[实用新型]柱形升流式耦合超声波反应器装置

说明书

本实用新型是一种柱形升流式耦合超声波反应器装置；柱形升流式耦合超声波反应器由大功率超声波换能器、反应器槽体、多频低功率超声波换能器、反应器外壳和超声波电源组成；大功率超声波换能器设置在反应器底部，多台多频低功率超声波换能器布置于反应器槽体侧壁上，每侧壁上下换能器、两侧壁相邻的换能器频率不同。耦合超声波声场是由底部或侧壁布置的多台不同类型的超声波探头实现的；底部设有单台大功率超声波换能器探头，在该大功率换能器探头辐射范围的反应器槽体侧壁外面，分别设有多台多个频率、低功率的超声波换能器；以使多个超声波换能器共同辐射污泥破解反应区域，且声场不会抵消，最大化形成驻波和耦合声场，以增强声波的破解作用。

技术领域

本实用新型公开了一种柱形升流式耦合超声波反应器装置。

背景技术

随着经济的发展，城镇化进度不断加快，污水处理厂的数量也逐渐增多，污泥，作为污水处理厂的副产物，数量也逐渐增加。污泥中组分复杂，包括大量有机物、氮、磷、重金属等物质，如果没有进行妥善处理处置，会对环境产生较为严重的污染。常用的污泥处理方法有填埋、焚烧、厌氧消化等，其中，厌氧消化可以实现污泥的减量化、稳定化、资源化和无害化，是众多处理方法中，厌氧消化极有应用前景。但是由于污泥中大量的有机物被微生物菌胶团所包裹，如果直接进行厌氧消化，常需要较长的时间才能水解微生物细胞壁和菌胶团，释放有机物进入液相，极大的抑制了厌氧消化效率和甲烷的产量。超声波作为一种预处理的方法，可以破解污泥细胞壁和菌胶团，将污泥中的有机物暴露于液相环境，从而有效的缩短厌氧消化的时间，提高反应效率，增加生物气产量。

超声波是指频率在20-100kHz范围内的声波，作为一种物理化学方法，在医疗、机械制造、清洗等行业已有成熟应用。随着环境技术的发展，超声在污水处理领域也有了工业化应用，其作用机制主要是利用声波在液体中的空化作用，产生爆裂气泡和自由基，从而降解有机污染物。自19世纪90年代超声波首次应用于污泥的破解研究开始，近年来超声波已经成为了污泥领域研究的热点。许多文献已报道超声波可以有效破解污泥，使污泥中有机物从固相转化为液相，从而促进厌氧消化效率。然而，现有的超声波技术和设备大多是高能耗低处理量，这严重制约了超声波技术的工业化进程。因此，截至目前，超声波技术在污泥处理领域仍未见成熟的工业化应用。

传统的超声波反应器可分为变幅杆式超声波反应器和槽式超声波反应器。变幅杆式超声波反应器的特点是具有较大的破解功率，从而具有较强的破解声场，污泥在该反应器中可以在短时间内得到有效的破解，然而由于所有的功率集中于单换能器探头上，在反应器内的破解声场均匀度较差，容易造成能源的浪费。而槽式超声波反应器主要是利用多个压电陶瓷式超声波换能器布置于反应器底部或侧壁，其反应器声场均匀度较好，且有声波驻波可以增强其破解效果，能源利用效率较高，并且槽式超声波反应器具有较大的处理流量，但是由于其功率较低，声场弱，常需要较长的破解时间才能达到理想的破解效果。目前，德国科学家在变幅杆式超声波反应器预处理污泥领域已有工业化的尝试，但由于其能耗较高，处理量有限，在世界范围内应用较少。而槽式超声波反应器虽然在超声波清洗领域已有成熟应用，但由于破解程度较低，在污泥预处理领域仅限于实验室规模，未见有工业化规模的应用。

各国的科学家对如何降低超声能耗、提高超声反应器处理效率和缩短停留时间上进行了大量的试验研究。其中大部分是通过和其他方法相结合，如超声波耦合碱解、超声波耦合生物菌剂、超声波耦合热预处理等等，通过和其他方法耦合时不同破解机制的作用，发挥协同作用，可以取得较好的破解效果，但是由于该类方法需要对设备或工艺进行更新，极大了增加了工艺成本，或要求投加药剂，容易对环境带来污染，因此并未得到广泛的应用。

实用新型内容

为解决此类问题，本实用新型提出了一种柱形升流式耦合超声波反应器装置。污泥由该柱形升流式耦合超声波反应器底部流入，升流至顶部流出，升流的目的第一是可以使污泥充分填满整个反应器，从而超声波不会空放，且底部流入顶部流出，可以使污泥处于搅拌的状态，污泥更均匀的流经反应器腔体，有利于超声破解；第二是可以实现动态破解，从而处理量扩大化，实现工业化应用。