申请日2013.05.15
公开(公告)日2013.08.07
IPC分类号C02F9/04
摘要
一种超声空化协同水力空化污水处理器，在壳体的左侧设置有进水管、右侧设置有出水管，壳体的左端设置有左超声换能器，左超声换能器的超声出射端上设置有左变幅杆，壳体的右端设置有右超声换能器，右超声换能器的超声出射端上设置有右变幅杆，整流棒的左端设置在左变幅杆上、右端设置在右变幅杆上，整流棒与壳体内壁之间构成环绕整流棒的文丘里管。本发明具有结构简单、加工安装容易、承压高、效果好、可连续处理大流量污水等优点，可用于污水处理。
权利要求书
1.一种超声空化协同水力空化污水处理器，其特征在于：在壳体(1)的左侧 设置有进水管(7)、右侧设置有出水管(6)，壳体(1)的左端设置有左超声换能 器(8)，左超声换能器(8)的超声出射端上设置有左变幅杆(2)，壳体(1)的右 端设置有右超声换能器(5)，右超声换能器(5)的超声出射端上设置有右变幅 杆(4)，整流棒(3)的左端设置在左变幅杆(2)上、右端设置在右变幅杆(4) 上，整流棒(3)与壳体(1)内壁之间构成环绕整流棒(3)的文丘里管。
2.根据权利要求1所述的超声空化协同水力空化污水处理器，其特征在于： 所述的整流棒(3)的形状是两端面为垂直于中心线的平行平面、侧面为余弦旋转 曲面的棒状体(3)或在至少2个圆柱体的两端分别设置有通过中间圆柱体(3-4) 连为一体的圆台体(3-3)，两端圆柱体外侧圆台体(3-3)的端部设置有端部圆柱 体(3-1)。
3.根据权利要求2所述的超声空化协同水力空化污水处理器，其特征在于所 述的整流棒(3)侧面的余弦旋转曲面为：
以直角坐标系中的曲线
为母线、x轴为旋转轴形成的旋转曲面，整流棒(3)的中心线为x轴，0≤x≤kL， k为整流棒(3)直径变化周期的个数，k至少为2，y为整流棒(3)的中心线上x 对应的整流棒(3)的半径，(D)为壳体(1)的内径，L为整流棒(3)的1个直径 变化周期的长度，2D≤L≤3D。
4.根据权利要求2所述的超声空化协同水力空化污水处理器，其特征在于所 述的每个圆柱体相同方向一端圆台体(3-3)的锥角(α)为60°～90°，另一端 圆台体(3-3)的锥角(β)为30°～90°，β≤α，每个圆柱体相同方向一端圆 台体(3-3)的锥角(α)相等、轴向长度相等，每个圆柱体相同方向另一端圆台 体(3-3)的锥角(β)相等、轴向长度相等，每个圆柱体两端的两个圆台体(3-3) 的最大直径与最小直径比为3～5，圆柱体与两端连为一体的圆台体(3-3)的长度 之和为壳体(1)内径(D)的1.5～2倍。
5.根据权利要求2所述的超声空化协同水力空化污水处理器，其特征在于： 所述的每个圆柱体相同方向一端圆台体(3-3)的锥角(α)为75°，另一端圆台 体(3-3)的锥角(β)为45°，每个圆柱体相同方向一端圆台体(3-3)的锥角(α 相等、轴向长度相等，每个圆柱体相同方向另一端圆台体(3-3)的锥角β相等、 轴向长度相等，每个圆柱体两端的两个圆台体(3-3)的最大直径与最小直径比为4， 圆柱体与两端连为一体的圆台体(3-3)的长度之和为壳体(1)内径(D)的1.8 倍。
6.根据权利要求1或2或3所述的超声空化协同水力空化污水处理器，其特 征在于：所述的整流棒(3)为轴对称形棒，整流棒(3)的中心线与壳体(1)的 中心线相重合。
说明书
超声空化协同水力空化污水处理器
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及超声耦合文丘里管道处理污水的设备 或装置。
背景技术
超声空化引起的湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应所形成的极端物理 条件，为强化加快化学反应提供了一种非常有效途径，随着近年来环境污染问题的 日益突出，功率超声在污水处理方面的应用，获得了广泛和深入的研究。但超声空 化只在声源附近较小范围内产生能量集中，空化效应强烈，对各类待处理的对象都 有良好的效果.然而，超声换能器的总能耗中只有5%～10%用于空化，其余90%～ 95%的能量是以热能的形式使系统升温，即超声空化存在有效反应区域小、能效低 的突出的技术问题，使得超声空化的应用受到极大的限制，其在工业化中遇到很大 困难。
水力空化是不同于超声空化的另一种空化方法，其机理为当液体与固体作相对 高速运动，在液体内部出现局部低压，当压力降至空化初生压力时，大量不断产生 又不断溃灭的空泡。在此过程中产生与超声空化相同的一系列物理、化学效应。由 于其较超声空化更为简单有效的空化处理技术，近年来受到相关领域技术人员广泛 关注和研究，已有的研究表明，水力空化对化工过程具有显著的强化作用，且从能 效和规模化方面与超声空化相比，具有简便易行、能耗低、效率高、可在较大范围 内形成比较均匀空化强化场等优点。因此水力空化应用于污水受到了广大学者的高 度重视。但水力空化的空化强度明显较超声空化小，用于声化学反应的效率仍然较 低。针对这一技术问题，专利申请号为201010574043·2、发明名称为《水力/超声 耦合空化装置》的中国发明专利，公开了一种将水力空化与超声空化相结合用于污 水处理的装置，其特征是：在文丘里管的喉部外侧设置超声换能器，并在文丘里管 的喉部设置孔板，以此实现水力/超声的耦合。但这一技术方案存在有效反应区域 小、能耗高的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述水力/超声耦合空化装置的缺点，提 供一种结构简单、加工安装容易、承压高、效果好、可连续处理大流量污水的超声 空化协同水力空化污水处理器。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在壳体的左侧设置有进水管、右侧设 置有出水管，壳体的左端设置有左超声换能器，左超声换能器的超声出射端上设置 有左变幅杆，壳体的右端设置有右超声换能器，右超声换能器的超声出射端上设置 有右变幅杆，整流棒的左端设置在左变幅杆上、右端设置在右变幅杆上，整流棒与 壳体内壁之间构成环绕整流棒的文丘里管。
本发明的整流棒的形状是两端面为垂直于中心线的平行平面、侧面为余弦旋转 曲面的棒状体或在至少2个圆柱体的两端分别设置有通过中间圆柱体连为一体的圆 台体，两端圆柱体外侧圆台体的端部设置有端部圆柱体。
本发明的整流棒侧面的余弦旋转曲面为：
以直角坐标系中的曲线
为母线、x轴为旋转轴形成的旋转曲面，整流棒的中心线为x轴，0≤x≤kL，k为 整流棒直径变化周期的个数，k至少为2，y为整流棒的中心线上x对应的整流棒的 半径，D为壳体的内径，L为整流棒的1个直径变化周期的长度，2D≤L≤3D。
本发明的每个圆柱体相同方向一端圆台体的锥角α为60°～90°，另一端圆台 体的锥角β为30°～90°，β≤α，每个圆柱体相同方向一端圆台体的锥角α相等、 轴向长度相等，每个圆柱体相同方向另一端圆台体的锥角β相等、轴向长度相等， 每个圆柱体两端的两个圆台体的最大直径与最小直径比为，圆柱体与两端连为一体 的圆台体的长度之和为壳体内径D的1.5～2倍。
本发明的每个圆柱体相同方向一端圆台体的锥角α最佳为75°，另一端圆台体 的锥角β最佳为45°，每个圆柱体相同方向一端圆台体的锥角α相等、轴向长度相 等，每个圆柱体相同方向另一端圆台体的锥角β相等、轴向长度相等，每个圆柱体 两端的两个圆台体的最大直径与最小直径最佳比为4，圆柱体与两端连为一体的圆 台体的长度之和最佳为壳体内径D的1.8倍。
本发明的整流棒为轴对称形棒，整流棒的中心线与壳体的中心线相重合。
本发明采用在直管壳体的两端设置超声换能器，超声换能器的超声辐射面上设 置変幅杆，変幅杆上设置整流棒，整流棒与管道内壁之间构成环绕整流棒的文丘里 管道，通过改变整流棒的外形结构，构成不同的文丘里管，在超声换能器的激励下， 整流棒作轴向和径向耦合振动,并将轴向振动转化为径向振动,向流经壳体内污 水径向辐射超声波。超声波的空化效应与水力空化效应耦合，对污水进行处理。这 种文丘里管与传统的文丘里管相比，具有结构简单、易于加工、安装方便、耐压力 高、污水处理效果好等优点，可用于污水处理。