參量陣超聲波汙水處理裝置的製作方法
2023-10-23 18:17:37 3
專利名稱：參量陣超聲波汙水處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明提供一種超聲波汙水處理裝置，特別是一種參量陣超聲波汙水處理裝置。
背景技術：
我國的淡水資源較為缺乏，其人均佔有量僅為世界平均值的四分之一，但是，每年排放的汙水卻達400餘億噸之多，且處理率較低。這不僅對環境和水體本身構成汙染，而且也是一種資源的浪費。近年來，汙水處理受到日益廣泛的重視，處理的技術水平不斷提高，新技術的應用面也逐漸擴大，當今的汙水處理技術已經涉及到物理的、化學的、生物的等各個方面，其中利用聲波技術的方法和設備頗受人們關注。這方面的專利也相當多，如中國專利00805002.3，01145251.X、94104548.X等等，但是，利用聲波大幅度效應的參量陣超聲波技術與其設備，從來沒有見到在汙水處理中應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種參量陣超聲波汙水處理裝置，利用液介質中大幅度聲波的非線性效應，使在同一區域的兩個大幅度的原始高頻聲波因介質的非線性作用產生新的頻率分量，如差波、和波、倍波等等。因此而可以形成多頻率的聲發射，這樣，基於超聲波的力學的、空化、熱的、化學和化學物理的效應原理的超聲波汙水處理就會因參量陣原理更具效力。
本發明的目的是這樣實現的本發明提供的參量陣超聲波汙水處理裝置，其包括一個解聚裝置，該解聚裝置包括一個裂解槽，在該裂解槽上設有汙水進水口和出水口，還設有參量陣超聲波發生器，其包括聲學參量陣和參量陣超聲波功率源，其中的聲學參量陣在所述裂解槽內側壁上固設，在裂解槽外設有所述的參量陣超聲波功率源，其與所述聲學參量陣電連接。
所述參量陣超聲波發生器是雙路結構，即所述參量陣超聲波功率源可產生兩路高頻原始信號，並分別放大且分別經輸出變壓器加到所述聲學參量陣中；所述聲學參量陣包括兩組換能器，而每一組換能器由多個頻率相同的換能器基元排列成陣，所述的換能器基元可分別置於兩個或一個密封盒中，該兩組換能器並列緊挨著安裝在所述裂解槽的軸向槽內壁上，每一組換能器的諧振頻率和相應的一路高頻原始信號頻率一致。
本發明提供的參量陣超聲波汙水處理裝置通過在裂解裝置中設置雙路結構的參量陣超聲波功率源，以及在裂解槽內的兩組換能器緊挨地安裝在槽內壁上，在裂解槽內形成一個兩個頻率的混合聲場，並由於水介質的非線性作用，產生多種頻率的聲發射，可以有效地使水裂解生成自由基，有利於汙物的分離和裂解。
為了更有利於汙物的分離裂解，可以在所述裂解槽中設置一產生靜電場的裝置，其包括一對電極板和一直流電壓發生器，該電極板設置在裂解槽內，並與外面的所述直流電壓發生器電連接。
為了使汙水中的某些懸浮粒子能夠聚合起來更有利於對其進行分離，本汙水處理裝置還可以包含一凝聚裝置，該凝聚裝置包括一個聲凝聚塔，在該塔上設有汙水進水口，它與所述裂解槽的出水口通過管路相連接，在塔的上部設有出水口，在該出水口的上方設有漂浮物出口，在塔的底部設有排沉積物出口；在該塔的底部外側固設若干個均布的換能器單元，形成對筒體內介質的圓平面輻射陣；另外，在塔內還有一個安裝水聽器的孔，當安裝水聽器後應是密封不漏水的。
所述水聽器固設在所述塔中，並引出連線連接一前置放大器，該前置放大器輸出端連接一示波器，所述水聽器、前置放大器、示波器組成了凝聚塔內水介質中的聲場分布檢測系統。
所述凝聚裝置，通過圓平面輻射陣形成的聲波振動作用，使汙水中懸浮粒子因隨聲振動的速度不同而粘合起來，其中，比重小於水的油、氣粒子碰撞粘合，體積變大而上浮，而比重大於水的如鹽類粒子粘合後下沉，這樣，因聲振動的力學效應就更有利於將其由水中分離出去。特別是，在所述聲凝聚塔中設置了水聽器，其可以將塔中的聲場通過與之連接的示波器直觀地示出，便於在操作中很好地控制塔內聲場為駐聲波場。
本發明的汙水處理裝置中還可以包括一個預處理裝置，其包括一機械式超聲波發生器、一泵和一閥門，該機械式超聲波發生器是一種簧片式的利用流體動力發聲的機械裝置，其具有一筒體，在該筒體中裝有一簧片式發聲裝置，筒體兩端為進水口和出水口，它直接安裝在水流管線上，其單個使用或多個並聯使用，可以滿足不同處理量的要求。所述泵的出水口與機械式超聲波發生器的進水口相連接，在所述筒體的該出水口上連接管路，在該管路上設所述閥門，該管路與所述裂解槽上的該進水口相連接。
在本汙水處理裝置的最後一般還設有後處理裝置，其包括過濾裝置，將通過裂解或以及其後的凝聚裝置之後的汙水進行機械分離，以得到符合排放標準的清水。
本發明提供的參量陣超聲波汙水處理裝置通過雙路結構的參量陣超聲波發生器可有效地對汙水中的汙物進行處理，其效果優越，而在凝聚裝置中對汙水的進一步超聲波處理可以提高對汙水中汙物的分離效率，而設置的水聽器可以對聲場的分布情況及時監測，可確保淨化效果，因此，本參量陣超聲波汙水處理裝置利用聲波淨化汙水具有更佳的處理效果和廣泛的使用價值。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1為本發明提供的參量陣超聲波汙水處理裝置的聲學參量發射陣原理圖；圖2為本發明提供的參量陣超聲波汙水處理裝置實施例原理框圖。
具體實施例方式
本發明的參量陣超聲波汙水處理裝置利用了聲學參量發射陣原理，如圖1所示，發射器1發射的大振幅信號是正弦結構，如A；但由於水中聲傳播速度是壓力的函數，造成聲波正壓峰值處速度高，二負壓峰值處速度低，聲波波形畸變成鋸齒形，如B；在距離更遠一些處，由於聲波幅度衰減，從而又變回到如初始的正弦形狀，如C。
當同一水域存在兩個大幅度的高頻聲波時，介質的非線性效應使兩個高頻原始聲波相互作用產生了新的頻率成分的聲波，如差頻、和頻、倍頻等等，這些新的頻率成分聲波產生的區域是由發射器1的面積S和原始波的波長λ之比決定的，即為圖1所示R0，R0定義為瑞利距離，超過這個區域，高頻聲波的聲場開始擴張，其能量也很快衰減，但低頻率的聲波因衰減小而繼續向前傳播，因此而認為低頻聲波是在這個區域的末端產生的，利用這個原理形成的聲發射稱之為聲學參量發射，而發射原始頻率信號的發射器及該發射器所限定的區域共同構成了聲學參量發射陣，通常將這個區域的長度稱之為參量陣的陣長。
如圖2所示提供了本發明涉及的參量陣超聲波汙水處理裝置的一個具體實施例，其由預處理系統I、解聚系統II、凝聚系統III和後處理系統IV四個系統組成。
預處理系統I，包括汙水池10，在汙水池上設管線，在管線上設泵11，泵11的排液口上設管線，在該管線上設機械式超聲波發生器12和閥門13。
解聚系統II，包括裂解槽21，裂解槽21的下部設進水口20，其上連接管線與機械式超聲波發生器12和閥門13相連接。在裂解槽21的上部設出水口26，解聚系統II還包括參量陣超聲波發生器，其由參量陣超聲波功率源22和聲學參量陣23組成，參量陣超聲波發生器是雙路結構，即參量陣超聲波功率源22可產生兩路高頻原始信號，並分別放大且分別經輸出變壓器加到聲學參量陣23中；聲學參量陣23包括兩組換能器，而每一組換能器由多個頻率相同的換能器基元排列成線性的陣，其換能器基元置於一個密封盒中，該兩組換能器並列緊挨著安裝在裂解槽21的豎直軸向槽內壁上，每一組換能器的諧振頻率和相應的一路高頻原始信號頻率一致。在裂解槽21內還設有電極板25和直流電壓發生器24通過導線連接。
凝聚系統III，包括聲凝聚塔31，聲凝聚塔31是一矗立的圓筒，它由筒體、筒底、支架(圖中未示出)組成，筒體和筒底是通過法蘭盤連接，且密封，筒底的外側平面粘接著若干個均布的換能器單元組成換能器陣33，形成對筒體內介質的圓平面輻射陣，其與設於塔外的超聲波功率源32相連接，筒底靠邊處有排沉積物出口39，筒體下部靠底處有進水口30，筒體上部有排水口37，在排水口緊上面有漂浮物出口38，在筒體中部位置還有一個安裝水聽器的孔，水聽器34固設在塔31中，水聽器34上通過所述孔引出連線連接一前置放大器35，該前置放大器35輸出端連接一示波器36。水聽器34、前置放大器35和示波器36組成了凝聚塔內水介質中的聲場分布檢測系統。當安裝水聽器後安裝水聽器的孔是密封不漏水的。
後處理系統IV，包括過濾器42，其上設有進水口，通過管線連接聲凝聚塔31的排水口37，其上設有出水管連接蓄水池43，在聲凝聚塔31的沉積物出口39上連接管線的一端，該管線的另一端連通一沉積物處理器41，在其間的管線上設有閥門40，在出水口的上方設有漂浮物排出口38，其上聯接管線，該管線上連接漂浮物處理器44。
本發明提供的參量陣超聲波汙水處理裝置是這樣工作的首先關閉閥門40，開啟閥門13，啟動泵11，泵11從汙水池10中抽取汙水打入機械式超聲波發生器12，汙水從其噴縫中噴出，衝擊其簧片，簧片振動發聲，當噴水振動頻率和簧片的固有頻率發生共振時，這種簧片式超聲波發生器可形成1-2W/cm2的聲強，該聲強可以實施對汙水的中的汙物的初步細化、裂解處理，從機械式超聲波發生器12出來的水經過閥門13，由裂解槽21的進水口20進入裂解槽21，當水滿過槽內聲學參量陣23時，啟動參量陣超聲波功率源22，接著，啟動直流電壓發生器24，這樣，聲學參量陣23形成的多種頻率的聲波作用汙水介質，使水介質裂解產生自由基，使高分子有機物降解，而直流電壓發生器24產生的直流電壓通過置於汙水中的電極板25在水中形成電流，形成水分子的分解，可以起到加速水處理的作用。經過一定時間聲照射和電離處理的汙水由裂解槽21的出水口26，經管線27由聲凝聚塔31的進水口30進入聲凝聚塔31，這時，在聲凝聚塔31底部的換能器陣33將超聲波功率源32的電信號轉換成聲信號發射到水介質中，當聲波傳播到水和空氣界面時，由於兩者的聲阻抗相差3500倍，所以會形成全反射，反射波與入射波在聲凝聚塔內相干涉，當入射波源與反射波源相距λ/2的整數倍時，相干聲場為聲駐波場，在聲駐波場內，懸浮粒子在聲壓力的作用下聚集碰撞，由小變大，比重輕於水介質的粒子，如油、氣等聚集在波節區，而比重大於水介質的粒子，如泥沙、鹽類等，聚集在波腹區，當這些聚集的粒子碰撞變大後，就會下沉或上浮，形成分離狀態。其中浮在水面的漂浮物經漂浮物出口38進入漂浮物處理器44，沉積物沉於聲凝聚塔31底部，在需要排汙時，打開閥門40，沉積物由沉積物出口39經過閥門40排到沉積物處理器43，而經凝聚分離後的水由排水口37送到過濾器42中進行過濾處理，並送到蓄水池41存放待用。
本發明提供的參量陣超聲波汙水處理裝置，其在工作過程中，為了保證聲凝聚塔31內的水介質中聲場是駐波場，在聲凝聚塔31內安裝了水聽器34，以接收水中的聲信號並轉換成電信號，前置放大器35是用於放大水聽器34輸出信號的，以便有足夠的幅度在示波器36上顯示，因此，水聽器34、前置放大器35、示波器36就構成了聲場監測系統，如果水聽器34在聲凝聚塔31內可以上下移動，那示波器36上就可得到塔內水中的駐波場分布，如果水聽器34是固定的，例如固定在波腹點上，那在示波器36觀察到的是波腹點處的波形。由此，可以適當調節超聲波功率源32的工作頻率，以保證塔內水中聲場是駐波場，提高聲凝聚效力。
本發明提供的參量陣超聲波汙水處理裝置，其在實際使用過程中，可以根據需要多臺並用，也可以根據汙水性質和處理要求不同等具體場合，獨立使用本發明的部分裝置，例如，預處理系統和後處理系統組合一體使用，或解聚系統和後處理系統同用，或凝聚系統和後處理系統同用，等等。
本發明的參量陣超聲波汙水處理裝置，其在實際使用過程中，可以吸納化學的、生物的和其它的如電、磁、光等物理的方法，也可以和其它的汙水處理裝置聯合使用。
以上所述是本發明的具體實施例及所運用的技術原理，任何基於本發明技術方案基礎上的等效變換，均屬於本發明保護範圍之內。
權利要求
1.一種參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於包括一個解聚裝置，該解聚裝置包括一個裂解槽，在該裂解槽上設有汙水進水口和出水口，還設有參量陣超聲波發生器，其包括聲學參量陣和參量陣超聲波功率源，其中的聲學參量陣在所述裂解槽內側壁上固設，在所述裂解槽外設有所述的參量陣超聲波功率源，其與所述聲學參量陣電連接。
2.根據權利要求1所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於所述參量陣超聲波發生器是雙路結構，即所述參量陣超聲波功率源可產生兩路高頻原始信號，並分別放大且分別經輸出變壓器加到所述聲學參量陣中；所述聲學參量陣包括兩組換能器，而每一組換能器由多個頻率相同的換能器基元排列成陣，所述的換能器基元分別置於兩個或一個密封盒中，該兩組換能器並列緊挨著安裝在所述裂解槽的軸向槽內壁上，每一組換能器的諧振頻率和相應的一路高頻原始信號頻率一致。
3.根據權利要求1或2所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於還包含一凝聚裝置，該凝聚裝置包括一個聲凝聚塔，在該塔上設有汙水進水口，它與所述裂解槽的出水口通過管路相連接，在塔的上部設有出水口，在該出水口的上方設有漂浮物出口，在塔的底部設有排沉積物出口；在該塔的底部外側固設若干個均布的換能器單元，形成對筒體內介質的圓平面輻射陣。
4.根據權利要求3所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於在所述聲凝聚塔內還有一個安裝水聽器的孔，當安裝水聽器後該孔是密封不漏水的。
5.根據權利要求4所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於所述水聽器固設在所述塔中，並引出連線連接一前置放大器，該前置放大器輸出端連接一示波器，所述水聽器、前置放大器、示波器組成了凝聚塔內水介質中的聲場分布檢測系統。
6.根據權利要求1或2所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於還包括一個預處理裝置，其包括一機械式超聲波發生器、一泵和一閥門，所述泵的出水口與所述機械式超聲波發生器的進水口相連接，在所述發生器的出水口上連接管路，在該管路上設所述閥門，該管路與所述裂解槽上的該進水口相連接。
7.根據權利要求6所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於所述機械式超聲波發生器是一種簧片式的利用流體動力發聲的機械裝置，其具有一筒體，在該筒體中裝有一簧片式發聲裝置，筒體兩端為進水口和出水口，它直接安裝在水流管線上，單個或多個並聯使用，以滿足不同處理量的要求。
8.根據權利要求1或2所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於還設有後處理裝置，其包括過濾裝置，該過濾裝置的進水口與前述裝置的所述出水口相連接。
9.根據權利要求1或2所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於還包括一個預處理裝置，其包括一機械式超聲波發生器、一泵和一閥門，所述泵的出水口與所述機械式超聲波發生器的進水口相連接，在所述發生器的出水口上連接管路，在該管路上設所述閥門，該管路與所述裂解槽上的該進水口相連接；還設有後處理裝置，其包括過濾裝置，該過濾裝置的進水口與前述裝置的所述出水口相連接。
10.根據權利要求3所述的參量陣超聲波汙水處理裝置，其特徵在於還包括一個預處理裝置，其包括一機械式超聲波發生器、一泵和一閥門，所述泵的出水口與所述機械式超聲波發生器的進水口相連接，在所述發生器的出水口上連接管路，在該管路上設所述閥門，該管路與所述裂解槽上的該進水口相連接；還設有後處理裝置，其包括過濾裝置，該過濾裝置的進水口與前述裝置的所述出水口相連接。
全文摘要
本發明公開了一種參量陣超聲波汙水處理裝置，其包括一個解聚裝置，該解聚裝置上設有參量陣超聲波發生器，其包括聲學參量陣和參量陣超聲波功率源，其中的聲學參量陣在所述裂解槽內側壁上固設，在所述裂解槽外設有所述的參量陣超聲波功率源，其與所述聲學參量陣電連接。該裝置還可以包括一凝聚裝置。本參量陣超聲波汙水處理裝置通過尤其是雙路結構的參量陣超聲波發生器可有效地對汙水中的汙物進行處理，其效果優越，而在凝聚裝置中對汙水的進一步超聲波處理可以提高對汙水中汙物的分離效率，而設置的水聽器可以對聲場的分布情況及時監測，可確保淨化效果，因此，本參量陣超聲波汙水處理裝置利用聲波淨化汙水具有更佳的處理效果和廣泛的使用價值。
文檔編號C02F1/34GK1541947SQ20031010351
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月5日 優先權日2003年11月5日
發明者許能貴 申請人:北京裕京電腦軟體有限公司