低功率雙頻超聲波Fenton氧化反應(yīng)器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于難降解工業(yè)廢水處理【技術(shù)領(lǐng)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(yè)廢水的方法與裝置。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有超聲/Fenton氧化聯(lián)合技術(shù)中同方向單一頻率超聲波輻照不均，·OH的產(chǎn)率低的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是低功率雙頻超聲波Fenton氧化反應(yīng)器裝置，包括雙頻超聲波發(fā)生器、超聲波清洗槽和Fenton氧化反應(yīng)器。本發(fā)明還提供了采用所述裝置處理工業(yè)廢水的方法。本發(fā)明裝置可用于處理工業(yè)廢水，具有能耗低，超聲輻照均勻，F(xiàn)enton試劑利用率高，難降解有機污染物氧化降解率高，降解速率快等優(yōu)點。
【專利說明】低功率雙頻超聲波Fenton氧化反應(yīng)器裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于難降解工業(yè)廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種低功率雙頻超聲福照禪 合化nton氧化處理工業(yè)廢水的方法與裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國經(jīng)濟(jì)正處于快速增長期，工業(yè)的迅速發(fā)展是經(jīng)濟(jì)快速增長的保證，但在工業(yè) 生產(chǎn)的同時中也產(chǎn)生了大量廢水。工業(yè)廢水常含大量難降解有機物或有毒有害物，難W用 傳統(tǒng)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(yù)處理進(jìn)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(shù)預(yù)處理。
[0003] 溶液在超聲波（頻率高于16曲Z)的福照下會產(chǎn)生超聲空化效應(yīng)，使溶液中形成局 部高溫高壓區(qū)，同時生成局部的高濃度氧化性物質(zhì)，如輕基自由基（? OH)和&化，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(xué)為輔助 手段的高級氧化技術(shù)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(chǎn)生氧化性極強的? 0H，在石油、化工、印染和制藥等難降解工業(yè)廢水處理領(lǐng)域 具有較多的運用實例。將超聲法和化nton二者聯(lián)合可有效彌補化nton試劑催化能力不高， 傳質(zhì)不均，?OH產(chǎn)率低等缺點。已有相關(guān)研究表明，其聯(lián)合作用不是簡單的效果疊加，而是 存在協(xié)同效應(yīng)。因為在污染物降解過程中超聲波可W推動&〇2的分解，促進(jìn)非均相催化劑 同反應(yīng)物質(zhì)間的傳質(zhì)過程，提高化nton氧化過程中催化劑的催化效率，增加馬化的有效利 用率；同時，化nton試劑中&化分解可產(chǎn)生化，提高溶液溶解氧，在超聲福照下可起到增加 氣態(tài)核子，提高空化泡密度的效果。同時，超聲的機械效應(yīng)還可W起到攬拌和傳質(zhì)作用，促 進(jìn)反應(yīng)物、生成物在溶液中的擴(kuò)散，提升化nton試劑法的氧化速度。
[0004] 目前，超聲聯(lián)合化nton氧化法中一般采用同方向單一頻率的超聲波，超聲福照不 均、超聲傳質(zhì)和空化效果不佳，-OH的產(chǎn)率相對較低。廢水溶液溶解氧通常較低，同時在超 聲福照下溶液溫度上升較快，&化分解速度快，無效消耗大。&化分解產(chǎn)物化雖然可W在一 定程度上提高溶液的溶解氧，增大超聲福照空化泡密度，但化nton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(zhì)和空化效果，但能耗較高。同時，高頻率超聲波對超聲發(fā)生器本身具有一 定的腐蝕損害作用，嚴(yán)重影響儀器設(shè)備的使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有超聲/Fenton氧化聯(lián)合技術(shù)中同方向單一頻率 超聲波福照不均，? OH的產(chǎn)率低的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是低功率雙頻超聲波化nton氧化反應(yīng)器裝置，包括雙頻超聲 波發(fā)生器、超聲波清洗槽和化nton氧化反應(yīng)器；所述的雙頻超聲波發(fā)生器可單獨或同時產(chǎn) 生40KHZ和20KHZ高低兩種頻率的超聲波；超聲波清洗槽為不鎊鋼制，其內(nèi)設(shè)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(fā)生器連接 供能并控制，將不同頻率的超聲信號各自轉(zhuǎn)換成機械能傳至清洗槽內(nèi)的溶液介質(zhì)，超聲波 發(fā)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黃，其 中2組與另外2組垂直，呈上下層設(shè)置，高度差1?3cm，每組2?4根彈黃，為無間隔并排 安裝，四組彈黃交叉形成的口字形區(qū)域?qū)⒒痭ton氧化反應(yīng)器彈性夾持固定住，反應(yīng)器固定 時彈黃可根據(jù)反應(yīng)器的形狀進(jìn)行相應(yīng)的形變，同時由兩個垂直方向的上下層彈黃間的形變 收縮確保反應(yīng)器穩(wěn)定。
[0007] 優(yōu)選的，在超聲波清洗槽兩側(cè)分別設(shè)置循環(huán)水進(jìn)出水口，外連恒溫水箱。
[0008] 具體的，所述的超聲波清洗槽的循環(huán)水出水口高于循環(huán)水進(jìn)水口，高度差為清洗 槽高度的二分之一。
[0009] 具體的，化nton氧化反應(yīng)器包括反應(yīng)器主體和排氣防溢部；所述的反應(yīng)器主體為 球形玻璃器皿；所述的排氣防溢位于反應(yīng)器主體頂部，向上延伸縮小呈錐形，末端有排氣防 溢口；在反應(yīng)主器體上水平對應(yīng)設(shè)置通氣管口和加樣口，反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)置有通氣管，通氣 管一段向下延伸至反應(yīng)器主體底部，且末端設(shè)置有曝氣頭，另一端向上延伸至通氣管口。
[0010] 具體的，F(xiàn)enton氧化反應(yīng)器高度為H，反應(yīng)器主體為3/4球形反應(yīng)室，半徑為R，高 度為hi,即hi = 3R/2,反應(yīng)器有效容積V= JiR3 ;排氣防溢部為由反應(yīng)室主體向上延伸縮小 的旋轉(zhuǎn)曲面體，上下底面半徑分別為ri和RiJi ; Ri = I ; 5 = R/8,旋轉(zhuǎn)曲面母線滿足如 下方程：

【權(quán)利要求】
1. 低功率雙頻超聲波Fenton氧化反應(yīng)器裝置，其特征在于：包括雙頻超聲波發(fā)生器、 超聲波清洗槽和Fenton氧化反應(yīng)器；所述的雙頻超聲波發(fā)生器可單獨或同時產(chǎn)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(nèi)設(shè)置有2個垂直方向的 超聲波換能器和2個平方向的超聲波換能器，超聲波換能器由超聲波發(fā)生器連接供能并控 制，將不同頻率的超聲信號各自轉(zhuǎn)換成機械能傳至清洗槽內(nèi)的溶液介質(zhì)，超聲波發(fā)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(shè)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(qū)域?qū)enton氧化反應(yīng)器彈性夾持固定住，反應(yīng)器固定時彈簧可 根據(jù)反應(yīng)器的形狀進(jìn)行相應(yīng)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(yīng)器穩(wěn)定。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：在超聲波清洗槽兩側(cè)分別設(shè)置循環(huán)水進(jìn)出 水口，外連恒溫水箱。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于：所述的超聲波清洗槽的循環(huán)水出水口高于 循環(huán)水進(jìn)水口，高度差為清洗槽高度的二分之一。
4. 如權(quán)利要求1?3任一項所述的裝置，其特征在于=Fenton氧化反應(yīng)器包括反應(yīng)器 主體和排氣防溢部；所述的反應(yīng)器主體為球形玻璃器皿；所述的排氣防溢位于反應(yīng)器主體 頂部，呈向上延伸縮小的旋轉(zhuǎn)曲面體，末端有排氣防溢口；在反應(yīng)器主體上水平對應(yīng)設(shè)置通 氣管口和加樣口，反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)置有通氣管，通氣管一段向下延伸至反應(yīng)器主體底部，且 末端設(shè)置有曝氣頭，另一端向上延伸至通氣管口。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于=Fenton氧化反應(yīng)器高度為H，反應(yīng)器 主體為3/4球形反應(yīng)室，半徑為R，高度為Ii1，即Ii1 = 3R/2,反應(yīng)器有效容積V = Ji R3 ; 排氣防溢部為由反應(yīng)室主體向上延伸縮小的旋轉(zhuǎn)曲面體，上下底面半徑分別為r,和 R^r1 : R1 = I : 5 = R/8,旋轉(zhuǎn)曲面母線滿足如下方程

;旋轉(zhuǎn)曲面旋轉(zhuǎn)軸為過上下底面中心的垂直線；排氣防溢 部高h(yuǎn)2 = 4H/9 = 4R/3 ;通氣管口半徑r2 = 2iV3 ;加樣管口半徑r3 = 2ri ;反應(yīng)器底部曝 氣頭半徑r4 = 2r2 ;曝氣孔r5 = I. 5mm。
6. 采用權(quán)利要求1?5任一項所述裝置處理工業(yè)廢水的方法，其特征在于：包括如 下步驟：采用序批式反應(yīng)，開啟雙頻超聲波發(fā)生器和超聲波換能器；將廢水通過加樣口加 到Fenton氧化反應(yīng)器中，從通氣管口通入空氣，空氣流量為0? 3?0? 7L/min ;Fenton試劑 H202/Fe2+投加摩爾比為100 : 1?50 : 1，H202投加量為10?40mmol/L ;氧化反應(yīng)時間為 40?60min ;反應(yīng)溫度維持在23?25°C時。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：空氣流量為0. 5L/min。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于=Fenton試劑H202/Fe2+投加摩爾比為 50 : 1〇
9.如權(quán)利要求6?8任一項所述的方法，其特征在于：氧化反應(yīng)時間為60min。
【文檔編號】C02F1/36GK104326526SQ201410655135
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】許曉毅, 程謠, 張婷婷, 蔡嵐, 蘇攀, 尤曉璐, 于蘭, 幸秀麗 申請人:重慶大學(xué)