(qiáng)空化效果，需要有另一頻率超聲波來彌補(bǔ)前一超聲波的波谷，即讓后一頻率超聲波波峰彌補(bǔ)前一超聲波波谷，前一超聲波的波峰彌補(bǔ)后一超聲波的波谷，這種方式的排列組合能夠保證超聲波在反應(yīng)器的某一水平面上的駐波最少，空化效果最佳；本實施例中高頻換能器和低頻換能器的排列組合方式能夠保證高低雙頻疊加起來的復(fù)頻波能夠相互補(bǔ)償對方的波谷，徹底消除駐波，且使廢水各處所受超聲波輻射均勻且聲壓均最強(qiáng)。運(yùn)行時，開啟各超聲換能器，廢水經(jīng)過廢水進(jìn)液口 1由廢水導(dǎo)流管4引入，從氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)筒體2底部進(jìn)入氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器中；臭氧由臭氧入口 6進(jìn)入氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)筒體2底部的臭氧分布器7被分散，形成大量微小氣泡向上噴出， 帶動廢水向上流動，流至頂端。在不同頻率的超聲空化耦合作用下，廢水和臭氧在筒體2上升中發(fā)生復(fù)雜的氧化、降解反應(yīng)，形成的二氧化碳和空氣則由頂端的排氣口 14溢出，處理后的凈水則由沉聚池10的右上端凈水出口 13排出，形成的大部分固態(tài)或絮凝狀降解產(chǎn)物則積聚在沉聚池10的下端排出。
權(quán)利要求
1.一種氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征是設(shè)置直立的反應(yīng)筒體O)，與廢水進(jìn)液口(1)相連通的廢水導(dǎo)流管(4)連接在反應(yīng)筒體O)的左下方，與沉聚池(10)相連通的廢水出液口(12)位于反應(yīng)筒體的右上方，沉聚池(10)的右上方是凈水溢流出口(13)，反應(yīng)筒體(2)的上方是敞開的排氣口(14)；臭氧分布器(7)以出氣口朝上安置在反應(yīng)筒體O)的底部，所述廢液導(dǎo)流管的出水口靠近臭氧分布器(7)的上方，并保持出水流向與臭氧流向垂直；在所述反應(yīng)筒體O)的內(nèi)側(cè)壁上以陣列的形式設(shè)置各換能器，處在同一列上的換能器是以一只低頻換能器和一只高低頻換能器間隔設(shè)置；處在同一水平面上的各換能器是以一只低頻換能器(9)和一只高頻換能器(1 在同一徑線上相對設(shè)置形成一換能器對；所述處在同一水平面上的換能器對為奇數(shù)對，均勻分布在同一圓周位置上的各換能器是一只低頻換能器(9)和一只高低頻換能器(1 間隔設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于在所述反應(yīng)筒體O)的外圍設(shè)置換熱夾套(3)，換熱夾套C3)上分別設(shè)置有冷卻水進(jìn)口(11)和冷卻水出口(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述廢水進(jìn)液口(1)、廢水出液口(1 和凈水出口(1 設(shè)置在同一高度位置上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣升式聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征是設(shè)置直立的反應(yīng)筒體；臭氧分布器以出氣口朝上安置在反應(yīng)筒體的底部，廢液導(dǎo)流管的出水口靠近臭氧分布器的上方，并保持出水流向與臭氧流向垂直；在反應(yīng)筒體的內(nèi)側(cè)壁上以陣列的形式設(shè)置各換能器，處在同一列上的換能器是以一只低頻換能器和一只高低頻換能器間隔設(shè)置；處在同一水平面上的各換能器是以一只低頻換能器和一只高頻換能器在同一徑線上相對設(shè)置形成一換能器對；處在同一水平面上的換能器對為奇數(shù)對，均勻分布在同一圓周位置上的各換能器是一只低頻換能器和一只高低頻換能器間隔設(shè)置。本發(fā)明高效利用超聲和臭氧的協(xié)同作用，促進(jìn)聲空化效應(yīng)，可應(yīng)用于處理各種難降解工業(yè)廢水。
文檔編號C02F1/78GK102557231SQ201210030649
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者張峰, 朱杰輝, 朱鄭喬若, 王好軍, 王珂, 程建萍, 陶振恒 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)