CN109095587B - 一种基于空化降解废水的光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于空化降解废水的光学装置，包括激光器、分束镜、全反镜、凹透镜、凸透镜、柱面镜、空化仓、空化仓支座，所述激光器发射的激光束由所述分束镜分为两路，一束最终经所述柱面镜聚焦以线光束入射至所述空化仓入水管一侧发生空化，一束最终经所述凸透镜聚焦以点光束入射至所述空化仓出水管一侧发生空化。空化仓放置于空化仓支座上，空化仓的部分内表面涂有一层黑漆，以截留能量，提高空化效率。该装置结构简易，较好地利用了透镜的光学性能来对激光光束进行调节，并将空化仓的结构与其相结合，大大提高了激光空化的效率，具有较高的使用价值。

Description

一种基于空化降解废水的光学装置

技术领域

本发明涉及污水降解处理技术、激光诱导空化技术领域，特指一种基于空化降解废水的光学装置及方法。

背景技术

当前工业废水、生活污水和其他废弃物进入江河湖海等水体，超过了水体自净能力，所造了极大的污染污染，对于我国日益紧张的水资源来说造成了严重的后果。污水处理是利用一定的技术方法，将污水所含的有机污染物转化为无害物质，空化现象发生在流体中，空化过程主要伴随有空泡的初生、成长、脉动及溃灭，在此过程中通常会产生高温、高压、放电、发光和激震波等作用，从而打断水分子的化学键产生具有强氧化作用的自由基，并与有机物发生反应，起到污水降解的作用。

目前，利用将激光装置的空化性能来进行污水处理正在逐步发展起来，激光聚焦于水中，击穿水形成等离子体，激光聚焦区压力急剧上升并对外膨胀，从而导致泡内压力急剧下降形成空泡，空泡溃灭时产生冲击波和射流，激光空化处理有机废水具有很强的可操控性，能很好地去除有机废水中难降解生物。但目前的激光装置和方法存在以下的不足：

当前的激光装置多以凸透镜将激光束汇聚于一点入射至空化仓中液体进行诱导空泡，仅能在液体中一条直线上产生空泡，无法进行大面积的空泡诱导，从而空化效率较低。

发明内容

本发明提供了一种基于空化降解废水的光学装置，能够有效的利用激光技术以面线结合的方式来诱导大量空泡的产生，提高激光空化的效率，使污水得到有效的降解。

该装置利用的理论原理为激光空化，激光空化是指激光聚焦于水中，击穿水形成等离子体，激光聚焦区压力急剧上升并对外膨胀，从而导致泡内压力急剧下降形成空泡，空泡溃灭的瞬间可以释放出大量的能量，导致的局部高温高压等环境会产生大量的自由基与有机物反应，有机物降解甚至矿化。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于空化降解废水的光学装置，包括大空化仓和小空化仓，所述大空化仓和所述小空化仓相互贯通，所述大空化仓的截面面积大于所述小空化仓的截面面积，所述大空化仓上方的激光空化光学装置从上到下依次包括第一凹透镜、第一凸透镜和柱面镜；所述小空化仓上方的激光空化光学装置从上到下依次包括第二凹透镜、第二凸透镜和凸透镜。

上述方案中，所述第一凹透镜和所述第二凹透镜的激光由同一个YAG激光器发出，所述YAG激光器与激光控制器连接，所述YAG激光器的激光光路上依次设置有分束镜和全反镜。

上述方案中，所述小空化仓上方的激光空化光学装置正对所述大空化仓和所述小空化仓的交界处。

上述方案中，所述大空化仓上连接有入水管，所述小空化仓上连接有出水管。

上述方案中，所述第一凹透镜、所述第一凸透镜、所述第二凹透镜和所述第二凸透镜均分别安装在透镜框上，所述透镜框上安装有连接体，所述连接体末端为卡扣装置。

上述方案中，所述大空化仓和所述小空化仓的内表面涂有一层黑漆，以截留能量。

上述方案中，所述大空化仓和所述小空化仓位于空化仓支座内，所述大空化仓和所述小空化仓能够在所述化仓支座内旋转。

发明的有益效果：(1) 该装置结构简单，较好地利用了透镜的光学性能来对激光光束进行调节。(2)将激光空化的性质与空化仓的结构相结合，大大提高了激光空化的效率，具有较高的使用价值。(3)整个过程不引入任何化学试剂，环保无污染。

附图说明

图1为激光空化降解废水示意图。

图2为透镜与连接体装配结构示意图。

图3为柱面镜入射光诱导空泡示意图。

图4为凸透镜入射光诱导空泡示意图。

图5为空化仓和空化仓支座装配体结构示意图

图中：1-激光控制器；2-YAG激光器；3-分束镜；4-全反镜；5-1-第一凹透镜；5-2-第二凹透镜；6-1-第一凸透镜；6-2-第二凸透镜；7-柱面镜；8-凸透镜；10-入水管；11-出水管；101-透镜框； 103-连接体；9-1空化仓支座；9—2大空化仓；9—3小空化仓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明装置作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于空化降解废水的光学装置，包括激光器、透镜和大空化仓9-2和小空化仓9-3，大空化仓9-2连接入水管10，小空化仓9-3连接出水管11。所述激光器由激光控制器1和YAG激光器2组成，所述透镜由分束镜3、全反镜4、第一凹透镜5-1、第二凹透镜5-2、第一凸透镜6-1、第二凸透镜6-2、柱面镜7、凸透镜8组成，分束镜3与全反镜均与激光器呈平面45度角放置且中心正对激光束，分束镜3将入射光分成两路，一束激光朝入射光垂直方向射去，另一束激光由全反镜4反射后朝入射光垂直方向射去，第一凹透镜5-1、第二凹透镜5-2将入射光源发散射出，第一凸透镜6-1、第二凸透镜6-2将入射光源转化为平行光源射出，柱面镜7呈空间垂直于空化仓入水管10放置，将入射光聚焦成线光束射入大空化仓9-2中，凸透镜8位于大空化仓9-2和小空化仓9-3的接口处正上方，将入射光聚焦成点光束射入小空化仓9-3中。如图5所示，大空化仓9-2和小空化仓9-3放置于空化仓支座9-1上，大空化仓9-2和小空化仓9-3的部分内表面涂有一层黑漆，以截留能量、提高空化效率，大空化仓9-2和小空化仓9-3可以在空化仓支座9-1内旋转，调整角度，空化仓支座9-1为透明材料。

优选的，如图2所示，连接体103与透镜框101为通过螺纹连接，所述连接体103可以随时安装更换不同透镜框101，连接体103末端为卡扣装置，可以安装在所述透镜竖直方向上的任意位置。

本发明的工作原理为：废水从入水管10流入大空化仓9-2后，所述激光器发射激光束，当所述激光束入射至分束镜3时，所述分束镜3将该激光束分成两路，一束激光向入射光垂直方向射去，另一束激光由全反镜4反射后向入射光垂直方向射去，两路激光束入射至第一凹透镜5-1、第二凹透镜5-2后光束发散，随后发散光束射入第一凸透镜6-1、第二凸透镜6-2，此时所属两路激光束以平行光束射出，入水管一侧的平行光束射入柱面镜7后光源聚焦成线光束射入大空化仓9-2中，在液体中形成一个面（图3所示），空化仓入水管10流入的有机污水流经此面时发生空化，增加了光束与水的接触面积，使空化更加充分；出水管一侧的平行光束射入凸透镜8之后，光源聚焦成点光束射入小空化仓9-3中，在液体中形成一条线（图4所示），当经过空化处理的水从大空化仓9-2流入小空化仓9-3时，在其交界面处继续受到光束的照射而产生二次空化，进一步净化了有机废水，将小空化仓9-3上方的激光空化光学装置正对所述大空化仓9-2和所述小空化仓9-3的交界处更有利于充分利用大空化仓9-2空化完成时液体中遗留的能量。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的范围，凡是利用本发明说明书内容等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于空化降解废水的光学装置，其特征在于，包括大空化仓(9-2)和小空化仓(9-3)，所述大空化仓(9-2)和所述小空化仓(9-3)相互贯通，所述大空化仓(9-2)的截面面积大于所述小空化仓(9-3)的截面面积，所述大空化仓(9-2)上方的激光空化光学装置从上到下依次包括第一凹透镜(5-1)、第一凸透镜(6-1)和柱面镜(7)；所述小空化仓(9-3)上方的激光空化光学装置从上到下依次包括第二凹透镜(5-2)、第二凸透镜(6-2)和凸透镜(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于空化降解废水的光学装置，其特征在于，所述第一凹透镜(5-1)和所述第二凹透镜(5-2)的激光由同一个YAG激光器(2)发出，所述YAG激光器(2)与激光控制器(1)连接，所述YAG激光器(2)的激光光路上依次设置有分束镜(3)和全反镜(4)。

3.根据权利要求1所述的一种基于空化降解废水的光学装置，其特征在于，所述小空化仓(9-3)上方的激光空化光学装置正对所述大空化仓(9-2)和所述小空化仓(9-3)的交界处。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于空化降解废水的光学装置，其特征在于，所述大空化仓(9-2)上连接有入水管(10)，所述小空化仓(9-3)上连接有出水管(11)。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于空化降解废水的光学装置，其特征在于，所述第一凹透镜(5-1)、所述第一凸透镜(6-1)、所述第二凹透镜(5-2)和所述第二凸透镜(6-2)均分别安装在透镜框(101)上，所述透镜框(101)上安装有连接体(103)，所述连接体(103)末端为卡扣装置。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于空化降解废水的光学装置，其特征在于，所述大空化仓(9-2)和所述小空化仓(9-3)的部分内表面涂有一层黑漆，以截留能量。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于空化降解废水的光学装置，其特征在于，所述大空化仓(9-2)和所述小空化仓(9-3)位于空化仓支座（9-1）内，所述大空化仓(9-2)和所述小空化仓(9-3)能够在所述化仓支座（9-1）内旋转。

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