[发明专利]从液体中分离物质的方法和实现该方法的装置

说明书

本发明是关于一种对存在于液体、溶解胶体、悬浮液或乳浊液中物质或微生物进行絮凝、沉积、凝聚、凝结的方法。该方法将所述物质或微生物从液体中分离出来是将含有被分离物质或微生物的液体置于超声波场效应中，而使被分离的粒子聚集在超声波的振节（Vibration    node）区域或振凸起（Vibration    bulge）区域内，从而使积聚的粒子通过沉积从液体中分离出来。

为了在相当短的时间内，通过沉积或过滤使微观大小的悬浮粒子或微生物从液体中分离出来，必须将它们结合成大的颗粒或与大的颗粒凝聚。靠降低粒子表面的静电电荷（去稳定作用）和对它们提供动能（传递），使得凝结法能应用于分散体系。

已经公知的早期方法是将有关液体置于超声波场内，使悬浮在液体中的粒子进行絮凝，然后再将絮凝的物质从液体中分离出来（US-PS    4055491）。

本发明的目的是提供一早期提到的一种方法，其特征是液体，特别是水，为了净化目的，以及为回收原材料或微生物的悬浮液，对其以一种既简单又节能的最为有效的方式进行处理，同样，本发明的目的还在于从含碳的悬浮液中回收优质碳颗粒，即使上述的悬浮液中含有其它物质。

已知声辐射压力将颗粒输送到超声波场的速度凸起面（the    velocity    bulge    Surface    of    the    Ultrasonic    field），意思是这些地方的水分子振幅最高。如果声波频率超过给定的截止频率（fo），只有很少的颗粒伴随着水振动，这就意味着在颗粒和振荡水之间存在最大的相对运动，水分子周期性地以最大声颗粒速度垂直地通过速度凸起面，聚集在速度凸起面的颗粒只有很少的颗粒伴随着水振动，这就在流路截面上产生障碍，必须提高颗粒之间振动水的速度，强制性地降低该处理颗粒之间的压力以保持总的能量恒定。这种在颗粒之间相当低的压力促使颗粒相互吸引，本发明就是利用这种原理来凝结颗粒。

本发明早期所提到的方法，其特征是将含有某种物质或微生物的液体置于一个或多个稳定超声波场中，超声波频率要大于截止频率（fo）的七分之一，最好在截止频率（fo）之半以上的区域，fo定义如下：

fo（Hz）＝0.4775n/R²

其中：n表示液体的动粘度m²/S，R是有效颗粒半径m，球形颗粒的有效颗粒半径R等于它们的半径;其它形状的颗粒半径R是相对于振荡液体相同流体阻力的相同材料的球体颗粒半径。这种计量很适合于达到上述目的，以低的能量就能达到使液体中的物质快速凝结或凝聚。这样，所提供的超声波频率的选择和将其置于一个稳定波场的超声波中，必须产生非常好的效果。

利用激发压电电声波发送器，以共鸣频率或者以一种由共鸣器在超声波暴露空间形成的附加谐波，来形成稳定的超声波场。以便使稳定的超声波场建立在超声波暴露空间里，应该理解到共鸣器的整个传声层包装，包括它们的表面，全部暴露在超声波中，声波可以在这些面上得到反射。

稳定的平面超声波场的力作用在被净化的液体上，而使颗粒在与声音传播方向垂直的延伸面上自行排列起来。该面的距离相当于有关液体中超声波长的一半。其结果是颗粒在相应的面上得到凝聚，当凝聚形成到足够大时，很容易利用沉积和过滤将它们从液体中分离出来。

在大多数情况下，液体在流动时很容易暴露于超声波之中。进而也很容易使液体以与超声波传播方向接近直角的方向通过一个或多个稳定的超声波场。如果液体的流动是层流的话，那就更为有利。

当悬浮液流过超声波场时，颗粒将在此受到阻滞，并凝聚下来，而液体以净化状肟ǔ　Ｎコ畚铮稍诔ū┞犊占涞南旅嫔柚贸粱占洹Ｈ缟舸シ较蚴撬降模帕Ｒ源怪泵娴男问阶孕信帕衅鹄矗⒃诖顺粱谛纬山洗竽畚锖螅苤亓ψ饔枚两档匠粱占淅铩?

然而，在超声波暴露空间中的液体流速可选择这样高，以便使凝聚物与液体一起排出，随后，利用沉积或过滤将液体中所含的物质与液体分离。

可以使液体以声音传播方向或与此相反的方向通过超声波场。