專利名稱：雙頻超聲化學(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，特別是涉及一種雙頻超 聲化學(xué)反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化進程的加快，各行業(yè)廠礦企業(yè)生產(chǎn)過程中排出的污水越來越多，城市 水污染日益嚴重。特別是化工、印染行業(yè)排放的難降解高濃度有機廢水，成分復(fù)雜，有機物 濃度高，給處理工藝和設(shè)備提出了更高的要求。超聲技術(shù)作為一種物理手段和工具，在處理 難降解有機污染廢水有著獨特的優(yōu)勢。超聲降解有機物主要利用聲空化。聲空化是液體中 的一種復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象，液體中的微小泡核在超聲作用下被激化，表現(xiàn)為泡核的振蕩、 生長、收縮、最終高速崩潰，崩潰會產(chǎn)生短促的極大高溫、高壓、高強電場。進入空化氣泡中 的水蒸氣在高溫和高壓下發(fā)生分裂，產(chǎn)生羥基自由基(0H · )、0 ·、HOO ·等強氧化性質(zhì)；同 時，空化泡崩潰產(chǎn)生的沖擊波和射流，使它們擴散到氣液界面和整個溶液中并與有機污染 物發(fā)生氧化反應(yīng)，將其氧化分解成其它較簡單的分子，最終生成二氧化碳和水?，F(xiàn)有的文獻報道中，絕大多數(shù)是采用單頻超聲輻照的方式，然而，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，波谷代表聲 壓振幅最小，即空化最弱。所以，為了使超聲波在處理液中處處都是空化效果強，就需要有 另一頻率超聲波來彌補前一超聲波的波谷，即讓后一頻率超聲波波峰彌補前一超聲波波 谷，前一超聲波的波峰彌補后一超聲波的波谷，雙頻復(fù)合超聲受到了越來越多的關(guān)注。相比 于單頻，雙頻復(fù)合超聲輻照則能顯著地增加空化事件，減少駐波所造成的死角，提高聲化學(xué) 產(chǎn)額，其產(chǎn)生的處理效果遠大于單頻產(chǎn)生效果之和。中國《應(yīng)用聲學(xué)》(2007，26 (6)第362-366頁)使用了雙低頻超聲波對模擬染料廢 水進行了實驗處理研究，取得了很好的效果，實驗中所使用的反應(yīng)器是自行組合搭配的，即 在HT-50型超聲波清洗機(頻率40kHz，功率50W，超聲波探頭直徑5cm)豎直面上疊加一個 H66MC型超聲波發(fā)生器(頻率26. 5kHz，功率0 250W，超聲波探頭直徑4cm)，進行了簡單 的上下自行組合而成，只有兩個不同頻率的超聲發(fā)生器，結(jié)構(gòu)形式過于簡單，不能滿足實際 廢水處理的連續(xù)、長期要求。申請?zhí)?00410024548. 6的中國發(fā)明專利申請?zhí)岢隽?“雙頻超聲波吹脫廢水中揮 發(fā)性污染物的方法”，其中，使用的反應(yīng)器為器皿底部設(shè)有兩組不同頻率的超聲波換能器的 開口容器，但這也只是在傳統(tǒng)的單一頻率槽式反應(yīng)器的器皿底部增加了一組高頻率的換能 器，亦即從處于同一水平面的開口容器底部向上發(fā)射兩股不同頻率的超聲波，考慮的是同 向雙頻超聲對廢水處理效果的影響，并未涉及異向雙頻超聲耦合后對廢水處理效果的影 響，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)所存在的不足之處，提供一種快速、高效的雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點是所述反應(yīng)器采用筒體結(jié)構(gòu)，包括有外 筒、內(nèi)筒、底板、處在內(nèi)筒中的提升筒和進水管、出水口設(shè)置在外筒的側(cè)壁上；在所述內(nèi)筒的 上方置有蓋板，蓋板的高度低于出水口的高度；置于筒體外部的兩組超聲換能器分別設(shè)置 在蓋板和底板上；所述兩組超聲換能器中，一組是由頂部高頻超聲換能器和頂部低頻超聲 換能器相互間隔且均勻分布在所述蓋板上；另一組是由底部高頻超聲換能器和底部低頻超 聲換能器以垂直相對的位置設(shè)置在底板上，并且所述垂直相對是以各頂部高頻超聲換能器 一一相對于各底部低頻超聲換能器，以各頂部低頻超聲換能器一一相對于各底部高頻超聲 換能器；所述提升筒與內(nèi)筒形成套筒，提升筒固定設(shè)置在底板上，提升筒的高度低于蓋板， 以形成位于提升筒頂部的流道；進水管由蓋板的中心插入至提升筒的下部；在提升筒的底 部設(shè)置曝氣器，內(nèi)筒與外筒之間的液流孔設(shè)置在內(nèi)筒的下部。本發(fā)明雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點也在于所述兩組超聲換能器在各自所在平面上為單層或多層設(shè)置，所述單層或多層設(shè)置 呈圓環(huán)形均勻分布，或以方陣形均勻排列。所述曝氣器均勻分布在一布風(fēng)管上，所述布風(fēng)管通過貫穿底板的風(fēng)道與外部鼓風(fēng) 設(shè)備相連接。所述布風(fēng)管是以星形或呈網(wǎng)狀排列。在以所述外筒和內(nèi)筒圍成的區(qū)域中，頂部為敞口。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明在反應(yīng)器中上下布置的多組合雙頻超聲換能器使反應(yīng)器內(nèi)部空間的任 一空間點時刻處于超聲傳播的波峰狀態(tài)，并增強了反應(yīng)器內(nèi)超聲聲場分布均勻性，顯著地 增加超聲空化效益。2、本發(fā)明反應(yīng)器在曝氣時產(chǎn)生大量的氧化性氣泡，以此與雙頻超聲相耦合，進一 步促進了超聲空化效益，提高了高濃度有機廢水的有效降解率。3、本發(fā)明將兩組超聲換能器置筒體外部，避免其與廢水直接接觸，大大延長了換 能器的使用壽命。4、本發(fā)明中廢水在反應(yīng)器內(nèi)呈往返折流的狀態(tài)，延長了廢水的超聲反應(yīng)時間，加 劇了降解產(chǎn)物的沉淀過程，使得出水更為潔凈。


圖1為本發(fā)明中實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中實施例1的俯視圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中實施例1的仰視圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明中實施例1的曝氣器平面示意圖。圖5為本發(fā)明中實施例2的俯視圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明中實施例2的仰視圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明中實施例2的曝氣器平面示意圖。圖中標號1敞口，2外筒，3內(nèi)筒，4提升筒，5進水管，6液流孔，7底板，8底部高頻超聲換能器，9風(fēng)道，10布風(fēng)管，11曝氣器，12低頻超聲換能器，13支座，14上升區(qū)，15下降 區(qū)，16沉淀區(qū)，17出水口，18高頻超聲換能器，19進水口，20上蓋板，21低頻超聲換能器。
具體實施例方式實施例1 參見圖1、圖2、圖3和圖4，本實施例中，反應(yīng)器采用筒體結(jié)構(gòu)，包括有外筒2、內(nèi)筒 3、底板7、處在內(nèi)筒3中的提升筒4和進水管5、出水口 17設(shè)置在外筒2的側(cè)壁上；在內(nèi)筒 3的上方置有蓋板20，蓋板20的高度低于出水口 17的高度；置于筒體外部的兩組超聲換能 器分別設(shè)置在蓋板20和底板7上；兩組超聲換能器中，一組是由頂部高頻超聲換能器18和 頂部低頻超聲換能器21相互間隔且均勻分布在蓋板20上；另一組是由底部高頻超聲換能 器8和底部低頻超聲換能器12以垂直相對的位置設(shè)置在底板7上，并且垂直相對是以各頂 部高頻超聲換能器18 —一相對于各底部低頻超聲換能器12，以各頂部低頻超聲換能器21 一一相對于各底部高頻超聲換能器8 ；提升筒4與內(nèi)筒3形成套筒，提升筒4固定設(shè)置在底 板7上，提升筒4的高度低于蓋板20，以形成位于提升筒頂部的流道；進水管5由蓋板20的 中心插入至提升筒4的下部；在提升筒4的底部設(shè)置曝氣器11，內(nèi)筒3與外筒之間的液流 孔6設(shè)置在內(nèi)筒3的下部；在以外筒2和內(nèi)筒3圍成的區(qū)域中，頂部為敞口 1，整個反應(yīng)器 由支座13支撐。具體實施中，頂部高頻超聲換能器與底部高頻超聲換能器的頻率相同，頂部低頻 超聲換能器與底部低頻超聲換能器的頻率也相同。可以將各高頻換能器的頻率設(shè)置在 0. 5-4. 0MHz、聲強設(shè)置在0. 1-1. 0ff/cm2 ；各低頻換能器的頻率設(shè)置在10_50ΚΗζ、聲強設(shè)置 在 0. 1-2. 5ff/cm20本實施例中蓋板20上的頂部高頻超聲換能器18和頂部低頻超聲換能器21組合 排列方式如圖2所示，為單層、圓環(huán)形分布，共有三對換能器組合，也可以根據(jù)蓋板20的大 小增加或減少換能器組合的個數(shù)，一般組合的對數(shù)為1 10 ；對應(yīng)地，底板7上的底部高頻 超聲換能器8和底部低頻超聲換能器12的排列方式如圖3所示。布置在提升筒4底部的曝氣器11的排列方式如圖4所示，呈星形布置，曝氣器11 緊固在布風(fēng)管10上，布風(fēng)管10通過貫穿底板7的風(fēng)道9與外部鼓風(fēng)設(shè)備相連接。運行時，開啟各超聲換能器，廢水由進水管5的上端進水口 19進入提升筒4的下 部并充滿整個內(nèi)筒3的腔體，空氣或富氧氣體經(jīng)由風(fēng)道9、布風(fēng)管10和曝氣器11在上升 區(qū)14中形成大量微小氣泡向上噴出，帶動廢水向上流動，流至端蓋時折流向下進入下降區(qū) 15，再經(jīng)液流孔6進入沉淀區(qū)16。在不同頻率的超聲空化耦合作用下，廢水在上升區(qū)14和 下降區(qū)15中發(fā)生復(fù)雜的氧化、降解反應(yīng)，在下降區(qū)15的底部由部分沉淀析出，形成的大部 分固態(tài)或絮凝狀降解產(chǎn)物則積聚在沉淀區(qū)的下端，形成的二氧化碳和空氣則由環(huán)形敞口 1 溢出，處理后的凈水則由出水口 17排出。實施例2 本實施例中的反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)與實施例1相同，所不同的是蓋板20上的頂部高頻 超聲換能器18和頂部低頻超聲換能器21的排列方式如圖5所示，多層、圓環(huán)形均勻排列， 亦即在每層圓環(huán)上為均勻分布，實際可以根據(jù)蓋板20面積相應(yīng)設(shè)置換能器的層數(shù)，可以為 2 5層。對應(yīng)地，底部高頻超聲換能器8和底部低頻超聲換能器12的排列方式如圖6所7J\ ο本實施例中曝氣器11按圖7所示呈網(wǎng)狀布置。運行時反應(yīng)器的廢水的反應(yīng)歷程與實施例1相同。具體實施中，兩組超聲換能器在各自所在平面上也可以按方陣排列。
權(quán)利要求
雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征是所述反應(yīng)器采用筒體結(jié)構(gòu)，包括有外筒(2)、內(nèi)筒(3)、底板(7)、處在內(nèi)筒(3)中的提升筒(4)和進水管(5)、出水口(17)設(shè)置在外筒(2)的側(cè)壁上；在所述內(nèi)筒(3)的上方置有蓋板(20)，蓋板(20)的高度低于出水口(17)的高度；置于筒體外部的兩組超聲換能器分別設(shè)置在蓋板(20)和底板(7)上；所述兩組超聲換能器中，一組是由頂部高頻超聲換能器(18)和頂部低頻超聲換能器(21)相互間隔且均勻分布在所述蓋板(20)上；另一組是由底部高頻超聲換能器(8)和底部低頻超聲換能器(12)以垂直相對的位置設(shè)置在底板(7)上，并且所述垂直相對是以各頂部高頻超聲換能器(18)一一相對于各底部低頻超聲換能器(12)，以各頂部低頻超聲換能器(21)一一相對于各底部高頻超聲換能器(8)；所述提升筒(4)與內(nèi)筒(3)形成套筒，提升筒(4)固定設(shè)置在底板(7)上，提升筒(4)的高度低于蓋板(20)，以形成位于提升筒頂部的流道；進水管(5)由蓋板(20)的中心插入至提升筒(4)的下部；在提升筒(4)的底部設(shè)置曝氣器(11)，內(nèi)筒(3)與外筒之間的液流孔(6)設(shè)置在內(nèi)筒(3)的下部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征是所述兩組超聲換能器在各自 所在平面上為單層或多層設(shè)置，所述單層或多層設(shè)置呈圓環(huán)形均勻分布，或以方陣形均勻 排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征是所述曝氣器(11)均勻分布在 一布風(fēng)管(10)上，所述布風(fēng)管(10)通過貫穿底板(7)的風(fēng)道(9)與外部鼓風(fēng)設(shè)備相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征是所述布風(fēng)管(10)是以星形或 呈網(wǎng)狀排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征是在以所述外筒(2)和內(nèi)筒 (3)圍成的區(qū)域中，頂部為敞口(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)器采用筒體結(jié)構(gòu)，包括有外筒、內(nèi)筒、底板、處在內(nèi)筒中的提升筒和進水管、出水口設(shè)置在外筒的側(cè)壁上；在內(nèi)筒的上方置有蓋板；置于筒體外部的兩組超聲換能器分別設(shè)置在蓋板和底板上；兩組超聲換能器中的一組是由頂部高頻超聲換能器和頂部低頻超聲換能器相互間隔且均勻分布在蓋板上；另一組是由底部高頻超聲換能器和底部低頻超聲換能器以垂直相對的位置設(shè)置在底板上。本發(fā)明有效增強了反應(yīng)器內(nèi)超聲聲場分布的均勻性，顯著增加了超聲空化效益，并提高設(shè)備的使用壽命，可以應(yīng)用于各種工業(yè)廢水，特別是高濃度有機廢水的降解處理。
文檔編號C02F1/36GK101935087SQ20101025926
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者唐志國, 程建萍, 陳長琦 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)