CN109231353A - 降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，包括氩气供应系统、氮气供应系统、温度调节系统、液位安全连锁装置、控制系统、以及反应器。其中氩气供应系统、氮气供应系统、液位安全联锁装置等均通过控制系统用管路连接至反应器。该系统通过单频率(1MHz)、双频率(500HMz、1MHz)超声波在污染地下水中分别产生的空化效应，破坏多氟有机硫化合物中含氟、含硫的官能团结构单元界面，使得稳定的化合键链断裂，达到多氟有机硫化合物快速有效降解的目的。该系统主要应用于污染地下水中多氟有机硫化合物的处理，也适用于其他含多氟有机硫化合物的污水的处理。

Description

降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统

技术领域

本发明涉及一种地下水中污染物降解的系统领域。具体涉及降解地下水中多氟有机硫化合物的单双频超声波交替的声化学处理系统。

背景技术

水资源是维系人类生存和发展的重要资源之一。近年来，随着工业化进程的加快，地下水的污染愈加严重。目前，国内外普遍应用的治理污染地下水的技术包括：化学反应技术；物理分离技术；生物降解技术；以其中一种技术为主导，联合使用其他技术的综合性技术。这些治理污染地下水的技术随着科技发展被不断的补充完善，并在保护生态水环境中做出重大贡献。

但是，随着社会的不断进步，地下水中的污染物类型越来越复杂。尤其是多氟有机硫化合物的大量使用，导致其以各种途径进入到地下水环境中，并通过生物链进入到动物组织，对环境和人类健康造成极大的危害。由于其独特的理化性质以及环境持久性、生物累积性、生物毒性、远距离迁移能力等特点，传统的技术已不能快速有效的降解污染地下水中的多氟有机硫化合物。

声化学技术是一项声学、化学、电学等多种学科交叉融合的新技术。它的实质是空化效应，即聚集声场能量并瞬间释放的一个极其复杂的物理过程，包括气核的出现、微泡的长大和微泡的崩溃三个步骤。超声波在介质中的传播存在一个正负压强的交变周期。在正压相位时，超声波对介质分子压缩，使得液体介质的密度增大；在负压相位时，介质分子稀疏离散，使得液体介质密度减小。由于声压的正负交变，溶剂受到了压缩和稀疏作用。在声波的稀疏相区，气泡膨胀长大，并被周围的液体蒸气或气体充满。在压缩相区，气穴很快塌陷、破裂，产生大量微泡，它们又可以作为新的气核。当超声波处于高频率状态时，空化泡少但直径大，空化核在稀疏相区达到共振半径时强烈震荡并发生崩溃；当超声波处于低频率状态时，空化泡密集但直径小，声学周期较高频状态更快，但是强度却相对较低，进而产生的能量亦较小。对于污染地下水中的多氟有机硫化合物而言，化学成分中含氟与含硫的化合键的断裂所需能量大小不一，故所需要的最佳超声波频率不同，采用单一频率不能快速有效的降解整个化学物质。

目前，涉及利用超声进行水处理的装置已授权的专利有：1、申请号为200780033331.3，名称为：“超声液体处理室和连续流动混合系统”；2、申请号为200820117271.5，名称为：“利用功率超声处理有机废水的频率效应研究装置”；3、申请号为201720707318.2，名称为：“超声联合光催化的声化学反应器”等。其中，专利1为利用超声进行溶剂的混合，专利2着重于物质的最适宜的单一频率效应的研究，专利3是利用超声联合光催化技术进行水处理的装置，依靠单双频率超声波交替进行声化学处理地下水中多氟有机硫化合物的装置尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，通过单频率声片与双频率声片交替作用产生的空化效应，破坏多氟有机硫化合物中含氟、含硫的官能团结构单元界面，使得稳定的化合键链断裂，从而对多氟化合物进行快速有效的降解。本发明提供一种降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，该系统包括氩气供应系统1、氮气供应系统2、温度调节系统3、液位安全连锁装置16、控制系统4、原料调节罐21以及反应器6；利用所述反应器6内单双频声片22、23的超声交替作用，快速有效的降解污染地下水中的多氟有机硫化合物。

可选的，所述氩气供应系统1、氮气供应系统2、温度调节系统3、液位安全联锁装置16、原料调节罐21均通过控制系统4用管路连接至所述反应器6。

可选的，反应器内部包含双频率声片六个，其中三个声片23频率为1MHz，三个声片22频率为500KMz，每两个不同频率的声片分为一组，每组中声片均对应分布于所述反应器6两侧。

可选的，所述反应器6内部包含单频率声片六个，分三组分配于双频率声片中间，每组声片均交错对应分布于所述反应器6两侧。

可选的，所述反应器6内部的声片22、23均包含声化学工具片、压电换能器28。

可选的，所述液位安全连锁装置16包含蜂鸣报警装置和紧急停止装置，保证反应器的安全及内部溶剂液面的基本稳定。

可选的，所述管路中设置安全阀15，保证反应器内压力处于安全范围。

可选的，所述控制系统4包括三个第一供电系统，所述三个第一供电系统仅用于供应单频率声片的运行，每两个声片占用一个第一供电系统，每一第一供电系统均包括一台发电机、一台射频放大器。

可选的，所述控制系统4包括两个第二供电系统，所述两个第二供电系统仅用于供应双频率声片的运行，相同频率的声片占用同一第二供电系统，每一第二供电系统均包括一台发电机、一台射频放大器。

可选的，所述控制系统包括一个第三供电系统5，所述第三供电系统5用于提供温度调节系统3、控制面板、信号发生器26～27以及整个系统中运输泵、阀门的电源供给。

可选的，所述阀门均属于带电阀门，除取样外所有操作均在控制面板完成。

附图说明

附图1、降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统的结构示意图

附图2、反应器内声片位置及冷却循环系统的示意图

附图3、双频处理原理示意图

附图4、单频处理原理示意图

图中标号说明：1、氩气供应系统，2、氮气供应系统，3、温度调节系统，4、控制系统，5、第三供电系统，6、反应器，7～8、第二供电系统，9～11、第一供电系统，12、低氩阀，13、高氩阀，14、罐充氩阀，15、安全阀，16、液位安全连锁装置，17、采样点，18、排出泵，19、循环泵，20、自吸泵，21、原料调节罐，22、频率为500KHz的声片，23、频率为1MHz的声片，24、氮气循环冷却系统，25、射频放大器，26、双频信号发生器，27、单频信号发生器，28、压电换能器

具体实施方式

结合附图与实施例对上述降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统的使用方法进一步详细说明。

如图1～4降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统及各部位的示意图，氩气供应系统1设置三条通路，分别用低氩阀12、高氩阀13以及罐充氩阀14控制，用于原料及反应器内氩气的填充；氮气供应系统2通过温度调节系统3进入反应器6中的氮气循环冷却系统24，对整个反应器内部的温度进行控制；第一、第二供电系统7～11提供反应器6内的声片22～23的电源的同时，控制系统4将信号发生器26～27传递的信息通过射频放大器25传递至声片22～23，进行反应器6内多氟有机硫化合物的降解。

该系统中自吸泵20将已调节的原料从原料调节罐21输送至反应器6中进行降解；采样点17-1、17-2、17-3采集反应过程中的样品，监控反应器内物种的均匀性及多氟有机硫化合物的降解程度；通过循环泵19维持反应器6中物种浓度的均匀性，排出泵18排出降解完成的地下水，安全阀15维持反应器6内气体的稳定性；液位安全联锁装置16维持反应器6内液面的稳定，当反应器6中液位处于低水位线时，蜂鸣预警提示加料，液位继续下降至过低水位线，反应系统停止工作以保护反应器；当液位处于高水位线时，蜂鸣预警提示输出，液位继续上升至过高水位线，反应系统停止工作。

上述降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统的使用方法如下：

在氩气供应系统1内氩气、原料调节罐21内原料以及氮气供应系统2内氮气充足的情况下，打开罐充氩阀14，将氩气注入至原料调节罐21中静置30min，确保污染地下水中氩气达到饱和状态后关闭罐充氩阀14，调节原料酸碱度至适中。然后打开第三供电系统5、低氩阀12以及自吸泵20，将氩气以及调节好的原料一同注入至反应器6中。当反应器6中原料液面到达反应器允许的安全范围之内后关闭低氩阀12、自吸泵20。打开高氩阀13，将反应器内液面上方充满氩气后关闭，同时打开安全连锁装置16、安全阀15、氮气供应系统2及温度调节系统3，将氮气维持在5～35℃后进入氮气循环冷却系统24，同时打开循环泵19，保证反应器6内液体的均匀性。根据污染地下水中多氟有机硫化合物的降解程度交替打开第二供电系统7～8或第一供电系统9～11，依次打开信号发生器26或27、射频放大器25以及压电换能器28，进入声化学多氟有机硫化合物的降解过程。

在声化学多氟有机硫化合物降解过程中，定时从采样点17-1、17-2、17-3收集样品并进行检测，关注多氟有机硫化合物的降解程度的同时，监测反应器6中降解的均匀性。降解完成后，关闭控制单双频声片的信号发生器26或27、射频放大器25、压电换能器28、供电系统7～11、安全连锁装置以及循环泵19，打开排出泵18，将处理好的地下水排出。

上述所有的操作除采样外均在控制面板上完成。该系统亦可以将污染地下水注入至原料调节罐中的速度与反应器内多氟化合物的降解速度相匹配，实现该系统的半连续操作，以提高处理效率。

以上所述仅为本发明的优选实施案例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同修改、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：该系统包括氩气供应系统(1)、氮气供应系统(2)、温度调节系统(3)、液位安全连锁装置(16)、控制系统(4)、原料调节罐(21)以及反应器(6)；利用所述反应器(6)内单双频声片(22、23)的超声交替作用，快速有效的降解污染地下水中多氟有机硫化合物。

2.如权利1所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述氩气供应系统(1)、氮气供应系统(2)、温度调节系统(3)、液位安全联锁装置(16)、原料调节罐(21)均通过控制系统(4)用管路连接至所述反应器(6)。

3.如权利要求1所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述反应器(6)内部包含双频率声片六个，其中三个声片(23)频率为1MHz，三个声片(22)频率为500KMz，每两个不同频率的声片分为一组，每组中声片均对应分布于所述反应器(6)两侧。

4.如权利要求1所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述反应器(6)内部包含单频率(1MHz)声片六个，分三组分配于双频率声片中间，每组声片均交错对应分布于所述反应器(6)两侧。

5.如权利要求1所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述反应器(6)内部的声片(22、23)均包含声化学工具片、压电换能器(28)。

6.如权利要求1所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述液位安全连锁装置(16)包含蜂鸣报警装置和紧急停止装置，保证反应器的安全及内部溶剂液面的基本稳定。

7.如权利要求2所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述管路中设置安全阀(15)，保证反应器内压力处于安全范围。

8.如权利要求1所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述控制系统(4)包括三个第一供电系统，所述三个第一供电系统仅用于供应单频率声片的运行，每两个声片占用一个第一供电系统，每一个第一供电系统均包括一台发电机、一台射频放大器。

9.如权利要求1所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述控制系统(4)包括两个第二供电系统，所述两个第二供电系统仅用于供应双频率声片的运行，相同频率的声片占用同一个第二供电系统，每一个第二供电系统均包括一台发电机、一台射频放大器。

10.如权利要求1所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述控制系统包括一个第三供电系统(5)，所述第三供电系统(5)用于提供温度调节系统(3)、控制面板、信号发生器(26～27)以及整个系统中运输泵、阀门的电源供给。

11.如权利要求10所述的降解污染地下水中多氟有机硫化合物的声化学处理系统，其特征在于：所述阀门均属于带电阀门，除取样外所有操作均在控制面板完成。