一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置与方法，可应用于扫频超声降解煤气废水过程处理与监测研究，属于超声空化物理加工与检测领域，包括扫频超声处理系统、传感器监测系统，煤气废水和活性炭共同投入扫频超声处理系统的有机玻璃反应槽中，同时将传感器监测系统中的PVDF压电薄膜传感器置于盛有煤气废液和活性炭的有机玻璃反应槽内，监测扫频超声处理系统产生的超声场，PVDF压电薄膜传感器通过电线连接到示波器上，通过示波器的读数反映出超声空化信号，不仅直观快速监测扫频超声场作用效果，同时可以降解煤气废水。

A monitoring device and method for the degradation of coal gas wastewater by frequency sweep ultrasound and activated carbon

【技术实现步骤摘要】
一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置与方法
本专利技术涉及一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置与方法，可应用于扫频超声降解煤气废水过程处理与监测研究，属于超声空化物理加工与检测领域。
技术介绍
工业生产产生的废水里面含有大量的酚类、氨类、氮类等有机物并很难降解，因此焦化煤气废水具有很大的毒性。超声技术协同活性炭共同作用在去除水中的污染物中有很明显的效果，尤其是扫频模式超声，其降解效果更加明显。超声技术的机理主要为空化效应，超声传播过程中存在正压和负压的交替周期，这一周期的存在对介电分子起到了压缩和张力的交替作用。当超声波能量达到一定值时，液体介质就会破裂，产生空洞和大量的微气泡。活性炭具有无数的细小的空隙，能有效地除臭、脱色和去除水质中的有害物质。超声波协同活性炭共同作用时，超声波的空化作用把活性炭表面的一些杂质去除掉，形成新的表面。同时活性炭的比表面积变大，吸附性能变得更好。目前超声场衡量手段主要有两种方法，一种是通过高速摄像机来拍摄煤气废水降解过程中的空泡作用，表征超声场作用效果，但设备较为昂贵，且难以量化拍摄的结果；另一种是采用数学软件模拟计算的方法，但由于计算中数据存在一定的误差，导致结果不够精确。本专利技术不同于以上两种方法，能够经济有效地解决问题，通过对煤气废水降解过程中的空化空泡进行跟踪，得到数值谱线，根据电压信号的浮动和波形频率的变化进行频谱分析，就能够实时监测空化空泡脉动的全过程。聚偏氟乙烯（PVDF）压电膜是一种换能性高分子敏感性材料，具有较高的化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性、高耐冲和耐疲劳能力。PVDF压电膜质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，应用灵敏度高，在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，与压电陶瓷相比有更低的导热性，PVDF压电膜制成的PVDF压电薄膜传感器可用于测量超声空泡脉动的信号。将施加在PVDF压电薄膜传感器上的瞬时压力转化为电信号，并由示波器以电压信号形式予以记录和存储，能够通过电压信号的浮动和波形频率的变化直接衡量空化空泡的脉动过程，将得到的结果量化为数值结果，更为直观和精确地表征超声场作用效果。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的缺陷不足，提供一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置与方法，该方法简单易于操作，并且方法实施的成本较低。为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置，包括扫频超声处理系统、传感器监测系统，所述扫频超声处理系统包括扫频超声发生器、扫频超声平板换能器、有机玻璃反应槽，扫频超声平板换能器放入盛有煤气废水和活性炭的有机玻璃反应槽内，扫频超声发生器发出的电能由扫频超声平板换能器转换成机械能，发出机械声波，作用到有机玻璃反应槽中的煤气废水里面；所述传感器监测系统包括PVDF压电薄膜传感器、示波器、L型树脂支架，PVDF压电薄膜传感器粘合在L型树脂支架下方的L型树脂支架底面上，PVDF压电薄膜传感器上有正电极和负电极，两根电线一端分别铆接在正电极和负电极上，电线绕在L型树脂支架上，外层再用防水绝缘胶布包裹，L型树脂支架和PVDF压电薄膜传感器位于有机玻璃反应槽内；绕过L型树脂支架的两根电线另一端与电阻并联，并与示波器上一个通道的探头正负极连接。上述方案中，扫频超声平板换能器位于扫频超声平板换能器把手上，所述扫频超声平板换能器把手通过有机玻璃反应槽外侧的铁架台A固定。上述方案中，L型树脂支架由有机玻璃反应槽外侧的铁架台B固定。上述方案中，扫频超声平板换能器长为18cm、宽为14cm、高为5cm，功率为250W。上述方案中，有机玻璃反应槽为立方体，长为20cm，宽为16cm，高为50cm。上述方案中，PVDF压电薄膜传感器长为1cm、宽为1cm，厚为30μm。上述方案中，L型树脂支架总高度为50cm，L型树脂支架底部横向总长度为10cm，L型树脂支架底面长为1cm，宽为1cm。本专利技术还提供一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置的监测方法，其特征在于，按照下述步骤进行：（1）先称取50g活性炭，均匀铺洒在有机玻璃反应槽底部，倒入煤气废水，体积约为有机玻璃反应槽的4/5，进行搅拌混合；（2）在L型树脂支架的底面均匀涂抹一层厚度为10μm-30μm的AB胶，工作面的尺寸根据PVDF压电薄膜传感器的尺寸来确定，保证PVDF压电薄膜传感器能完全粘合在底面上，作为工作面，工作面尺寸为1cm×1cm；PVDF压电薄膜传感器一侧有正电极和负电极，两根电线分别铆接在正电极和负电极上，电线长度为2m，用作声压信号的输出，为防止正电极和负电极在煤气废液中作业时短路，用AB胶均匀涂抹正电极和负电极以及与它们铆接的两根电线端头，静置24h后再开始使用；随后将与PVDF压电薄膜传感器正电极和负电极铆接的两根电线绕在L型树脂支架上，外部用防水绝缘胶布包裹，放入盛有煤气废水和50g活性炭的扫频超声处理系统有机玻璃反应槽内；两根电线绕过L型树脂支架后与50Ω的电阻并联，并将与示波器上一个通道的探头正负极连接，通过示波器将采集的声波电压信号；（3）将扫频超声平板换能器置于盛有煤气废水和50g活性炭的有机玻璃反应槽内，用铁架台夹住扫频超声平板换能器把手，扫频超声平板换能器沉入煤气废水液面以下1cm-2cm的位置，调整PVDF压电薄膜传感器的位置，使其位于扫频超声平板换能器正下方中间位置，以准确监测煤气废水降解过程中的扫频超声场作用。本专利技术的有益效果：（1）该方法实施的成本较低，且简单易于操作；（2）不仅提高了煤气废水的降解率，还可对煤气废水降解过程中的扫频超声场作用进行实时监测，通过电压波形变化衡量扫频超声场空化效果，直观又精确；（3）可对多模式超声作用数据进行采集与分析，预测煤气废水降解程度。附图说明图1为扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置示意图；图2扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置获得的波形图；其中，1.扫频超声发生器2.扫频超声平板换能器3.扫频超声平板换能器把手4.有机玻璃反应槽5.PVDF压电薄膜传感器6.示波器7.L型树脂支架8.L型树脂支架底面9.电阻10.电线11.铁架台A12.铁架台B。具体实施方案为更好说明本专利的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，煤气废水和活性炭共同投入扫频超声处理系统的有机玻璃反应槽中，同时将传感器监测系统中的PVDF压电薄膜传感器置于盛有煤气废液和活性炭的有机玻璃反应槽内，监测扫频超声处理系统产生的超声场，PVDF压电薄膜传感器通过电线连接到示波器上，通过示波器的读数反映出超声空化信号；所述扫频超声处理系统，包括扫频超声发生器1、扫频超声平板换能器2、有机玻璃反应槽4，扫频超声发生器1发出的电能由扫频超声平板换能器2转换成机械能，发出机械声波，作用到有机玻璃反应槽4中的煤气废水里面；扫频超声平板换能器2长为18cm、宽为14cm、高为5cm，功率为250W；用铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置，其特征在于，包括扫频超声处理系统、传感器监测系统，所述扫频超声处理系统包括扫频超声发生器（1）、扫频超声平板换能器（2）、有机玻璃反应槽（4），扫频超声平板换能器（2）放入盛有煤气废水和活性炭的有机玻璃反应槽（4）内，扫频超声发生器（1）发出的电能由扫频超声平板换能器（2）转换成机械能，发出机械声波，作用到有机玻璃反应槽（4）中的煤气废水里面；所述传感器监测系统包括PVDF压电薄膜传感器（5）、示波器（6）、L型树脂支架（7），PVDF压电薄膜传感器（5）粘合在L型树脂支架（7）下方的L型树脂支架底面（8）上，PVDF压电薄膜传感器（5）上有正电极和负电极，两根电线（10）一端分别铆接在正电极和负电极上，电线（10）绕在L型树脂支架（7）上，外层再用防水绝缘胶布包裹，L型树脂支架（7）和PVDF压电薄膜传感器（5）位于有机玻璃反应槽（4）内；绕过L型树脂支架（7）的两根电线（10）另一端与电阻（9）并联，并与示波器（6）上一个通道的探头正负极连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置，其特征在于，包括扫频超声处理系统、传感器监测系统，所述扫频超声处理系统包括扫频超声发生器（1）、扫频超声平板换能器（2）、有机玻璃反应槽（4），扫频超声平板换能器（2）放入盛有煤气废水和活性炭的有机玻璃反应槽（4）内，扫频超声发生器（1）发出的电能由扫频超声平板换能器（2）转换成机械能，发出机械声波，作用到有机玻璃反应槽（4）中的煤气废水里面；所述传感器监测系统包括PVDF压电薄膜传感器（5）、示波器（6）、L型树脂支架（7），PVDF压电薄膜传感器（5）粘合在L型树脂支架（7）下方的L型树脂支架底面（8）上，PVDF压电薄膜传感器（5）上有正电极和负电极，两根电线（10）一端分别铆接在正电极和负电极上，电线（10）绕在L型树脂支架（7）上，外层再用防水绝缘胶布包裹，L型树脂支架（7）和PVDF压电薄膜传感器（5）位于有机玻璃反应槽（4）内；绕过L型树脂支架（7）的两根电线（10）另一端与电阻（9）并联，并与示波器（6）上一个通道的探头正负极连接。


2.根据权利要求1所述的一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置，其特征在于，扫频超声平板换能器（2）位于扫频超声平板换能器把手（3）上，所述扫频超声平板换能器把手（3）通过有机玻璃反应槽（4）外侧的铁架台A（11）固定。


3.根据权利要求1所述的一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置，其特征在于，L型树脂支架（7）由有机玻璃反应槽（4）外侧的铁架台B（12）固定。


4.根据权利要求1或2或3所述的一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置，其特征在于，扫频超声平板换能器（2）长为18cm、宽为14cm、高为5cm，功率为250W。


5.根据权利要求1或2或3所述的一种扫频超声协同活性炭降解煤气废水监测装置，其特征在于，有机玻璃反应槽（4）为立方体，长为20cm，宽为16cm，高为50c...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，胡洋，徐欣，周若雨，朱兰，杨倩，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32