专利名称：气升式声化学反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废水处理装置，属于环保设备技术领域，特别是涉及一种气升式声化学反应器。
背景技术：
声化学，是指利用超声波加速化学反应或提高产率的一门新兴交叉学科，目前，声化学的应用领域已经涉及到有机合成、生物化学、分析化学、高分子材料、表面加工、生物技术和环境保护等方面。90年代以来，国外开始研究将超声波化学应用于污水控制，尤其是废水中难以降解的有毒有机污染物的治理方面，并取得了令人满意的效果。难生物降解有机物目前常规的二级生物处理工艺难以去除，几乎直接穿透处理装置而进入环境，这部分物质大多数都具有毒性，有些甚至有致癌、致畸、致突变性。他们在环境中持留时间很长。如何治理这类物质已经成为水污染防治界研究的热点和难点问题之一。尤其是目前的印染废水，随着化学物质的发展和印染后整理要求的提高，人造碱解物、新型染料、助剂等各种难生化降解有机物大量进入印染废水，印染废水成分复杂、浓度高、色度深，对传统的废水处理工艺无疑构成了挑战。气升式化学反应器的设计结构简单，可以在大尺寸下工作，控制温度比较容易，有较高的液体混合速度和混合时间，较小的剪切力和较高的传质性能。气升式声化学反应器结合了气升式反应器的这些热点，还利用了超声的声空化效应来提高废水的降解率。还满足了很多其他需求，这对目前印染废水的处理工艺的发展具有重要意义。现有的文献报道中，已经出现采用不同频率的超声来进行叠加，就是利用彼此的波峰波谷进行补充，使超声波在处理液中处处都是空化效果较强，从而减少驻波所造成的死角，提高声化学产额。例如中国《应用声学》O007J6(6)第362-366页)使用了双低频超声波对模拟染料废水进行了实验处理研究，取得了很好的效果。但是在实践中，绝大多数人都没有对超声的特性(超声传播、热机制等)进行分析，因此设计出的反应器结构都比较简单，主要是超声发生器布局和反应器的结构设计方面，导致超声能量利用和声化产额都非常低，普遍适用于实验室。例如申请号200720190903. 6的中国发明专利申请了一种多频声化学反应器，它虽然采用了不同频率超声换能器组合，但是介质变化对超声传播的影响使得外置安装大大降低了超声利用率，无法最大化发挥双频超声的废水处理效果。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种气升式声化学反应器，以期能够高效地预处理高浓度难降解工业废水。本发明为解决技术问题采用以下技术方案本发明气升式声化学反应器的结构特点是设置直立的反应筒体，与废水进液口相连通的废水导流管连接在反应筒体的左下方，与沉聚池相连通的废水出液口位于反应筒体的右上方，沉聚池的右上方是净水溢流出口，反应筒体的上方是敞开的排气口 ；臭氧分布器以出气口朝上安置在反应筒体的底部，所述废液导流管的出水口靠近臭氧分布器的上方， 并保持出水流向与臭氧流向垂直；在所述反应筒体的内侧壁上以阵列的形式设置各换能器，处在同一列上的换能器是以一只低频换能器和一只高低频换能器间隔设置；处在同一水平面上的各换能器是以一只低频换能器和一只高频换能器在同一径线上相对设置形成一换能器对；所述处在同一水平面上的换能器对为奇数对，均勻分布在同一圆周位置上的各换能器是一只低频换能器和一只高低频换能器间隔设置。本发明气升式声化学反应器的结构特点也在于在所述反应筒体的外围设置换热夹套，换热夹套上分别设置有冷却水进口和冷却水出口。所述废水进液口、废水出液口和净水出口设置在同一高度位置上。与已有的技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明中各换能器直接安装在反应器的内壁上，与以往外置式安装相比，避免了筒壁材质造成的超声传播损失。2、本发明中低频换能器和高频换能器特定的排列方式方式保证了高低双频叠加起来的复频波能够相互补偿对方的波谷，彻底消除驻波，构成了一个超声混响场，且使废水在反应器内各处所受超声波辐射均勻且声压均最强，空化泡的产生效率最佳。3、本发明中臭氧分布器安装在反应筒体底部，使得气流方向与液流方向交叉，一方面利用了臭氧能量，另一方面充分曝气促进超声的空化，高效利用超声和臭氧的协同效应。4、本发明中换热夹套的设置克服了超声热机制导致的温升，控制了最佳反应温度。5、本发明中设置废水进液口、废水出液口和净水出口处在同一高度，减少额外使用的液泵能量从而降低能量消耗。
图1为本发明立面结构示意图；图2为本发明俯视结构示意图；图3为本发明中臭氧分布器平面结构示意图；图4和图5为本发明不同实施方式结构示意图。图中标号1废水进液口 ；2反应筒体；3换热夹套；4废水导流管；5冷却水出口 ；6 臭氧入口 ；7臭氧分布器；8固定板；9低频换能器；10沉聚池；11冷却水进口 ；12废水出液口 ； 13净水出口 ； 14排气口 ； 15高频换能器。
具体实施例方式参见图1、图2和图3，本实施例中气升式声化学反应器是设置直立的反应筒体2， 与废水进液口 1相连通的废水导流管4连接在反应筒体2的左下方，与沉聚池10相连通的废水出液口 12位于反应筒体的右上方，沉聚池10的右上方是净水溢流出口 13，反应筒体2的上方是敞开的排气口 14 ；臭氧分布器7以出气口朝上安置在反应筒体2的底部，废液导流管4的出水口靠近臭氧分布器7的上方，并保持出水流向与臭氧流向垂直。如图1和图2所示，本实施例中，在反应筒体2的内侧壁上以阵列的形式设置各换能器，处在同一列上的换能器是以一只低频换能器和一只高低频换能器间隔设置；处在同一水平面上的各换能器是以一只低频换能器9和一只高频换能器15在同一径线上相对设置形成一换能器对；处在同一水平面上的换能器对为奇数对，均勻分布在同一圆周位置上的各换能器是一只低频换能器9和一只高低频换能器15间隔设置。具体实施中，在反应筒体2的外围设置换热夹套3，换热夹套3上分别设置有冷却水进口 11和冷却水出口 5 ；废水进液口 1、废水出液口 12和净水出口 13设置在同一高度位置上；设置高频率换能器15的频率为800kHz、声强为0. 5ff/cm2 ；低频率换能器9的频率为 20kHz、声强为 0. 5W/cm2。具体实施中，处在同一水平面上的换能器对可以是一对，也可以根据内壁直径的大小增加换能器对的个数，换能器对的个数只能为奇数，以保证高频换能器和低频换能器之间相互间隔的组合形式，图4所示处在同一水平面上的换能器对为三对，图5所示为五对。由于单频超声波的传播波形都是有一系列波峰和波谷，波峰代表声压振幅最大， 其空化效果也最强，波谷代表声压振幅最小，即空化最弱。为了使超声波在处理废水中消除驻波，增强空化效果，需要有另一频率超声波来弥补前一超声波的波谷，即让后一频率超声波波峰弥补前一超声波波谷，前一超声波的波峰弥补后一超声波的波谷，这种方式的排列组合能够保证超声波在反应器的某一水平面上的驻波最少，空化效果最佳；本实施例中高频换能器和低频换能器的排列组合方式能够保证高低双频叠加起来的复频波能够相互补偿对方的波谷，彻底消除驻波，且使废水各处所受超声波辐射均勻且声压均最强。运行时，开启各超声换能器，废水经过废水进液口 1由废水导流管4引入，从气升式声化学反应器的反应筒体2底部进入气升式声化学反应器中；臭氧由臭氧入口 6进入气升式声化学反应器的反应筒体2底部的臭氧分布器7被分散，形成大量微小气泡向上喷出， 带动废水向上流动，流至顶端。在不同频率的超声空化耦合作用下，废水和臭氧在筒体2上升中发生复杂的氧化、降解反应，形成的二氧化碳和空气则由顶端的排气口 14溢出，处理后的净水则由沉聚池10的右上端净水出口 13排出，形成的大部分固态或絮凝状降解产物则积聚在沉聚池10的下端排出。
权利要求
1.一种气升式声化学反应器，其特征是设置直立的反应筒体O)，与废水进液口(1)相连通的废水导流管(4)连接在反应筒体O)的左下方，与沉聚池(10)相连通的废水出液口(12)位于反应筒体的右上方，沉聚池(10)的右上方是净水溢流出口(13)，反应筒体(2)的上方是敞开的排气口(14)；臭氧分布器(7)以出气口朝上安置在反应筒体O)的底部，所述废液导流管的出水口靠近臭氧分布器(7)的上方，并保持出水流向与臭氧流向垂直；在所述反应筒体O)的内侧壁上以阵列的形式设置各换能器，处在同一列上的换能器是以一只低频换能器和一只高低频换能器间隔设置；处在同一水平面上的各换能器是以一只低频换能器(9)和一只高频换能器(1 在同一径线上相对设置形成一换能器对；所述处在同一水平面上的换能器对为奇数对，均勻分布在同一圆周位置上的各换能器是一只低频换能器(9)和一只高低频换能器(1 间隔设置。
2.根据权利要求1所述的气升式声化学反应器，其特征在于在所述反应筒体O)的外围设置换热夹套(3)，换热夹套C3)上分别设置有冷却水进口(11)和冷却水出口(5)。
3.根据权利要求1所述的气升式声化学反应器，其特征在于所述废水进液口(1)、废水出液口(1 和净水出口(1 设置在同一高度位置上。
全文摘要
本发明公开了一种气升式声化学反应器，其特征是设置直立的反应筒体；臭氧分布器以出气口朝上安置在反应筒体的底部，废液导流管的出水口靠近臭氧分布器的上方，并保持出水流向与臭氧流向垂直；在反应筒体的内侧壁上以阵列的形式设置各换能器，处在同一列上的换能器是以一只低频换能器和一只高低频换能器间隔设置；处在同一水平面上的各换能器是以一只低频换能器和一只高频换能器在同一径线上相对设置形成一换能器对；处在同一水平面上的换能器对为奇数对，均匀分布在同一圆周位置上的各换能器是一只低频换能器和一只高低频换能器间隔设置。本发明高效利用超声和臭氧的协同作用，促进声空化效应，可应用于处理各种难降解工业废水。
文档编号C02F1/78GK102557231SQ201210030649
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者张峰, 朱杰辉, 朱郑乔若, 王好军, 王珂, 程建萍, 陶振恒 申请人:合肥工业大学