低功率双频超声波Fenton氧化反应器装置制造方法
【专利摘要】本发明属于难降解工业废水处理【技术领域】，具体涉及一种低功率双频超声辐照耦合Fenton氧化处理工业废水的方法与装置。本发明要解决的技术问题是现有超声/Fenton氧化联合技术中同方向单一频率超声波辐照不均，·OH的产率低的问题。本发明的技术方案是低功率双频超声波Fenton氧化反应器装置，包括双频超声波发生器、超声波清洗槽和Fenton氧化反应器。本发明还提供了采用所述装置处理工业废水的方法。本发明装置可用于处理工业废水，具有能耗低，超声辐照均匀，Fenton试剂利用率高，难降解有机污染物氧化降解率高，降解速率快等优点。
【专利说明】低功率双频超声波Fenton氧化反应器装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于难降解工业废水处理【技术领域】，具体涉及一种低功率双频超声福照禪 合化nton氧化处理工业废水的方法与装置。
【背景技术】
[0002] 我国经济正处于快速增长期，工业的迅速发展是经济快速增长的保证，但在工业 生产的同时中也产生了大量废水。工业废水常含大量难降解有机物或有毒有害物，难W用 传统方法处理。目前对于该类废水处理的首要问题是通过物化预处理进行难降解有机物的 高效去除，并在一定程度上提高其可生化性，物化处理方法的研究主要集中于废水的高级 氧化技术预处理。
[0003] 溶液在超声波（频率高于16曲Z)的福照下会产生超声空化效应，使溶液中形成局 部高温高压区，同时生成局部的高浓度氧化性物质，如轻基自由基（? OH)和&化，同时可形 成超临界水，对废水中难降解有机物具有良好的氧化降解能力。目前，基于超声化学为辅助 手段的高级氧化技术成为处理难降解、高毒性、高浓度有机废水的研究热点之一。Fenton试 剂氧化因能产生氧化性极强的? 0H，在石油、化工、印染和制药等难降解工业废水处理领域 具有较多的运用实例。将超声法和化nton二者联合可有效弥补化nton试剂催化能力不高， 传质不均，?OH产率低等缺点。已有相关研究表明，其联合作用不是简单的效果叠加，而是 存在协同效应。因为在污染物降解过程中超声波可W推动&〇2的分解，促进非均相催化剂 同反应物质间的传质过程，提高化nton氧化过程中催化剂的催化效率，增加馬化的有效利 用率；同时，化nton试剂中&化分解可产生化，提高溶液溶解氧，在超声福照下可起到增加 气态核子，提高空化泡密度的效果。同时，超声的机械效应还可W起到揽拌和传质作用，促 进反应物、生成物在溶液中的扩散，提升化nton试剂法的氧化速度。
[0004] 目前，超声联合化nton氧化法中一般采用同方向单一频率的超声波，超声福照不 均、超声传质和空化效果不佳，-OH的产率相对较低。废水溶液溶解氧通常较低，同时在超 声福照下溶液温度上升较快，&化分解速度快，无效消耗大。&化分解产物化虽然可W在一 定程度上提高溶液的溶解氧，增大超声福照空化泡密度，但化nton试剂整体利用率不高， 消耗量大，成本较高。虽然通过提高功率和频率的方法可增强超声波机械强度，在一定程度 上提高体系的传质和空化效果，但能耗较高。同时，高频率超声波对超声发生器本身具有一 定的腐蚀损害作用，严重影响仪器设备的使用寿命。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是现有超声/Fenton氧化联合技术中同方向单一频率 超声波福照不均，? OH的产率低的问题。
[0006] 本发明的技术方案是低功率双频超声波化nton氧化反应器装置，包括双频超声 波发生器、超声波清洗槽和化nton氧化反应器；所述的双频超声波发生器可单独或同时产 生40KHZ和20KHZ高低两种频率的超声波；超声波清洗槽为不镑钢制，其内设置有2个垂直 方向的超声波换能器和2个水平方向的超声波换能器，超声波换能器由超声波发生器连接 供能并控制，将不同频率的超声信号各自转换成机械能传至清洗槽内的溶液介质，超声波 发生器与清洗槽最大功率为300W ;垂直方向的超声波换能器位于超声波清洗槽底部，接受 40KHZ频率的超声波信号，水平方向的超声波换能器位于超声波清洗槽4个立壁的其中一 个上，接受20KHZ频率的超声波信号；在超声波清洗槽的上部安装有四组可拆卸的弹黃，其 中2组与另外2组垂直，呈上下层设置，高度差1?3cm，每组2?4根弹黃，为无间隔并排 安装，四组弹黃交叉形成的口字形区域将化nton氧化反应器弹性夹持固定住，反应器固定 时弹黃可根据反应器的形状进行相应的形变，同时由两个垂直方向的上下层弹黃间的形变 收缩确保反应器稳定。
[0007] 优选的，在超声波清洗槽两侧分别设置循环水进出水口，外连恒温水箱。
[0008] 具体的，所述的超声波清洗槽的循环水出水口高于循环水进水口，高度差为清洗 槽高度的二分之一。
[0009] 具体的，化nton氧化反应器包括反应器主体和排气防溢部；所述的反应器主体为 球形玻璃器皿；所述的排气防溢位于反应器主体顶部，向上延伸缩小呈锥形，末端有排气防 溢口；在反应主器体上水平对应设置通气管口和加样口，反应器主体内设置有通气管，通气 管一段向下延伸至反应器主体底部，且末端设置有曝气头，另一端向上延伸至通气管口。
[0010] 具体的，Fenton氧化反应器高度为H，反应器主体为3/4球形反应室，半径为R，高 度为hi,即hi = 3R/2,反应器有效容积V= JiR3 ;排气防溢部为由反应室主体向上延伸缩小 的旋转曲面体，上下底面半径分别为ri和RiJi ; Ri = I ; 5 = R/8,旋转曲面母线满足如 下方程：
【权利要求】
1. 低功率双频超声波Fenton氧化反应器装置，其特征在于：包括双频超声波发生器、 超声波清洗槽和Fenton氧化反应器；所述的双频超声波发生器可单独或同时产生40KHz 和20KHz高低两种频率的超声波；超声波清洗槽为不锈钢制，其内设置有2个垂直方向的 超声波换能器和2个平方向的超声波换能器，超声波换能器由超声波发生器连接供能并控 制，将不同频率的超声信号各自转换成机械能传至清洗槽内的溶液介质，超声波发生器与 清洗槽最大功率为300W ;垂直方向的超声波换能器位于超声波清洗槽底部，接受40KHz频 率的超声波信号，水平方向的超声波换能器位于超声波清洗槽4个立壁的其中一个上，接 受20KHz频率的超声波信号；在超声波清洗槽的上部安装有四组可拆卸的弹簧，其中2组与 另外2组垂直，呈上下层设置，高度差1?3cm，每组2?4根弹簧，为无间隔并排安装，四组 弹簧交叉形成的口字形区域将Fenton氧化反应器弹性夹持固定住，反应器固定时弹簧可 根据反应器的形状进行相应的形变，同时由两个垂直方向的上下层弹簧间的形变收缩确保 反应器稳定。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：在超声波清洗槽两侧分别设置循环水进出 水口，外连恒温水箱。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的超声波清洗槽的循环水出水口高于 循环水进水口，高度差为清洗槽高度的二分之一。
4. 如权利要求1?3任一项所述的装置，其特征在于=Fenton氧化反应器包括反应器 主体和排气防溢部；所述的反应器主体为球形玻璃器皿；所述的排气防溢位于反应器主体 顶部，呈向上延伸缩小的旋转曲面体，末端有排气防溢口；在反应器主体上水平对应设置通 气管口和加样口，反应器主体内设置有通气管，通气管一段向下延伸至反应器主体底部，且 末端设置有曝气头，另一端向上延伸至通气管口。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于=Fenton氧化反应器高度为H，反应器 主体为3/4球形反应室，半径为R，高度为Ii1，即Ii1 = 3R/2,反应器有效容积V = Ji R3 ; 排气防溢部为由反应室主体向上延伸缩小的旋转曲面体，上下底面半径分别为r,和 R^r1 : R1 = I : 5 = R/8,旋转曲面母线满足如下方程
;旋转曲面旋转轴为过上下底面中心的垂直线；排气防溢 部高h2 = 4H/9 = 4R/3 ;通气管口半径r2 = 2iV3 ;加样管口半径r3 = 2ri ;反应器底部曝 气头半径r4 = 2r2 ;曝气孔r5 = I. 5mm。
6. 采用权利要求1?5任一项所述装置处理工业废水的方法，其特征在于：包括如 下步骤：采用序批式反应，开启双频超声波发生器和超声波换能器；将废水通过加样口加 到Fenton氧化反应器中，从通气管口通入空气，空气流量为0? 3?0? 7L/min ;Fenton试剂 H202/Fe2+投加摩尔比为100 : 1?50 : 1，H202投加量为10?40mmol/L ;氧化反应时间为 40?60min ;反应温度维持在23?25°C时。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于：空气流量为0. 5L/min。
8. 如权利要求6或7所述的方法，其特征在于=Fenton试剂H202/Fe2+投加摩尔比为 50 : 1〇
9.如权利要求6?8任一项所述的方法，其特征在于：氧化反应时间为60min。
【文档编号】C02F1/36GK104326526SQ201410655135
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】许晓毅, 程谣, 张婷婷, 蔡岚, 苏攀, 尤晓璐, 于兰, 幸秀丽 申请人:重庆大学