专利名称：一种在线宽频超声波污水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线宽频超声波与臭氧协同处理污水的装置，属于污水处理设备
技术领域。
背景技术：
近年来，随着声化学的兴起，功率超声作为污水处理的一种新兴手段已经得到了 应用，其降解条件温和，降解速率快，适用范围广，尤其是对工业废水中的有机物的降解非 常显著，对有机物的处理更直接，且没有二次污染。 超声波对有机污水的降解作用，主要源于其声空化效应。即在较大的声强作用下， 在声波负压相内，空化泡迅速扩大，随之在声波正压相作用下，被迅速压縮至崩溃，空化泡 崩溃时，形成局部热点，其温度Tmax可达5000K以上。压力达50MPa持续数微秒以后，热点随 之冷却，并有强大的冲击波产生；声空化反应时空化泡崩溃的瞬间产生的高温高压还可以 使H20分解为H *和*0H自由基。在这极端条件下污水产生裂解反应等，从而使难降解高分 子有机物转化为小分子的有机物或相应的无机物。通常易于挥发的有机物主要发生热解反 应，极类似燃烧化学反应，使其彻底降解；不宜或难挥发的有机物主要发生自由基反应。超 声降解的机理主要是热解反应和氧化反应两种类型。 近年来，将超声波应用于污水处理技术已经有了一些专利和文献报道， 一致认为 单一的超声波方法和单一的超声波频率处理效果不理想。因此基于超声波与其它方法协同 处理或采用多频超声波处理污水的方案已经屡见不鲜，如超声_臭氧处理，超声_磁场处 理等方法以及中国专利200710067464. 4公开的"综合运用混频超声与臭氧处理污水的方 法"。由于污水的种类繁多，污水的成分以及污染物的浓度随时受到生产、环境条件的变化 而变化，确定一个或几个最佳频率点很困难，而超声波的频率还取决于换能器几何结构。因 此，有针对性选择最佳频率不切合实际，或为了增加频率点，会造成换能器的种类、数量多、 成本过高而难以实现产业化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种频带宽、适应范围广、高效且经济实用的 超声波污水处理装置。 解决上述技术问题的技术方案是 —种在线宽频超声波污水处理装置，它由反应器，沉降罐，变频管组成，变频管安 装在反应器中并高出反应器中污水的液面，变频管的轴线与反应器的轴线重合，在变频管 中部外圆周与反应器内壁之间安装有干涉板，干涉板上均布衍射圆孔，变频管的下端安装 一个射流喷嘴，射流喷嘴通过进液管与反应器外部的喷射器连接，喷射器与高压水泵连接， 反应器的底部为平面反射板，平面反射板上安装高频换能器和低频换能器，沉降罐环绕安 装在反应器的圆周，反应器的下部和中部分别有回流口和溢流口与沉降罐连通，沉降罐的 上部有出水口。
上述在线宽频超声波污水处理装置，所述的反应器的上端为半球形封头，半球形 封头内安装圆锥形导流罩，同时在半球形封头上安装排气阀，反应器的下端为聚焦罩，聚焦 罩与底部的平面反射板相连接。 上述在线宽频超声波污水处理装置，所述安装在平面反射板上的高频换能器和低 频换能器的个数为2-4个，超声波频率范围为2MHZ-20KHZ。 上述在线宽频超声波污水处理装置，所述变频管的内径大于低频换能器波长入； 反应器的内径为低频换能器波长A/2的整数倍；干涉板上的衍射圆孔孔径小于最高频率 波长A ，圆孔中心间距为A/4。 采用这种结构的在线宽频超声波污水处理装置，可以使超声波频率改变，具有一 定的频带宽度和连续性；同时超声波在反应器内相互干涉，使超声波振幅加大，空化效应进 一步加强，空化面更加均匀；本发明还可以使污水雾化后与臭氧、空气反应更加充分，达到 更好的曝气效果；污水经过反复处理，反应更加充分，去污效果更好。
图1是本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A向视图。 图中标记如下1、聚焦罩2、回流口3、反应器4、沉降罐5、溢流口6、出水口7、半球 形封头8、圆锥形导流罩9、排气阀10、变频管11、干涉板12、射流喷嘴13、喷射器14、平面反 射板15、低频换能器16、高频换能器
具体实施例方式
图中显示，本发明由反应器3，沉降罐4，变频管IO组成。 反应器3为圆柱形，它的的上端为半球形封头7，半球形封头7内安装圆锥形导流 罩8，同时在半球形封头7上安装排气阀9。反应器3的下部安装有干涉板ll，干涉板11上 均布衍射圆孔。反应器3的下端为聚焦罩l，聚焦罩1与底部的平面反射板14相连接，平面 反射板14上安装高频换能器16和低频换能器15。 在圆柱形反应器3内部设置一根射流变频管IO，变频管10穿过干涉板ll，变频管 10的轴线与反应器3的轴线重合。变频管3的下端安装一个射流喷嘴12，射流喷嘴12与 反应器3外部的喷射器13通过进液管连接，喷射器13与高压水泵连接。
沉降罐4环绕安装在反应器3的圆周，反应器3的下部和中部分别有回流口 2和 溢流口 5与沉降罐4连通，沉降罐4的上部有出水口 6。 安装在平面反射板14上的高频换能器16和低频换能器15的个数为2-4个，超声 波频率范围为2MHZ-20KHZ。 变频管10的内径大于低频换能器15波长A ;反应器3的内径为低频换能器15 波长A /2的整数倍；干涉板11上的衍射圆孔孔径小于最高频率波长A ，圆孔中心间距为 入/4。 本发明的工作过程如下 用高压水泵把污水打入喷射器13，喷射器13吸入臭氧后，气液混合的液体经射流 喷嘴12射入变频管10中，其射流速度可达每秒数百米。污水流经变频管10的同时也受超声波的辐射作用，根据多普勒效应的原理，变频管10中的污水，在声场中流动时速度由快 变慢，所受到的超声波频率也由高到低，实现均匀变频处理污水。 污水从变频管10喷射出时具有很高的动能，当污水撞击圆锥型导流罩8，使得污
水雾化，液滴越小与臭氧、空气的反应越充分，曝气效果越好，处理效率越高。 射流喷嘴12射出的高速水流，使变频管10下口形成一个局部负压区，造成反应器
3、沉降罐4中的污水回流，完成了对污水的反复处理过程；同时也起到了良好的搅拌作用，
使得反应更加充分。 在干涉板11之下的区域，距离高频换能器、低频换能器较近，污水在这个区域处 理的效果最好。在反应器3的中上部，超声波能量由下向上、由中心向外递减，由于干涉板 11上衍射圆孔的衍射作用，使反应器3中上部的超声波发生干涉，不但振幅变大，有利于空 化效应进一步加强，而且还使得空化面更加均匀。 经过反应器3处理后，液体从溢流口 5流入沉降罐4中，经过沉降，上层清液从出 水口 6流出，下层浊液由回流口 2返回反应器3中继续处理。 1、本发明应用"多普勒效应"原理在反应器超声场内，通过变频管中水流速的变
化，使污水中的超声波频率发生变化。而且具有一定的频带宽度和连续性。 2、本发明利用机械波的干涉原理，在反应器中设置干涉板。通过两个以上圆孔的
衍射，实现了超声波在反应器内相互干涉，其目的是使超声波振幅加大，空化效应进一步加
强，空化面更加均匀。 3、本发明在反应器中设置一曝气空间，利用高速水流射出变频管后撞击圆锥型导
流罩的动能，使得污水雾化，与臭氧、空气更充分的反应，达到更好的曝气效果。 4、本发明中的变频管高出反应器中污水的液面，造成超声波辐射压力对液体表面
的干扰，利用超声波混响场声能密度增大的特点，强化空化效果。 5、本发明中的射流喷嘴射出的高速水流，使变频管下口形成一个局部负压区，造 成反应器、沉降罐中的污水回流，完成了对污水的反复处理过程；同时也起到了良好的搅拌 作用，使得反应更加充分。 上述描述仅作为本发明一种超声波污水处理装置可实施的技术方案提出，不作为 对其结构本身的单一限制条件。
权利要求
一种在线宽频超声波污水处理装置，其特征在于它由反应器(3)、沉降罐(4)、变频管(10)组成，变频管(10)安装在反应器(3)中b并高出反应器中污水的液面，变频管(10)的轴线与反应器(3)的轴线重合，在变频管(10)中部外圆周与反应器(3)内壁之间安装有干涉板(11)，干涉板(11)上均布衍射圆孔，变频管(10)的下端安装一个射流喷嘴(12)，射流喷嘴(12)通过进液管与反应器(3)外部的喷射器(13)连接，喷射器(13)与高压水泵连接，反应器(3)的底部为平面反射板(14)，平面反射板(14)上安装高频换能器(16)和低频换能器(15)，沉降罐(4)环绕安装在反应器(3)的圆周，反应器(3)的下部和中部分别有回流口(2)和溢流口(5)与沉降罐(4)连通，沉降罐(4)的上部有出水口(6)。
2. 根据权利要求1所述的在线宽频超声波污水处理装置，其特征在于所述的反应器(3)的上端为半球形封头(7)，半球形封头(7)内安装圆锥形导流罩(8)，同时在半球形封头(7)上安装排气阀(9)，反应器(3)的下端为聚焦罩(l)，聚焦罩(1)与底部的平面反射板(14)相连接。
3. 根据权利要求2所述的在线宽频超声波污水处理装置，其特征在于所述安装在平面反射板(14)上的高频换能器(16)和低频换能器(15)的个数为2-4个，超声波频率范围为2MHZ-20KHZ。
4. 根据权利要求3所述的在线宽频超声波污水处理装置，其特征在于所述变频管(10)的内径大于低频换能器(15)波长A ;反应器(3)的内径为低频换能器(15)波长A /2的整数倍；干涉板(11)上的衍射圆孔孔径小于最高频率的波长A ，圆孔中心间距为A/4。
全文摘要
一种在线宽频超声波污水处理装置，属于污水处理设备技术领域，目的是提供一种改进的、效果更好的超声波污水处理装置，其技术方案是它由反应器，沉降罐，变频管组成，变频管安装在反应器中，在变频管中部外圆周与反应器内壁之间安装有干涉板，干涉板上均布衍射圆孔，变频管的下端安装射流喷嘴，射流喷嘴通与喷射器、高压水泵连接，反应器的底部为平面反射板，平面反射板上安装高频换能器和低频换能器，沉降罐环绕安装在反应器的圆周，反应器的下部和中部分别有回流口和溢流口与沉降罐连通，沉降罐的上部有出水口。本发明具有超声波频带宽、振幅加大、空化效应进一步加强、污水雾化后与臭氧及空气反应更充分、适应范围广、高效且经济实用的优点。
文档编号C02F1/36GK101786691SQ201010129830
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者刘志强, 孙宏丽, 李庆, 杨敬伟, 闫其年, 闫正 申请人:河北大学