CN111186877A - 一种用于排水管道的超声净化系统及其净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于排水管道的超声净化系统，包括：链条式导轨、悬挂式支架、超声波单元及多级电控单元。所述链条式导轨安装于检查井及排水管道内，所述悬挂式支架悬挂于链条式导轨，所述超声波单元嵌套于悬挂式支架，并由所述多级电控单元供电及监控运行情况。进一步，本发明还包括该装置的安装、运行及检修方法。本发明充分利用检查井及排水管道的内部空间，通过链条式导轨和悬挂式支架的精巧设计实现超声波单元在排水管道内的运送与安置，并通过多级电控单元对超声波单元的多效应调控实现排水管道的多功能原位净化。与现有技术相比，本发明具有适用性强、易于实施、功能多样、操作灵活、效果显著等突出特色。
Description
技术领域
本发明属市政排水技术领域，具体涉及一种用于排水管道的超声净化系统。
背景技术
排水管道是收集、输送城镇生活污水、工业废水和雨水的工程设施。近年来，随着我国 城镇化进程的加快，排水管道的建设数量与规模也在逐年增加。日益完善的排水管道装置为 城镇中各类污水及雨水的输送提供了便利，然而，随着排水管道装置的逐渐庞大，排水管道 的水质污染及次生灾害等问题也逐渐凸显。以分流制雨水管道为例，在“雨污混接屡禁不止、 洗车排档污水肆意排入、初期雨水面源污染大量进入”的背景下，雨水管道已成为诸多污水 的汇集地，由此频频造成河湖黑臭问题的爆发。
面对上述问题，我国现有的城镇排水管道装置仍然只具有输送能力，却不具备水质净化 功能。而且，由于排水管道的输送终点往往是自然水体，所以如能充分利用排水管道的内部 空间，进行原位的水质净化，必将缓解自然水体的纳污负荷，进而提升水污染控制能力和水 环境治理水平。因此，市场亟需一种能对排水管道进行原位净化的新型技术。
超声波技术是一种在环保、勘察、化工等领域均广泛应用的技术。由于超声波具有束射 性、方向性较好的特性，加之高振动频率(频率高于20000Hz)，其在介质中能够产生多种效 应，主要包括：空化效应、激发自由基效应、超声氧化效应、超临界效应、机械剪切效应及 絮凝效应等。这些效应在废水处理领域均具有一定的应用价值。
空化效应是指超声波在水中传播时，水体负压区内水分子间的平均距离会超过液态水的 临界分子距离，形成空化气泡；当脱出共振相位时，空化气泡变得极不稳定，开始溃陷或消 失的过程。空化效应可在水体局部产生激发水分子化学键(水分子中O-H键的键能为 119.5kcal/mol)的断裂，产生·OH(反应1)，这一过程成为激发自由基效应。继而·OH能够 与水中的有机化合物发生加合、取代、电子转移或断键等作用，使大分子有机物降解为小分 子物质，甚至直接降解成为二氧化碳(CO2)和水(H2O)，完成矿化(反应2-4)。这一过程成为超声氧化效应。
H2O+ut→·OH+·H (1)
R+·OH→ROH (2)
R+·OH→·R+H2O (3)
Rn+·OH→Rn-1+OH- (4)
另外，超临界作用可通过改变水的物化性质，使其具有低的价电常数、高的扩散性和快 的传输能力，从而与油脂类物质相溶；机械剪切作用可通过水介质对微生物生物膜的机械破 坏，实现污水消毒灭菌的目的；絮凝作用可通过迫使污水中微小颗粒物的相互碰撞、粘合、 体积增大，最终形成沉淀。
相关研究表明，超声波在水中产生上述效应的条件和超声波的振频与振幅具有良好的相 关性。如空化效应、激发自由基效应和超声氧化效应主要发生于超声波具有较高振频与振幅 时，超临界效应主要发生于超声波振频一般而振幅较高的情形，机械剪切效应和絮凝效应则 主要发生于声压低于一个大气压的高频振动情况下。
基于超声波在水中传播产生的诸多效应，将超声技术应用于废水处理已有较多的相关研 究及案例，但鲜有通过联合多种超声波振频与振幅实现废水处理综合效益的案例，尤其是排 水管道的超声原位净化。管式反应器具有“轴向没有返混、浓度逐渐变化、可实现分段控制” 等特性。因此，如能结合排水管道的水质特征及处理要求，通过分级控制超声波的振频和振 幅，从而将超声波产生的诸多效应组合应用于排水管道的原位净化，将会取得多功能、全方 面的水质改善及管道维护效果。
发明内容
本发明的目的是通过对排水管道及检查井实施适当的工程改造，充分利用排水管道内部 空间，通过链条式导轨和悬挂式支架的设计向排水管道内部运送超声波单元，从而实现排水 管道的原位水质净化。
一种用于排水管道的超声净化系统，其特征在于所述净化装置包括
链条式导轨，所述链条式导轨安装于检查井及排水管道内；
悬挂式支架，所述悬挂式支架悬挂于链条式导轨；
超声波单元，所述超声波单元嵌套于悬挂式支架，沿所述链条式导轨在检查井及排水管 道内移动，用于排水管道的原位净化；
多级电控单元，所述多级电控单元用于为超声波单元供电，并调控其振频及振幅。
进一步地，所述链条式导轨包括承托框架，所述承托框架安装有主动链轮、从动滑轮及 与其配合的链条，所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面，电动 机与所述主动链轮相连，用于带动主动链轮旋转，从而带动链条移动，从动滑轮设轮槽，所 述链条的链槽与主动链轮的轮齿咬合，链条的外侧则与从动滑轮的轮槽卡合。
进一步地，所述承托框架和检查井侧壁设固定结点，所述固定结点系所述承托框架和检 查井侧壁的连结点，连结方式为焊接、粘接或膨胀螺丝固定；所述承托框架底部设框架底座， 框架底座置于检查井底部，其底面与检查井的底面吻合。
进一步地，所述主动链轮位于承托框架的顶部，所述从动滑轮位于承托框架的底部；所 述主动链轮的齿距为1-3cm，齿厚为0.5-1cm；所述从动滑轮的轮槽宽度为2-4cm，轮槽深 度为4-6cm；所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面。
进一步地，所述悬挂式支架由挂钩、架身、卡槽及配重组成；其中，所述挂钩穿过所述 链条的销轴，从而将所述架身与所述链条相连；所述挂钩的形状为环形；所述架身与所述挂 钩相连，所述卡槽位于所述架身表面，超声波单元嵌设于所述卡槽内；所述配重位于所述架 身的底部，用于增加架身的重量以使得悬挂式支架在排水管道内不至于剧烈晃动。
进一步地，所述超声波单元由高频震头、震膜及防水电缆组成，适用于净化水体有机污 染较为严重的排水管道；所述高频震头能够在高频交流电的作用下进行高频振动；所述震膜 位于所述高频震头的外侧，用于向水体传递并扩散振动；所述多级电控单元置于所述检查井 外的地面，用于为所述超声波单元的高频震头提供高频震荡电流；所述防水电缆用于为超声 波单元供电并输送多级控制信号。
进一步地，一种用于排水管道的超声净化系统的净化方法，其特征在于，所述方法包括
安装阶段
步骤一：预先将排水管道内的污水放空，以便操作人员进入检查井作业；
步骤二：检测井内安装链条式导轨，链条式导轨包括主动链轮、从动滑轮及与其配合的 链条；
步骤三：将单个或多个悬挂式支架固定于链条上；
步骤四：每个悬挂式支架上安装超声波单元，并安装相应的多级电控单元；
步骤五：通过电动机带动主动链轮转动，继而传动链条，从而将悬挂式支架运送至排水 管道内部；
步骤六：排水管道正常进水；
运行阶段：
步骤一：根据排水管道的水质特征及净化需求，开启多级电控单元，为各超声波电源供 电并调控其振幅及振频；
步骤二：超声波单元通过特定振幅及振频下产生的超声效应，实现排水管道的原位净化；
检修阶段：
步骤一：通过电动机反向转动主动链轮，从而使得需要检修的超声波单元随链条运出至 检查井顶部；
步骤二：将超声波单元从悬挂式支架上拆卸下来，对超声波单元进行检修和清洗；
步骤三：将超声波单元重新固定在悬挂式支架上，并通过电动机转动主动链轮，从而使 得检修好的超声波单元随链条运送至排水管道内，最后开启超声波单元及多级电控单元。
进一步地，所述链条式导轨包括承托框架，所述承托框架安装有主动链轮、从动滑轮及 与其配合的链条，所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面，电动 机与所述主动链轮相连，用于带动主动链轮旋转，从而带动链条移动，从动滑轮设轮槽，所 述链条的链槽与主动链轮的轮齿咬合，链条的外侧则与从动滑轮的轮槽卡合；所述链条式导 轨的安装方式为以下两种方式中的一种：
其一，将承托框架、固定结点、框架底座、主动链轮及从动滑轮全部安装于检测井内， 使得链条呈双股U型结构；
其二，将承托框架的一部分及主动链轮安装于检测井的上方，固定结点、框架底座及从 动滑轮则安装于检测井内，使得链条呈单股口型结构。
进一步地，运行阶段的步骤二中，超声波单元运行时，通过高频振头产生的特定振频及 振幅的超声波，可在污水中产生多种效应；当超声波的振频超过30000Hz，强度超过20W/m2时，发生空化效应、激发自由基效应和超声氧化效应，用于排水管道污水中有机物及还原性 物质的氧化或矿化，从而削减管道排放口的有机污染负荷；当超声波的振频为20000-30000 Hz，强度超过10W/m2时，主要发生超临界效应，用于促进排水管道污水中不溶性油脂的溶 解，从而防止管道堵塞；当超声波的振频超过30000Hz，强度为1-10W/m2时，主要发生机 械剪切效应和絮凝效应，分别用于灭除排水管道中的病菌及促进污水中微小颗粒物的沉淀， 从而排除病菌对管道的不利影响及避免微小颗粒物的远距离输送。
本发明充分利用检查井及排水管道的内部空间，通过链条式导轨和悬挂式支架的精巧设 计实现超声波单元在排水管道内的运送与安置，并通过多级电控单元对超声波单元的多效应 调控实现排水管道的多功能原位净化。
与同领域的现有技术相比，本发明的显著特色为：
1.适用性强
装置针对排水管道的原位净化问题，通过链条式导轨、悬挂式支架、超声波单元及多级 电控单元的合理布局，能够适应不同形式排水管道的原位净化。
2.易于实施
充分利用检查井及排水管道的已有空间进行简易的改造，工程措施少，投资规模小，易 于实施及推广。
3.功能多样
通过多级电控单元对超声波单元的多效应调控，可实现超声波在排水管道污水中的空化 效应、激发自由基效应、超声氧化效应、超临界效应、机械剪切效应及絮凝效应，功能多样。
4.操作灵活：
通过链条式导轨及悬挂式支架的设计，能够方便地实现装置启动时将超声波单元从检查 井上方向排水管道内部的运送，以及检修时将超声波单元从排水管道内向检查井外的运送。
5.效果显著
装置可根据排水管道的水质污染特性，通过超声波单元的多种效应实现排水管道的原位 净化，针对性强、见效快、收益高。
附图说明
图1为本发明用于排水管道的超声净化系统主视图(链条式导轨按“U型”结构安装)。
图2为本发明用于排水管道的超声净化系统主视图(链条式导轨按“口型”结构安装)。
图3为本发明装置中链条式导轨主视图(链条式导轨按“U型”结构安装)。
图4为本发明装置中链条式导轨主视图(链条式导轨按“口型”结构安装)。
图5为本发明装置中嵌套了超声波单元的悬挂式支架的主视图。
图6为图5的侧视图。
图中的编号含义为：
1-链条式导轨，11-承托框架，12-固定结点，13-框架底座，14-主动链轮，15-从动滑 轮，16-链条，17-电动机；
2-悬挂式支架，21-挂钩，22-架身，23-卡槽，24-配重，25-侧向伸缩轮；
3–超声波单元，31-震膜；
4-多级电控单元；
5-地面；
6-检测井；
7-污水；
8-排水管道。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、 实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有 特别限制内容。
一种用于排水管道的超声净化系统，其特征在于所述净化装置包括
链条式导轨1，所述链条式导轨1安装于检查井6及排水管道8内；
悬挂式支架2，所述悬挂式支架2悬挂于链条式导轨1；
超声波单元3，所述超声波单元3嵌套于悬挂式支架2，沿所述链条式导轨1在检查井6 及排水管道8内移动，用于排水管道8的原位净化；
多级电控单元4，所述多级电控单元4用于为超声波单元3供电，并调控其振频及振幅。
所述链条式导轨包括承托框架11，所述承托框架安装有主动链轮14、从动滑轮15及与 其配合的链条16，所述主动链轮14及从动滑轮15的轮面均与排水管道8的轴线位于同一平 面，电动机17与所述主动链轮14相连，用于带动主动链轮14旋转，从而带动链条16移动， 从动滑轮15设轮槽，所述链条16的链槽与主动链轮15的轮齿咬合，链条16的外侧则与从 动滑轮15的轮槽卡合。所述承托框架11和检查井6侧壁设固定结点12，所述固定结点12系所述承托框架11和检查井6侧壁的连结点，连结方式为焊接、粘接或膨胀螺丝固定；所述承托框架11底部设框架底座13，框架底座13置于检查井6底部，其底面与检查井6的底面 吻合。所述主动链轮14位于承托框架11的顶部，所述从动滑轮15位于承托框架11的底部； 所述主动链轮的齿距为1-3cm，齿厚为0.5-1cm；所述从动滑轮的轮槽宽度为2-4cm，轮槽 深度为4-6cm；所述主动链轮14及从动滑轮15的轮面均与排水管道8的轴线位于同一平面。
所述链条式导轨1的安装方式有两种：
其一，如图3所示，将承托框架11、固定结点12、框架底座13、主动链轮14及从动滑轮15全部安装于检查井6内，使得链条16呈双股U型结构；
其二，如图4所示，将承托框架11的一部分及主动链轮14安装于检查井6的上方，固定结点12、框架底座13及从动滑轮15则安装于检查井6内，使得链条16呈单股口型结构。
所述悬挂式支架由挂钩21、架身22、卡槽23及配重24组成；其中，所述挂钩21穿过所述链条16的销轴，从而将所述架身22与所述链条16相连；所述挂钩21的形状为环形； 所述架身22与所述挂钩21相连，所述卡槽23位于所述架身22表面，超声波单元3嵌设于 所述卡槽23内；所述配重24位于所述架身22的底部，用于增加架身22的重量以使得悬挂 式支架2在排水管道8内不至于剧烈晃动。
进一步地，所述超声波单元3由高频震头、震膜31及防水电缆组成，适用于净化水体有 机污染较为严重的排水管道；所述高频震头能够在高频交流电的作用下进行高频振动；所述 震膜31位于所述高频震头的外侧，用于向水体传递并扩散振动；所述多级电控单元4置于所 述检查井外的地面，用于为所述超声波单元的高频震头提供高频震荡电流；所述防水电缆用 于为超声波单元供电并输送多级控制信号。
进一步地，一种用于排水管道的超声净化系统的净化方法，其特征在于，所述方法包括
安装阶段
步骤一：预先将排水管道8内的污水7放空，以便操作人员进入检查井6作业；
步骤二：检测井内安装链条式导轨1，链条式导轨包括主动链轮14、从动滑轮15及与其 配合的链条16；
步骤三：将单个或多个悬挂式支架2固定于链条16上；
步骤四：每个悬挂式支架2上安装超声波单元3，并安装相应的多级电控单元4；
步骤五：通过电动机17带动主动链轮14转动，继而传动链条16，从而将悬挂式支架2 运送至排水管道8内部；
步骤六：排水管道8正常进水；
运行阶段：
步骤一：根据排水管道8的水质特征及净化需求，开启多级电控单元4，为各超声波电 源3供电并调控其振幅及振频；
步骤二：超声波单元3通过特定振幅及振频下产生的超声效应，实现排水管道8的原位 净化；
检修阶段：
步骤一：通过电动机17反向转动主动链轮14，从而使得需要检修的超声波单元3超声 波单元随链条运出至检查井顶部；
步骤二：将超声波单元3从悬挂式支架2上拆卸下来，对超声波单元3超声波单元进行 检修和清洗；
步骤三：将超声波单元3重新固定在悬挂式支架2上，并通过电动机17转动主动链轮14，从而使得检修好的超声波单元3随链条16运送至排水管道8内，最后开启超声波单元3及多级电控单元4。
进一步地，运行阶段的步骤二中，超声波单元3运行时，通过高频振头产生的特定振频 及振幅的超声波，可在污水7中产生多种效应；当超声波的振频超过30000Hz，强度超过20 W/m2时，发生空化效应、激发自由基效应和超声氧化效应，用于排水管道8污水7中有机物 及还原性物质的氧化或矿化，从而削减管道排放口的有机污染负荷；当超声波的振频为 20000-30000Hz，强度超过10W/m2时，主要发生超临界效应，用于促进排水管道8污水7中不溶性油脂的溶解，从而防止管道堵塞；当超声波的振频超过30000Hz，强度为1-10W/m2时，主要发生机械剪切效应和絮凝效应，分别用于灭除排水管道8中的病菌及促进污水中微小颗粒物的沉淀，从而排除病菌对管道的不利影响及避免微小颗粒物的远距离输送。
因此，在实施过程中，可以调节超声波的振频和强度，使得所述超声波单元依次在上述 三种工作状态下轮换，从而实现多功能水质净化。或者针对污染物的情况，选择一种工作状 态进行水质净化。
依照本例实施的实际效果表明，该装置作用的排水管道经超声波单元连续运行24小时后， 其下游检查井中污水的CODCr浓度相比上游检查井削减83.2％，微生物灭活率达93.6％。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技 术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
Claims (9)
1.一种用于排水管道的超声净化系统，其特征在于所述净化装置包括
链条式导轨，所述链条式导轨安装于检查井及排水管道内；
悬挂式支架，所述悬挂式支架悬挂于链条式导轨；
超声波单元，所述超声波单元嵌套于悬挂式支架，沿所述链条式导轨在检查井及排水管道内移动，用于排水管道的原位净化；
多级电控单元，所述多级电控单元用于为超声波单元供电，并调控其振频及振幅。
2.如权利要求1所述的一种用于排水管道的超声净化系统，其特征在于，所述链条式导轨包括承托框架，所述承托框架安装有主动链轮、从动滑轮及与其配合的链条，所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面，电动机与所述主动链轮相连，用于带动主动链轮旋转，从而带动链条移动，从动滑轮设轮槽，所述链条的链槽与主动链轮的轮齿咬合，链条的外侧则与从动滑轮的轮槽卡合。
3. 如权利要求2所述的一种用于排水管道的超声净化系统，其特征在于，所述主动链轮位于承托框架的顶部，所述从动滑轮位于承托框架的底部；所述主动链轮的齿距为1-3cm，齿厚为0.5-1 cm；所述从动滑轮的轮槽宽度为2-4 cm，轮槽深度为4-6 cm；所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面。
4.如权利要求1所述的一种用于排水管道的超声净化系统，其特征在于，所述悬挂式支架由挂钩、架身、卡槽及配重组成；其中，所述挂钩穿过所述链条的销轴，从而将所述架身与所述链条相连；所述挂钩的形状为环形；所述架身与所述挂钩相连，所述卡槽位于所述架身表面，超声波单元嵌设于所述卡槽内；所述配重位于所述架身的底部，用于增加架身的重量以使得悬挂式支架在排水管道内不至于剧烈晃动。
5. 如权利要求4所述的一种用于排水管道的超声净化系统，其特征在于，所述超声波单元由高频震头、震膜及防水电缆组成，适用于净化水体有机污染较为严重的排水管道；所述高频震头能够在高频交流电的作用下进行高频振动；所述震膜位于所述高频震头的外侧，用于向水体传递并扩散振动；所述多级电控单元置于所述检查井外的地面，用于为所述超声波单元的高频震头提供高频震荡电流；所述防水电缆用于为超声波单元供电并输送多级控制信号。
6.一种用于排水管道的超声净化系统的净化方法，其特征在于，所述方法包括
安装阶段
步骤一：预先将排水管道内的污水放空，以便操作人员进入检查井作业；
步骤二：检测井内安装链条式导轨，链条式导轨包括主动链轮、从动滑轮及与其配合的链条；
步骤三：将单个或多个悬挂式支架固定于链条上；
步骤四：每个悬挂式支架上安装超声波单元，并安装相应的多级电控单元；
步骤五：通过电动机带动主动链轮转动，继而传动链条，从而将悬挂式支架运送至排水管道内部；
步骤六：排水管道正常进水；
运行阶段：
步骤一：根据排水管道的水质特征及净化需求，开启多级电控单元，为各超声波电源供电并调控其振幅及振频；
步骤二：超声波单元通过特定振幅及振频下产生的超声效应，实现排水管道的原位净化；
检修阶段：
步骤一：通过电动机反向转动主动链轮，从而使得需要检修的超声波单元随链条运出至检查井顶部；
步骤二：将超声波单元从悬挂式支架上拆卸下来，对超声波单元进行检修和清洗；
步骤三：将超声波单元重新固定在悬挂式支架上，并通过电动机转动主动链轮，从而使得检修好的超声波单元随链条运送至排水管道内，最后开启超声波单元及多级电控单元。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述链条式导轨包括承托框架，所述承托框架安装有主动链轮、从动滑轮及与其配合的链条，所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面，电动机与所述主动链轮相连，用于带动主动链轮旋转，从而带动链条移动，从动滑轮设轮槽，所述链条的链槽与主动链轮的轮齿咬合，链条的外侧则与从动滑轮的轮槽卡合。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述悬挂式支架由挂钩、架身、卡槽及配重组成；其中，所述挂钩穿过所述链条的销轴，从而将所述架身与所述链条相连；所述挂钩的形状为环形；所述架身与所述挂钩相连，所述卡槽位于所述架身表面，超声波单元嵌设于所述卡槽内；所述配重位于所述架身的底部，用于增加架身的重量以使得悬挂式支架在排水管道内不至于剧烈晃动。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，运行阶段的步骤二中，超声波单元运行时，通过高频振头产生的特定振频及振幅的超声波，可在污水中产生多种效应；当超声波的振频超过30000 Hz，强度超过20 W/m2时，发生空化效应、激发自由基效应和超声氧化效应，用于排水管道污水中有机物及还原性物质的氧化或矿化，从而削减管道排放口的有机污染负荷；当超声波的振频为20000-30000 Hz，强度超过10 W/m2时，主要发生超临界效应，用于促进排水管道污水中不溶性油脂的溶解，从而防止管道堵塞；当超声波的振频超过30000 Hz，强度为1-10 W/m2时，主要发生机械剪切效应和絮凝效应，分别用于灭除排水管道中的病菌及促进污水中微小颗粒物的沉淀，从而排除病菌对管道的不利影响及避免微小颗粒物的远距离输送。
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|---|---|---|---|---|
| CN115405054A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-11-29 | 北京建筑大学 | 一种基质原位修复的绿色屋顶系统 |
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