[发明专利]嵌入式扫频超声协同活性炭降解煤气废水装置及降解方法

说明书

本发明公开了一种嵌入式扫频超声协同活性炭降解煤气废水装置及降解方法，可应用于煤气废水降解领域，属于超声空化应用技术范畴，包括聚能式扫频超声系统、铝合金型材架、有机玻璃反应槽，聚能式扫频超声系统中由下向上嵌入有机玻璃反应槽底部的超声变幅杆，产生微射流，加之活性炭粒子由于自身重力作用，配合扫频超声发生器间歇比，可以使活性炭粒子处于分散悬浮状态，增加了活性炭粒子和煤气废水的接触面积，提高煤气废水降解效率。

技术领域

本发明涉及一种嵌入式扫频超声协同活性炭降解煤气废水装置及降解方法，可应用于煤气废水降解领域，属于超声空化应用技术范畴。

背景技术

近年来，超声作为一种清洁、高效的物理加工处理技术，在煤气废水等有毒有机污染物处理应用研究中取得了一定进展。超声作用形式包括：平板式和聚能式，从能量角度来看，聚能式强于平板式。变幅杆是产生聚能式超声的功能组件，配合超声换能器改变超声振动幅度，把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上。另外，超声变幅杆在波节面提供夹紧位置（通常在中心附近），外围节面套上金属夹紧环，将传到夹紧结构中的振动减至最小。与平板式超声相比，聚能式超声借助超声变幅杆能够对溶液施加更强作用力，使溶液从静止状态转变为运动状态。

为了增强降解效果，会适当添加活性炭。活性炭具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、较多的表面官能团和良好的机械强度，故其吸附能力强。近年来一些学者对超声影响活性炭吸附和脱附的过程进行研究，发现超声场界面效应能够增大活性炭的活性界面，中孔表面积略有增加，但保持结构不变，有利于离子的负载和分散，也可强化吸附内扩散过程。这主要是因为超声空化泡崩溃产生的冲击波和微射流对活性炭颗粒表面和微孔有剧烈的冲击作用，超声作用下的微孔扩散速率和表面扩散速率比没有超声时要高。超声技术不仅强化了传质，还使得更多吸附质－炭键断裂，加强了有机物从活性炭上脱附，再生后的活性炭具有较高的二次吸附能力。

目前用于降解煤气废水的超声设备大都是定频模式，但是煤气废水中成分复杂，容易堵塞活性炭孔隙，阻碍进一步降解，而扫频超声频域更广，处理效果比定频更加明显，扫频超声辐射液体产生的空化作用可使水中的化学污染物发生深度氧化、高温热解而被去除或降解。虽然聚能式超声能量大，同时能耗也高，尤其是处理对象是混合溶液。因此，需要高效、简便装置进行煤气废水降解。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的缺陷不足，提供一种嵌入式扫频超声协同活性炭降解煤气废水装置及降解方法，装置简单，降解过程易于操作，并且实施成本较低。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种嵌入式扫频超声协同活性炭降解煤气废水装置，包括有机玻璃反应槽和聚能式扫频超声系统，所述聚能式扫频超声系统包括超声变幅杆、扫频超声换能器、扫频超声发生器，扫频超声发生器与扫频超声换能器用电线连接，扫频超声换能器将扫频超声发生器发出的电能转换成机械能，并驱动扫频超声换能器尖端超声变幅杆工作，所述超声变幅杆由下向上嵌入在所述有机玻璃反应槽底部。

上述方案中，所述超声变幅杆上有一个贯穿的孔，左右两侧开孔对称，通过中心螺栓将其和扫频超声换能器连接。

上述方案中，所述超声变幅杆外围节面套上金属夹紧环。

上述方案中，所述超声变幅杆直径为2 cm，喷嘴高为3 cm，功率为250 W。

上述方案中，所述有机玻璃反应槽长为20 cm，宽为20 cm，高为50 cm，在有机玻璃反应槽底部2条对角线上，距两端的1/4处各开一个直径为2 cm的圆形小孔，共计4个小孔，用来嵌入4个聚能式扫频超声系统中的超声变幅杆，底部连接处用玻璃胶密封。

上述方案中，所述有机玻璃反应槽位于铝合金型材架上。

上述方案中，所述铝合金型材架长为23 cm，宽为23 cm，高为100 cm。