申请日2004.08.12
公开(公告)日2005.03.23
IPC分类号C02F1/36
摘要
本发明公开了一种双频超声波吹脱废水中挥发性污染物的方法，它采用以下步骤：a、设置上面开口的处理容器，并在该容器内底部设置超声波换能器，发送两组不同频率的超声波，形成具有协同作用的双频超声波，两组超声波的频率分别控制在20-40KHz和1.0-3.0MHz两个高低段，声强分别控制在0.1-2.0W/cm2和0.1-1.0W/cm2;b、将所需处理的废水从上述容器中通过，其水力停留时间不少于15秒，使废水中的挥发性污染物被超声波吹脱，完成废水的净化处理。该方法用于吹脱废水中挥发性污染物，具有高效、实用、经济的特点，具有极大的推广价值。
权利要求书
1、一种双频超声波吹脱废水中挥发性污染物的方法，其特征在于它采用以 下步骤：
a.设置上面开口的处理容器，并在该容器内底部设置超声波换能器，发送 两组不同频率的超声波，两组超声波的频率分别控制在20-40KHz和1.0-3.0MHz 两个高低段，声强分别控制在0.1-2.0W/cm2和0.1-1.0W/cm2;
b.将所需处理的废水从上述容器中通过，其水力停留时间不少于15秒，使 废水中的挥发性污染物被超声波吹脱，完成废水的净化处理。
2、根据权利要求1所述的双频超声波吹脱废水中挥发性污染物的方法，其 特征在于：在所述处理容器内底部设置的超声波换能器分为高低频两组，每组 数量或为一个，或为多个。
3、根据权利要求2所述的双频超声波吹脱废水中挥发性污染物的方法，其 特征在于：每组的多个超声波换能器交叉排列。
说明书
双频超声波吹脱废水中挥发性污染物的方法
技术领域：
本发明涉及一种净化废水的方法，特别是一种采用超声波去除废水中挥发 性污染物的方法。
背景技术：
挥发性污染物是广泛存在于化工及相关行业废水中的一大类物质，例如， 苯、氯苯、烃、小分子酸、氨等。这类物质排入水体会造成污染，它们在生物 降解过程中大量消耗水中的溶解氧，其中无机氨以及含有氨元素的有机污染物 还会造成水体的富营养化，这些因素使水体缺氧，严重时会使大量水生生物死 亡，并且水质发黑发臭，影响水体景观。挥发性污染物往往具有一定甚至很强 的毒性，有些还具有生物积累性，不能经代谢活动而排出生物体，而且在生物 链中进一步传递，人类饮用这种水源水或食用该水源中的水生生物也会造成间 接中毒。
目前有多种深度处理技术去除这些挥发性污染物以净化废水，具有代表性 的工艺有活性炭吸附、大孔树脂吸附、各种膜生物反应器、光催化氧化、空气 吹脱等。其中，活性炭和大孔树脂吸附是依靠物理和化学吸附分离的方法来去 除污染物，膜生物反应器和光催化氧化是依靠化学和生物氧化的方法来去除还 原性污染物。但它们的处理效果均不理想，由于各自的工艺特性，去除挥发性 污染物的针对性较差。
空气吹脱是依靠污染物的挥发性质使污染物从液相转移到气相以达到净化 废水的方法。一般是在水处理器底部放有曝气装置，风机送来的空气被曝气头 分散成微小气泡，在废水主体形成气液两相，废水中的挥发性污染物从液相转 移到气相中，随气泡离开液体而去除。从气体吹脱机理上来看，微小气泡内部 压力接近并稍大于一个大气压，传质动力较小;同时曝气湍动程度小，传质阻 力较大，因此，从传质动力学角度来看该工艺是不理想的。另外根据气液平衡 理论，污染物转移到气泡的平衡浓度较低，所以吹脱速率和效率不高。
另外还有一种处理方法是利用单一频率超声波的空化效应。在申请号为 02148455.4的发明专利“超声波吹脱废水中挥发性污染物的方法”中涉及了这 一方法。当超声波在水中传播时，由于超声空化效应产生许多空化泡，空化泡 有一个生成、膨胀、压缩和崩溃的过程。空化泡崩溃时具有5000K以上的高温 和400个大气压以上的高压，并伴随着强烈的冲击波和速度高于100km/h的微 射流。空化泡的形成使水溶液由单一的液相转变成气一液两相体系。空化泡产 生初期，泡内压力接近真空，水变成水蒸汽进入空化泡，与此同时，溶解在水 中的挥发性污染物也迅速穿过气液两相界面进入空化泡变成气体。在水溶液表 面，空化泡内部的挥发性污染物随着空化泡的崩溃及其产生的冲击波脱离水溶 液主体进入空气。在超声波作用下，空化泡在水溶液表面不断崩溃和产生，这 样，溶解在水中的挥发性污染物不断脱离水溶液进入液面上方的空气，溶液浓 度不断降低。由于空化泡内的压力比空气吹脱技术中气泡压力低得多，挥发性 物质转移到气泡的平衡浓度和速率要高，所以吹脱速率和效率也要高。
超声吹脱效率基于超声空化效应的强弱，但是单一超声波频率的空化效应 较弱，从而使吹脱效率提高较为有限，能耗相对较大，尤其是在处理低浓度废 水时成本昂贵。
发明内容：
本发明就是在利用超声波空化效应的基础上，提供一种高效、实用、经济 的双频超声波强化吹脱废水中挥发性污染物的方法。
本发明的技术方案如下：
a.设置上面开口的处理容器，并在该容器内底部设置超声波换能器，发送 两组不同频率的超声波，形成具有协同作用的双频超声波。两组超声波的频率 分别控制在20-40KHz和1.0-3.0MHz两个高低段，声强分别控制在0.1-2.0W/cm2 和0.1-1.0W/cm2。
b.将所需处理的废水从上述容器中通过，其水力停留时间不少于15秒，使 废水中的挥发性污染物被超声波吹脱，完成废水的净化处理。
处理容器内底部设置的超声波换能器分为高低频两组，根据处理容器的大 小，每组数量或为一个，或为多个。每组有多个超声波换能器时，高低频换能 器交叉排列。
本发明的创新之处在于使用了两种频率不同的超声波所引发的空化效应协 同作用，因此能够强化超声吹脱效果。在双频超声作用下，各自产生空化过程， 当各自空化泡内爆时，会产生许多新的空化核。由于两种声波的频率和相位不 同，这些空化核不仅维持了该频率的自身再空化，同时也会为另一频率的空化 提供了更多的空化核，从而各自产生更多的空化泡，相互强化了空化效应。在 双频超声条件下水中的空化效应一般为单频超声之和还要大得多，从而使得双 频超声波具有明显的协同作用。超声吹脱效率基于空化效应的强弱，因此双频 超声波能够明显强化水中挥发性污染的吹脱过程。利用该方法可以获得更高的 吹脱效率，减小能耗，是一种高效、实用、经济的吹脱废水中挥发性污染物的 方法，具有极大的推广价值。
具体实施方式：
本发明中，对挥发性污染物的强化吹脱作用主要基于双频超声波的协同空 化效应。本发明的吹脱装置可采用矩形体容器，无上盖，废水通过管道从容器 一端进入，从另一端流出，吹脱容器的容积根据处理水量可大可小。废水在容 器中的停留时间与废水中的溶解性有机污染物的浓度和物化性质有关，挥发性 能越大，吹脱效果越好。浓度越低，停留时间越少。
实例1：
对于主要含氯苯类的工业废水，在一个频率为20KHz、声强为2.0W/cm2 的超声波和一个频率为3.0MHz、声强为1.0W/cm2的超声波的协同作用下，处 理容器开口的表面积与处理容器垂直水流的截面积之比为2∶1，水力停留时间 30s时，氯苯吹脱率达到50%以上;水力停留时间3min时，氯苯吹脱率达到 90%以上;水力停留时间8min时，氯苯基本上已完全被吹脱。
实例2：
对于主要含消毒副产物如氯代烃等的饮用水，在一个频率为30KHz、声强 为1.0W/cm2的超声波和一个频率为1.5MHz、声强为1.0W/cm2的超声波的协同 作用下，处理容器开口的表面积与处理容器垂直水流的截面积之比为3∶1，水 力停留时间2min时，氯代烃吹脱率达到95%以上;水力停留时间5min时，氯 苯基本上已完全被吹脱。
实例3：
对于主要含氨态氮的生活污水尾水，在一个频率为40KHz、声强为0.5W/cm2 的超声波和一个频率为1.0MHz、声强为0.2W/cm2的超声波的协同作用下，处 理容器开口的表面积与处理容器垂直水流的截面积之比为1∶1，水力停留时间 4min时，氨态氮吹脱率达到95%以上;水力停留时间10min时，氨态氮基本上 已完全被吹脱。
实例4：
对于主要含小分子醇如乙醇等的食品废水，在一个频率为20KHz、声强为 0.1W/cm2的超声波和一个频率为1.0MHz、声强为0.3W/cm2的超声波的协同作 用下，处理容器开口的表面积与处理容器垂直水流的截面积之比为3∶1，水力 停留时间4min时，乙醇吹脱率达到95%以上;水力停留时间10min时，乙醇 基本上已完全被吹脱。
实例5：
对于主要含芳香烃类如甲苯等的工业废水，在一个频率为40KHz、声强为 1.5W/cm2的超声波和一个频率为3.0MHz、声强为0.1W/cm2的超声波的协同作 用下，处理容器开口的表面积与处理容器垂直水流的截面积之比为1∶1，水力 停留时间2min时，甲苯吹脱率达到95%以上;水力停留时间5min时，甲苯基 本上已完全被吹脱。
