CN108928882B - 管式超声波苦咸水淡化设备及其方法 - Google Patents

管式超声波苦咸水淡化设备及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管式超声波苦咸水淡化设备，包括稳压流电源、控制器、电线、冷凝外管、雾化内管和超声波雾化片；稳压流电源置于管式超声波苦咸水淡化设备的外部；控制器置于管式超声波苦咸水淡化设备的外部并与稳压流电源连接；电线连接超声波雾化片和控制器；冷凝外管为封闭圆筒状，将雾化内管和超声波雾化片包于其内；雾化内管置于冷凝外管内部，内置有超声波雾化片；超声波雾化片间隔置于雾化内管内部的底端。该管式超声波苦咸水淡化设备可延长或降低管道长度，增加或减少布置超声波雾化片个数，还可多级并用或串联使用，产水性能较好，相对能耗较小，苦咸水处理效率较高，还具有除菌的效果，且采用的超声波雾化片使用寿命长，极易更换。

Description

管式超声波苦咸水淡化设备及其方法
技术领域
本发明属于苦咸水淡化设备技术领域，具体涉及一种管式超声波苦咸水淡化设备及其方法。
背景技术
在经济不断持续高速发展的同时，中国面临着淡水资源严重短缺的局面，我国农村饮用苦咸水的人口为3800多万。我国北方地区，耕地面积占全国的59.2％，人口占全国的44.3％，而水资源仅占全国的14.7％，同时，其中很大一部分为苦咸水。
苦咸水是在漫长的历史时期和复杂的地理环境中由多种因素综合作用下演变与形成的，一般指碱度大于硬度的水，含盐量为1000～8000mg/L，pH值大于7。日常生活饮用的水，一般要求含盐量低于500mg/L或1000mg/L，苦咸水口感苦涩，很难直接饮用，如长期饮用苦咸水则会对人体健康造成伤害，比如引起高血压、心血管等方面的疾病，对泌尿系统结石的形成也有促进作用。同时，苦咸水对农作物的水盐胁迫作用也会影响作物生长。研究表明，水盐胁迫对作物个体形态发育和生理代谢具有显著的影响。因此，将苦咸水转化成为可用淡水，是解决中国特别是北方缺水地区淡水资源缺乏的最有效途径，以保障我国饮水安全和食物安全。
目前，有多种脱盐技术被研究者使用，包括蒸馏法、反渗透、膜分离法和电渗析法等等，但能耗大、成本高的瓶颈制约了这些方法的大规模应用。在此，提出一种基于超声波雾化技术的管式苦咸水淡化设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管式超声波苦咸水淡化设备，从而克服现有淡化设备能耗高、成本高、维护复杂的缺点。
为实现上述一个或多个目的，在本发明的一个实施方案中，本发明提供了一种管式超声波苦咸水淡化设备，包括：稳压流电源4、控制器5、电线6、冷凝外管7、雾化内管8和超声波雾化片9；其中，所述稳压流电源4置于所述管式超声波苦咸水淡化设备的外部；所述控制器5置于所述管式超声波苦咸水淡化设备的外部并与所述稳压流电源4连接；所述电线6连接超声波雾化片9和控制器5；所述冷凝外管7为封闭圆筒状，将雾化内管8和超声波雾化片9包于其内，冷凝外管7的底端是处理后的清水；所述雾化内管8置于冷凝外管7内部，内置有超声波雾化片9，苦咸水在雾化内管8流动；所述超声波雾化片9间隔置于所述雾化内管8内部的底端。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种管式超声波苦咸水淡化设备，所述管式超声波苦咸水淡化设备的左侧设有进水口1，右侧设有高盐水出口2和清水出口3，其中所述高盐水出口2设于清水出口3的上方。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种管式超声波苦咸水淡化设备，所述稳压流电源4的电压是28V～50V直流电压。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种管式超声波苦咸水淡化设备，所述超声波雾化片9采用铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料制成，为圆盘形，直径5mm～50mm。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种管式超声波苦咸水淡化设备，所述超声波雾化片9置于苦咸水液面以下1.7～2.0cm。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种管式超声波苦咸水淡化设备，所述控制器5内设三极管、电容、电阻，构成电容三点式振荡器。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种管式超声波苦咸水淡化设备，所述三极管为BU406三极管。
在本发明的一个实施方案中，本发明提供了一种苦咸水淡化的方法，其采用上述管式超声波苦咸水淡化设备，该方法包括：苦咸水从进水口1进入所述管式超声波苦咸水淡化设备，在雾化内管8内流动；超声波雾化片9通过电线6与控制器5内的三极管、电容、电阻组成正反馈谐振电路，在稳压流电源4的作用下超声波雾化片9产生高频震荡，使雾化内管8内苦咸水进行雾化，变成水雾；水雾上浮的过程中接触到冷凝外管7再次凝结，凝结后的清水经冷凝外管7内壁从清水出口3排出；未能完全雾化的高盐水从高盐水出口2排出。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种苦咸水淡化的方法，所述高频震荡的频率是1.6MHz～2.4MHz，优选为1.7MHz。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所述的明管式超声波苦咸水淡化设备可根据需要延长或降低管道长度，增加或减少布置超声波雾化片的个数，还可多级并用或串联使用，因此该管式超声波苦咸水淡化设备使用灵活；随着管道延长，起雾化作用的超声波雾化片数量增多，势必增加雾化水量，提高苦咸水的淡化效率。
(2)本发明所述的管式超声波苦咸水淡化设备的主要耗材是超声波雾化片，该雾化片的制作材料是铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，其理论工作寿命3000小时，若损坏可直接拔掉雾化片换上新的，因此，该超声波雾化片使用寿命长，且极易更换。
(3)本发明所述的管式超声波苦咸水淡化设备产水性能较好，相对能耗较小。
(4)本发明所述的管式超声波苦咸水淡化设备处理效率高达93.02％。
(5)本发明所述的管式超声波苦咸水淡化设备产生的超声波具有空化作用，可产生高温高压微气泡，具有除菌功能。
(6)人体听觉范围是20～20000Hz，而本发明所述的管式超声波苦咸水淡化设备中超声波雾化片的震荡频率优选1.7MHz，超过了人的听觉范围，对人体没有伤害。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：
图1是根据本发明的管式超声波苦咸水淡化设备正视图。
图2是根据本发明的管式超声波苦咸水淡化设备测视图。
图3是根据本发明的管式超声波苦咸水淡化设备顶视图。
主要附图标记说明：
1-进水口，2-高盐水出口，3-清水出口，4-稳压流电源，5-控制器，6-电线，7-冷凝外管，8-雾化内管，9-超声波雾化片；另外，图1和图3中纵向折线表示省略。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
上述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：一种管式超声波苦咸水淡化设备
由图1～图3所示，本发明的管式超声波苦咸水淡化设备包括：包括稳压流电源4、控制器5、电线6、冷凝外管7、雾化内管8和超声波雾化片9；所述稳压流电源4置于所述管式超声波苦咸水淡化设备的外部；所述控制器5置于所述管式超声波苦咸水淡化设备的外部并与所述稳压流电源4连接；所述电线6连接超声波雾化片9和控制器5；所述冷凝外管7为封闭圆筒状，将雾化内管8和超声波雾化片9包于其内，冷凝外管7的底端是处理后的清水；所述雾化内管8置于冷凝外管7内部，内置有超声波雾化片9，苦咸水在雾化内管8流动；所述超声波雾化片9间隔置于所述雾化内管8内部的底端。
进一步，上述管式超声波苦咸水淡化设备的左侧设有进水口1，右侧设有高盐水出口2和清水出口3，其中所述高盐水出口2设于清水出口3的上方。
进一步，上述稳压流电源4的电压是28V～50V直流电压。
进一步，上述超声波雾化片9采用铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料制成，为圆盘形，直径5mm～50mm。
进一步，上述超声波雾化片9置于苦咸水液面以下1.7～2.0cm。
进一步，上述控制器5内设三极管、电容、电阻，构成电容三点式振荡器。
进一步，上述超声波雾化片9通过电线6与三极管、电容、电阻形成正反馈谐振电路，将电能转化为弹性机械振动波，进而使液体发生雾化逸出。
进一步，上述三极管优选为BU406三极管。
具体地，上述管式超声波苦咸水淡化设备主体总长53.3cm，其中管壁厚0.4cm，内部工作长度52.5cm，每间隔2.5cm设置直径为2.5cm，厚度为0.2cm的超声波雾化片，共计设置10个超声波雾化片于液面以下1.7～2.0cm；冷凝外管内径为8cm，壁厚0.4cm，雾化内管内径5cm，壁厚0.2cm。
实施例2：一种苦咸水淡化的方法
结合图1——图3，对苦咸水淡化方法进行阐述，该淡化方法包括：苦咸水从进水口1进入所述管式超声波苦咸水淡化设备，在雾化内管8内流动；超声波雾化片9通过电线6与控制器5内的三极管、电容、电阻组成正反馈谐振电路，在稳压流电源4的作用下超声波雾化片9产生高频震荡，使雾化内管8内苦咸水进行雾化，变成水雾；水雾上浮的过程中接触到冷凝外管7再次凝结，凝结后的清水经冷凝外管7内壁从清水出口3排出；未能完全雾化的高盐水从高盐水出口2排出。
实施例3：苦咸水淡化实验
(1)人工配制苦咸水：通过往蒸馏水中添加NaCl，配制模拟苦咸水，制得苦咸水的含盐量约为2000mg/L，pH为6.8。
(2)苦咸水淡化实验：将上述配制的苦咸水的进水流量控制在4.5L/h，将实施例1所述管式超声波苦咸水淡化设备连续运行48小时。
(3)实验结果：共产生出脱盐后的清水约200L，所得清水含盐量为50±10mg/L，pH为7.2±0.1，同时产生约15L含盐量为27.7±0.15g/L的高盐废水，处理效率是：200/(200+15)*100％＝93.02％；该设备只需要约48kWh/m3的能耗，而常用的加热蒸馏脱盐淡化方法则大约需要800kWh/m3的能耗。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种管式超声波苦咸水淡化设备，其特征在于：包括稳压流电源(4)、控制器(5)、电线(6)、冷凝外管(7)、雾化内管(8)和超声波雾化片(9)；其中，所述稳压流电源(4)置于所述管式超声波苦咸水淡化设备的外部；所述控制器(5)置于所述管式超声波苦咸水淡化设备的外部并与所述稳压流电源(4)连接；所述电线(6)连接超声波雾化片(9)和控制器(5)；所述冷凝外管(7)为封闭圆筒状，将雾化内管(8)和超声波雾化片(9)包于其内，冷凝外管(7)的底端是处理后的清水；所述雾化内管(8)置于冷凝外管(7)内部，内置有超声波雾化片(9)，苦咸水在雾化内管(8)流动；所述超声波雾化片(9)间隔置于所述雾化内管(8)内部的底端；所述管式超声波苦咸水淡化设备的左侧设有进水口(1)，右侧设有高盐水出口(2)和清水出口(3)，其中所述高盐水出口(2)设于清水出口(3)的上方；
其中，所述超声波雾化片(9)采用铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料制成，为圆盘形，直径5mm～50mm；
所述稳压流电源(4)的电压是28V～50V直流电压；
所述超声波雾化片(9)置于苦咸水液面以下1.7～2.0cm；
所述控制器(5)内设三极管、电容、电阻，构成电容三点式振荡器；
超声波雾化片(9)通过电线(6)与三极管、电容、电阻形成正反馈谐振电路，将电能转化为弹性机械振动波，进而使液体发生雾化逸出；
所述三极管为BU406三极管。
2.一种苦咸水淡化的方法，其采用如权利要求1所述的管式超声波苦咸水淡化设备，该方法包括如下步骤：苦咸水从进水口(1)进入所述管式超声波苦咸水淡化设备，在雾化内管(8)内流动；超声波雾化片(9)通过电线(6)与控制器(5)内的三极管、电容、电阻组成正反馈谐振电路，在稳压流电源(4)的作用下超声波雾化片(9)产生高频震荡，使雾化内管(8)内苦咸水进行雾化，变成水雾；水雾上浮的过程中接触到冷凝外管(7)再次凝结，凝结后的清水经冷凝外管(7)内壁从清水出口(3)排出；未能完全雾化的高盐水从高盐水出口(2)排出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述高频震荡的频率是1.6MHz～2.4MHz。
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