[发明专利]具有电极特性的超声处理腔

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于对如水性流出物的液体进行超声处理和电解的 系统，具体用于对流动液体进行超声处理和电解；更具体地，涉及包括处 理腔的系统，该系统用于对水性流出物进行超声处理和电解以处理水性流 出物中的一种或多种组份。

背景技术

必须对大量液体进行处理以遵守关于向环境排放的政府法律。例如， 许多水流通常包括一种或多种杂质，例如，悬浮固体、溶解的有机物质、 微生物、溶解的矿物质等。另一个例子为织物印染工艺。具体而言，在几 乎所有织物印染工艺中，所用着色剂的一部分都没有与基质结合。这些未 结合的染料和反应物通常由水冲洗过程去除，从而产生大量必须以对环境 而言可接受的方式处理掉的水性流出物。此外，在进行处理前，通常还需 要对废水(即水性流出物)进行处理，以消灭、去除和/或氧化细菌、孢子 和其他微生物。

之前用于处理掉水性流出物中的组份的尝试是使流出物经过连续化 学反应器，如包括具有特定表面功能的吸附性珠子或微粒的活塞流反应 器，通过这些反应器，流出物中的染料和其他废物组份得到吸附。具体而 言，将珠子或微粒封装在活塞流反应器中的柱状物里面，对水性流出物进 行泵吸使之流经该柱状物，从而暴露珠子或微粒的表面以吸附流出物中的 组份。这部分组份可以被珠子或微粒的表面或其中的小孔吸附。

用如传统活塞流反应器中的柱状物来处理水性流出物的一个问题是， 待吸附的许多组份(如染料和反应物)必须通过围绕珠子或微粒的液力边 界层。该边界层对于这些组份而言是阻力源，这会延长吸附过程、增加去 除水性流出物中未结合组份的时间和成本。

之前用来降低去除水性流出物中的组份所需的吸附时间的一种尝试 是增加活塞流反应器中的处理流的流速。这会减小液力边界层的厚度，由 此增加向珠子和微粒表面传送组份的速率。然而，该方案使得对于吸附过 程而言在活塞流反应器中的停留时间较短。此外，反应器上的压力降会增 大，因而需要较大几何形状的活塞流反应器和处理设备。

其他的尝试采用基于臭氧的净化。然而，历史上，臭氧净化并未用于 高浓度污染物，这是因为难以将足够的臭氧加到水里，而且，资金和能量 成本也很高。因而，必须用其它替代方法来处理掉具有高浓度污染物的水 性流出物。例如，制造杀虫剂和除草剂中间产品的废水可能包括10,000单 位的COD(化学需氧量)，这些废水被运走并作为危险垃圾深井灌注，否 则的话，硝基酚会对市政处理工厂造成毒害。此外，这些高浓度废流体泡 沫很多。使用如臭氧的气体氧化污染物会引起稳定的泡沫形成泵和随之而 来的空化问题。

基于前述内容，本领域需要一种处理系统，该系统既可以防止形成厚 的液力边界层，从而可以更快更有效地去除水性流出物中的组份，又可以 容易地去除水性流出物中的甚至高浓度废弃组份。

发明内容

根据一方面，用于处理液体的处理腔总体包括具有纵向相对端和内部 空间的细长外壳。该外壳总体上在其至少一个纵向端封闭，并具有至少一 个输入端口和至少一个输出端口，该输入端口将液体接纳至外壳的内部空 间，在对液体进行超声处理后再通过该输出端口将液体排出外壳。输出端 口和输入端口纵向间隔开，使得液体在外壳的内部空间内沿纵向从输入端 口流到输出端口。细长超声波导组件在外壳的内部空间内纵向延伸并可工 作在预定的超声频率以对外壳内流过的液体施加超声能量。

波导组件包括：细长超声变幅杆(ultrasonic horn)，其至少部分放置 在外壳的输入端口和输出端口之间并具有定位成和外壳内从输入端口流 到输出端口的液体相接触的外表面。多个分立的搅动构件以纵向彼此间隔 开的关系与输入端口和输出端口之间的变幅杆外表面接触并从外表面横 向向外延伸。搅动构件和变幅杆构造并设置成在变幅杆以预定频率超声震 动时搅动构件相对于变幅杆动态运动并工作于与预定频率和腔内被处理 液体相对应的搅动构件的超声空化模式。电流源另外与变幅杆的外表面和 外壳的侧壁电接触，从而在外壳的内部空间内产生电极电势。一个特别优 选的实施例中，处理腔还包括至少第一绝缘构件和第二绝缘构件，使外壳 和波导组件电绝缘。