[實用新型]利用功率超聲處理有機廢水的頻率效應研究裝置

無效

• 申請號: 200820117271.5
• 申請日: 2008-05-06
• 公開（公告）號: CN201232037Y
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 朱昌平;黃波;韓慶邦;倪才華;單鳴雷;李建;王瑞華;段紅恩;張振
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: C02F1/36
• 分類號: C02F1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種聲化學及環保領域的科研開發設備，特指以聲空化效應為原動力、在嚴格聲學、電學條件下以研究功率超聲處理酚類或染料有機廢水的降解效果與功率超聲頻率之間關系的頻率效應研究裝置。

背景技術

水資源是維系人類生存和發展的重要資源之一。近年來，隨著經濟社會發展過程中工業化程度的提高，各類工業廢水被大量排放到自然界中，給人類的生存環境和健康帶來了嚴重威脅。尤其是含苯酚、對硝基苯酚、對氯苯酚等不易降解的酚類有機廢水和染料有機物廢水被人體吸收后容易產生“致癌、致畸形、致基因突變”的“三致”危害，是嚴重威脅人類健康的殺手。超聲水處理技術是近年來發展起來的一項新型水處理技術，它利用功率超聲作用液體媒質時產生的空化效應來降解水中的有機污染物。該技術集高級氧化、熱解、超臨界氧化等技術于一體，操作簡單方便，降解速度快，可單獨使用或與其他水處理技術聯合使用，具有極大潛力和良好應用前景。

超聲水處理是一項涉及聲學、化學、電學等多學科交叉融合的新技術。由于從事該項研究工作的大多是化工、環境領域的專家學者，所以對溶液的pH值、初始濃度、反應溫度等化學參數對降解效果的影響機理已進行了深入地研究，但對超聲頻率、聲功率/聲強以及聲化學反應器中的聲場分布等聲學參數缺乏足夠的研究。大量的實驗結論表明，超聲頻率是影響超聲水處理降解效果的重要參數之一。超聲波的頻率范圍為20kHz-1000MHz，而通常用于水處理的超聲頻率為20kHz-2MHz。超聲波在低頻時，空化泡少但直徑大，空化泡有明顯的生長、崩潰過程，空化核在稀疏階段達到共振半徑時首先強烈振蕩，而后瞬間發生塌縮崩潰，因而爆破更加猛烈；在高頻時，空化泡的形成和崩潰變得更快，產生的自由基更容易進入液相主體中，但聲學周期短，空化泡直徑小，空化極限大但強度弱。因此對于以熱解為主的聲解反應，當聲強大于空化閾值時，隨著頻率的增大，聲周期縮短，空化泡數目增多，聲解效率提高；而對于以自由基氧化為主的降解反應，當超聲頻率較高時，則空化泡粒徑小，空化強度減弱，聲解效率反而降低。因此，對含不同有機物的有機溶液其對應的最佳超聲降解頻率也不同。正是基于以上原因，聲化學反應中的“頻率效應”研究受到了越來越多學者的重視。

所謂“頻率效應”是指在保證聲功率、聲強等聲場參數相同的條件下，僅因頻率不同的超聲波對聲化學產額的影響。目前國內外學者在進行超聲水處理技術的研究過程中，主要用頻率固定或頻帶很窄的超聲源針對模擬的酚類污染水體和染料廢水進行降解作用，雖然能得到該水體在很窄頻帶內降解效果的頻率效應或少量固定頻率對該水體降解效果的時間效應，但這些有限的數據對研究超聲處理廢水的物理機理是遠遠不夠的。一般來說，超聲輻照在處理不同物質的廢水過程中存在使空化效應最強的一個或多個頻率或頻段。頻率因素是影響超聲水處理效果的重要因素，與影響處理效果的其他因素相比，也是目前研究最不充分的因素。

目前，涉及利用超聲進行水處理的方法和裝置已公開的專利申請有：1、申請號為200410004355.4，名稱為：“超聲波強化污水生物處理方法”。2、申請號為200320126506.4，名稱為：“超聲波水處理系統”。3、申請號為200610046997.X，名稱為：“一種高效原油脫水處理系統及脫水處理方法”。這三種專利申請都是利用超聲單獨和超聲聯合其他技術進行水處理的方法或裝置，但作為研究和開發這些方法或裝置的重要基礎設備，即頻率效應研究裝置尚未見報道。

實用新型內容

本實用新型的目的是為克服現有技術的不足，提供了一種水處理聲反應器的頻率效應研究裝置，可幫助這一領域中研究者提高研究效率，加快推廣應用這一新技術的步伐。

本實用新型采用的技術方案是：將超聲波信號發生器連接到聲反應器，聲反應器包括容器和其中的有機廢水，在容器的下底部固定換能器，信號發生器的輸出連接功率放大器，功率放大器與數字示波器并聯后連接到換能器的輸入端。

在容器的兩側分別開有冷卻水進口和冷卻水出口，在容器的上部向下插有溫度計于有機廢水中。

本實用新型將超聲波信號發生器產生的超聲能量輸送到聲反應器的酚類或染料有機廢水中，可根據超聲水處理的參數要求，在聲功率、聲強等聲場參數相同的條件下，研究頻率對降解效果的影響，通過采用曲線擬合的方式對實驗數據處理后，可完整地得出降解不同廢水所對應的超聲頻率的關系譜圖，頻帶足夠寬并可調、裝卸簡易、操作方便，能更好地提高研究效率。

本實用新型的優點為：