[發明專利]低功率雙頻超聲波Fenton氧化反應器裝置

有效

• 申請號: 201410655135.1
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104326526A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 許曉毅;程謠;張婷婷;蔡嵐;蘇攀;尤曉璐;于蘭;幸秀麗
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C02F1/36
• 分類號: C02F1/36;C02F1/72
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕;吳興偉

技術領域

本發明屬于難降解工業廢水處理技術領域，具體涉及一種低功率雙頻超聲輻照耦合Fenton氧化處理工業廢水的方法與裝置。

背景技術

我國經濟正處于快速增長期，工業的迅速發展是經濟快速增長的保證，但在工業生產的同時中也產生了大量廢水。工業廢水常含大量難降解有機物或有毒有害物，難以用傳統方法處理。目前對于該類廢水處理的首要問題是通過物化預處理進行難降解有機物的高效去除，并在一定程度上提高其可生化性，物化處理方法的研究主要集中于廢水的高級氧化技術預處理。

溶液在超聲波(頻率高于16kHz)的輻照下會產生超聲空化效應，使溶液中形成局部高溫高壓區，同時生成局部的高濃度氧化性物質，如羥基自由基(·OH)和H₂O₂，同時可形成超臨界水，對廢水中難降解有機物具有良好的氧化降解能力。目前，基于超聲化學為輔助手段的高級氧化技術成為處理難降解、高毒性、高濃度有機廢水的研究熱點之一。Fenton試劑氧化因能產生氧化性極強的·OH，在石油、化工、印染和制藥等難降解工業廢水處理領域具有較多的運用實例。將超聲法和Fenton二者聯合可有效彌補Fenton試劑催化能力不高，傳質不均，·OH產率低等缺點。已有相關研究表明，其聯合作用不是簡單的效果疊加，而是存在協同效應。因為在污染物降解過程中超聲波可以推動H₂O₂的分解，促進非均相催化劑同反應物質間的傳質過程，提高Fenton氧化過程中催化劑的催化效率，增加H₂O₂的有效利用率；同時，Fenton試劑中H₂O₂分解可產生O₂，提高溶液溶解氧，在超聲輻照下可起到增加氣態核子，提高空化泡密度的效果。同時，超聲的機械效應還可以起到攪拌和傳質作用，促進反應物、生成物在溶液中的擴散，提升Fenton試劑法的氧化速度。

目前，超聲聯合Fenton氧化法中一般采用同方向單一頻率的超聲波，超聲輻照不均、超聲傳質和空化效果不佳，·OH的產率相對較低。廢水溶液溶解氧通常較低，同時在超聲輻照下溶液溫度上升較快，H₂O₂分解速度快，無效消耗大。H₂O₂分解產物O₂雖然可以在一定程度上提高溶液的溶解氧，增大超聲輻照空化泡密度，但Fenton試劑整體利用率不高，消耗量大，成本較高。雖然通過提高功率和頻率的方法可增強超聲波機械強度，在一定程度上提高體系的傳質和空化效果，但能耗較高。同時，高頻率超聲波對超聲發生器本身具有一定的腐蝕損害作用，嚴重影響儀器設備的使用壽命。

發明內容

本發明要解決的技術問題是現有超聲/Fenton氧化聯合技術中同方向單一頻率超聲波輻照不均，·OH的產率低的問題。

本發明的技術方案是低功率雙頻超聲波Fenton氧化反應器裝置，包括雙頻超聲波發生器、超聲波清洗槽和Fenton氧化反應器；所述的雙頻超聲波發生器可單獨或同時產生40KHz和20KHz高低兩種頻率的超聲波；超聲波清洗槽為不銹鋼制，其內設置有2個垂直方向的超聲波換能器和2個水平方向的超聲波換能器，超聲波換能器由超聲波發生器連接供能并控制，將不同頻率的超聲信號各自轉換成機械能傳至清洗槽內的溶液介質，超聲波發生器與清洗槽最大功率為300W；垂直方向的超聲波換能器位于超聲波清洗槽底部，接受40KHz頻率的超聲波信號，水平方向的超聲波換能器位于超聲波清洗槽4個立壁的其中一個上，接受20KHz頻率的超聲波信號；在超聲波清洗槽的上部安裝有四組可拆卸的彈簧，其中2組與另外2組垂直，呈上下層設置，高度差1～3cm，每組2～4根彈簧，為無間隔并排安裝，四組彈簧交叉形成的口字形區域將Fenton氧化反應器彈性夾持固定住，反應器固定時彈簧可根據反應器的形狀進行相應的形變，同時由兩個垂直方向的上下層彈簧間的形變收縮確保反應器穩定。

優選的，在超聲波清洗槽兩側分別設置循環水進出水口，外連恒溫水箱。

具體的，所述的超聲波清洗槽的循環水出水口高于循環水進水口，高度差為清洗槽高度的二分之一。