激光超声波可选择式空化污水处理装置及方法与流程

本发明涉及污水降解处理技术、激光诱导空化技术、超声波空化技术和激光超声波复合诱导空化技术等领域，特指一种激光超声波可选择式进行污水处理的技术领域。

背景技术：

虽然我国水资源总量多，但由于人口数量庞大，人均用水量低，而其中能作为饮用水的水资源有限。而工业废水、生活污水和其他废弃物进入江河湖海等水体，超过水体自净能力所造成的污染。

污水处理是利用一定的技术方法，将污水所含的有机污染物、固体悬浮物、氨氮、磷、细菌等污染物分离或将其转化为无害物质，从而使污水得到净化的过程。目前污水处理按其作用可分为物理法、生物法和化学法。物理法较为简单且经济，适用于水体容量大，处理要求不高的场合；生物法利用微生物的新陈代谢作用使污水中的有机物分解氧化，处理程度要比物理法高；化学法主要有氧化还原法、中和法、混凝法等，处理效果好但费用高。

空化现象发生在流体中，空化过程主要伴随有空泡的初生、成长、脉动及溃灭，在此过程中通常会产生高温、高压、放电、发光和激震波等作用，从而打断水分子的化学键产生具有强氧化作用的自由基，并与有机物发生反应，起到污水降解的作用。

声光空化也就是激光和超声波同时诱导空化，聚焦的激光束使液体产生潜在的气核，并为超声波空化形成空化提供初始条件。在这种情况下形成空泡要比仅施加超声波更容易，因为激光使“潜在气核”的温度升高。同时，在低于超声空化阈值的强度下进行辐射会产生负压。因此，同时利用聚焦激光和超声波可以在更低的激光能量和超声强度下诱发空化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光超声波可选择式空化污水处理的方法和装置，能够根据需求选择空化方式或其组合进行污水降解，并实现整个过程的流水自动化处理。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种激光超声波可选择式空化污水处理装置，包括空化仓，所述空化仓上连接有进水口和出水口，所述空化仓为双层结构，包括外壁和内壁，所述内壁内可拆卸安装有挡板，所述内壁底部设有超声波振板，所述内壁的侧壁上安装有超声波换能器ⅰ和超声波换能器ⅱ；所述外壁和所述内壁共用一个箱盖，所述箱盖上安装平光透镜ⅰ和平光透镜ⅱ，所述平光透镜ⅰ和所述平光透镜ⅱ分别与光束调节装置的两个光路出口构成两个激光传输光路；所述空化仓内壁及所述可拆卸式挡板均采用与液体声阻抗相差大的超声波的反射材料，所述空化仓外壁采用激光防护的挡光材料。

上述方案中，所述光束调节装置包括扩束聚焦透镜组ⅰ、扩束聚焦透镜组ⅱ、扩束聚焦透镜组ⅲ和挡光体，所述扩束聚焦透镜组ⅰ、所扩束聚焦透镜组ⅱ、所述扩束聚焦透镜组ⅲ和所述挡光体均安装固定在支架上，所述扩束聚焦透镜组ⅰ和所述扩束聚焦透镜组ⅱ相对所述支架对称布置，所述扩束聚焦透镜组ⅲ和所述挡光体相对所述支架对称布置，电机控制所述支架的旋转角度。

上述方案中，所述外壁和所述内壁接触处安装有橡胶减震器。

上述方案中，所述空化仓的进水口侧安装有水泵、一级过滤装置、电磁三通阀ⅰ、流量控制阀和三位三通电磁换向阀，出水口侧安装有三位三通电磁换向阀、水质监测装置和电磁三通阀ⅱ，所述电磁三通阀ⅰ和所述电磁三通阀ⅱ通过管道相连实现水路的连通循环，所述流量控制阀和所述水质监测装置均通过数据处理装置与计算机相连。

上述方案中，所述光束调节装置输入端设有分束镜、全反镜、yag激光器和激光控制器，所述yag激光器在所述激光控制器控制下发出激光束，所述激光束经过分束镜分成两路激光束，配合所述全反镜通过所述光束调节装置整形聚焦后入射至空化仓内。

上述方案中，所述yag激光器输出波长为1.06μm，单脉冲能量范围在60mj～800mj，脉宽5ns～50ns。

本发明还提供一种激光超声波可选择式空化污水处理方法，包括如下步骤：s1：通过计算机打开水泵进行污水的抽取，污水流经一级过滤装置去除颗粒物杂质；s2：在计算机的控制下，电磁三通阀ⅰ的1和2端口打开，污水流经流量控制阀和三位三通电磁换向阀进入空化仓，此时的流量控制阀处于默认状态；s3：根据所需的空化方式，利用计算机控制电机、超声波换能器ⅰ、超声波换能器ⅱ和超声波振板选择相应的工作模式；s4：控制三位三通电磁换向阀使经空化处理后的水排出，经水质监测装置检测其各项指标是否达标，若未达标，通过计算机打开电磁三通阀ⅱ的2和3端口及电磁三通阀ⅰ的3端口，进行二次空化处理，若已达标，则直接转向s6步；s5：在二次空化处理循环过程中，通过数据处理器分析水质情况，并作为依据通过计算机控制流量控制阀选择最佳的液体流动速度，以保证不用经二次空化处理，直接一次处理完毕；s6：最佳流速确定以后，保持流量控制阀此前状态，并通过计算机打开电磁三通阀ⅱ的1和2端口，使已降解处理过后的水从出水口排出。

上述方案中，通过所述计算机控制所述电机、所述激光空化装置和所述超声波发生装置可实现多种空化方式。

本发明的有益效果：1、空化仓采用双层式结构设计，有利于超声波空化过程中减震降噪，内壁使用反射性材料以高效利用超声波，且外层采用激光防护材料以避免光污染，体现高能、高效、环保理念；2、可根据需求自由选择特种空化方式或其组合对污水进行降解处理，尤其激光超声波复合空化具有节能且高效的优点；3、水质监测装置和流量控制阀的配合与各类电磁阀的使用，可使整个污水处理过程实现自动化；4、利用激光、超声波诱导空化处理污水的方式简单高效，且成本低。

附图说明

图1为超声波空化污水处理系统及空化仓俯视剖面图。

图2为激光诱导空化系统及空化仓左视剖面图。

图3为空化仓箱盖连接部分局部细节图。

图4为激光光束调节装置图。

图中：1.计算机；2.数据处理装置；3.流量控制阀；4.超声波发生器；5.三位三通电磁换向阀ⅰ；6.外壁；701.超声波换能器ⅰ；702.超声波换能器ⅱ；801.封塞ⅰ；802.密封塞ⅱ；803.密封塞ⅲ；9.可拆卸式挡板；10.内壁；11.三位三通电磁换向阀ⅱ；12.超声波振板；13.水质监测装置；141.电磁三通阀ⅱ；142.电磁三通阀ⅰ；15.水泵；16.一级过滤装置；17.橡胶减震器；18.密封圈；19.箱盖；201.平光透镜ⅰ；202.平光透镜ⅱ；211.扩束聚焦透镜组ⅰ；212.扩束聚焦透镜组ⅱ；213.扩束聚焦透镜组ⅲ；22.全反镜；23.支架；24.电机；25.分束镜；26.yag激光器；27.激光控制器；28.挡光体。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种激光超声波可选择式空化污水处理的装置，包括双层结构的空化仓，所述空化仓由外壁6和内壁10组成，所述空化仓内壁10及所述可拆卸式挡板9均采用与液体声阻抗相差大的超声波的反射材料，所述空化仓外壁6采用激光防护的挡光材料。所述空化仓内安装一可拆卸式挡板9，用于实现两种空化方式同时进行。所述空化仓内壁10安装有超声波发生装置，所述超声波发生装置包括超声波换能器ⅰ701、超声波换能器ⅱ702和超声波振板12，分别设置在所述空化仓内壁10的两侧，且均与超声波发生器4连接，所述超声波发生器4连接计算机1。所述空化仓进水一侧包括水泵15、一级过滤装置16、电磁三通阀ⅰ142、流量控制阀3和三位三通电磁换向阀ⅰ5，出水一侧包括三位三通电磁换向阀11ⅱ、水质监测装置13和电磁三通阀ⅱ141，所述电磁三通阀ⅰ142和所述电磁三通阀ⅱ141通过管道相连实现水路的连通循环，所述流量控制阀3和所述水质监测装置13均通过数据处理装置2与计算机1相连，所述水泵15、所述电磁三通阀ⅰ142、所述三位三通电磁换向阀5、所述三位三通电磁换向阀11ⅱ和电磁三通阀ⅱ141均与计算机1连接。

如图2所示，所述空化仓外壁6顶部设有箱盖19，所述箱盖19安装平光透镜ⅰ201和平光透镜ⅱ202。所述箱盖19上方设置有激光空化装置，所述激光空化装置包括分束镜25、全反镜22、光束调节装置、yag激光器26和激光控制器27，所述yag激光器26在所述激光控制器27控制下发出激光束，所述激光束经过分束镜25分成两路激光束，再分别通过所述光束调节装置整形聚焦后入射至液体中，所述激光控制器27连接所述计算机1。

如图3所示，所述外壁6和所述内壁10通过橡胶减震器17连接，所述空化仓外壁6顶部设有箱盖19，两者之间设置密封圈18。

如图4所示，所述光束调节装置包括扩束聚焦透镜组ⅰ211、扩束聚焦透镜组ⅱ212、扩束聚焦透镜组ⅲ213和挡光体28，均安装固定在支架23上，所述扩束聚焦透镜组ⅰ211和所述扩束聚焦透镜组ⅱ212相对，为模式一；所述扩束聚焦透镜组ⅲ213和所述挡光体28对称，同时作用为模式二；均不作用为模式三。三者间隔角度为30°，由电机24控制所述支架23的旋转角度，以选择其工作模式，所述电机24由计算机1控制。

具体实施例：通过计算机1打开水泵15进行污水的抽取，污水流经一级过滤装置16去除颗粒物等杂质；在计算机1的控制下，电磁三通阀ⅰ142的1和2端口打开，污水流经流量控制阀3和三位三通电磁换向阀ⅰ5进入空化仓，此时的流量控制阀3处于默认状态；根据所需的空化方式，利用计算机1控制电机24、超声波换能器ⅰ701、超声波换能器ⅱ702和超声波振板12选择相应的工作模式；控制三位三通电磁换向阀ⅱ11使经空化处理后的水排出，经水质监测装置13检测其各项指标是否达标，若未达标，通过计算机打开电磁三通阀ⅱ141的2和3端口及电磁三通阀ⅰ142的3端口，进行二次空化处理，若已达标，则直接将水排出；若流量控制阀的默认流速不是污水处理的最佳流速，则在二次空化处理循环过程中，通过数据处理装置2分析水质情况，并作为依据通过计算机1控制流量控制阀3选择最佳的液体流动速度，以保证不用经二次空化处理，直接一次处理完毕；最佳流速确定以后，此时可不用循环进行二次处理，保持流量控制阀3此前状态，并通过计算机打开电磁三通阀ⅱ141的1和2端口，使已降解处理过后的水从出水口排出。

通过计算机控制电机、激光空化装置和超声波发生装置可实现多种空化方式。当安装挡板时，可实现两种空化方式同时进行，此时通过计算机控制电机使光束调节装置处于模式二，可实现激光空化与超声波空化同时进行。拆卸挡板时，当光束调节装置处于模式一，此时空化仓内只进行激光诱导空化作用，当光束调节装置处于模式三，空化仓内进行激光超声波复合空化作用。当激光空化装置处于关闭状态时，此时的空化仓只进行超声波空化作用。

yag激光器输出波长为1.06μm，单脉冲能量范围在60mj～800mj，脉宽5ns～50ns。