專利名稱：超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種廢水凈化裝置，特別是一種去除廢水中揮發(fā)性污染物的凈化裝置。
背景技術(shù)：
許多工業(yè)廢水中含有苯及其衍生物等揮發(fā)性有機(jī)污染物，嚴(yán)重影響著水體質(zhì)量，飲用水中的消毒副產(chǎn)物如氯代烴類有機(jī)物，對(duì)人類的健康構(gòu)成了威脅，生活污水處理后的尾水中含有大量的氨態(tài)氮，是形成水體富養(yǎng)化的主要因素之一，還有其它污染物嚴(yán)重影響著人類賴以生存的水環(huán)境。
針對(duì)這種情況，人們開(kāi)發(fā)了許多處理裝置去除這些揮發(fā)性污染物以凈化廢水。目前具有代表性的裝置有活性炭吸附裝置、大孔樹(shù)脂吸附裝置、各種膜生物反應(yīng)器、光催化氧化裝置、氣體吹脫裝置等。其中，活性炭和大孔樹(shù)脂吸附裝置是依靠物理和化學(xué)吸附分離的方法來(lái)去除污染物，膜生物反應(yīng)器和光催化氧化裝置是依靠化學(xué)和生物氧化的方法來(lái)去除還原性污染物。它們的處理效果都不理想。
氣體吹脫裝置是依靠污染物的揮發(fā)性質(zhì)使污染物從液相轉(zhuǎn)移到氣相以達(dá)到凈化廢水的目的。一般是在裝置底部放有曝氣裝置，風(fēng)機(jī)送來(lái)的空氣被曝氣頭分散成微小氣泡，在廢水主體形成氣液兩相，廢水中的揮發(fā)性污染物從液相轉(zhuǎn)移到氣相中，隨氣泡離開(kāi)液體而去除。從氣體吹脫機(jī)理上來(lái)看，微小氣泡內(nèi)部壓力接近并稍大于一個(gè)大氣壓，根據(jù)汽液平衡理論，污染物轉(zhuǎn)移到氣泡的平衡濃度較低，所以吹脫速率和效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種吹脫速率和效率高的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案一種超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置，它包括有處理容器，處理容器的進(jìn)口連有進(jìn)水管，其出口連有出水管，其特征在于處理容器為上部開(kāi)口的敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，處理容器內(nèi)的底面設(shè)有一個(gè)或多個(gè)向上發(fā)出超聲波的超聲波換能器。
本實(shí)用新型的裝置在國(guó)內(nèi)外首次利用超聲波技術(shù)吹脫廢水中揮發(fā)性污染物，較好地解決了氣體吹脫揮發(fā)性污染物速率和效率較低的問(wèn)題。本實(shí)用新型具有快速、低耗、高效凈化主含揮發(fā)性污染物廢水的優(yōu)點(diǎn)，所涉及的超聲波技術(shù)為成熟技術(shù)，工藝上較易實(shí)現(xiàn)，制作簡(jiǎn)單，操作也較方便，因而具有較大的推廣價(jià)值，前景十分廣闊。本實(shí)用新型裝置可應(yīng)用于飲用水消毒副產(chǎn)物、尾水中的氨氮及工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)廢水中有機(jī)物的吹脫和凈化。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1，本實(shí)用新型的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置，它包括有處理容器1，處理容器1的進(jìn)口連有進(jìn)水管2，其出口連有出水管3，本實(shí)用新型的特點(diǎn)是，處理容器1為上部開(kāi)口的敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，處理容器1內(nèi)的底面設(shè)有一個(gè)或多個(gè)向上發(fā)出超聲波的超聲波換能器4(該超聲波換能器為現(xiàn)有市售產(chǎn)品，如采用無(wú)錫德嘉電子有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DG-200的超聲波換能器)。
本實(shí)用新型中，可在處理容器1內(nèi)的靠近進(jìn)水口端處設(shè)有進(jìn)水擋板5，該進(jìn)水擋板5的底邊及兩側(cè)邊與處理容器1的對(duì)應(yīng)內(nèi)壁密封連接，其高度低于處理容器1的高度，使被處理的廢水溢過(guò)進(jìn)水擋板5進(jìn)入容器1的吹脫區(qū)6，在處理容器1內(nèi)的靠近出水口端處設(shè)有出水擋板7，該出水擋板7的底邊及兩側(cè)邊與處理容器1的對(duì)應(yīng)內(nèi)壁密封連接，其高度低于進(jìn)水擋板5的高度而高于處理容器1的出水口高度。進(jìn)、出水擋板5、7是用來(lái)使被處理的廢水能在處理容器1中以平推流形式通過(guò)，保證被處理廢水在容器1中均被超聲波換能器4發(fā)出的超聲波充分作用。進(jìn)、出水擋板5、7的板體面最好與進(jìn)出水方向相垂直。超聲波換能器4應(yīng)設(shè)置在處理容器1底面的對(duì)應(yīng)進(jìn)、出擋板5、7之間的位置。
本實(shí)用新型還可在處理容器1的上口對(duì)應(yīng)吹脫區(qū)6的位置通過(guò)連接部件8(如在容器1上口兩內(nèi)壁之間連有連接桿)設(shè)有一個(gè)或多個(gè)小風(fēng)扇9，它用來(lái)在廢水液面上方形成空氣對(duì)流，使被吹脫的廢水中的揮發(fā)性污染物快速排到外部空間，進(jìn)一步加速本實(shí)用新型裝置的吹脫過(guò)程。
超聲波的各種應(yīng)用主要基于超聲波空化效應(yīng)。超聲空化(UltrasonicCavitation)通常是指，介質(zhì)中存在的微小氣泡(空化核)在超聲波作用下被激活所表現(xiàn)出的振蕩、生長(zhǎng)、收縮、崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程?？栈荼罎r(shí)，極短時(shí)間在空化泡周圍的極小空間，產(chǎn)生5000K以上的高溫和大約5×107Pa的高壓，溫度變化率高達(dá)109K/s，并伴生強(qiáng)烈的沖擊波和時(shí)速達(dá)400km的射流。
本實(shí)用新型的理論根據(jù)的是超聲空化效應(yīng)。空化效應(yīng)實(shí)際上不只在介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生，在表面也同時(shí)存在?？栈菪纬沙跗趦?nèi)部壓力極低，接近于真空，揮發(fā)性物質(zhì)迅速蒸發(fā)為氣體進(jìn)入空化泡，并于介質(zhì)表面隨空化泡崩潰而吹脫。由于空化泡內(nèi)的壓力比氣體吹脫技術(shù)中微小氣泡壓力(1個(gè)大氣壓)要低得多，揮發(fā)性轉(zhuǎn)移到氣泡的平衡濃度和速率高得多，所以吹脫速率和效率也高得多。
當(dāng)對(duì)本裝置中的廢水進(jìn)行超聲波輻照時(shí)，廢水表面也發(fā)生空化效應(yīng)，產(chǎn)生許多空化泡，廢水中的揮發(fā)性污染物迅速進(jìn)入空化泡，并在液體表面隨空化泡的崩潰而離開(kāi)廢水主體，從而使廢水得到凈化。超聲波頻率范圍為20～80kHz，聲強(qiáng)范圍為0.1～3.0W/cm2，其關(guān)鍵就是在一定的超聲波頻率和強(qiáng)度下液體能產(chǎn)生空化效應(yīng)。
本實(shí)用新型對(duì)廢水中揮發(fā)性污染物的吹脫效果與超聲波產(chǎn)生的空化泡數(shù)量有關(guān)，空化泡數(shù)量越多，吹脫效果越好。由于污染物的吹脫只發(fā)生在廢水表面，所以同樣體積的水，表面積越大吹脫效果越好。超聲吹脫效果還與廢水中的揮發(fā)性污染物的物化性質(zhì)有關(guān)，揮發(fā)性能越大，吹脫效果越好。處理容器1的大小根據(jù)處理水量可大可小。廢水在容器1中的停留時(shí)間與廢水中的溶解性有機(jī)污染物的濃度和物化性質(zhì)有關(guān)。揮發(fā)性能越大，吹脫效果越好。濃度越低，停留時(shí)間越少。
本實(shí)用新型使用時(shí)，對(duì)于主含氯苯類的工業(yè)廢水，在頻率25kHz、聲強(qiáng)0.4W/cm2超聲波作用下，廢水上表面積與截面積之比為2∶1時(shí)，水力停留時(shí)間5min時(shí)，氯苯吹脫率即達(dá)90％以上，停留時(shí)間12min時(shí)，氯苯可以完全被吹脫。對(duì)于主含消毒副產(chǎn)物如氯代烴等的飲用水，在頻率20kHz、聲強(qiáng)2W/cm2超聲波作用下，廢水上表面積與截面積之比為3∶1時(shí)，水力停留時(shí)間3min時(shí)，氯代烴吹脫率即達(dá)95％以上，停留時(shí)間8min時(shí)，氯代烴可以完全被吹脫。對(duì)于主含氨態(tài)氮的生活污水尾水，在頻率80kHz、聲強(qiáng)0.1W/cm2超聲波作用下，廢水上表面積與截面積之比為1∶1時(shí)，水力停留時(shí)間8min時(shí)，氨態(tài)氮吹脫率即達(dá)95％以上，停留時(shí)間15min時(shí)，氨態(tài)氮可以完全被吹脫。
權(quán)利要求1.一種超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置，它包括有處理容器，處理容器的進(jìn)口連有進(jìn)水管，其出口連有出水管，其特征在于處理容器為上部開(kāi)口的敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，處理容器內(nèi)的底面設(shè)有一個(gè)或多個(gè)向上發(fā)出超聲波的超聲波換能器。
2.按權(quán)利要求1所述的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置，其特征在于在處理容器內(nèi)的靠近進(jìn)水口端處設(shè)有進(jìn)水擋板，該進(jìn)水擋板的底邊及兩側(cè)邊與處理容器的對(duì)應(yīng)內(nèi)壁密封連接，其高度低于處理容器的高度，使被處理的廢水溢過(guò)進(jìn)水擋板進(jìn)入容器的吹脫區(qū)，在處理容器內(nèi)的靠近出水口端處設(shè)有出水擋板，該出水擋板的底邊及兩側(cè)邊與處理容器的對(duì)應(yīng)內(nèi)壁密封連接，其高度低于進(jìn)水擋板的高度而高于處理容器的出水口高度。
3.按權(quán)利要求1所述的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置，其特征在于所述處理容器內(nèi)進(jìn)、出水擋板的板體面與容器進(jìn)出水方向相垂直。
4.按權(quán)利要求1所述的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置，其特征在于所述超聲波換能器應(yīng)設(shè)置在處理容器底面的對(duì)應(yīng)進(jìn)、出擋板之間的位置，其頻率范圍為20～80kHz，聲強(qiáng)范圍為0.1～3.0W/cm2。
5.按權(quán)利要求1所述的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的裝置，其特征在于在處理容器的上口對(duì)應(yīng)吹脫區(qū)的位置通過(guò)連接部件設(shè)有一個(gè)或多個(gè)小風(fēng)扇。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種去除廢水中揮發(fā)性污染物的凈化裝置，它包括有處理容器，處理容器的進(jìn)口連有進(jìn)水管，其出口連有出水管，處理容器為上部開(kāi)口的敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，處理容器內(nèi)的底面設(shè)有一個(gè)或多個(gè)向上發(fā)出超聲波的超聲波換能器。本實(shí)用新型的裝置在國(guó)內(nèi)外首次利用超聲波技術(shù)吹脫廢水中揮發(fā)性污染物，較好地解決了氣體吹脫揮發(fā)性污染物速率和效率較低的問(wèn)題。本實(shí)用新型具有快速、低耗、高效凈化主含揮發(fā)性污染物廢水的優(yōu)點(diǎn)，所涉及的超聲波技術(shù)為成熟技術(shù)，工藝上較易實(shí)現(xiàn)，制作簡(jiǎn)單，操作也較方便，因而具有較大的推廣價(jià)值，前景十分廣闊。本實(shí)用新型裝置可應(yīng)用于飲用水消毒副產(chǎn)物、尾水中的氨氮及工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)廢水中有機(jī)物的吹脫和凈化。
文檔編號(hào)C02F1/20GK2601245SQ02286629
公開(kāi)日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2002年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月9日
發(fā)明者靳強(qiáng), 鄭正, 蔣婷婷, 夏明芳, 胡文勇, 劉下國(guó), 張全興 申請(qǐng)人:南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院