基本信息
- 项目名称：
- 宽频超声波污水处理装置的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 污水中成分十分复杂，不同种类污染物质所对应的超声作用频率不尽相同，因此需要多种频率超声波换能器进行混响处理。 为提高实用性及优化性能，减少设备成本投入，本装置在结构上创新： 1.根据多普勒效应，在装置内设置一变频管2.顶端安装圆锥形导流罩，达到更好的曝气效果。3.计算及实验验证，选择三种频率的换能器。4.由换能器的频率、功率产生的空化阈以及超声波传播特性，确定了装置的结构尺寸，使其工作效率更高。
- 详细介绍：
- 功率超声作为污水处理的一种新方法，由于其降解条件温和，降解速率快，适用范围广，尤其是对工业废水中的有机物的降解非常显著，对有机物的处理更直接，且没有二次污染，得到了突破性的发展与应用。 污水中成分十分复杂，不同种类污染物质所对应的超声作用频率不尽相同，因此需要多种频率超声波换能器进行混响处理，这无疑增加了超声设备的成本降低了设备实用性。 为提高实用性及优化性能，减少设备成本投入，本装置在结构上有所创新： 1.在装置内设置一变频管，通过高压射流泵提高变频管内污水的流速，根据多 普勒效应，变频管内部污水速度变化时，超声频率也将连续变化，这将大大丰富超声的处理频带。2.本装置顶端安装圆锥形导流罩，高速喷出的污水被导流罩雾化，可与臭氧、空气反应更加充分，达到更好的曝气效果。3.经过设计计算及实验验证，本装置选择20,100及300KHz三种频率的三只换能器，使整个装置得到了一个较宽的频率范围，可适应多种污水。4.本装置根据换能器的频率、功率产生的空化阈以及超声波传播特性，确定了装置的结构尺寸，使其工作效率更高。 本装置具有结构简单、容量大、可连续工作，去除效率高, 占地面积小等优点，具有极高的应用价值。本装置的创新性设计获得了国家实用新型专利授权（ZL201020137752.X），发明专利正在授权中。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 近年来，我国中小型企业发展迅速，但由于门类繁多，布局分散，污水大多采取直排，给环境造成危害。功率超声作为污水处理的一种新兴手段已经走上舞台，由于其降解条件温和，降解速率快，适用范围广，尤其是对工业废水中的有机物的降解非常显著，对有机物的处理更直接，且没有二次污染，得到了突破性的发展与应用。我们根据超声波空化作用，采用多种声频混响，同时根据多普勒效应将声频带进一步放大，实现宽频超生的在线连续处理。同时可以结合高压条件，联合臭氧氧化作用对污水进行处理。
科学性、先进性
- 设备先进性体现在：1.在装置内设置一变频管，通过高压射流泵提高变频管内污水的流速，根据多普勒效应，变频管内部污水速度变化时，超声频率也将连续变化，这将大大丰富超声的处理频带。2.本装置顶端安装圆锥形导流罩，高速喷出的污水被导流罩雾化，可与臭氧、空气反应更加充分，达到更好的曝气效果。3.经过设计计算及实验验证，本装置选择20,100及300KHz三种频率的三只换能器，使整个装置得到了一个较宽的频率范围，可适应多种污水。4.本装置根据换能器的频率、功率产生的空化阈以及超声波传播特性，确定了装置的结构尺寸，使其工作效率更高。声波在较窄导管内传播时，振幅、波长及导管直径有一定的关系，当导管直径为半波长整数倍时，其传播声波振幅有明显的放大作用。
获奖情况及鉴定结果
- 于《传感器与微系统》 2010年第29卷第11期，发表相关文章。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 独家转让
作品可展示的形式
- 实物、产品及图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前国际上应用于工业污水处理的超声波装置很少见诸报道，本装置一定程度上填补了该项领域的空白，先进性在于运用三种频率的超声波换能器形成混响场，有利于污水的降解，同时根据多普勒效应，独创性的设计了变频管，从而增加了超声频率的带宽，进一步提高了处理污水的效果。 本装置处理污水过程无二次污染，且装置成本低廉，耗能少，值得进一步研究并推向市场，预计将来能取得良好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 近年来，空化现象的研究已成为当今科技界的热点课题，尤其是在美国Oak Ridge国立实验室Taleyarkhan等人在他们的研究论文中宣称在空化场中发现了核聚变效应以后，引起了人们的普遍关注，对空化现象的研究也成为了热点。 但目前得到应用的超声波反应器的主要类型一般有以下几种： ②清洗槽式声化学反应器 清洗槽式声化学反应器是由一个不锈钢水槽和若干个固定在槽底的超声换能器构成。装有反应溶液的容器放在清洗槽中，也可将溶液直接放入槽中接受超声辐射。清洗槽式声化学反应器的主要缺点是：反应液体中的声功率密度不如探头浸入式强；超声辐照引起的温升难以控制；反应液体中的声强与反应容器在水槽的位置有关，各种参数难以准确控制，因而实验结果的重现性差。 ③变幅杆浸入式声化学反应器 变幅杆浸入式声化学反应器是将超声换能器的变幅杆的探头直接浸入到液体中，使声能直接进入反应液中，获得较大的声强。由于“探头”直径较小，声波辐射面积小，能量效率较低。另外，由于超声换能器本身不能将电能全部转化为声能，一部分电能会转化为热能，故换能器探头及反应液温度会大幅升高，不适合连续污水处理工作或需实行温控。 ④杯式变幅杆声化学反应器 将清洗槽式及变幅杆浸入式两种反应器的综合为一体，便形成了杯式变幅杆声化学反应器。这种反应器发挥了清洗槽式与变幅杆浸入式各自的优点，克服了各自的缺点，特别是实验结果的重现性较好。但其在污水处理中不能在线处理，即处理量有很大限制，也不能将其应用在工业污水处理中。 ⑤平行板近场处理器 平行板近场处理器由一个矩形空间构成，矩形空间的平行两侧自上而下安装两块金属板，金属板上将换能器嵌入，分别由两个不同频率的电源提供发射源。被处理液体从矩形空间的下端流进，从上端流出，液体流经金属板构成的平行区域，会受到超声波的辐射，该矩形空间便构成了一个超声混响场，在这个平行区域内，超声声强是单一金属板发射的两倍以上。单从效果看平行板近场处理器确实能够胜任，但其金属板上的换能器数量之多成本之高，实难将其应用在工业污水处理上。 总而言之，由于种种技术限制，目前并无大规模工业超声波应用装置。
