阅读说明：本技术 一种混合液体分离装置及方法 (Mixed liquid separation device and method ) 是由 姚瀚威 刘鹏 范涛 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种混合液体分离装置及方法,属于水处理技术领域；该混合液体分离装置包括容器、超声波发生组件和反射面；容器壁体设有进口和出口；超声波发生组件具有声波发射部,声波发射部与反射面设置于容器的两侧,超声波发生组件用于通过声波发射部往反射面的方向发出射波,反射面用于将出射波往声波发射部的方向反射,以形成反射波；反射面与声波发射部之间被配置为,形成的反射波与出射波叠加形成驻波；该混合液体分离方法包括液体导入步骤、驻波分离步骤和液体导出步骤。本发明通过超声波发生组件与反射面的配合,能够在容器内产生驻波,利用驻波场的作用,能够快速地使得混合液体得到分离,处理效果好。(The invention discloses a mixed liquid separation device and a method, belonging to the technical field of water treatment; the mixed liquid separation device comprises a container, an ultrasonic wave generation assembly and a reflecting surface; the wall body of the container is provided with an inlet and an outlet; the ultrasonic wave generating assembly is provided with a sound wave emitting part, the sound wave emitting part and the reflecting surface are arranged on two sides of the container, the ultrasonic wave generating assembly is used for emitting emergent waves to the direction of the reflecting surface through the sound wave emitting part, and the reflecting surface is used for reflecting the emergent waves to the direction of the sound wave emitting part to form reflected waves; the reflecting surface and the sound wave emitting part are configured to form a standing wave by the formed reflected wave and the emergent wave in a superposition mode; the mixed liquid separation method comprises a liquid introduction step, a standing wave separation step and a liquid discharge step. The ultrasonic wave generating assembly is matched with the reflecting surface, standing waves can be generated in the container, the mixed liquid can be quickly separated under the action of the standing wave field, and the treatment effect is good.)

一种混合液体分离装置及方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种混合液体分离装置及方法。

背景技术

目前，分离技术是伴随着家用、工业的发展而产生的，分离技术的进步可以说是促进人类生产力的基石。直至现代，蒸发、干燥、结晶等仍然在医疗、食品等工业中广泛应用，而在化学工业中不得不提膜分离技术的重要地位，人们为寻求节能高效的分离方法，膜分离技术解决了传统分离技术在大水量、高能耗的瓶颈，至今发展常见的微滤、超滤、纳滤、反渗透来分离不同精度的物质，满足工艺物料生产需求。

而在近代，超声波分离技术也有着不可忽视的前景，利用超声波的空化作用，热作用，机械作用等特性，将能量释放到混合水上，使之迅速地交替压缩和膨胀，产生一系列物理作用实现各类物质的分离。物料介质在超声波的作用下，当处在膨胀的半个周期内，介质受到拉力呈气泡膨胀；当处在压缩的半个周期内，气泡则收缩，当压力变化幅度很大且压力低于低压时，被压缩的气泡会崩溃，在介质中会出现“空穴”现象，这种现象又随着压力的变化和外压的不平衡而消失，在“空穴”消失的瞬间，液体的周围引起非常大的压力和温度增高，起着非常复杂的机械作用以达到分离目的。

但是现有的超声波技术，利用空化作用、热效应和机械作用的原理，实现混合水的均质或分离的效果一般，超声波的停留时间较长，噪声比较明显。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种处理效果好的混合液体分离装置；本发明的目的之二在于提供一种处理效果好的混合液体分离方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种混合液体分离装置，包括容器、超声波发生组件和反射面；

所述容器壁体设有进口和出口；所述超声波发生组件具有声波发射部，所述声波发射部与所述反射面设置于所述容器的两侧，所述超声波发生组件用于通过所述声波发射部往所述反射面的方向发出射波，所述反射面用于将出射波往所述声波发射部的方向反射，以形成反射波；

所述反射面与所述声波发射部之间被配置为，形成的反射波与所述出射波叠加形成驻波。

进一步地，所述超声波发生组件包括控制系统、信号发生器和换能器；

所述控制系统与所述信号发生器电性连接，所述信号发生器与所述换能器电性连接；所述换能器具有所述声波发射部。

进一步地，还包括待分离液料桶、物料桶和水泵；

所述换能器设于所述容器底壁外侧，所述反射面设于所述容器顶壁内侧，所述反射面为曲面；所述进口、所述出口设于所述容器的侧壁，所述进口设于所述出口与所述容器底壁之间；

所述待分离液料桶和所述进口之间通过所述水泵连通；所述物料桶与所述出口连通。

进一步地，还包括微调器；所述反射面与所述容器侧壁之间滑动连接；

所述微调器具有调整状态和固定状态，所述微调器处于所述调整状态时，所述反射面可沿所述容器侧壁滑动以接近或远离所述声波发射部，所述微调器处于所述固定状态时，用于固定所述反射面与所述容器侧壁之间的相对位置。

进一步地，还包括吸收件，所述吸收件包括吸收本体和若干个凸起；所述吸收件设于所述反射面与所述声波发射部之间，所述凸起设于所述吸收本体接近所述反射面侧；

若干所述凸起之间形成有吸收间隙，所述吸收间隙用于吸收所述反射波；所述吸收件上设有通孔，所述通孔供所述出射波射出。

进一步地，所述吸收件设于所述容器底壁接近所述反射面一侧的壁面上，所述容器内侧壁具有倾斜壁部，在由所述反射面往所述超声波发生组件的方向上，所述倾斜壁部往所述容器的中心轴线的方向收缩。

进一步地，还包括溢流导管，所述溢流导管具有进料口和出料口，所述出料口位于所述容器外，所述进料口位于所述容器内，所述进料口朝向所述反射面。

进一步地，还包括气压调节器；

所述容器设有出气口；所述出气口设于所述容器顶壁，或设于反射面与所述出口之间的侧壁上；所述出气口与所述气压调节器连接。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种混合液体分离方法，液体导入步骤：将待分离液体导流至容器内；

驻波分离步骤：利用超声波发生组件由容器的一侧发出出射波，出射波穿过待分离液体，传递至容器另一侧的反射面，利用所述反射面反射形成与所述出射波振幅相同、频率相同、方向相反的反射波，出射波与反射波在容器内部叠加形成驻波，驻波作用于待将分离液体内的不同物质，使得待分离液体产生分层；

物料导出步骤：通过导出组件将经过分离的物料由容器内导流至容器外的物料桶。

进一步地，在所述液体导入步骤中，所述待分离液体由所述容器侧壁的底部导入；

在所述驻波分离步骤中，控制超声波发生组件，使得超声波发生组件间隔地发射出多组具有不同频率的出射波。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过超声波发生组件与反射面的配合，能够在容器内产生驻波，利用驻波场的作用，能够快速地使得混合液体得到均质或分离，处理效果好。

附图说明

图1为本发明的混合液体分离装置的结构示意图之一；

图2为本发明的混合液体分离装置的结构示意图之二；

图3为本发明的吸收件的结构示意图；

图4为本发明实施例中第一出射波与第二出射波的示意图；

图中：10、容器；11、进口；12、出口；13、倾斜壁部；14、出气口；21、换能器；22、控制系统；23、信号发生器；30、反射面；40、微调器；50、吸收件；51、吸收本体；52、凸起；60、气压调节器；71、待分离液料桶；72、物料桶；73、水泵；74、溢流导管；741、出料口；80、底盖。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-4所示，本实施例提供了一种混合液体分离装置，该混合液体分离装置包括容器10、超声波发生组件20和反射面30；容器10用于盛装待处理液体，如废水，容器10壁体设有进口11和出口12，待处理液体通过进口11导入容器10内，在进行混合液体分离时，分离后各类物质呈分层，出口12用于分别将分层后的物质导出容器10；超声波发生组件20具有声波发射部，声波发射部与反射面30设置于容器10的两侧，声波发射部与反射面30位于同一直线上，以使得超声波发生组件20通过声波发射部往反射面30的方向发出射波后，出射波能够穿过待处理液体射至反射面30，反射面30用于将出射波往声波发射部的方向反射，以形成与出射波频率、振幅、振动方向一致，传播方向相反的反射波；反射面30与声波发射部之间被配置为，形成的反射波与出射波能够相交叠加形成驻波。

本实施例的混合液体分离装置，利用制造的驻波场作用于混合液体，使得混合液体之中的各类物质发生迁变，有助于实现混合液体中的不同物质的分层，以提升混合液体分离效果。

在上述结构的基础上，为了能够实现“反射面30与声波发射部之间被配置为，形成的反射波与出射波能够相交叠加形成驻波”，可以通过调整反射面30的形状，调整反射面30与声波发射部之间的相对距离，以实现反射面30反射出的反射波的频率、振幅、振动方向与出射波的相同，传播方向与出射波相反，即可实现形成的反射波与出射波能够相交叠加形成驻波。

优选地，为了能够提升物质分层的速度，提升分离效果，超声波发生组件20包括控制系统22、信号发生器23和换能器21，控制系统22与信号发生器23电性连接，信号发生器23与换能器21电性连接；换能器21具有声波发射部。

具体地，信号发生器23设有连接换能器21的输出接口，信号发生器23还设有输入接口，输入接口与控制系统22之间通过电线进行连接，如此可以通过专用的软件对信号发生器23进行参数编辑，以间隔地输出不同的信号，换能器21接收到信号后，能够输出不同频率的超声波，以在不同频率的超声波交替更换进行作用时，各自在叠加处的波腹与波节形成特定的通道，从而推动物质的流动；不同频率的交替对物质流动速度也有影响。本实施例中的控制系统22为电脑，在其他一些实施例中也可以为其他操作终端。

具体地，利用控制系统22修改的参数有频率、振幅、功率、多种波段切换等。

本实施例中，通过控制系统22、信号发生器23和换能器21的设置，可以引起声驻波叠加的波腹与波节位置的不断切换，可产生驱动物质流动的通道，可更进一步提高分离速度，提升分离效果。

优选地，本实施例的超声波发生组件20还包括功率放大器，在信号发生器23输出信号后，经过功率放大器进行处理，使得信号发生器23输出的弱信号能够驱动换能器21工作。

优选地，本实施例的混合液体分离装置还包括待分离液料桶71、物料桶72和水泵73，本实施例中物料桶72为两个；换能器21设于容器10底壁外侧，反射面30设于容器10顶壁内侧，反射面30为曲面，由于换能器21发出的声波并非属于平面波，因此该反射面30的形状选择为曲面，本实施例中的反射面30往远离换能器21的方向凸出，反射面30的曲率根据具体情况定义；进口11、出口12设于容器10的侧壁，进口11设于出口12与容器10底壁之间，本实施例的进口11设于容器10侧壁的底部，出口12设于容器10侧壁的中部；待分离液料桶71和进口11之间通过水泵73连通；物料桶72与出口12连通。

优选地，从换能器21的声波发射部发出的声波在容器10内传播后，会接触到反射面30，进行反射，形成反射波，由于反射面30的曲率不便于进行调节，为了校正反射波的波节，以使得反射波的波节能够与换能器21发出的出射波的波节重合，本实施例的混合液体分离装置还包括微调器40，且反射面30与容器10侧壁之间滑动连接，微调器40用于调整反射面30与换能器21之间的距离，从而使得一列出射波在接触反射面30后能够得到另一列传播方向相反的反射波，适当的距离能获得驻波场强度和覆盖区域的最大化。

具体地，微调器40具有调整状态和固定状态，微调器40处于调整状态时，反射面30可沿容器10侧壁滑动以接近或远离声波发射部，微调器40处于固定状态时，用于固定反射面30与容器10侧壁之间的相对位置。在一些实施例中，反射面30与容器10侧壁之间的滑动连接通过导轨与滑块的配合实现，当然还可以通过其他方式实现，微调器40可以通过锁紧件的结构实现。

优选地，反射面30为具有一定弹性的PVDF反射面30。

优选地，为了避免反射面30反射出的一次反射波在容器10底部再进行一次反射，避免到达容器10底部的反射波与换能器21发出的出射波发生重合和干扰，本实施例的混合液体分离装置还包括吸收件50，吸收件50包括吸收本体51和若干个凸起52；吸收件50设于反射面30与声波发射部之间，凸起52设于吸收本体51接近反射面30侧；若干凸起52之间形成有吸收间隙，吸收间隙用于截留反射波；吸收件50上设有通孔，通孔供出射波射出。

通过设置了吸收件50，大部分反射声波被截留在多个凸起52的吸收间隙之间，经过吸收和透射(即穿过固体后的出射现象)来减小反射能量，以避免反射波经过容器10底壁的二次反射至反射面30，从而创造一个比较干净的、尽量只有声波发生组件发出的出射波和由反射面30一次反射的反射波的环境；通过设置吸收件50，能够消除吸收多次反射形成的残留声波，避免残留声波对驻波场的干扰，有利于提高日处理量，有利于快速分离物质。本实施例中的吸收件50设置通孔，换能器21采用40khz/60w的规格，如此可以使得换能器21射出的出射波能够从通孔射出，吸收件50对换能器21发出的出射波没有影响。在其他一些实施例中，也可以通过调整凸起52的位置、通孔的位置，以保证吸收件50仅用于作用反射波而不影响出射波。

优选地，本实施例中的凸起52为圆锥状凸起52。

优选地，为了能够更好地通过吸收件50吸收截留由反射波，避免产生二次反射波，吸收件50设于容器10底壁接近反射面30一侧的壁面上，容器10内侧壁具有倾斜壁部13，在由反射面30往超声波发生组件20的方向上，倾斜壁部13往容器10的中心轴线的方向收缩。

优选地，倾斜壁部13的倾斜角度设置为70～80度。

优选地，为了方便在驻波场中完成分离的液体引出容器10外，进行物料收集，本实施例的混合液体分离装置还包括溢流导管74，溢流导管74具有进料口和出料口741，出料口741位于容器10外，进料口位于容器10内，通过容器10内部压力作用，使得物料由进料口流入溢流导管74，由出料口741流出容器10，以流至物料桶72中进行收集；另外，为了保证混合液体经过充分的分离后才由溢流导管74导出至物料桶72中，进料口朝向反射面30，如此可以避免部分物质还没有完全分离时，物料就已经进入溢流导管74流出。

优选地，为了能够避免混合水自产生的气体过多地留在容器10内，本实施例的混合液体分离装置还包括气压调节器60，容器10设有出气口14；出气口14设于容器10顶壁，或设于反射面30与出口12之间的侧壁上；出气口14与气压调节器60连接；气压调节器60用于调节容器10内部气压，以将内部气压稳定在0.3～0.5MPa以内，如此可以保证进水流量加大的同时，各类物质的液位不会有太大变化，如此设置，可大大地提升分离速度，提升分离效果。

优选地，为了方便安装和更换换能器21，在容器10底部设置了一个底盖80，底盖80与容器10底壁之间形成安装腔，以用于安装换能器21。

优选地，容器10侧壁为透明侧壁，可由透明的有机玻璃制成，以方便观察分离效果。

优选地，为了保证分离效果，本实施例中由换能器21发出的出射波的频率在10khz至37khz之间。

本实施例的混合液体分离装置的使用方法如下：

开启该分离装置，水泵73工作，水泵73将待分离液料桶71中的混合液料由容器10底部的进口11抽入容器10中，待液位上升没过溢流导管74的进料口741后，根据水质类型的不同，在控制系统22上调整控制参数，控制换能器21工作，换能器21发出第一出射波，第一出射波的持续时间为0.05秒，频率为21kHz，在第一出射波停止一定间隔时间后，换能器21发出第二出射波，第二出射波的持续时间为0.08秒，频率为23kHz，混合液体在容器10内的驻波场中进行分离，形成多层分离物，但最底层一般仍是混合物，在外侧通过透明的容器10侧壁观察分离情况，由于进口11保持进水，容器10内部的压力作用，将除最底层的液体通过溢流导管74导出至物料桶72中完成收集。

具体地，本实施例中采取的两组波段示意图如图4所示，两组波段之间的间隔时间，可以让分离装置有一定空置周期；而容器10中最底层的液体为缓冲层，缓冲层的存在可以使得一边进水却不影响上面几层液层。

请参考图2，本实施例还提供了一种利用本申请的混合液体分离装置对混合液体进行分离操作的实验实例：

取25L某种废水为混合水样，始初pH值为7～8，测得COD值为23300mg/L，使用容器10的容积为2L，有一个进水管和2个溢流导管74，用水泵73抽取含有混合水样的待分离液料桶71，其中通过水泵73控制进水流量为50L/h，将此水从容器10底部进入，等待液位上升至溢流导管74后便开启设备，因出水管刚开始仍含是混合水样，因此设备出水的前3分钟时间都应该回到待分离液料桶71，3分钟后再各取水样为准，为方便观察和区别，该混合液体分离装置才设置两个溢流导管74，共有两种水样，物料1为含油物料，物料2为透明略带黄色的出水，混合液体分离装置在连续进出水后，得到16L的透明略带黄色的出水和5L的含油物料，还有部分在原水桶和设备容器10内，此实验做3组并测两种水样的COD值。得到以下实验数据表：

项目	清水COD(mg/L)	含油物料COD(mg/L)
			实验1	120	92000
实验2	80	94400
			实验3	104	92800

从表格上的数据可以看到，此类废水中大部分的有机物与清水分离出来，使得含油物料的COD偏高，且两者的容积比例平均为3:1，表格数据仅测COD值。

本实施例还提供了一种混合液体分离方法，该混合液体分离方法包括：

液体导入步骤：将待分离液体导流至容器10内；

驻波分离步骤：利用超声波发生组件20由容器10的一侧发出出射波，出射波穿过待分离液体，传递至容器10另一侧的反射面30，利用反射面30反射形成与出射波振幅相同、频率相同、方向相反的反射波，出射波与反射波在容器10内部叠加形成驻波，驻波作用于待将分离液体内的不同物质，使得待分离液体产生分层；

物料导出步骤：通过导出组件将经过分离的物料由容器10内导流至容器10外的物料桶72。

优选地，在液体导入步骤中，待分离液体由容器10侧壁的底部导入；

在驻波分离步骤中，通过控制系统22控制超声波发生组件20，使得超声波发生组件20间隔发出多组频率不同的出射波，不同出射波之间设置间隔时间，在间隔时间内超声波发生组件20暂停发射出射波。

在一些实施例中，超声波发生组件20可以通过第一出射波、间隔时间、第二出射波、间隔时间、第三出射波、间隔时间、第一出射波、间隔时间、第二出射波……的方式发出出射波。

本实施例的混合液体分离方法，有利于提高分离速度，提升分离效果。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。