一种超声波污水处理装置

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种超声波污水处理装置。

背景技术

在许多水处理过程中，需要将气体溶解到液体中以实现特定的处理效果。例如在饮用水处理过程中，有时需要将氧气或其他气体溶解到水中来改善水的口感和营养价值；在污水处理过程中，有时需要将气体如二氧化碳溶解到污水中以调节pH值或促进微生物代谢；在工业生产过程中，涉及到水处理的许多工艺需要对气体进行溶解，如溶解氧用于生物反应器、溶解二氧化碳用于pH调节等。然而，随着气体的溶解，通常会产生大量的泡沫。这些泡沫会对水处理过程以及水质产生一定的影响，需要将泡沫从液体中分离和排出，以确保水体的纯度、稳定性和处理效果。

超声波具有强大的空化作用，可以形成微小气泡并产生剧烈的膨胀和收缩过程。将超声波与溶解气体处理结合使用，可以加快气体与液体的反应速率，提高气体的溶解效率。通过超声波的作用，可将气体分子打散到更小的尺寸，并增加气体与液体的接触面积，从而加速气体的溶解过程。然而，超声波的使用会促使溶解过程产生更多的泡沫。

气体的溶解过程往往伴随着搅拌混合，而现有的搅拌混合装置通常不具备泡沫分离功能或者分离效果较差，往往需要额外设置泡沫分离装置。

中国实用新型专利公开号CN203635117U，公开了一种自动去除泡沫的药物搅拌装置，包括筒体支架和传动搅拌装置，筒体支架包括电动机底座、圆柱筒体、入料管、引风管、鼓风机、锥形筒体、过滤网和卸料阀。该技术方案是通过鼓风的方式将液体表面的泡沫吹走，这种方式仅能够处理粘度小的液体，并且处理效果不佳，大量泡沫扔残留在液体中，难以靠空气流动带走。

中国实用新型专利公开号CN211339112U，公开了一种含铬废水泡沫分离回收装置，包括依次连通的碱剂反应池、泡沫分离回收塔和酸剂反应池，泡沫分离回收塔包括容纳池，容纳池的顶部固定有一锥台体，锥台体的下边缘的容纳池的侧壁上一体设置有阻挡环，锥台体的倾斜面的延伸线与阻挡环的侧壁相交，其中气泡能够沿着锥台体的侧壁升腾并撞击在阻挡环的侧壁，以使气泡沉淀。该技术方案的搅拌混合过程发生在碱剂搅拌仓，而泡沫分离过程发生在泡沫分离回收塔。

中国实用新型专利公开号CN217448997U，公开了一种破壁式泡沫分离提纯装置，包括：精馏部、过滤部和消泡部；精馏部依次与过滤部、消泡部相连；精馏部内置搅拌装置，搅拌装置包括：搅拌件和破壁件；搅拌件和破壁件交错排列在旋转轴两侧。该实用新型的破壁泡沫分离提纯装置同时设置有精馏塔、过滤器、消泡器，搅拌破壁过程发生在精馏部，而泡沫分离则是通过在下游连接消泡器实现。

可见，上述技术方案需要单独的搅拌设备和分离设备才能达到良好的泡沫分离效果，二者之间还需要布置管道、阀门等辅助设备，不仅设备成本高，而且设备清洗、维护工作量大。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种超声波污水处理装置，其可以通过设置离心罐，离心罐内设置有搅拌桨，离心罐和搅拌桨通过驱动系统驱动旋转，在进行水处理搅拌作业时，搅拌桨旋转进行搅拌，在进行水处理离心作业时，搅拌桨静止，离心罐旋转，从而进行离心作业，使得搅拌作业和离心作业都在搅拌罐内进行，可以简化装置设置，减少清洁维护工作量。

为了实现上述目的，本发明提供一种超声波污水处理装置，包括离心罐，离心罐内设置有搅拌桨，离心罐和搅拌桨通过驱动系统驱动旋转。

超声波污水处理装置至少包括搅拌功能和离心功能，在搅拌作业时，至少搅拌桨旋转；在离心作业时，离心罐旋转，搅拌桨静止。

进一步，驱动系统包括动力装置和齿轮组，齿轮组包括中心齿轮，中心齿轮的周围至少啮合有两个环绕齿轮，与中心齿轮同轴设置有外齿圈，外齿圈的内侧与各环绕齿轮啮合。动力装置的输出端与中心齿轮连接，外齿圈与离心罐连接，至少一个环绕齿轮上安装有搅拌桨。

进一步，环绕齿轮上同轴贯穿设置有转轴，转轴与环绕齿轮之间能够在可相对旋转和相对固定之间切换，在二者可相对旋转时，转轴处于静止状态。转轴与搅拌桨固定连接。

进一步，转轴从下而上依次包括旋转接触区、固定接触区、下限位结构、螺旋斜面、上限位结构；超声波污水处理装置上部设置有切换结构，切换结构能够上下移动，切换结构向下移动时推动下限位结构使得各转轴向下移动，切换结构向上移动时，转轴在螺旋斜面作用下自动旋转，最终切换结构到达螺旋斜面的顶部，与上限位结构接触，并推动转轴向上移动，此时搅拌桨的搅拌叶方向与离心罐的周向相切；当转轴移动至下方，固定接触区与环绕齿轮内侧壁接触，转轴与环绕齿轮相对固定；当转轴移动至上方，旋转接触区与环绕齿轮内侧壁接触，转轴与环绕齿轮可相对旋转。

进一步，还包括外罐体，离心罐设置于外罐体内，相对外罐体同轴旋转。

进一步，还包括排污口，排污口设置于离心罐中部的上部。

进一步，还包括排污管道，排污管道从下而上贯穿离心罐中部的底部，排污管道的上端为排污口。

进一步，还包括超声波发生器。

进一步，超声波发生器安装于排污管道的外侧壁。

进一步，在搅拌作业时，搅拌桨和离心罐同时进行方向相反的周向运动。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过设置离心罐，离心罐内设置有搅拌桨，离心罐和搅拌桨通过驱动系统驱动旋转，在进行水处理搅拌作业时，搅拌桨旋转进行搅拌，在进行水处理离心作业时，搅拌桨静止，离心罐旋转，从而进行离心作业，使得污水处理过程需要进行的搅拌作业和离心作业都在搅拌罐内进行，可以简化装置设置，减少清洁维护工作量。

2、本发明将超声波与溶解气体处理结合使用，可以加快气体与液体的反应速率，提高气体的溶解效率，并通过离心分离排出溶解过程中产生的泡沫，提高水处理效果。

3、本发明可以使得搅拌桨和离心罐同时进行方向相反的周向运动，相互抵消周向运动的影响，并使得水流更加混乱，提高混合效果。本发明采用独特的驱动系统，仅需要一台动力装置即可实现搅拌桨的自转、搅拌桨的公转、离心罐的旋转三种运动，搅拌桨进行与自身公转方向相反的自转，可以进一步搅乱离心罐内的水体流动，使得混合过程更加充分。进一步，本发明通过巧妙设置转轴和切换结构，控制在搅拌桨的自转、搅拌桨的公转的同时，不阻碍离心罐的旋转，从而实现混合功能和离心功能的切换，还能够使得搅拌叶静止时的方向正好与离心罐的周向相切，使得水处理离心作业时搅拌叶对水流的阻碍作用最小。

附图说明

图1为本发明超声波污水处理装置的立体图；

图2为本发明超声波污水处理装置的内部结构图；

图3为本发明离心罐及其内部结构图；

图4为本发明搅拌桨及驱动系统的结构图；

图5为本发明搅拌桨及驱动系统的仰视结构图；

图6为本发明转轴的结构图。

图中：100-离心罐、200-搅拌桨、300-动力装置、400-齿轮组、410-中心齿轮、420-环绕齿轮、430-外齿圈、500-转轴、510-旋转接触区、520-固定接触区、530-下限位结构、540-螺旋斜面、550-上限位结构、600-切换结构、610-升降杆、700-外罐体、800-排污管道、810-排污口、900-超声波发生器。

具体实施方式

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

参照图1至图6，本实施例公开了一种超声波污水处理装置，包括离心罐100，离心罐100内设置有搅拌桨200，离心罐100和搅拌桨200通过驱动系统驱动旋转，超声波污水处理装置至少包括搅拌功能和离心功能，在水处理搅拌作业时，至少搅拌桨200旋转；在水处理离心作业时，离心罐100旋转，搅拌桨200静止。离心作业用于分离水体中的泡沫。污水处理过程需要进行的搅拌作业和离心分离作业都在离心罐100内进行，从而简化装置设置，减少清洁维护工作量。具体而言，在进行水处理搅拌作业时，搅拌桨200旋转进行搅拌，在进行水处理离心作业时，搅拌桨200静止，离心罐100旋转，从而进行离心作业，离心罐100内壁可以设置凸起，在离心作业时辅助产生平稳的螺旋水流。在水处理搅拌作业时，为进一步阻止水流产生离心作用，让气体与水体的混合更加充分，可以使得搅拌桨200和离心罐100同时进行方向相反的周向运动，相互抵消周向运动的影响，并使得水流更加混乱，提高混合效果。

为达到上述效果，可以使用不同的驱动部件分别对上述运动进行控制，但这需要两台驱动部件，成本较高，并且需要分别控制两台驱动部件的启停，而且搅拌桨200的旋转形式单一，搅拌效果有限。本实施例采用独特的驱动系统实现上述过程，成本较低，且搅拌效果更佳。具体而言，本实施例的驱动系统包括动力装置300和齿轮组400，齿轮组400包括中心齿轮410，中心齿轮410的周围至少啮合有两个环绕齿轮420，与中心齿轮410同轴设置有外齿圈430，外齿圈430的内侧与各环绕齿轮420啮合。动力装置300的输出端与中心齿轮410连接，外齿圈430与离心罐100连接，至少一个环绕齿轮420上安装有搅拌桨200。采用上述技术方案，在动力装置300驱动中心齿轮410旋转时，环绕齿轮420和外齿圈430都可能跟随运动，具体原理分析如下：

如果限制外齿圈430的转动，使之处于静止状态，此时倘若顺时针转动中心齿轮410，所有环绕齿轮420就会绕中心齿轮410进行速度相同的顺指针公转，并且每个环绕齿轮420都会进行逆时针自转，自转的方向正好与公转的方向相反；如果限制环绕齿轮420的公转，仅允许其自转，即环绕齿轮420的旋转轴位置固定，此时再顺时针转动中心齿轮410，环绕齿轮420仅进行逆时针自转，外齿圈430就会在环绕齿轮420的传动下进行逆时针旋转，旋转方向与上述环绕齿轮420公转的方向相反。也就是说，中心齿轮410的旋转动能有三个传递方向：一是环绕齿轮420的自转，二是环绕齿轮420的公转，三是外齿圈430的旋转，而环绕齿轮420的自转是始终存在的，其分得的动能的变化相对有限。进一步，简言之，当环绕齿轮420的公转受到阻力时，动能就会更多的转化为外齿圈430的旋转；当外齿圈430的旋转受到阻力时，动能就会更多的转化为环绕齿轮420的公转；当环绕齿轮420和外齿圈430均受到阻力时，则外齿圈430的旋转和环绕齿轮420的公转同时存在，即离心罐100的旋转和搅拌桨200的公转同时进行，搅拌桨200的公转方向与离心罐100的旋转方向相反，从而相互抵消旋转运动对水流的作用，同时搅拌桨200进行与自身公转方向相反的自转，进一步搅乱离心罐100内的水体流动，使得混合过程更加充分。而搅拌桨200和离心罐100各自的旋转速度越快，水体对其的阻力越大，从而限制了每种运动的速度，使得动力装置300输出的动能始终能够同时分配给搅拌桨200的公转和离心罐100的旋转。进一步，搅拌桨200自身的重力较小，运动的阻力主要来自水体，而离心罐100一般较重，运动的阻力来自自身重力引起的摩擦力和水体的阻力。在设计制造时，通过调整搅拌桨200和离心罐100内凸起的的形状、尺寸和数量，即可调节水体对搅拌桨200和离心罐100的阻力大小，使得搅拌桨200的公转和离心罐100的旋转在水体的阻力作用下自动达到预期的平衡状态。由于离心罐100的重量较大，离心罐100的旋转摩擦力较大，在达到运动平衡状态时，水体对搅拌桨200的阻力往往大于对离心罐100的阻力，而水处理搅拌作业时搅拌桨200的搅拌作业占据主导地位也符合实际，因此没有问题。而在启动阶段，需要克服离心罐100的惯性，可能导致离心罐100对驱动系统的阻力偏大，启动较慢，对此有两种不同的处理方式：

第一种是任凭离心罐100慢慢提高转速，因为在搅拌阶段离心罐100的旋转主要是为了抵消搅拌桨200旋转产生的离心力，使得水体成分更加均匀，而在反应初期，水体中并未溶解大量气体，水体反应也刚刚开始，即使水体成分不均匀，也不会明显影响水体中各区域的溶解和反应速率，水体成分是否均匀其实并无明显影响，而在溶解和反应的中后期，溶解和反应都逐渐趋于饱和，此时必须保证水体成分均匀，从而使得水体中各区域的溶解和反应过程稳定，而此时离心罐100的转速已经可以满足要求。

第二种是先切换至离心功能，使得离心罐100旋转起来，再切换至搅拌功能进行搅拌，可以使得离心罐100快速达到预期转速。

另外，调节齿轮组400中齿轮与齿轮之间的转速比也可以调节搅拌桨200和离心罐100的运动状态。本实施例仅提出在具体设计时可以控制的因素供本领域技术人员进行选择，具体各项参数应当根据水体性质、离心罐100形状和尺寸、动力装置300转速和功率等实际情况进行具体设计，而要想获知最终能够达到怎样的搅拌效果，可以通过有限元分析等流场分析软件进行分析，并结合实物试验即可。本装置属于搅拌和离心装置，并非精密仪器，实际上并不需要严格的参数控制，搅拌时搅拌桨200和离心罐100的运动在水体的阻力下达到平衡，也就意味着搅拌桨200和离心罐100均对水体产生明显的反作用，那么本实施例抑制水体旋转离心的效果就可以达到。

以上技术方案主要介绍了齿轮组400的传动原理以及如何利用齿轮组400实现水处理搅拌作业时搅拌桨200和离心罐100的运动，下面进一步介绍如何利用齿轮组400实现水处理离心作业时搅拌桨200的静止和离心罐100的运动。

环绕齿轮420上同轴贯穿设置有转轴500，转轴500与环绕齿轮420之间能够在可相对旋转和相对固定之间切换，在二者可相对旋转时，转轴500处于静止状态。转轴500与搅拌桨200固定连接。通过上述技术方案，在转轴500与环绕齿轮420相对旋转时，转轴500处于静止状态，搅拌桨200也处于静止状态，但环绕齿轮420可以自转，离心罐100达到最大转速，从而可以进行离心作业。为实现上述功能，可以使用一些常规的可开关的锁止或限位部件分别对转轴500的公转和环绕齿轮420相对转轴500的转动进行控制，但使用过多的可开关的锁止或限位部件会使得装置过于复杂。本实施例提供的优选技术方案为：转轴500从下而上依次包括旋转接触区510、固定接触区520、下限位结构530、螺旋斜面540、上限位结构550；装置上部设置有切换结构600，切换结构600能够上下移动，手动自动均可。本实施例中切换结构600为圆环形，圆环途径各个转轴500，切换结构600向上延伸有升降杆610，升降杆610贯穿污水处理装置的外壳并延伸至污水处理装置的外部，操作人员可以直接从外部操作升降杆610升降，进而控制切换结构600的升降，也可以在污水处理装置的外部安装电机来驱动升降杆610自动升降。切换结构600向下移动时推动下限位结构530使得各转轴500向下移动，切换结构600向上移动时与螺旋斜面540接触，转轴500在螺旋斜面540作用下自动旋转，最终切换结构600到达螺旋斜面540的顶部，与上限位结构550接触，并推动转轴500向上移动，此时搅拌桨200的搅拌叶方向与离心罐100的周向相切，使得搅拌叶对水流的阻碍作用最小，优选搅拌叶为弧形结构，尽可能与水流的旋转流向重合；当转轴500移动至下方，固定接触区520与环绕齿轮420内侧壁接触，转轴500与环绕齿轮420相对固定，此时切换结构600不阻碍转轴500的运动，装置进行水处理搅拌作业，转轴500与环绕齿轮420相对固定的方式有多种，包括过盈配合、粗糙面配合、插接配合、材料选择等，本领域技术人员可以自由选择，不做赘述；当转轴500移动至上方，旋转接触区510与环绕齿轮420内侧壁接触，转轴500与环绕齿轮420可相对旋转，而转轴500的螺旋斜面540被切换结构600限制位移，使得转轴500处于静止状态，而环绕齿轮420可以自转，装置进行水处理离心作业。

作为本实施例进一步的方案：还包括外罐体700，离心罐100设置于外罐体700内，相对外罐体700同轴旋转。外罐体700外侧可以设置支撑架，将装置放置于地面上。

作为本实施例进一步的方案：还包括排污口810，排污口810设置于离心罐100中部的上部。进一步，还包括排污管道800，排污管道800从下而上贯穿离心罐100中部的底部，排污管道800的上端为排污口810。当然，还应当设置水体入口、水体出口、气体入口以及控制各出入口开关的阀门，这些部件都是成熟的现有技术，本领域技术人员根据实际情况进行设置即可。作业前，向离心罐100内注入的水体液位略高于排污口810，水处理离心作业时，在离心作用下，水体聚集在离心罐100外侧，泡沫聚集在中上部，打开相应的阀门，泡沫逐渐通过排污口810排出。在离心作业末期，通过控制动力装置300的输出，逐渐降低离心罐100的旋转速度，使得中部的水体逐渐抬高，使得未排出的泡沫逐渐排出，最终水体上表面重新回归水平。泡沫始终汇集在中部，在水体逐渐抬升的过程中通过排污口810排出，在所有泡沫都排净之后，关闭相关阀门即可。

作为本实施例进一步的方案：还包括超声波发生器900。优选超声波发生器900安装于排污管道800的外侧壁，用于促进气体溶解于水体，提高水处理效果。

以上仅对本发明的较佳实施例进行了详细叙述，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。