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基本信息

項(xiàng)目名稱：
寬頻超聲波污水處理裝置的研制
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
污水中成分十分復(fù)雜，不同種類污染物質(zhì)所對(duì)應(yīng)的超聲作用頻率不盡相同，因此需要多種頻率超聲波換能器進(jìn)行混響處理。 為提高實(shí)用性及優(yōu)化性能，減少設(shè)備成本投入，本裝置在結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新： 1.根據(jù)多普勒效應(yīng)，在裝置內(nèi)設(shè)置一變頻管2.頂端安裝圓錐形導(dǎo)流罩，達(dá)到更好的曝氣效果。3.計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選擇三種頻率的換能器。4.由換能器的頻率、功率產(chǎn)生的空化閾以及超聲波傳播特性，確定了裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，使其工作效率更高。
詳細(xì)介紹：
功率超聲作為污水處理的一種新方法，由于其降解條件溫和，降解速率快，適用范圍廣，尤其是對(duì)工業(yè)廢水中的有機(jī)物的降解非常顯著，對(duì)有機(jī)物的處理更直接，且沒(méi)有二次污染，得到了突破性的發(fā)展與應(yīng)用。 污水中成分十分復(fù)雜，不同種類污染物質(zhì)所對(duì)應(yīng)的超聲作用頻率不盡相同，因此需要多種頻率超聲波換能器進(jìn)行混響處理，這無(wú)疑增加了超聲設(shè)備的成本降低了設(shè)備實(shí)用性。 為提高實(shí)用性及優(yōu)化性能，減少設(shè)備成本投入，本裝置在結(jié)構(gòu)上有所創(chuàng)新： 1.在裝置內(nèi)設(shè)置一變頻管，通過(guò)高壓射流泵提高變頻管內(nèi)污水的流速，根據(jù)多 普勒效應(yīng)，變頻管內(nèi)部污水速度變化時(shí)，超聲頻率也將連續(xù)變化，這將大大豐富超聲的處理頻帶。2.本裝置頂端安裝圓錐形導(dǎo)流罩，高速噴出的污水被導(dǎo)流罩霧化，可與臭氧、空氣反應(yīng)更加充分，達(dá)到更好的曝氣效果。3.經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本裝置選擇20,100及300KHz三種頻率的三只換能器，使整個(gè)裝置得到了一個(gè)較寬的頻率范圍，可適應(yīng)多種污水。4.本裝置根據(jù)換能器的頻率、功率產(chǎn)生的空化閾以及超聲波傳播特性，確定了裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，使其工作效率更高。 本裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容量大、可連續(xù)工作，去除效率高, 占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。本裝置的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)獲得了國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)（ZL201020137752.X），發(fā)明專利正在授權(quán)中。

作品圖片

  • 寬頻超聲波污水處理裝置的研制
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

近年來(lái)，我國(guó)中小型企業(yè)發(fā)展迅速，但由于門類繁多，布局分散，污水大多采取直排，給環(huán)境造成危害。功率超聲作為污水處理的一種新興手段已經(jīng)走上舞臺(tái)，由于其降解條件溫和，降解速率快，適用范圍廣，尤其是對(duì)工業(yè)廢水中的有機(jī)物的降解非常顯著，對(duì)有機(jī)物的處理更直接，且沒(méi)有二次污染，得到了突破性的發(fā)展與應(yīng)用。我們根據(jù)超聲波空化作用，采用多種聲頻混響，同時(shí)根據(jù)多普勒效應(yīng)將聲頻帶進(jìn)一步放大，實(shí)現(xiàn)寬頻超生的在線連續(xù)處理。同時(shí)可以結(jié)合高壓條件，聯(lián)合臭氧氧化作用對(duì)污水進(jìn)行處理。

科學(xué)性、先進(jìn)性

設(shè)備先進(jìn)性體現(xiàn)在：1.在裝置內(nèi)設(shè)置一變頻管，通過(guò)高壓射流泵提高變頻管內(nèi)污水的流速，根據(jù)多普勒效應(yīng)，變頻管內(nèi)部污水速度變化時(shí)，超聲頻率也將連續(xù)變化，這將大大豐富超聲的處理頻帶。2.本裝置頂端安裝圓錐形導(dǎo)流罩，高速噴出的污水被導(dǎo)流罩霧化，可與臭氧、空氣反應(yīng)更加充分，達(dá)到更好的曝氣效果。3.經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本裝置選擇20,100及300KHz三種頻率的三只換能器，使整個(gè)裝置得到了一個(gè)較寬的頻率范圍，可適應(yīng)多種污水。4.本裝置根據(jù)換能器的頻率、功率產(chǎn)生的空化閾以及超聲波傳播特性，確定了裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，使其工作效率更高。聲波在較窄導(dǎo)管內(nèi)傳播時(shí)，振幅、波長(zhǎng)及導(dǎo)管直徑有一定的關(guān)系，當(dāng)導(dǎo)管直徑為半波長(zhǎng)整數(shù)倍時(shí)，其傳播聲波振幅有明顯的放大作用。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

于《傳感器與微系統(tǒng)》 2010年第29卷第11期，發(fā)表相關(guān)文章。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

獨(dú)家轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品及圖片

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

目前國(guó)際上應(yīng)用于工業(yè)污水處理的超聲波裝置很少見(jiàn)諸報(bào)道，本裝置一定程度上填補(bǔ)了該項(xiàng)領(lǐng)域的空白，先進(jìn)性在于運(yùn)用三種頻率的超聲波換能器形成混響場(chǎng)，有利于污水的降解，同時(shí)根據(jù)多普勒效應(yīng)，獨(dú)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)了變頻管，從而增加了超聲頻率的帶寬，進(jìn)一步提高了處理污水的效果。 本裝置處理污水過(guò)程無(wú)二次污染，且裝置成本低廉，耗能少，值得進(jìn)一步研究并推向市場(chǎng)，預(yù)計(jì)將來(lái)能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述

近年來(lái)，空化現(xiàn)象的研究已成為當(dāng)今科技界的熱點(diǎn)課題，尤其是在美國(guó)Oak Ridge國(guó)立實(shí)驗(yàn)室Taleyarkhan等人在他們的研究論文中宣稱在空化場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)了核聚變效應(yīng)以后，引起了人們的普遍關(guān)注，對(duì)空化現(xiàn)象的研究也成為了熱點(diǎn)。 但目前得到應(yīng)用的超聲波反應(yīng)器的主要類型一般有以下幾種： ②清洗槽式聲化學(xué)反應(yīng)器 清洗槽式聲化學(xué)反應(yīng)器是由一個(gè)不銹鋼水槽和若干個(gè)固定在槽底的超聲換能器構(gòu)成。裝有反應(yīng)溶液的容器放在清洗槽中，也可將溶液直接放入槽中接受超聲輻射。清洗槽式聲化學(xué)反應(yīng)器的主要缺點(diǎn)是：反應(yīng)液體中的聲功率密度不如探頭浸入式強(qiáng)；超聲輻照引起的溫升難以控制；反應(yīng)液體中的聲強(qiáng)與反應(yīng)容器在水槽的位置有關(guān)，各種參數(shù)難以準(zhǔn)確控制，因而實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性差。 ③變幅桿浸入式聲化學(xué)反應(yīng)器 變幅桿浸入式聲化學(xué)反應(yīng)器是將超聲換能器的變幅桿的探頭直接浸入到液體中，使聲能直接進(jìn)入反應(yīng)液中，獲得較大的聲強(qiáng)。由于“探頭”直徑較小，聲波輻射面積小，能量效率較低。另外，由于超聲換能器本身不能將電能全部轉(zhuǎn)化為聲能，一部分電能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，故換能器探頭及反應(yīng)液溫度會(huì)大幅升高，不適合連續(xù)污水處理工作或需實(shí)行溫控。 ④杯式變幅桿聲化學(xué)反應(yīng)器 將清洗槽式及變幅桿浸入式兩種反應(yīng)器的綜合為一體，便形成了杯式變幅桿聲化學(xué)反應(yīng)器。這種反應(yīng)器發(fā)揮了清洗槽式與變幅桿浸入式各自的優(yōu)點(diǎn)，克服了各自的缺點(diǎn)，特別是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性較好。但其在污水處理中不能在線處理，即處理量有很大限制，也不能將其應(yīng)用在工業(yè)污水處理中。 ⑤平行板近場(chǎng)處理器 平行板近場(chǎng)處理器由一個(gè)矩形空間構(gòu)成，矩形空間的平行兩側(cè)自上而下安裝兩塊金屬板，金屬板上將換能器嵌入，分別由兩個(gè)不同頻率的電源提供發(fā)射源。被處理液體從矩形空間的下端流進(jìn)，從上端流出，液體流經(jīng)金屬板構(gòu)成的平行區(qū)域，會(huì)受到超聲波的輻射，該矩形空間便構(gòu)成了一個(gè)超聲混響場(chǎng)，在這個(gè)平行區(qū)域內(nèi)，超聲聲強(qiáng)是單一金屬板發(fā)射的兩倍以上。單從效果看平行板近場(chǎng)處理器確實(shí)能夠勝任，但其金屬板上的換能器數(shù)量之多成本之高，實(shí)難將其應(yīng)用在工業(yè)污水處理上。 總而言之，由于種種技術(shù)限制，目前并無(wú)大規(guī)模工業(yè)超聲波應(yīng)用裝置。
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