[发明专利]低功率双频超声波Fenton氧化反应器装置

说明书

技术领域

本发明属于难降解工业废水处理技术领域，具体涉及一种低功率双频超声辐照耦合Fenton氧化处理工业废水的方法与装置。

背景技术

我国经济正处于快速增长期，工业的迅速发展是经济快速增长的保证，但在工业生产的同时中也产生了大量废水。工业废水常含大量难降解有机物或有毒有害物，难以用传统方法处理。目前对于该类废水处理的首要问题是通过物化预处理进行难降解有机物的高效去除，并在一定程度上提高其可生化性，物化处理方法的研究主要集中于废水的高级氧化技术预处理。

溶液在超声波(频率高于16kHz)的辐照下会产生超声空化效应，使溶液中形成局部高温高压区，同时生成局部的高浓度氧化性物质，如羟基自由基(·OH)和H₂O₂，同时可形成超临界水，对废水中难降解有机物具有良好的氧化降解能力。目前，基于超声化学为辅助手段的高级氧化技术成为处理难降解、高毒性、高浓度有机废水的研究热点之一。Fenton试剂氧化因能产生氧化性极强的·OH，在石油、化工、印染和制药等难降解工业废水处理领域具有较多的运用实例。将超声法和Fenton二者联合可有效弥补Fenton试剂催化能力不高，传质不均，·OH产率低等缺点。已有相关研究表明，其联合作用不是简单的效果叠加，而是存在协同效应。因为在污染物降解过程中超声波可以推动H₂O₂的分解，促进非均相催化剂同反应物质间的传质过程，提高Fenton氧化过程中催化剂的催化效率，增加H₂O₂的有效利用率；同时，Fenton试剂中H₂O₂分解可产生O₂，提高溶液溶解氧，在超声辐照下可起到增加气态核子，提高空化泡密度的效果。同时，超声的机械效应还可以起到搅拌和传质作用，促进反应物、生成物在溶液中的扩散，提升Fenton试剂法的氧化速度。

目前，超声联合Fenton氧化法中一般采用同方向单一频率的超声波，超声辐照不均、超声传质和空化效果不佳，·OH的产率相对较低。废水溶液溶解氧通常较低，同时在超声辐照下溶液温度上升较快，H₂O₂分解速度快，无效消耗大。H₂O₂分解产物O₂虽然可以在一定程度上提高溶液的溶解氧，增大超声辐照空化泡密度，但Fenton试剂整体利用率不高，消耗量大，成本较高。虽然通过提高功率和频率的方法可增强超声波机械强度，在一定程度上提高体系的传质和空化效果，但能耗较高。同时，高频率超声波对超声发生器本身具有一定的腐蚀损害作用，严重影响仪器设备的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有超声/Fenton氧化联合技术中同方向单一频率超声波辐照不均，·OH的产率低的问题。

本发明的技术方案是低功率双频超声波Fenton氧化反应器装置，包括双频超声波发生器、超声波清洗槽和Fenton氧化反应器；所述的双频超声波发生器可单独或同时产生40KHz和20KHz高低两种频率的超声波；超声波清洗槽为不锈钢制，其内设置有2个垂直方向的超声波换能器和2个水平方向的超声波换能器，超声波换能器由超声波发生器连接供能并控制，将不同频率的超声信号各自转换成机械能传至清洗槽内的溶液介质，超声波发生器与清洗槽最大功率为300W；垂直方向的超声波换能器位于超声波清洗槽底部，接受40KHz频率的超声波信号，水平方向的超声波换能器位于超声波清洗槽4个立壁的其中一个上，接受20KHz频率的超声波信号；在超声波清洗槽的上部安装有四组可拆卸的弹簧，其中2组与另外2组垂直，呈上下层设置，高度差1～3cm，每组2～4根弹簧，为无间隔并排安装，四组弹簧交叉形成的口字形区域将Fenton氧化反应器弹性夹持固定住，反应器固定时弹簧可根据反应器的形状进行相应的形变，同时由两个垂直方向的上下层弹簧间的形变收缩确保反应器稳定。

优选的，在超声波清洗槽两侧分别设置循环水进出水口，外连恒温水箱。

具体的，所述的超声波清洗槽的循环水出水口高于循环水进水口，高度差为清洗槽高度的二分之一。