[实用新型]超声波水处理装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超声波水处理装置，特别地用于超声除藻，亦可有效地超声处理有机废水。

背景技术

超声波通常是由一定频率的电磁波经换能器转换而来。超声波在清洗、水处理、中药萃取、焊接等领域有着广泛的应用，其中超声波水处理是超声波应用较为广泛的领域之一。

在富营养水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”。水华引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类死亡，更为严重的是给环湖的居民饮用水造成不可估量的危害，危及生存环境。近年来，我国太湖、巢湖、滇池等频繁爆发水华，给当地的生产和生活带来了严重不便，引起了巨大的经济损失。目前，对藻类的处理方法包括捕捞、絮凝、化学氧化、超声处理等，而超声处理作为一种效率高、环境友好的藻类处理技术，近年来受到了越来越多关注。超声除藻主要是利用超声波在水中传播所引起的机械效应和空化效应，超声波引起的冲击波、射流、辐射压等使蓝藻赖于浮在水面的气囊破裂，让蓝藻沉降到水面以下，使其集聚能力丧失，繁殖能力降低；同时，超声空化产生的高温高压和大量自由基，可以破坏藻细胞内活性酶和活性物质，从而影响细胞的生理生化活性，使藻细胞生物活性消失。

我国已有超声处理蓝藻的先例，2007年12月江苏常州在其所在的太湖流域下水了我国第一条从日本进口的“常州岛田一号”超声波蓝藻消杀船，把超声波治理蓝藻技术运用在太湖流域实际中；2008年9月上旬，我国研制的第一艘具有完全自主知识产权的超声除藻船舶“大友之星01号”正式下水启用。现有超声除藻装置所采用的超声波频率大都为20kHz，功率较小，声强在0.1~10W/cm²。如“大友之星01号”采用低频低功率超声辐射藻类，其超声频率为20kHz，声强为0.16W/cm²，此种超声处理需要5分钟才能对蓝藻产生明显的抑制作用（陆宝平．超声除藻的应用基础研究[D]．东南大学博士学位论文，南京，2007．）。有研究表明，当采用频率为20kHz，声强为10W/cm²的超声波时，超声处理15秒即可杀死部分蓝藻，对蓝藻的生长产生明显的抑制作用（丁暘、浦跃朴、尹立红、邱潇潇、李云晖、吴巍,超声除藻的参数优化及其在太湖除藻中的应用,东南大学学报(自然科学版),2009，39（2））。这说明，增大声强可显著减少超声处理的时间，这对超声除藻技术在太湖、巢湖等常产生大面积水华的湖泊中的应用具有重要意义。不过，即使是15秒钟的超声处理时间，对于大面积的水华爆发时的应急处理也显得效率低下。为了进一步缩短超声处理时间，增大声强是一种可行的办法。

现有的超声波除藻装置几乎全部采用压电换能器进行设计，通常压电换能器因自身材料传热性差而导致换能器本身散热性较差，由于换能器散热性差、并且压电陶瓷本身抗张能力差，限制了换能器输入功率的提高，由此也限制了所产生的超声波的声强的增大。市面上广泛使用的换能器其输入功率通常都不超过100W，其声强值通常小于10W/cm²；市面还存在的部分输入功率能达到1000W、声强值可以超过20W/cm²（其声强值可以通过添加变幅杆而加以放大）的压电换能器，但由于其散热能力的限制，也只能短时间、间歇式地工作，无法实现长时间连续工作。另外，现有的超声波除藻装置大都直接将换能器整体密封，放入水体中工作，这对换能器的密封提出极高的要求。并且，即使是密封非常好的条件下，由于换能器所处环境恶劣，经常发生漏水导致换能器损坏的现象。

鉴于水华爆发时对超声除藻设备的处理效果和处理能力提出了极大的要求，又考虑到大功率的压电换能器难以在上述恶劣的条件下使用，因而，有必要提供一种能克服上述缺陷的高效的超声波水处理装置。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有超声除藻设备的不足，提供一种结构简单、体积小、效率高、效果好、处理量大的超声波水处理装置。

本实用新型的目的是通过以下方案实现的：一种超声波水处理装置，其包括超声处理单元和用以输出交流电信号的超声控制设备，超声处理单元包括管式容器、和用以将交流电信号转换成超声波机械振动的换能器，换能器受控地连接至超声电源，管式容器的管壁上设有进水口和出水口，其中，换能器是磁致伸缩换能器，并且设置在管式容器的端部，使得磁致伸缩换能器的工作头位于管式容器的空间内。

优选地，磁致伸缩换能器的输入频率为15~25kHz，最大输入功率超过1500W，并且超声波声强超过50W/cm²。