CN1541947A

CN1541947A - 参量阵超声波污水处理装置

Info

Publication number: CN1541947A
Application number: CNA2003101035122A
Authority: CN
Inventors: 许能贵
Original assignee: BEIJING YUJING COMPUTER SOFTWARE Co Ltd
Current assignee: Beijing Yujing Computer Software Co., Ltd.
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2004-11-03
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: CN1261365C

Abstract

本发明公开了一种参量阵超声波污水处理装置，其包括一个解聚装置，该解聚装置上设有参量阵超声波发生器，其包括声学参量阵和参量阵超声波功率源，其中的声学参量阵在所述裂解槽内侧壁上固设，在所述裂解槽外设有所述的参量阵超声波功率源，其与所述声学参量阵电连接。该装置还可以包括一凝聚装置。本参量阵超声波污水处理装置通过尤其是双路结构的参量阵超声波发生器可有效地对污水中的污物进行处理，其效果优越，而在凝聚装置中对污水的进一步超声波处理可以提高对污水中污物的分离效率，而设置的水听器可以对声场的分布情况及时监测，可确保净化效果，因此，本参量阵超声波污水处理装置利用声波净化污水具有更佳的处理效果和广泛的使用价值。

Description

参量阵超声波污水处理装置

技术领域

本发明提供一种超声波污水处理装置，特别是一种参量阵超声波污水处理装置。

背景技术

我国的淡水资源较为缺乏，其人均占有量仅为世界平均值的四分之一，但是，每年排放的污水却达400余亿吨之多，且处理率较低。这不仅对环境和水体本身构成污染，而且也是一种资源的浪费。近年来，污水处理受到日益广泛的重视，处理的技术水平不断提高，新技术的应用面也逐渐扩大，当今的污水处理技术已经涉及到物理的、化学的、生物的等各个方面，其中利用声波技术的方法和设备颇受人们关注。这方面的专利也相当多，如中国专利00805002.3，01145251.X、94104548.X等等，但是，利用声波大幅度效应的参量阵超声波技术与其设备，从来没有见到在污水处理中应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种参量阵超声波污水处理装置，利用液介质中大幅度声波的非线性效应，使在同一区域的两个大幅度的原始高频声波因介质的非线性作用产生新的频率分量，如：差波、和波、倍波等等。因此而可以形成多频率的声发射，这样，基于超声波的力学的、空化、热的、化学和化学物理的效应原理的超声波污水处理就会因参量阵原理更具效力。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的参量阵超声波污水处理装置，其包括一个解聚装置，该解聚装置包括一个裂解槽，在该裂解槽上设有污水进水口和出水口，还设有参量阵超声波发生器，其包括声学参量阵和参量阵超声波功率源，其中的声学参量阵在所述裂解槽内侧壁上固设，在裂解槽外设有所述的参量阵超声波功率源，其与所述声学参量阵电连接。

所述参量阵超声波发生器是双路结构，即所述参量阵超声波功率源可产生两路高频原始信号，并分别放大且分别经输出变压器加到所述声学参量阵中；所述声学参量阵包括两组换能器，而每一组换能器由多个频率相同的换能器基元排列成阵，所述的换能器基元可分别置于两个或一个密封盒中，该两组换能器并列紧挨着安装在所述裂解槽的轴向槽内壁上，每一组换能器的谐振频率和相应的一路高频原始信号频率一致。

本发明提供的参量阵超声波污水处理装置通过在裂解装置中设置双路结构的参量阵超声波功率源，以及在裂解槽内的两组换能器紧挨地安装在槽内壁上，在裂解槽内形成一个两个频率的混合声场，并由于水介质的非线性作用，产生多种频率的声发射，可以有效地使水裂解生成自由基，有利于污物的分离和裂解。

为了更有利于污物的分离裂解，可以在所述裂解槽中设置一产生静电场的装置，其包括一对电极板和一直流电压发生器，该电极板设置在裂解槽内，并与外面的所述直流电压发生器电连接。

为了使污水中的某些悬浮粒子能够聚合起来更有利于对其进行分离，本污水处理装置还可以包含一凝聚装置，该凝聚装置包括一个声凝聚塔，在该塔上设有污水进水口，它与所述裂解槽的出水口通过管路相连接，在塔的上部设有出水口，在该出水口的上方设有漂浮物出口，在塔的底部设有排沉积物出口；在该塔的底部外侧固设若干个均布的换能器单元，形成对筒体内介质的圆平面辐射阵；另外，在塔内还有一个安装水听器的孔，当安装水听器后应是密封不漏水的。

所述水听器固设在所述塔中，并引出连线连接一前置放大器，该前置放大器输出端连接一示波器，所述水听器、前置放大器、示波器组成了凝聚塔内水介质中的声场分布检测系统。

所述凝聚装置，通过圆平面辐射阵形成的声波振动作用，使污水中悬浮粒子因随声振动的速度不同而粘合起来，其中，比重小于水的油、气粒子碰撞粘合，体积变大而上浮，而比重大于水的如盐类粒子粘合后下沉，这样，因声振动的力学效应就更有利于将其由水中分离出去。特别是，在所述声凝聚塔中设置了水听器，其可以将塔中的声场通过与之连接的示波器直观地示出，便于在操作中很好地控制塔内声场为驻声波场。

本发明的污水处理装置中还可以包括一个预处理装置，其包括一机械式超声波发生器、一泵和一阀门，该机械式超声波发生器是一种簧片式的利用流体动力发声的机械装置，其具有一筒体，在该筒体中装有一簧片式发声装置，筒体两端为进水口和出水口，它直接安装在水流管线上，其单个使用或多个并联使用，可以满足不同处理量的要求。所述泵的出水口与机械式超声波发生器的进水口相连接，在所述筒体的该出水口上连接管路，在该管路上设所述阀门，该管路与所述裂解槽上的该进水口相连接。

在本污水处理装置的最后一般还设有后处理装置，其包括过滤装置，将通过裂解或以及其后的凝聚装置之后的污水进行机械分离，以得到符合排放标准的清水。

本发明提供的参量阵超声波污水处理装置通过双路结构的参量阵超声波发生器可有效地对污水中的污物进行处理，其效果优越，而在凝聚装置中对污水的进一步超声波处理可以提高对污水中污物的分离效率，而设置的水听器可以对声场的分布情况及时监测，可确保净化效果，因此，本参量阵超声波污水处理装置利用声波净化污水具有更佳的处理效果和广泛的使用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明提供的参量阵超声波污水处理装置的声学参量发射阵原理图；

图2为本发明提供的参量阵超声波污水处理装置实施例原理框图。

具体实施方式

本发明的参量阵超声波污水处理装置利用了声学参量发射阵原理，如图1所示，发射器1发射的大振幅信号是正弦结构，如A；但由于水中声传播速度是压力的函数，造成声波正压峰值处速度高，二负压峰值处速度低，声波波形畸变成锯齿形，如B；在距离更远一些处，由于声波幅度衰减，从而又变回到如初始的正弦形状，如C。

当同一水域存在两个大幅度的高频声波时，介质的非线性效应使两个高频原始声波相互作用产生了新的频率成分的声波，如：差频、和频、倍频等等，这些新的频率成分声波产生的区域是由发射器1的面积S和原始波的波长λ之比决定的，即为图1所示R₀，R₀定义为瑞利距离，超过这个区域，高频声波的声场开始扩张，其能量也很快衰减，但低频率的声波因衰减小而继续向前传播，因此而认为低频声波是在这个区域的末端产生的，利用这个原理形成的声发射称之为声学参量发射，而发射原始频率信号的发射器及该发射器所限定的区域共同构成了声学参量发射阵，通常将这个区域的长度称之为参量阵的阵长。

如图2所示提供了本发明涉及的参量阵超声波污水处理装置的一个具体实施例，其由预处理系统I、解聚系统II、凝聚系统III和后处理系统IV四个系统组成。

预处理系统I，包括：污水池10，在污水池上设管线，在管线上设泵11，泵11的排液口上设管线，在该管线上设机械式超声波发生器12和阀门13。

解聚系统II，包括裂解槽21，裂解槽21的下部设进水口20，其上连接管线与机械式超声波发生器12和阀门13相连接。在裂解槽21的上部设出水口26，解聚系统II还包括参量阵超声波发生器，其由参量阵超声波功率源22和声学参量阵23组成，参量阵超声波发生器是双路结构，即参量阵超声波功率源22可产生两路高频原始信号，并分别放大且分别经输出变压器加到声学参量阵23中；声学参量阵23包括两组换能器，而每一组换能器由多个频率相同的换能器基元排列成线性的阵，其换能器基元置于一个密封盒中，该两组换能器并列紧挨着安装在裂解槽21的竖直轴向槽内壁上，每一组换能器的谐振频率和相应的一路高频原始信号频率一致。在裂解槽21内还设有电极板25和直流电压发生器24通过导线连接。

凝聚系统III，包括声凝聚塔31，声凝聚塔31是一矗立的圆筒，它由筒体、筒底、支架(图中未示出)组成，筒体和筒底是通过法兰盘连接，且密封，筒底的外侧平面粘接着若干个均布的换能器单元组成换能器阵33，形成对筒体内介质的圆平面辐射阵，其与设于塔外的超声波功率源32相连接，筒底靠边处有排沉积物出口39，筒体下部靠底处有进水口30，筒体上部有排水口37，在排水口紧上面有漂浮物出口38，在筒体中部位置还有一个安装水听器的孔，水听器34固设在塔31中，水听器34上通过所述孔引出连线连接一前置放大器35，该前置放大器35输出端连接一示波器36。水听器34、前置放大器35和示波器36组成了凝聚塔内水介质中的声场分布检测系统。当安装水听器后安装水听器的孔是密封不漏水的。

后处理系统IV，包括过滤器42，其上设有进水口，通过管线连接声凝聚塔31的排水口37，其上设有出水管连接蓄水池43，在声凝聚塔31的沉积物出口39上连接管线的一端，该管线的另一端连通一沉积物处理器41，在其间的管线上设有阀门40，在出水口的上方设有漂浮物排出口38，其上联接管线，该管线上连接漂浮物处理器44。

本发明提供的参量阵超声波污水处理装置是这样工作的：首先关闭阀门40，开启阀门13，启动泵11，泵11从污水池10中抽取污水打入机械式超声波发生器12，污水从其喷缝中喷出，冲击其簧片，簧片振动发声，当喷水振动频率和簧片的固有频率发生共振时，这种簧片式超声波发生器可形成1-2W/cm²的声强，该声强可以实施对污水的中的污物的初步细化、裂解处理，从机械式超声波发生器12出来的水经过阀门13，由裂解槽21的进水口20进入裂解槽21，当水满过槽内声学参量阵23时，启动参量阵超声波功率源22，接着，启动直流电压发生器24，这样，声学参量阵23形成的多种频率的声波作用污水介质，使水介质裂解产生自由基，使高分子有机物降解，而直流电压发生器24产生的直流电压通过置于污水中的电极板25在水中形成电流，形成水分子的分解，可以起到加速水处理的作用。经过一定时间声照射和电离处理的污水由裂解槽21的出水口26，经管线27由声凝聚塔31的进水口30进入声凝聚塔31，这时，在声凝聚塔31底部的换能器阵33将超声波功率源32的电信号转换成声信号发射到水介质中，当声波传播到水和空气界面时，由于两者的声阻抗相差3500倍，所以会形成全反射，反射波与入射波在声凝聚塔内相干涉，当入射波源与反射波源相距λ/2的整数倍时，相干声场为声驻波场，在声驻波场内，悬浮粒子在声压力的作用下聚集碰撞，由小变大，比重轻于水介质的粒子，如油、气等聚集在波节区，而比重大于水介质的粒子，如泥沙、盐类等，聚集在波腹区，当这些聚集的粒子碰撞变大后，就会下沉或上浮，形成分离状态。其中浮在水面的漂浮物经漂浮物出口38进入漂浮物处理器44，沉积物沉于声凝聚塔31底部，在需要排污时，打开阀门40，沉积物由沉积物出口39经过阀门40排到沉积物处理器43，而经凝聚分离后的水由排水口37送到过滤器42中进行过滤处理，并送到蓄水池41存放待用。

本发明提供的参量阵超声波污水处理装置，其在工作过程中，为了保证声凝聚塔31内的水介质中声场是驻波场，在声凝聚塔31内安装了水听器34，以接收水中的声信号并转换成电信号，前置放大器35是用于放大水听器34输出信号的，以便有足够的幅度在示波器36上显示，因此，水听器34、前置放大器35、示波器36就构成了声场监测系统，如果水听器34在声凝聚塔31内可以上下移动，那示波器36上就可得到塔内水中的驻波场分布，如果水听器34是固定的，例如固定在波腹点上，那在示波器36观察到的是波腹点处的波形。由此，可以适当调节超声波功率源32的工作频率，以保证塔内水中声场是驻波场，提高声凝聚效力。

本发明提供的参量阵超声波污水处理装置，其在实际使用过程中，可以根据需要多台并用，也可以根据污水性质和处理要求不同等具体场合，独立使用本发明的部分装置，例如，预处理系统和后处理系统组合一体使用，或解聚系统和后处理系统同用，或凝聚系统和后处理系统同用，等等。

本发明的参量阵超声波污水处理装置，其在实际使用过程中，可以吸纳化学的、生物的和其它的如电、磁、光等物理的方法，也可以和其它的污水处理装置联合使用。

以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。

Claims

1、一种参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：包括一个解聚装置，该解聚装置包括一个裂解槽，在该裂解槽上设有污水进水口和出水口，还设有参量阵超声波发生器，其包括声学参量阵和参量阵超声波功率源，其中的声学参量阵在所述裂解槽内侧壁上固设，在所述裂解槽外设有所述的参量阵超声波功率源，其与所述声学参量阵电连接。

2、根据权利要求1所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：所述参量阵超声波发生器是双路结构，即所述参量阵超声波功率源可产生两路高频原始信号，并分别放大且分别经输出变压器加到所述声学参量阵中；所述声学参量阵包括两组换能器，而每一组换能器由多个频率相同的换能器基元排列成阵，所述的换能器基元分别置于两个或一个密封盒中，该两组换能器并列紧挨着安装在所述裂解槽的轴向槽内壁上，每一组换能器的谐振频率和相应的一路高频原始信号频率一致。

3、根据权利要求1或2所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：还包含一凝聚装置，该凝聚装置包括一个声凝聚塔，在该塔上设有污水进水口，它与所述裂解槽的出水口通过管路相连接，在塔的上部设有出水口，在该出水口的上方设有漂浮物出口，在塔的底部设有排沉积物出口；在该塔的底部外侧固设若干个均布的换能器单元，形成对筒体内介质的圆平面辐射阵。

4、根据权利要求3所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：在所述声凝聚塔内还有一个安装水听器的孔，当安装水听器后该孔是密封不漏水的。

5、根据权利要求4所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：所述水听器固设在所述塔中，并引出连线连接一前置放大器，该前置放大器输出端连接一示波器，所述水听器、前置放大器、示波器组成了凝聚塔内水介质中的声场分布检测系统。

6、根据权利要求1或2所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：还包括一个预处理装置，其包括一机械式超声波发生器、一泵和一阀门，所述泵的出水口与所述机械式超声波发生器的进水口相连接，在所述发生器的出水口上连接管路，在该管路上设所述阀门，该管路与所述裂解槽上的该进水口相连接。

7、根据权利要求6所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：所述机械式超声波发生器是一种簧片式的利用流体动力发声的机械装置，其具有一筒体，在该筒体中装有一簧片式发声装置，筒体两端为进水口和出水口，它直接安装在水流管线上，单个或多个并联使用，以满足不同处理量的要求。

8、根据权利要求1或2所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：还设有后处理装置，其包括过滤装置，该过滤装置的进水口与前述装置的所述出水口相连接。

9、根据权利要求1或2所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：还包括一个预处理装置，其包括一机械式超声波发生器、一泵和一阀门，所述泵的出水口与所述机械式超声波发生器的进水口相连接，在所述发生器的出水口上连接管路，在该管路上设所述阀门，该管路与所述裂解槽上的该进水口相连接；还设有后处理装置，其包括过滤装置，该过滤装置的进水口与前述装置的所述出水口相连接。

10、根据权利要求3所述的参量阵超声波污水处理装置，其特征在于：还包括一个预处理装置，其包括一机械式超声波发生器、一泵和一阀门，所述泵的出水口与所述机械式超声波发生器的进水口相连接，在所述发生器的出水口上连接管路，在该管路上设所述阀门，该管路与所述裂解槽上的该进水口相连接；还设有后处理装置，其包括过滤装置，该过滤装置的进水口与前述装置的所述出水口相连接。