一种低噪音多频超声化学反应器及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种低噪音多频超声化学反应器，属于难降解工业废水处理领域，其主要是利用多种不同频率超声波发生器产生水平与垂直方向上三种不同频率的超声波形成超声波辐照网，通过圆弧面形聚焦将三种不同频率的超声波进行复合叠加作用可达到比单方向单一频率超声波辐照更显著的空化效应和机械强度，本发明专利技术的超声辐照均匀、噪音低且有机物降解速率快，废水处理效率高。

A low noise multi frequency ultrasonic chemical reactor and its application

The invention provides a low noise and multi-frequency ultrasonic chemical reactor, which belongs to the field of refractory industrial wastewater treatment. The ultrasonic irradiation network is formed by using three different frequencies of ultrasonic generated by different frequency ultrasonic generators in horizontal and vertical directions, and three different frequencies of ultrasonic irradiation network are focused by a circular arc surface. The cavitation effect and the mechanical strength of the ultrasonic wave can be more remarkable than that of the single frequency ultrasonic wave irradiation in one direction. The ultrasonic wave irradiation of the invention has the advantages of uniform irradiation, low noise, fast degradation rate of organic matter and high efficiency of wastewater treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种低噪音多频超声化学反应器及应用
本专利技术属于难降解工业废水处理领域所涉及的超声废水处理装置，具体涉及一种低噪音多频超声化学反应器及多频超声化学废水处理方法。
技术介绍
随着人类生产生活的发展，大量有机污染物的废水、染料废水排放进入水体当中，城市水污染日益严重。其中大多数的废水来自于纯碱、氯碱、染料制造、造纸、化工、涂料、食品和饮料等行业，特别是化工、印染行业排放的难降解高浓度有机废水，成分复杂，有机物浓度高，给处理工艺和设备提出了更高的要求。超声技术作为一种物理手段和工具，在处理难降解有机污染物有着自身独特的优势。近年来，超声降解作为一种高级氧化技术被广泛应用于处理有机染料废水的研究当中。超声降解作用的主要机理是超声空化，而空化现象是指当液体内部局部压力降低至液体温度对应的饱和蒸汽压力时，在液体中或固液界面上蒸汽或气体空穴(空化泡)的形成、生长及溃灭的过程。研究表明，空化泡急剧溃灭瞬间会在液体介质中形成局部高温高压环境，并伴有强烈冲击波和高速射流，同时释放出大量的能量。该能量使得空化泡内部的水蒸气在高温、高压的环境下发生裂解反应，产生高活化性的自由基和氧化剂。空化泡崩溃形成的微射流使得这些自由基和氧化剂进入液相与液体混合，从而与液体里的有机污染物发生氧化反应，将水中绝大多数有机污染物氧化为无害物质，从而实现染料废水的处理。现有的文献报道当中，绝大多数是采用单频超声辐照的方法，然而，单频超声波的传播波形都是有一系列波峰和波谷，波峰代表声压振幅最大，其空化效果也最强，波谷代表生压振幅最小，即空化效果最弱。所以，为了使超声波在处理液中处处都是空话效果强，就需要有另一频率超声波来弥补前一超声波的波谷，既让后一频率超声波波峰弥补前一超声波波谷，前一超声波的波峰弥补后一超声波的波谷，双/多频复合超声收到了越来越多的关注。双/多频超声产生的谐波叠加增强了气泡的径向运动，加强了整流的扩散，进而增加了空化的强度。申请号201420857585.4的中国技术专利申请提出了“双频超声波农药降解实验平台”。其中的反应器使用低频的超声波发生器的变幅杆探头伸入底部贴有高频超声波发生器的水槽当中，只是进行了简单的上下自行组合而成，只有两个不同频率的超声发生器，结构过于简单，不能满足实验废水的连续、长期要求。申请号200410024548.6的中国专利技术专利申请提出了“双频超声波吹脱废水中挥发性污染物的方法”，其中，使用的反应器为器皿底部设有两组不同频率的超声波换能器的开口容器，但这也只是在传统的单一频率槽式反应器底部增加了一组高频率的超声波换能器，即从同一水平面的开口容器底部向上发射两股不同频率的超声波，考虑的是同向双频超声对废水处理效果的影响，并未涉及异向双频超声耦合后对废水处理效果的影响，无法最大化发挥双频超声的废水处理效果。
技术实现思路
为了克服现有技术中超声波处理废水所存在的同方向单一频率超声波辐照不均，·OH自由基的产率低、工作产生噪音大的问题，本专利技术提供了一种工作噪音低和多频超声波辐照均匀且产生·OH自由基产率高的低噪音多频超声化学反应器。同时，本专利技术还提供了一种利用上述低噪音多频超声化学反应器实现的低噪音多频超声化学废水处理方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种低噪音多频超声化学反应器，包括壳体1以及设置在壳体1上的盖板2，壳体1内设置有至少两种不同频率的超声波发生器、超声波换能器组以及反应容器6；超声波换能器组与超声波发生器连接，所述超声波换能器组包括向反应容器6径向辐射超声波的横向超声换能器组和沿反应容器6轴向辐射超声波的纵向超声换能器组，横向超声换能器组设置在反应容器6的周向外壁上，纵向超声换能器组设置在反应容器6的底部，横向超声换能器组和纵向超声换能器组分别从反应容器6的侧部和底部的不同方向发射出不同频率的超声波在反应容器6内形成超声波辐照网；所述盖板2上开设有与惰性气体管道7连通的惰性气体入口；所述反应容器6是由下而上拼接为一体的筒底62和筒体61组成，所述筒底62为圆弧面型，在其侧壁开设有进水口，在筒体61的上侧壁上设置有出水口。进一步限定，所述反应容器6的筒底62半径是筒体61高度的1/3～2/3，筒底62的圆心角为120～180°。进一步限定，所述盖板2与壳体1相对的内侧上设置有吸声降噪层8。进一步限定，所述横向超声换能器组是由至少2个不同频率沿反应容器6径向辐射声波的横向超声波换能器3组成，在同一水平面上，相邻设置的两个横向超声波换能器3的频率不同；沿着纵向分布在不同高度的横向超声波换能器3的频率不同且满足自下而上频率逐步减小。进一步限定，所述纵向超声换能器组是由1个或多个沿着反应容器6轴向辐射声波的纵向超声波换能器4组成，所述横向超声换能器组的频率均小于纵向超声换能器组的频率。进一步限定，所述壳体1与反应容器6之间还设置有循环水装置5。一种通过上述的低噪音多频超声化学反应器实现的低噪音多频超声化学废水处理方法，其包括以下步骤：在恒温条件下，利用横向超声换能器组与纵向超声换能器组分别产生横纵向交叉辐射且频率不同的超声波，通过反应容器6的筒底62聚焦复合叠加，形成均匀分布的超声波辐照网，使溶入惰性气体的水体在超声波辐照下空化泡密度增强，污染物加速降解，完成水体的多频超声化学处理。进一步限定，所述横向超声换能器组是由至少2个不同频率沿反应容器6径向辐射声波的横向超声波换能器3组成，在同一水平面上，相邻设置的两个横向超声波换能器3的频率不同；沿着纵向分布在不同高度的横向超声波换能器3的频率不同且满足自下而上频率逐步减小。进一步限定，所述纵向超声换能器组是由1个或多个沿着反应容器6轴向辐射声波的纵向超声波换能器4组成，所述横向超声换能器组的频率均小于纵向超声换能器组的频率。进一步限定，所述横向辐射的超声波频率为25～100KHz，纵向辐射的超声波频率为100～200KHz。本专利技术的低噪音多频超声化学反应器主要是利用横向超声换能器组与纵向超声换能器组分别产生横纵向交叉辐射且频率不同的超声波，通过反应容器的筒底聚焦复合叠加，形成均匀分布的超声波辐照网，使溶入惰性气体的水体在超声波辐照下空化泡密度增强，污染物加速降解，达到废水处理的目的。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术中利用三种不同频率超声波发生器产生水平与垂直方向上三种不同频率的超声波形成超声波辐照网，通过圆弧面形聚焦将三种不同频率的超声波进行复合叠加作用可达到比单方向单一频率超声波辐照更显著的空化效应和机械强度，超声沿着水流方向不同角度和高度均匀辐照，同时作用，提高废水的污染物降解速率，缩短处理时间，大大增加了设备的处理能力和处理效率。(2)系统可以通过电热偶以水浴的形式改变实验的温度，通过温度计上的读数显示当前实验的温度，在通过循环水装置进行控温，从而可以实现不同温度下多频超声波对实验的影响。(3)反应器设计合理，增大了超声波的有效辐照面积，通过注入氩气，增加反应器内气态核子，在减少H2O2的无效分解的同时增加了液体在超声辐照下的空化泡密度，系统氧化能力强，对污染物的降解速率加快。(4)超声换能器通常在工作的时候会产生巨大的噪音，本专利技术通过在上吸声盖板增加吸声降噪层，大大降低了工作是产生的噪音，实现了低噪音处理。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低噪音多频超声化学反应器，包括壳体1以及设置在壳体1上的盖板2，其特征在于：所述壳体1内设置有至少两种不同频率的超声波发生器、超声波换能器组以及反应容器6；超声波换能器组与超声波发生器连接，所述超声波换能器组包括向反应容器6径向辐射超声波的横向超声换能器组和沿反应容器6轴向辐射超声波的纵向超声换能器组，横向超声换能器组设置在反应容器6的周向外壁上，纵向超声换能器组设置在反应容器6的底部，横向超声换能器组和纵向超声换能器组分别从反应容器6的侧部和底部的不同方向发射出不同频率的超声波在反应容器6内形成超声波辐照网；所述盖板2上开设有与惰性气体管道7连通的惰性气体入口；所述反应容器6是由下而上拼接为一体的筒底62和筒体61组成，所述筒底62为圆弧面型，在其侧壁开设有进水口，在筒体61的上侧壁上设置有出水口。

【技术特征摘要】
1.一种低噪音多频超声化学反应器，包括壳体1以及设置在壳体1上的盖板2，其特征在于：所述壳体1内设置有至少两种不同频率的超声波发生器、超声波换能器组以及反应容器6；超声波换能器组与超声波发生器连接，所述超声波换能器组包括向反应容器6径向辐射超声波的横向超声换能器组和沿反应容器6轴向辐射超声波的纵向超声换能器组，横向超声换能器组设置在反应容器6的周向外壁上，纵向超声换能器组设置在反应容器6的底部，横向超声换能器组和纵向超声换能器组分别从反应容器6的侧部和底部的不同方向发射出不同频率的超声波在反应容器6内形成超声波辐照网；所述盖板2上开设有与惰性气体管道7连通的惰性气体入口；所述反应容器6是由下而上拼接为一体的筒底62和筒体61组成，所述筒底62为圆弧面型，在其侧壁开设有进水口，在筒体61的上侧壁上设置有出水口。2.根据权利要求1所述的低噪音多频超声化学反应器，其特征在于：所述反应容器6的筒底62半径是筒体61高度的1/3～2/3，筒底62的圆心角为120～180°。3.根据权利要求1所述的低噪音多频超声化学反应器，其特征在于：所述盖板2与壳体1相对的内侧上设置有吸声降噪层8。4.根据权利要求1所述的低噪音多频超声化学反应器，其特征在于：所述横向超声换能器组是由至少2个不同频率沿反应容器6径向辐射声波的横向超声波换能器3组成，在同一水平面上，相邻设置的两个横向超声波换能器3的频率不同；沿着纵向分布在不同高度的横向超声波换能器3的频率不同且满足自下而上频率逐步减小。5.根据权利要求4所述的低噪音多频超声化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜栋栋，王成会，孙啊朋，孙永洁，邓青松，李雁鹏，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61