专利名称：用于去除水体中水藻的反射式超声装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于去除水体中水藻的反射式超声装置，应用于因富营养化致藻类大量繁殖造成环境水体污染的处理，属利用超声空化技术安全、经济的去除水体中水藻的环保技术领域。
背景技术：
近年来，由于大量生活污水、工业废水、农渔牧水的排入，使大部分水体遭受不同程度的污染，对城市供水造成严重影响。据调查，我国430个城市中有90％以上的饮用水源受到污染，导致水体的富营养化，造成经济损失达377亿元，而富营养化最明显的特征就是藻类的过度繁殖，给供水工程带来很大影响。藻类的去除可以根据原水水质情况采用不同的方法，一般可采用物理法、化学药剂法、生物处理法及组合工艺法。常用的物理除藻方法有微滤机法、气浮法、直接过滤法、大梯度磁滤器法，活性炭吸附法和超声除藻等。化学除藻是在不改变现有水厂的工作流程，不需增加大型设备和构筑物，且经济有效、简便易行的除藻方法，常用的除藻剂有氯、二氧化氯、臭氧、高锰酸钾等。生物处理利用附着在载体表面上的生物膜使水肿的藻类被吸附、分解氧化，有些藻类还会被生物膜上原生动物和后生动物所捕食。
在所有的淡水藻类中，蓝藻中的微囊藻是毒性最强、危害最大、污染范围最广的一种藻类[3]。现有的除藻技术主要有组合工艺法(臭氧-气浮联用工艺、臭氧-活性炭深度处理工艺)、生物膜处理与其他处理工艺联用除藻等。除藻技术多种多样，各种除藻方法均有其优缺点，目前越来越多的新技术及其组合正越来越受到重视和开发，超声技术就是其中之一。
超声波技术是近年来发展起来的一种新型的环境技术，被称为环境友好技术。利用超声波降解(sonolysis)水中的化学污染物，尤其是难降解的有机污染物，是近年来发展起来的一项新型水处理技术。超声波是指频率比人耳可能听到的频率范围更高(＞16kHz)的弹性波，大振幅超声波(低频率)能量集中，可使介质产生剧烈振动，常用于超声清洗、钻孔、化学处理、乳化等方面。近年来，国内外开始研究超声波应用于水处理，尤其对废水中难降解有机物的治理研究，已取得一定成果，随着声化学的诞生和发展，超声波对有机物的降解逐渐受到重视并得到了广泛的研究。超声波由一系列疏密相间的纵波构成，并通过液体介质向四周传播。当声能足够高时，在疏松的半周期内，液相分子间的吸引力被打破，形成空化核。空化核的寿命约为0.1μs，它在爆炸的瞬间可以产生大约400K和100MPa的局部高温高压环境]，并产生速度约400km/h具有强烈冲击力的微射流，这种现象称为超声空化。这些条件足以使有机物在空化泡内发生化学键断裂、水相燃烧(aqueous combustion)、高温分解(pyrolysis)或自由基反应。超声波抑藻杀藻机理有破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶。高强度的超声波能破坏生物细胞壁，使细胞内物质流出，这一点已在工业上运用。藻类细胞的特殊构造是细胞体含有多组气胞，气胞控制藻类细胞的升降运动。超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可以破坏气胞。在适当的频率下，气胞成为空化泡而破裂；同时，空化产生的高温高压和大量自由基，可破坏藻细胞内活性酶和活性物质，从而影响细胞的生理生化活性。此外，超声波引发的化学效应也能分解藻毒素和藻细胞分泌物及代谢产物。
随着环境污染的严重性的加重，现在研究了很多种处理方法，但各种方法都有一些或多或少的缺点。在实际应用中还需要开发更可行更经济的方法。超声作为一种新的除藻技术，一次性投入、操作简便、使用安全、效率高、持续性强，十分有利于环境保护，因此是一种很有发展前景的水处理的方法。超声处理还具有跟别的处理方法一起使用发挥更大的功效的特点。国内外超声波灭藻的报道还不是很多，但其相关的研究还是不少的，这大大增加了超声波灭藻的可能性和可行性，因此其应是以后重点研究的灭藻方法之一。
现在，国际上的超声波灭藻的装置主要有LG Sound Sonic灭藻仪，Water &Soil Management Associates的Waterman灭藻仪，Sonic Solutions LLC.com提供的灭藻器，Daniel Smith and Associates，LLC提供的Ultrasonic leak detectorsand stethoscopes，hand-held units等。
虽然超声波用于灭藻及降解藻毒素是一种环境友好技术，但相关研究和试验表明超声波在环境水体中的辐射也会对周围水生动、植物产生生物效应；在利用超声波灭藻及降解藻毒素时若对超声辐射的范围不加限制，则有可能对周围水生动、植物造成不利的影响。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种用于去除水体中水藻的反射式超声装置，达到超声仅对装置范围内的水藻产生作用，在超声灭藻时不会对周围水生动、植物造成不利的影响。
技术方案本发明的用于去除水体中水藻的反射式超声装置，由包括超声发射器和抛物线形反射罩两部分组成，超声发射器位于抛物线形反射罩的焦点处；根据声学原理，当超声的频率较低时，超声发射器辐射出的超声波可以被看作为一点声源，超声发射器辐射出的超声波经由式y＝kX2(1)确定的抛物线形反射罩的反射，超声波发射/反射线受到约束，形成一朝向水面的有限的超声作用区域，并在此区域内产生超声空化效应作用于水面附近的水藻，达到超声灭藻的目的，同时不会对超声作用区域外的周围水生动、植物造成不利的影响。是一种利用超声空化技术安全、经济的去除水体中水藻的环保技术。
在具体结构方面，该装置包括超声波发射器和超声波反射体两部分；其中超声波发射器包括后端盖、配重、第一电极片、第一陶瓷片、第二电极片、第二陶瓷片、超声辐射头、密封手柄，由密封手柄和后端盖组成超声波发射器的外壳，在该外壳内的上部设有超声辐射头，超声辐射头的下部顺序设有第二陶瓷片、第二电极片、第一陶瓷片、第一电极片，在第一电极片的下面设有配重；超声波发射器的外壳通过固定支架与反射罩相固定，反射罩的焦点位于超声辐射头上表面的焦点处。
所述超声波发射器由喷射流体产生超声的液哨、或压电型超声波换能器、或磁致伸缩型超声波换能器、或超声波发生设备构成。所述反射罩可为抛物线形或锥形。
有益效果超声处理是一个很有发展前途的方法，已应用在处理环境问题的很多方面。超声波灭藻具有的优点有一次性投入、操作简便、使用安全、效率高、持续性强，不易造成二次污染，并且可以与其他很多处理水藻的方法一起使用，增强灭藻效果。超声这门学科本身也在飞快的发展中，为超声波灭藻打下了坚实的基础。作为一种新的水处理方法，超声波应用在水藻处理方面有着很广阔的前景。
虽然超声波用于灭藻及降解藻毒素是一种环境友好技术，但相关研究和试验表明超声波在环境水体中的辐射也会对周围水生动、植物产生生物效应；在利用超声波灭藻及降解藻毒素时若对超声辐射的范围不加限制，则有可能对周围水生动、植物造成不利的影响。
因此，采用反射式超声灭藻及降解藻毒素装置(如图1所示)形成一有限的超声辐射场，使超声仅对装置范围内的水藻作用，在超声灭藻时不会对周围水生动、植物造成不利的影响。
图1为本发明的反射式超声去除水藻及降解藻毒素的装置的结构示意图。图中有固定支架1、电源线2、密封圈3、后端盖4、配重5、第一电极片6、第一陶瓷片7、第二电极片8、第二陶瓷片9、超声辐射头10、密封手柄11、反射体12、反射体焦点13。
具体实施例方式
该装置包括超声波发射器和超声波反射体两部分；其中超声波发射器包括后端盖4、配重5、第一电极片6、第一陶瓷片7、第二电极片8、第二陶瓷片9、超声辐射头10、密封手柄11，由密封手柄11和后端盖4组成超声波发射器的外壳，在该外壳内的上部设有超声辐射头10，超声辐射头10的下部顺序设有第二陶瓷片9、第二电极片8、第一陶瓷片7、第一电极片6，在第一电极片6的下面设有配重5；超声波发射器的外壳通过固定支架1与反射罩12相固定，反射罩12的焦点位于超声辐射头10上表面的焦点处13。根据声学原理，当超声的频率较低时，超声发射器辐射出的超声波可以被看作为一点声源，超声发射器辐射出的超声波经由式(1)确定的抛物线形反射罩的反射，超声波发射/反射线受到约束，形成一有限的超声作用区域，并在此区域内产生超声空化效应作用于水面附近的水藻，达到超声灭藻的目的，同时不会对超声作用区域外的周围水生动、植物造成不利的影响。
所述超声波发射器由喷射流体产生超声的液哨、或压电型超声波换能器、或磁致伸缩型超声波换能器、或超声波发生设备构成。所述反射罩12可为抛物线形或锥形。
权利要求
1.一种用于去除水体中水藻的反射式超声装置，其特征在于该装置包括超声波发射器和超声波反射体两部分；其中超声波发射器包括后端盖(4)、配重(5)、第一电极片(6)、第一陶瓷片(7)、第二电极片(8)、第二陶瓷片(9)、超声辐射头(10)、密封手柄(11)，由密封手柄(11)和后端盖(4)组成超声波发射器的外壳，在该外壳内的上部设有超声辐射头(10)，超声辐射头(10)的下部顺序设有第二陶瓷片(9)、第二电极片(8)、第一陶瓷片(7)、第一电极片(6)，在第一电极片(6)的下面设有配重(5)；超声波发射器的外壳通过固定支架(1)与反射罩(12)相固定，反射罩(12)的焦点位于超声辐射头(10)上表面的焦点处(13)。
2.根据权利要求1所述的用于去除水体中水藻的反射式超声装置，其特征在于所述超声波发射器由喷射流体产生超声的液哨、或压电型超声波换能器、或磁致伸缩型超声波换能器、或超声波发生设备构成。
3.根据权利要求1所述的用于去除水体中水藻的反射式超声装置，其特征在于所述反射罩(12)可为抛物线形或锥形。
全文摘要
用于去除水体中水藻的反射式超声装置，应用于因富营养化致藻类大量繁殖造成环境水体污染的处理，该装置包括超声波发射器和超声波反射体两部分；其中超声波发射器包括后端盖(4)、配重(5)、第一电极片(6)、第一陶瓷片(7)、第二电极片(8)、第二陶瓷片(9)、超声辐射头(10)、密封手柄(11)，由密封手柄(11)和后端盖(4)组成超声波发射器的外壳，在该外壳内的上部设有超声辐射头(10)，超声辐射头(10)的下部顺序设有第二陶瓷片(9)、第二电极片(8)、第一陶瓷片(7)、第一电极片(6)，在第一电极片(6)的下面设有配重(5)；超声波发射器的外壳通过固定支架(1)与反射罩(12)相固定，反射罩(12)的焦点位于超声辐射头(10)上表面的焦点处(13)。
文档编号C02F1/38GK1970459SQ200610098030
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者吴巍, 浦跃朴, 尹立红 申请人:东南大学