專利名稱：用于去除水體中水藻的反射式超聲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于去除水體中水藻的反射式超聲裝置，應(yīng)用于因富營(yíng)養(yǎng)化致藻類大量繁殖造成環(huán)境水體污染的處理，屬利用超聲空化技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)的去除水體中水藻的環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于大量生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)漁牧水的排入，使大部分水體遭受不同程度的污染，對(duì)城市供水造成嚴(yán)重影響。據(jù)調(diào)查，我國(guó)430個(gè)城市中有90％以上的飲用水源受到污染，導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)377億元，而富營(yíng)養(yǎng)化最明顯的特征就是藻類的過度繁殖，給供水工程帶來很大影響。藻類的去除可以根據(jù)原水水質(zhì)情況采用不同的方法，一般可采用物理法、化學(xué)藥劑法、生物處理法及組合工藝法。常用的物理除藻方法有微濾機(jī)法、氣浮法、直接過濾法、大梯度磁濾器法，活性炭吸附法和超聲除藻等?；瘜W(xué)除藻是在不改變現(xiàn)有水廠的工作流程，不需增加大型設(shè)備和構(gòu)筑物，且經(jīng)濟(jì)有效、簡(jiǎn)便易行的除藻方法，常用的除藻劑有氯、二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀等。生物處理利用附著在載體表面上的生物膜使水腫的藻類被吸附、分解氧化，有些藻類還會(huì)被生物膜上原生動(dòng)物和后生動(dòng)物所捕食。
在所有的淡水藻類中，藍(lán)藻中的微囊藻是毒性最強(qiáng)、危害最大、污染范圍最廣的一種藻類[3]?，F(xiàn)有的除藻技術(shù)主要有組合工藝法(臭氧-氣浮聯(lián)用工藝、臭氧-活性炭深度處理工藝)、生物膜處理與其他處理工藝聯(lián)用除藻等。除藻技術(shù)多種多樣，各種除藻方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，目前越來越多的新技術(shù)及其組合正越來越受到重視和開發(fā)，超聲技術(shù)就是其中之一。
超聲波技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型的環(huán)境技術(shù)，被稱為環(huán)境友好技術(shù)。利用超聲波降解(sonolysis)水中的化學(xué)污染物，尤其是難降解的有機(jī)污染物，是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)。超聲波是指頻率比人耳可能聽到的頻率范圍更高(＞16kHz)的彈性波，大振幅超聲波(低頻率)能量集中，可使介質(zhì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，常用于超聲清洗、鉆孔、化學(xué)處理、乳化等方面。近年來，國(guó)內(nèi)外開始研究超聲波應(yīng)用于水處理，尤其對(duì)廢水中難降解有機(jī)物的治理研究，已取得一定成果，隨著聲化學(xué)的誕生和發(fā)展，超聲波對(duì)有機(jī)物的降解逐漸受到重視并得到了廣泛的研究。超聲波由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成，并通過液體介質(zhì)向四周傳播。當(dāng)聲能足夠高時(shí)，在疏松的半周期內(nèi)，液相分子間的吸引力被打破，形成空化核。空化核的壽命約為0.1μs，它在爆炸的瞬間可以產(chǎn)生大約400K和100MPa的局部高溫高壓環(huán)境]，并產(chǎn)生速度約400km/h具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流，這種現(xiàn)象稱為超聲空化。這些條件足以使有機(jī)物在空化泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒(aqueous combustion)、高溫分解(pyrolysis)或自由基反應(yīng)。超聲波抑藻殺藻機(jī)理有破壞細(xì)胞壁、破壞氣胞、破壞活性酶。高強(qiáng)度的超聲波能破壞生物細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)流出，這一點(diǎn)已在工業(yè)上運(yùn)用。藻類細(xì)胞的特殊構(gòu)造是細(xì)胞體含有多組氣胞，氣胞控制藻類細(xì)胞的升降運(yùn)動(dòng)。超聲波引起的沖擊波、射流、輻射壓等可以破壞氣胞。在適當(dāng)?shù)念l率下，氣胞成為空化泡而破裂；同時(shí)，空化產(chǎn)生的高溫高壓和大量自由基，可破壞藻細(xì)胞內(nèi)活性酶和活性物質(zhì)，從而影響細(xì)胞的生理生化活性。此外，超聲波引發(fā)的化學(xué)效應(yīng)也能分解藻毒素和藻細(xì)胞分泌物及代謝產(chǎn)物。
隨著環(huán)境污染的嚴(yán)重性的加重，現(xiàn)在研究了很多種處理方法，但各種方法都有一些或多或少的缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中還需要開發(fā)更可行更經(jīng)濟(jì)的方法。超聲作為一種新的除藻技術(shù)，一次性投入、操作簡(jiǎn)便、使用安全、效率高、持續(xù)性強(qiáng)，十分有利于環(huán)境保護(hù)，因此是一種很有發(fā)展前景的水處理的方法。超聲處理還具有跟別的處理方法一起使用發(fā)揮更大的功效的特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外超聲波滅藻的報(bào)道還不是很多，但其相關(guān)的研究還是不少的，這大大增加了超聲波滅藻的可能性和可行性，因此其應(yīng)是以后重點(diǎn)研究的滅藻方法之一。
現(xiàn)在，國(guó)際上的超聲波滅藻的裝置主要有LG Sound Sonic滅藻儀，Water &Soil Management Associates的Waterman滅藻儀，Sonic Solutions LLC.com提供的滅藻器，Daniel Smith and Associates，LLC提供的Ultrasonic leak detectorsand stethoscopes，hand-held units等。
雖然超聲波用于滅藻及降解藻毒素是一種環(huán)境友好技術(shù)，但相關(guān)研究和試驗(yàn)表明超聲波在環(huán)境水體中的輻射也會(huì)對(duì)周圍水生動(dòng)、植物產(chǎn)生生物效應(yīng)；在利用超聲波滅藻及降解藻毒素時(shí)若對(duì)超聲輻射的范圍不加限制，則有可能對(duì)周圍水生動(dòng)、植物造成不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種用于去除水體中水藻的反射式超聲裝置，達(dá)到超聲僅對(duì)裝置范圍內(nèi)的水藻產(chǎn)生作用，在超聲滅藻時(shí)不會(huì)對(duì)周圍水生動(dòng)、植物造成不利的影響。
技術(shù)方案本發(fā)明的用于去除水體中水藻的反射式超聲裝置，由包括超聲發(fā)射器和拋物線形反射罩兩部分組成，超聲發(fā)射器位于拋物線形反射罩的焦點(diǎn)處；根據(jù)聲學(xué)原理，當(dāng)超聲的頻率較低時(shí)，超聲發(fā)射器輻射出的超聲波可以被看作為一點(diǎn)聲源，超聲發(fā)射器輻射出的超聲波經(jīng)由式y(tǒng)＝kX2(1)確定的拋物線形反射罩的反射，超聲波發(fā)射/反射線受到約束，形成一朝向水面的有限的超聲作用區(qū)域，并在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生超聲空化效應(yīng)作用于水面附近的水藻，達(dá)到超聲滅藻的目的，同時(shí)不會(huì)對(duì)超聲作用區(qū)域外的周圍水生動(dòng)、植物造成不利的影響。是一種利用超聲空化技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)的去除水體中水藻的環(huán)保技術(shù)。
在具體結(jié)構(gòu)方面，該裝置包括超聲波發(fā)射器和超聲波反射體兩部分；其中超聲波發(fā)射器包括后端蓋、配重、第一電極片、第一陶瓷片、第二電極片、第二陶瓷片、超聲輻射頭、密封手柄，由密封手柄和后端蓋組成超聲波發(fā)射器的外殼，在該外殼內(nèi)的上部設(shè)有超聲輻射頭，超聲輻射頭的下部順序設(shè)有第二陶瓷片、第二電極片、第一陶瓷片、第一電極片，在第一電極片的下面設(shè)有配重；超聲波發(fā)射器的外殼通過固定支架與反射罩相固定，反射罩的焦點(diǎn)位于超聲輻射頭上表面的焦點(diǎn)處。
所述超聲波發(fā)射器由噴射流體產(chǎn)生超聲的液哨、或壓電型超聲波換能器、或磁致伸縮型超聲波換能器、或超聲波發(fā)生設(shè)備構(gòu)成。所述反射罩可為拋物線形或錐形。
有益效果超聲處理是一個(gè)很有發(fā)展前途的方法，已應(yīng)用在處理環(huán)境問題的很多方面。超聲波滅藻具有的優(yōu)點(diǎn)有一次性投入、操作簡(jiǎn)便、使用安全、效率高、持續(xù)性強(qiáng)，不易造成二次污染，并且可以與其他很多處理水藻的方法一起使用，增強(qiáng)滅藻效果。超聲這門學(xué)科本身也在飛快的發(fā)展中，為超聲波滅藻打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作為一種新的水處理方法，超聲波應(yīng)用在水藻處理方面有著很廣闊的前景。
雖然超聲波用于滅藻及降解藻毒素是一種環(huán)境友好技術(shù)，但相關(guān)研究和試驗(yàn)表明超聲波在環(huán)境水體中的輻射也會(huì)對(duì)周圍水生動(dòng)、植物產(chǎn)生生物效應(yīng)；在利用超聲波滅藻及降解藻毒素時(shí)若對(duì)超聲輻射的范圍不加限制，則有可能對(duì)周圍水生動(dòng)、植物造成不利的影響。
因此，采用反射式超聲滅藻及降解藻毒素裝置(如圖1所示)形成一有限的超聲輻射場(chǎng)，使超聲僅對(duì)裝置范圍內(nèi)的水藻作用，在超聲滅藻時(shí)不會(huì)對(duì)周圍水生動(dòng)、植物造成不利的影響。


圖1為本發(fā)明的反射式超聲去除水藻及降解藻毒素的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有固定支架1、電源線2、密封圈3、后端蓋4、配重5、第一電極片6、第一陶瓷片7、第二電極片8、第二陶瓷片9、超聲輻射頭10、密封手柄11、反射體12、反射體焦點(diǎn)13。
具體實(shí)施例方式
該裝置包括超聲波發(fā)射器和超聲波反射體兩部分；其中超聲波發(fā)射器包括后端蓋4、配重5、第一電極片6、第一陶瓷片7、第二電極片8、第二陶瓷片9、超聲輻射頭10、密封手柄11，由密封手柄11和后端蓋4組成超聲波發(fā)射器的外殼，在該外殼內(nèi)的上部設(shè)有超聲輻射頭10，超聲輻射頭10的下部順序設(shè)有第二陶瓷片9、第二電極片8、第一陶瓷片7、第一電極片6，在第一電極片6的下面設(shè)有配重5；超聲波發(fā)射器的外殼通過固定支架1與反射罩12相固定，反射罩12的焦點(diǎn)位于超聲輻射頭10上表面的焦點(diǎn)處13。根據(jù)聲學(xué)原理，當(dāng)超聲的頻率較低時(shí)，超聲發(fā)射器輻射出的超聲波可以被看作為一點(diǎn)聲源，超聲發(fā)射器輻射出的超聲波經(jīng)由式(1)確定的拋物線形反射罩的反射，超聲波發(fā)射/反射線受到約束，形成一有限的超聲作用區(qū)域，并在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生超聲空化效應(yīng)作用于水面附近的水藻，達(dá)到超聲滅藻的目的，同時(shí)不會(huì)對(duì)超聲作用區(qū)域外的周圍水生動(dòng)、植物造成不利的影響。
所述超聲波發(fā)射器由噴射流體產(chǎn)生超聲的液哨、或壓電型超聲波換能器、或磁致伸縮型超聲波換能器、或超聲波發(fā)生設(shè)備構(gòu)成。所述反射罩12可為拋物線形或錐形。
權(quán)利要求
1.一種用于去除水體中水藻的反射式超聲裝置，其特征在于該裝置包括超聲波發(fā)射器和超聲波反射體兩部分；其中超聲波發(fā)射器包括后端蓋(4)、配重(5)、第一電極片(6)、第一陶瓷片(7)、第二電極片(8)、第二陶瓷片(9)、超聲輻射頭(10)、密封手柄(11)，由密封手柄(11)和后端蓋(4)組成超聲波發(fā)射器的外殼，在該外殼內(nèi)的上部設(shè)有超聲輻射頭(10)，超聲輻射頭(10)的下部順序設(shè)有第二陶瓷片(9)、第二電極片(8)、第一陶瓷片(7)、第一電極片(6)，在第一電極片(6)的下面設(shè)有配重(5)；超聲波發(fā)射器的外殼通過固定支架(1)與反射罩(12)相固定，反射罩(12)的焦點(diǎn)位于超聲輻射頭(10)上表面的焦點(diǎn)處(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于去除水體中水藻的反射式超聲裝置，其特征在于所述超聲波發(fā)射器由噴射流體產(chǎn)生超聲的液哨、或壓電型超聲波換能器、或磁致伸縮型超聲波換能器、或超聲波發(fā)生設(shè)備構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于去除水體中水藻的反射式超聲裝置，其特征在于所述反射罩(12)可為拋物線形或錐形。
全文摘要
用于去除水體中水藻的反射式超聲裝置，應(yīng)用于因富營(yíng)養(yǎng)化致藻類大量繁殖造成環(huán)境水體污染的處理，該裝置包括超聲波發(fā)射器和超聲波反射體兩部分；其中超聲波發(fā)射器包括后端蓋(4)、配重(5)、第一電極片(6)、第一陶瓷片(7)、第二電極片(8)、第二陶瓷片(9)、超聲輻射頭(10)、密封手柄(11)，由密封手柄(11)和后端蓋(4)組成超聲波發(fā)射器的外殼，在該外殼內(nèi)的上部設(shè)有超聲輻射頭(10)，超聲輻射頭(10)的下部順序設(shè)有第二陶瓷片(9)、第二電極片(8)、第一陶瓷片(7)、第一電極片(6)，在第一電極片(6)的下面設(shè)有配重(5)；超聲波發(fā)射器的外殼通過固定支架(1)與反射罩(12)相固定，反射罩(12)的焦點(diǎn)位于超聲輻射頭(10)上表面的焦點(diǎn)處(13)。
文檔編號(hào)C02F1/38GK1970459SQ200610098030
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者吳巍, 浦躍樸, 尹立紅 申請(qǐng)人:東南大學(xué)