專利名稱：超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化廢水的方法，特別是一種去除廢水中揮發(fā)性污染物的方法。
背景技術(shù)：
許多工業(yè)廢水中含有苯及其衍生物等揮發(fā)性有機(jī)污染物，嚴(yán)重影響著水體質(zhì)量，飲用水中的消毒副產(chǎn)物如氯代烴類揮發(fā)性有機(jī)污染物，對人類的健康構(gòu)成了威脅，生活污水處理后的尾水中含有大量的氨態(tài)氮揮發(fā)性無機(jī)污染物，是形成水體富養(yǎng)化的主要因素之一，還有其它污染物嚴(yán)重影響著人類賴以生存的水環(huán)境。
針對這種情況，人們開發(fā)了許多有效的深度處理技術(shù)去除這些揮發(fā)性污染物以凈化廢水，目前具有代表性的工藝有活性炭吸附、大孔樹脂吸附、各種膜生物反應(yīng)器、光催化氧化、氣體吹脫等。其中，活性炭和大孔樹脂吸附是依靠物理和化學(xué)吸附分離的方法來去除污染物，膜生物反應(yīng)器和光催化氧化是依靠化學(xué)和生物氧化的方法來去除還原性污染物。但它們的處理效果均不理想。
氣體吹脫是依靠污染物的揮發(fā)性質(zhì)使污染物從液相轉(zhuǎn)移到氣相以達(dá)到凈化廢水的方法。一般是在水處理器底部放有曝氣裝置，風(fēng)機(jī)送來的空氣被曝氣頭分散成微小氣泡，在廢水主體形成氣液兩相，廢水中的揮發(fā)性污染物從液相轉(zhuǎn)移到氣相中，隨氣泡離開液體而去除。從氣體吹脫機(jī)理上來看，微小氣泡內(nèi)部壓力接近并稍大于一個大氣壓，根據(jù)汽液平衡理論，污染物轉(zhuǎn)移到氣泡的平衡濃度較低，所以吹脫速率和效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出一種吹脫速率和效率高的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的方法，其特征在于它采用如下步驟a.先設(shè)置上面開口的處理容器，并在該容器內(nèi)底部設(shè)置向上發(fā)出超聲波的超聲波換能器，其超聲波的頻率控制在20-80KHz，聲強(qiáng)控制在0.1-3.0W/cm2；b.將所需處理的廢水從上述容器中通過，其水力停留時間不少于30秒，使廢水中的揮發(fā)性污染物被超聲波吹脫，完成廢水的凈化處理。
本發(fā)明在國內(nèi)外首次提出了利用超聲波技術(shù)吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的方法，并為超聲波開辟了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明較好地解決了氣體吹脫揮發(fā)性污染物速率和效率較低的問題，具有快速、低耗、高效凈化主含揮發(fā)性污染物廢水的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所涉及的超聲波技術(shù)為成熟技術(shù)，工藝上較易實(shí)現(xiàn)，制作簡單，操作也較方便，因而具有較大的推廣價值，前景十分廣闊。本發(fā)明可應(yīng)用于飲用水消毒副產(chǎn)物、尾水中的氨氮及工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)廢水中有機(jī)物的吹脫和凈化。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的方法步驟如下1、先設(shè)置上面開口的處理容器，并在該容器內(nèi)底部設(shè)置向上發(fā)出超聲波的超聲波換能器(如采用無錫德嘉電子有限公司生產(chǎn)的型號為DG-200的超聲波換能器)，其超聲波的頻率控制在20-80KHz，聲強(qiáng)控制在0.1-3.0W/cm2。
2、將所需處理的廢水從上述容器中通過，其水力停留時間不少于30秒，使廢水中的揮發(fā)性污染物被超聲波吹脫，完成廢水的凈化處理。
本發(fā)明中，超聲波的各種應(yīng)用主要基于超聲波空化效應(yīng)。超聲空化(Ultrasonic Cavitation)通常是指，介質(zhì)中存在的微小氣泡(空化核)在超聲波作用下被激活所表現(xiàn)出的振蕩、生長、收縮、崩潰等一系列動力學(xué)過程?？栈荼罎r，極短時間在空化泡周圍的極小空間，產(chǎn)生5000K以上的高溫和大約5×107Pa的高壓，溫度變化率高達(dá)109K/s，并伴生強(qiáng)烈的沖擊波和時速達(dá)400km的射流。
本發(fā)明的理論根據(jù)的是超聲空化效應(yīng)。空化效應(yīng)實(shí)際上不只在介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生，在表面也同時存在。空化泡形成初期內(nèi)部壓力極低，接近于真空，揮發(fā)性物質(zhì)迅速蒸發(fā)為氣體進(jìn)入空化泡，并于介質(zhì)表面隨空化泡崩潰而吹脫。由于空化泡內(nèi)的壓力比氣體吹脫技術(shù)中微小氣泡壓力(1個大氣壓)要低得多，揮發(fā)性轉(zhuǎn)移到氣泡的平衡濃度和速率高得多，所以吹脫速率和效率也高得多。
當(dāng)對水處理器中的廢水進(jìn)行超聲波輻照時，廢水表面也發(fā)生空化效應(yīng)，產(chǎn)生許多空化泡，廢水中的揮發(fā)性污染物迅速進(jìn)入空化泡，并在液體表面隨空化泡的崩潰而離開廢水主體，從而使廢水得到凈化。超聲波頻率范圍為20-80kHz，聲強(qiáng)范圍為0.1-3.0W/cm2，其關(guān)鍵就是在一定的超聲波頻率和強(qiáng)度下使液體能產(chǎn)生空化效應(yīng)。
本發(fā)明對廢水中揮發(fā)性污染物的吹脫效果與超聲波產(chǎn)生的空化泡數(shù)量有關(guān)，空化泡數(shù)量越多，吹脫效果越好。由于污染物的吹脫只發(fā)生在廢水表面，所以同樣體積的水，表面積越大吹脫效果越好。超聲吹脫效果還與廢水中的揮發(fā)性污染物的物化性質(zhì)有關(guān)，揮發(fā)性能越大，吹脫效果越好。
本發(fā)明的吹脫裝置可采用矩形體容器，無上蓋，廢水通過管道從容器一端進(jìn)入，從另一端流出，容器底部置有一個或若干個超聲波換能器，用來產(chǎn)生超聲波，吹脫容器根據(jù)處理水量可大可小。廢水在容器中的停留時間與廢水中的溶解性有機(jī)污染物的濃度和物化性質(zhì)有關(guān)。揮發(fā)性能越大，吹脫效果越好。濃度越低，停留時間越少。
實(shí)施例1對于主含氯苯類的工業(yè)廢水，在頻率40kHz、聲強(qiáng)1.5W/cm2超聲波作用下，廢水上表面積與截面積之比為2∶1時(即處理容器開口的表面積與處理容器垂直水流的截面積之比)，水力停留時間1min時，氯苯吹脫率達(dá)到50％以上，水力停留時間5min時，氯苯吹脫率即達(dá)90％以上，水力停留時間12min時，氯苯可以完全被吹脫。
實(shí)施例2對于主含消毒副產(chǎn)物如氯代烴等的飲用水，在頻率20kHz、聲強(qiáng)2.5W/cm2超聲波作用下，廢水上表面積與截面積之比為3∶1時，水力停留時間3min時，氯代烴吹脫率即達(dá)95％以上，水力停留時間8min時，氯代烴可以完全被吹脫。
實(shí)施例3對于主含氨態(tài)氮的生活污水尾水，在頻率80kHz、聲強(qiáng)0.1W/cm2超聲波作用下，廢水上表面積與截面積之比為1∶1時，水力停留時間8min時，氨態(tài)氮吹脫率即達(dá)95％以上，停留時間15min時，氨態(tài)氮可以完全被吹脫。
權(quán)利要求
1.一種超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的方法，其特征在于它采用如下步驟a.先設(shè)置上面開口的處理容器，并在該容器內(nèi)底部設(shè)置向上發(fā)出超聲波的超聲波換能器，其超聲波的頻率控制在20-80KHZ，聲強(qiáng)控制在0.1-3.0W/cm2；b.將所需處理的廢水從上述容器中通過，其水力停留時間不少于30秒，使廢水中的揮發(fā)性污染物被超聲波吹脫，完成廢水的凈化處理。
2.按權(quán)利要求1所述的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的方法，其特征在于所述處理容器內(nèi)底部設(shè)置的超聲波換能器的數(shù)量或?yàn)橐粋€，或?yàn)槎鄠€。
3.按權(quán)利要求1所述的超聲波吹脫廢水中揮發(fā)性污染物的方法，其特征在于被處理廢水的上表面積大于或等于被處理廢水的截面積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種去除廢水中揮發(fā)性污染物的方法，它先設(shè)置上面開口的處理容器，并在該容器內(nèi)底部設(shè)置向上發(fā)出超聲波的超聲波換能器，其超聲波的頻率控制在20－80KHz，聲強(qiáng)控制在0.1－3.0W/cm
文檔編號C02F1/36GK1412123SQ0214845
公開日2003年4月23日 申請日期2002年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月9日
發(fā)明者靳強(qiáng), 鄭正, 蔣婷婷, 夏明芳, 張全興 申請人:南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院