CN101801855B - 用于从水性流出物中分离化合物的处理腔 - Google Patents

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Abstract

公开了使用处理腔分离水性流出物中的化合物的方法。具体而言，处理腔使用超声能量和电极电势高效且有效地除去如纺织品流出物的水性流出物中的化合物。

Description

用于从水性流出物中分离化合物的处理腔
技术领域
本发明总体涉及用于从水溶液中分离化合物的处理腔。具体而言，本发明涉及使用超声能量和电极电势高效且有效地除去如纺织品流出物的水性流出物中的化合物的处理腔。
背景技术
在几乎所有织物印染工艺中，总有部分所用着色剂没有与基质结合。这些未结合的染料和反应物通常由水冲洗过程去除，从而产生大量的必须以对环境而言可接受的方式处理的纺织品流出物。
之前处理纺织品流出物的方法是使流出物经过离子交换树脂或活性炭。在这些反应期间，这些材料或树脂慢慢吸附纺织品流出物中的染料和其他可溶组份，且为了有效实现目的，需要大量吸附剂。
其它方法使用了连续化学反应器，如包括具有特定表面功能的吸附性珠子或微粒的活塞流反应器，通过这些反应器，在纺织物中的染料和反应物得到吸附。具体而言，将珠子或微粒封装在活塞流反应器中的柱状物里面，对纺织品流出物的水溶液进行泵吸使之流经该柱状物，从而暴露珠子或微粒的表面以吸附流出物中的染料和反应物。这部分组份可以被珠子或微粒的表面或其中的小孔吸附。
用如传统活塞流反应器中的柱状物来处理纺织品流出物的一个问题是，待吸附的许多化合物(如染料和反应物)必须通过围绕珠子或微粒的液力边界层。该边界层对于这些化合物而言是阻力源，这会延长吸附过程、增加去除纺织品流出物中未结合的染料和反应物的时间和成本。
之前用来降低去除纺织品流出物中的化合物所需的吸附时间的一种尝试是增加活塞流反应器中的处理流的流速。这会减小液力边界层的厚度，由此增加向珠子和微粒表面传送化合物的速率。然而，该方案使得对于吸附过程而言在活塞流反应器中的停留时间较短。此外，反应器上的压力降会增大，因而需要较大几何形状的活塞流反应器和处理设备。
基于前述内容，本领域需要一种处理腔，该处理腔可以防止形成厚的液力边界层，从而可以更快更有效地除去水性流出物中的化合物，如染料和反应物。
发明内容
本发明涉及用新的处理腔从水性流出物中除去如染料和反应物的化合物的方法。处理腔可用于从各种水性流出物中除去化合物，例如，纺织品流出物、饮料和水体(bodies of water)。此外，还可使用本发明的方法除去废水流中的化合物，如氮、氧等。具体而言，和传统活塞流反应器相比，本方法中使用的处理腔具有较薄的液力边界层，使得可以更快更有效地除去化合物。总体而言，处理腔包括细长外壳，该外壳包括入口端部、出口端部和超声波导组件。一个实施例中，超声波导组件包括超声变幅杆组件，其包括变幅杆构件。超声波导组件通常完全放置在处理腔内。
因而，本发明涉及用于从水性流出物中除去化合物的方法。该方法包括：通过处理腔细长外壳的至少一个输入端口导入水性流出物，所述外壳包括纵向相对端和内部空间，所述外壳还总体上在至少一个纵向端封闭；以预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的细长超声波导组件的细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，以从所述水性流出物中除去化合物；以及从所述外壳的至少一个输出端口排出经清洁的所述水性流出物。
进而，本发明还涉及用于从水性流出物中除去化合物的方法。该方法包括：通过处理腔细长外壳的至少一个输入端口导入所述水性流出物，所述外壳包括纵向相对端和内部空间，所述外壳还总体上在至少一个纵向端封闭；以第一预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第一细长超声波导组件的第一细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，并以第二预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第二细长超声波导组件的第二细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，以从所述水性流出物中除去化合物，其中所述第一波导组件和所述第二波导组件在所述外壳内平行取向；以及从所述外壳的至少一个输出端口排出经清洁的所述水性流出物。
本发明还涉及用于从水性流出物中除去化合物的方法。该方法包括：通过处理腔细长外壳的至少一个输入端口导入所述水性流出物，所述外壳包括纵向相对端和内部空间，所述外壳还总体上在至少一个纵向端封闭；以第一预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第一细长超声波导组件的第一细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，并以第二预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第二细长超声波导组件的第二细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，以从所述水性流出物中除去化合物，其中所述第一波导组件和第二波导组件都独立包括末端，其中所述第一波导组件的末端面对所述第二波导组件的末端；以及从所述外壳的至少一个输出端口排出经清洁的所述水性流出物。
本发明还涉及用于从水性流出物中除去化合物的方法。该方法包括：通过处理腔细长外壳的至少一个输入端口导入所述水性流出物，所述外壳包括纵向相对端和内部空间，所述外壳还总体上在至少一个纵向端封闭；以第一预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第一细长超声波导组件的第一细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，并以第二预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第二细长超声波导组件的第二细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，以从所述水性流出物中除去化合物，其中所述第一波导组件和第二波导组件都独立包括末端，其中所述第一波导组件的末端背对所述第二波导组件的末端；以及从所述外壳的至少一个输出端口排出经清洁的所述水性流出物。
本发明的部分其他特征是显而易见的，还有部分其他特征在下文中进行描述。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的方法中使用的处理腔的示意图，该方法用于超声处理超声变幅杆并对超声变幅杆充电，以从水性流出物中除去化合物；
图2A是根据本发明第二实施例的方法中使用的处理腔的示意图，该方法用于超声处理超声变幅杆并对超声变幅杆充电，以从水性流出物中除去化合物；
图2B是图2A的处理腔的俯视图；
图3是根据本发明第三实施例的方法中使用的处理腔的示意图，该方法用于超声处理超声变幅杆并对超声变幅杆充电，以从水性流出物中除去化合物；
图4是根据本发明第四实施例的方法中使用的处理腔的示意图，该方法用于超声处理超声变幅杆并对超声变幅杆充电，以从水性流出物中除去化合物；
图5是根据本发明第五实施例的方法中使用的处理腔的示意图，该方法用于超声处理超声变幅杆并对超声变幅杆充电，以从水性流出物中除去化合物；
图6是根据本发明第六实施例的方法中使用的处理腔的示意图，该方法用于超声处理超声变幅杆并对超声变幅杆充电，以从水性流出物中除去化合物；以及
图7是根据本发明第七实施例的方法中使用的处理腔的示意图，该方法用于超声处理超声变幅杆并对超声变幅杆充电，以从水性流出物中除去化合物。
图8是根据本发明第八实施例的方法中使用的处理腔的示意图，该方法用于超声处理超声变幅杆并对超声变幅杆充电，以从水性流出物中除去化合物。
所有图中相应的参考符号指示相应的部件。
具体实施方式
本发明总体涉及用于从水性流出物中除去化合物的处理腔。具体而言，一个实施例中，处理腔可以例如通过电解过程除去废水中的化合物，如氮、氯和氧。例如，处理腔用于使用超声处理和电解来将如水和氨水这样的化合物分解成较简单的组份(如，氧气、氮气、氢气等)的过程。此外，这些过程可用于还原金属离子以沉淀出溶液中的金属(如金、铜、银等)。另一实施例中，处理腔除去纺织品流出物中的染料和反应物。另一个实施例中，处理腔除去饮用水中的微生物和其他污染物。
图1示出总体以121指示的处理腔，处理腔121用于根据本发明的方法除去水性流出物中的化合物。具体而言，处理腔121适用于通过超声搅动液体溶液(如下文详述的，这与对液体施加电极电势结合)除去水性流出物中的化合物的液体处理系统。例如，一个具体应用中，如上所述，处理水性纺织品流出物，以在清除前消灭、去除和/或氧化微生物(例如，细菌、病毒、孢子等)。本发明的处理腔可通过向腔内喷射臭氧气体并添加过氧化氢实现这些处理。此外，如下文所述，超声变幅杆工作于空化模式，以增强废水中的化合物和臭氧气体及过氧化氢之间的声化学反应。由于本发明的处理腔还被充电作为电极类系统，所以该腔还可引起氧化还原反应以除去流出物中的化合物。要从水溶液(例如流出物)中去除的其他化合物包括，例如细菌、病毒、孢子、氮气、卤素、氧气、有机聚合物、金、银和铜。
如图1所示，处理腔121总体是细长的，具有总的(general)入口端部(inlet end)125(所示实施例的下端)和总的出口端部(outlet end)127(所示实施例的上端)。处理腔121设置成使流体(如包括待去除的化合物的水溶液/流出物)通常从处理腔121的入口端部125进入处理腔121，通常在腔内纵向流过(如，在所示实施例中为向上流)，并通常从腔的出口端部流出腔外。
本文中所用的“上”和“下”两词是针对各图所示的处理腔121的竖直朝向而言，而不是为了描述使用腔时的必须朝向。即，虽然腔121最适于如各图所示竖直定向，同时使腔的出口端部127位于入口端部125之上，但是，应该理解，腔的朝向也可以设定成使得入口端部位于出口端部之上，或者，可以不是竖直朝向的(参看图4-6)，这仍落入本发明范围内。
术语“轴向”和“纵向”在本文中方向性地表示腔121的竖直方向(例如，端到端，如图1所示实施例中的竖直方向)。术语“横向”、“横的”和“径向”在此指垂直于轴向(例如纵向)的方向。术语“内”和“外”也用于指横切于处理腔121轴向的方向，其中术语“内”表示向着腔内部的方向，而术语“外”则表示向着腔外部的方向。
处理腔121的入口端部125和总体以129指示的适当输入系统流体连通，该输入系统用于将一种或多种水性流出物导引至腔121，更适于将一种或多种水性流出物导引流过腔121。虽然图中未示出，本领域技术人员应该理解输入系统129可以包括一个或多个泵，用于将来自其各自源的各种相应流出物通过适当的管道(未示出)抽送到腔121的入口端部125。
应该理解，输入系统129可配置为将多于一种水溶液输送到处理腔121，这不脱离本发明的范围。还可以预见，不同于图1所示和这里所述的输入系统可用于将一种或多种流出物输送到处理腔121的入口端部125，这也不脱离本发明的范围。
此外，入口端部125可以和总体以171指示的空气喷射头流体连通，其被设计成迫使空气进入外壳的内部。空气喷射头171促使液体流(例如水性流出物)横向向内流向变幅杆，从而有助于对液体施加超声能量(即搅动)。通常，迫使空气经过多孔介质，以产生小的气泡。希望处理腔中使用的空气喷射头的气体扩散器的孔隙度为中等到细小，气体流速为约0.01升/分钟到约100升/分钟，更适宜地，为约10升/分钟到约50升/分钟。此外，空气喷射头迫使空气进入外壳内部的气压为约0.2psi到约100psi，更适宜地，为约10psi到约50psi，这取决于所需的气体流速和处理系统的背压。
还是参看图1，处理腔121包括限定处理腔内部空间153的外壳151，输送到腔内的液体流过该内部空间153从处理腔的入口端部125流到出口端部127。适当地，外壳151包括细长管155，其大体上至少部分限定腔121的侧壁157。管155可以具有在其中形成的一个或多个输入端口(inletport)(图1示出一个这样的输入端口，用159表示)，一种或多种待在腔121内处理的流出物通过输入端口被输送到腔121的内部空间153。本领域技术人员应该理解，外壳的入口端部可以包括多于一个的端口。例如，虽然未示出，外壳可以包括两个输入端口，其中，适当地，第一输入端口和第二输入端口彼此平行且间隔开。此外，如图2A所示，外壳可以包括两个入口端部269和279。两个入口端部269、279还可以各自包括至少一个输入端口(总的分别以235和245指示)。
此外，一个适当的实施例中，外壳还包括连接并安装到管的一端的输入环(未示出)，以进一步(和输入端口一起)限定腔的入口端部。腔的入口端部的输入环通常是环形的，其中形成有至少一个输入端口，更适宜地有多个输入端口，用于将水性流出物接收到腔的内部空间中。至少一个输入端口的朝向相对于环形环总体成切向，这样，液体总体以切向方向流入腔的内部空间，从而在液体进入腔时引起液体的涡旋动作。更适宜地，设置一对彼此平行对准的输入端口，其通常相对于环形环切向延伸，这里，一个端口被指定为外部输入端口，另一个端口被指定为内部输入端口。
双切向输入端口结构对于在腔内对流出物进行超声处理和电解之前对流出物中的组份进行初始混合而言是非常有用。该动作和由水性流出物被引导进腔内的切向方向所造成的涡旋动作相结合，有助于在水性流出物进一步流过腔进行超声处理和电处理之前对这些组份进行初始混合。如果需将其他组份加入混合物，可以通过在腔侧壁上形成的输入端口将这些组份输送到腔的内部空间。输入环还可以具有另一组切向输入端口和一对大体为竖直朝向的输入端口。然而，应该理解，不必将任何一个端口相对于输入环切向朝向，仍落入本发明的范围之内。还可以预见可以彻底省略输入环，这样，所有组份被输送至腔侧壁上形成的输入端口。
现在参看图2A，一个实施例中，外壳251可以包括连接到侧壁257的纵向相对端并基本将纵向相对端封闭的封盖263，封盖263上具有至少一个输出端口265，其通常用于限定处理腔221的出口端部227。腔221的侧壁257(例如，由细长管255限定)具有内部表面267，内部表面267和波导组件(或者如下文所述的总体由201和203指示的多个波导组件)以及封盖263共同限定腔的内部空间253。在所示实施例中，管255通常是圆柱形的，这样，腔侧壁257的横截面大体是环形的。然而，可以预见，腔侧壁257的横截面也可以是除环形以外的形状，比如多边形的或者其他适当形状，这仍在本发明范围内。适当地，所示腔221的腔侧壁257由透明材料构成，虽然可以理解的是也可以使用任何适当的材料，只要该材料和腔中处理的液体溶液、该腔工作所处的压力以及腔内的其他环境条件(如温度)相兼容。
现在参看图1，总体用101指示的波导组件至少部分在腔121的内部空间153内纵向延伸，以对腔121的内部空间153内流动的液体(及水性流出物的任何其他组份)施加超声能量。具体而言，所示实施例的波导组件101从腔121的下端或入口端部125纵向向上延伸至腔的内部空间153，然后延伸至设置在输入端口(例如，所示的输入端口159)中间的波导组件的末端(terminal end)113。虽然在图1和2A中示出的波导组件纵向延伸到腔121的内部空间153，但是，如图4-6具体所示，本领域技术人员应该理解，波导组件可以自腔外壳侧壁横向延伸并水平经过腔的内部空间。典型地，如下文所述，波导组件101直接或间接安装到腔外壳151上。
还参看图1，波导组件101适当地包括总体用133指示的细长变幅杆组件，其完全放置在输入端口159和输出端口165之间的外壳151的内部空间153内，以完全浸在腔121内所处理的液体中；更恰当地，在所示实施例中，变幅杆组件133和腔侧壁157同轴对准。变幅杆组件133的外表面107与侧壁157的内表面167共同限定腔121的内部空间153内的流动通道，液体及其他组份沿该流动通道流过腔内的变幅杆(本文中，这一部分流动通道广义地称为超声处理区域)。变幅杆组件133具有限定变幅杆组件末端的上端(因而也限定波导组件的末端113)和纵向相对的下端111。虽然未示出，特别优选的是，波导组件101还包括和变幅杆组件133的下端111同轴对准且在其上端连接到变幅杆组件133的下端111的增强器。然而，应该理解，波导组件101可以只包括变幅杆组件133，这依然落入本发明范围内。可预见，增强器可以完全放置在腔外壳151之外部，同时变幅杆组件133安装在腔外壳151上，这不脱离本发明的范围。
适当地，波导组件101，更具体地是增强器在其上端通过安装构件(未示出)安装在腔外壳151上，例如，安装在限定腔侧壁157的管155上，该安装构件用于震动隔离波导组件(其在工作时超声震动)和处理腔外壳。即，安装构件防止波导组件101的纵向和横向机械震动传导到腔外壳151，同时保持波导组件(具体为变幅杆组件133)在腔外壳内部空间153内的所需横向位置，并使得变幅杆组件可在腔外壳内进行纵向和横向位移。安装构件也至少部分(例如同增强器和/或变幅杆组件的下端一起)封闭腔121的入口端部125。美国专利No.6,676,003说明并描述了安装构件结构的适当例子，此专利的全部公开内容通过引用与其一致的内容而并入本申请。
在一个特别适当的实施例中，安装构件是单件结构。更恰当地，安装构件可以与增强器整体形成在一起(更广义而言与波导组件101整体形成)。然而，应该理解，安装构件可以构造为和波导组件101分立的，这依然落入本发明的保护范围。还应理解，可以单独构造安装构件的一个或多个部件，并将它们适当地连接或组装起来。
一个适当实施例中，安装构件还构造成总体上是刚性的(如，负载情况下抗静态位移)，以保持波导组件101在腔121内部空间153内的正确对准。例如，一个实施例中的刚性安装构件可以包括非弹性材料，更适当地为金属，更加适当地是和增强器(更广义而言即波导组件101)使用相同的材料。然而，术语“刚性”并不意味着安装构件不能响应于波导组件101的超声震动而动态挠曲和/或弯曲。其他实施例中，刚性安装构件可以由在负载情况下足够抗静态位移的弹性材料构成，然而在别的方面，这种材料能够响应于波导组件101的超声震动而动态挠曲和/或弯曲。
至少包括激励器(未示出)和电源(未示出)的适当超声驱动系统131设置在腔121之外，并且可操作地连接到(未示出的)增强器(更广义而言连接到波导组件101)，以对波导组件供能使之超声机械震动。适当的超声驱动系统131的实例包括可从伊利诺伊州St.Charles的DukaneUltrasonics购得的Model 20A3000系统和可从伊利诺伊州Schaumberg的Herrmann Ultrasonics购得的Model 2000CS系统。
一个实施例中，驱动系统131可以在约15kHz到约100kHz的频率范围内运行波导组件101，更适当地，在约15kHz到约60kHz的范围内，甚至更适当地，在约20kHz到约40kHz的范围内。这种超声驱动系统131对本领域技术人员是公知的，本文无需进一步描述。
具体参看图1，变幅杆组件133包括细长、通常为圆柱形的变幅杆105，其具有外表面107和两个或更多(即多个)搅动构件137，搅动构件137连接到变幅杆并且以彼此纵向间隔开的关系至少部分从变幅杆的外表面横向向外延伸。变幅杆105的大小适当地选择为长度等于大约变幅杆谐振波长的一半(换句话说通常称为半波波长)。在一个具体实施例中，变幅杆105适当地配置为在前述超声频率范围内谐振，最适当的谐振频率为20kHz。例如，适当地，变幅杆105由钛合金构成(例如Ti6Al4V)，大小适于谐振于20kHz。工作于该频率的半波变幅杆105的长度范围(对应于半波)由此在约4英寸到约6英寸之间，更适当地在约4.5英寸到约5.5英寸之间，甚至更适当地在约5.0英寸到约5.5英寸之间，最适当的长度为约5.25英寸(133.4mm)。然而，应该理解，处理腔121可以包括其大小以半波长增加的变幅杆105，这不脱离本发明的保护范围。
所示实施例中，搅动构件137包括一组六个垫圈形状的环，其以纵向彼此间隔开的关系连续绕变幅杆105的外缘延伸出，并且从变幅杆的外表面横向(例如，在所示实施例中为径向)向外延伸。这样，每个搅动构件137相对于变幅杆105的震动位移绕变幅杆的外缘相对均一。但是，应该理解，搅动构件137无需每个都连续围绕变幅杆105的外缘。例如，搅动构件137的形状相反可以是辐条、叶片、翅片或从变幅杆105的外表面107横向向外延伸的其他不连续结构构件。例如，如图7所示，六个搅动构件中有两个是T形的，即701、703、705和707。具体而言，如下文所详述的，围绕波节区域的两个搅动构件是T形的。已发现具有T形的构件产生较强的径向(如水平方向)声波，这进一步增加如本发明中详述的空化效应。
举个大小方面的例子，图1所示实施例的变幅杆组件133的长度为约5.25英寸(133.4mm)，一个环137适当地设置在邻近变幅杆105的末端113(因而也邻近波导组件101的末端)处，更适当地，纵向和变幅杆105的末端间隔开约0.063英寸(1.6mm)。其他实施例中，最上面的环137可以设置在变幅杆105的末端，这依然落入本发明的保护范围。每个环137的厚度为约0.125英寸(3.2mm)，彼此纵向间隔开(环的相面对的表面之间)的距离为约0.875英寸(22.2mm)。
应该理解，搅动构件137(例如，所示实施例中的环)的数目在不脱离本发明的保护范围情况下可以多于或少于六个。还应该理解，搅动构件137之间的纵向间隔可以和图1所示及上文所述不同(例如，间隔更近或更远)。此外，虽然图1所示的环137彼此纵向均匀间隔开，但是，还可预见存在多于两个搅动构件时，纵向相邻的搅动构件之间的间隔不需要是均一的，这依然落入本发明的保护范围。此外，如图4-6所示，波导组件在腔内部空间内横向延伸时，搅动构件可以彼此横向间隔开。
具体而言，搅动构件137的位置至少部分是变幅杆组件133震动时所需的搅动构件震动位移的函数。例如，在图1所示实施例中，变幅杆组件133的波节区域通常位于变幅杆105的纵向中心处(例如，位于第三和第四环之间)。如此处所用且在图1具体所示的，变幅杆105的“波节区域”指变幅杆构件的一段纵向区域或纵向部分，沿着这一区域或部分，在变幅杆超声震动期间很少出现(或不出现)纵向位移，而变幅杆的横向(例如，所示实施例的径向)位移通常最大。适当地，变幅杆组件133的横向位移包括变幅杆的横向膨胀，但也可以包括变幅杆的横向运动(如弯曲)。类似的，图4-6中，即，变幅杆沿腔外壳的内部空间内的横向延伸的情况中，“波节区域”指变幅杆构件的一段横向区域或部分，沿着这一区域或部分，在变幅杆超声震动期间很少出现(或不出现)横向位移，而变幅杆的轴向(例如，所示实施例的纵向)位移通常最大。
图1所示实施例中，半波变幅杆105的配置为使得波节区域具体由波节平面(即，存在一个横穿变幅杆构件的平面，在该平面上不出现纵向位移而横向位移通常最大)限定。这个平面有时也称为“波节点”。相应地，设置成纵向离变幅杆105的波节区域较远的搅动构件137(例如，图示实施例中的环)主要进行纵向位移，而相对于纵向远端的搅动构件而言，纵向离该波节区域较近的搅动构件的横向位移量增加但纵向位移量减小。
应该理解，可将变幅杆105配置为使得波节区域不是位于变幅杆构件的纵向中心，这不脱离本发明的保护范围。还应理解，一个或多个搅动构件137可以纵向位于变幅杆上，以在变幅杆105超声震动时既相对变幅杆纵向位移又相对变幅杆横向位移。
还是参看图1，搅动构件137充分构造为(例如，就材料和/或尺寸而言，尺寸如厚度和横向长度，横向长度是搅动构件从变幅杆105的外表面107横向向外延伸的距离)有助于动态运动，具体而言，有助于搅动构件响应于变幅杆的超声震动而进行的动态挠曲/弯曲。一个特别适当的实例中，对于在处理腔中波导组件101所要工作的给定超声频率(这里也称为波导组件的预定频率)以及有待在腔121内处理的特定液体，搅动构件137和变幅杆105适当地构造并设置为使搅动构件以预定频率工作于这里所谓的超声空化模式。
如此处所述，搅动构件的超声空化模式指搅动构件的震动位移足以引起被处理的液体在预定超声频率下的空化(即，液体中气泡的形成、增长和破裂坍塌)。例如，当腔内流动的液体包括水性流出物(具体而言为水)且波导组件101将工作在约20kHz的超声频率(即预定频率)下，则一个或多个搅动构件137可适当地构造成提供至少1.75mils(即0.00175英寸，即0.044mm)的震动位移，以建立搅动构件的空化模式。应该理解，波导组件101的配置可以不同(例如，材料、大小等)，以实现和所处理的特定液体相关的所需空化模式。例如，在所处理的液体的粘性改变时，需要改变搅动构件的空化模式。
在一个特别适当的实施例中，搅动构件的空化模式对应于搅动构件的谐振模式，通过该模式，搅动构件的震动位移相对于变幅杆的位移被放大。然而，应该理解，搅动构件不工作于其谐振模式时也可出现空化，甚至搅动构件的震动位移大于变幅杆的震动位移时也可出现空化，这不脱离本发明保护范围。
一个适当实施例中，至少一个搅动构件(更适当地情况下所有搅动构件)的横向长度和搅动构件的厚度之比范围为约2∶1到约6∶1。再例如，每个环从变幅杆105的外表面107向外横向延伸出的长度为约0.5英寸(12.7mm)，每个环的厚度为约0.125英寸(3.2mm)，因而，每个环的横向长度和厚度之比为约4∶1。然而，应该理解，搅动构件的厚度和/或横向长度可以和上文所述环的厚度和/或长度不同，这不脱离本发明保护范围。而且，虽然每个搅动构件137(环)可以适当地具有相同的横向长度和厚度，但应该理解，搅动构件也可以具有不同的厚度和/或横向长度。
上述实施例中，搅动构件的横向长度还至少部分限定流动通道的大小(并且至少部分限定其方向)，腔内部空间内的液体或其他可流动组份沿该流动通道流过变幅杆的外表面。例如，变幅杆的半径可以为约0.875英寸(22.2mm)，每个环的横向长度为如上述的约0.5英寸(12.7mm)。外壳侧壁的内表面半径为约1.75英寸(44.5mm)，这样，每个环和外壳侧壁内表面之间的横向间隔为约0.375英寸(9.5mm)。可以预见，变幅杆外表面和腔侧壁内表面之间的间隔和/或搅动构件和腔侧壁内表面之间的间隔可以大于或小于上述值，这不脱离本发明的保护范围。
通常，变幅杆105可由具有适当声学和机械特性的金属构成。用于构造变幅杆105的适当金属的例子包括但不限于：铝、蒙耐合金、钛、不锈钢和一些合金钢。还可预见，变幅杆105的一部分或其全部可用另一种金属涂布，如银、铂、金、钯、二氧化铅和铜，仅举这几个为例。在一个特别适当的实施例中，构成搅动部件137的材料和变幅杆105相同，更适当地，搅动构件和变幅杆整体成形。在其他实施例中，一个或多个搅动构件137可以与变幅杆105分开而形成，并连接到变幅杆上。
虽然图1所示搅动构件137(例如，环)相对扁平，即，横截面相对为长方形，应该理解，环的横截面可以是长方形以外的形状，这不脱离本发明范围。本例中使用的术语“横截面”用于指沿横向方向(例如，在所示实施例中为相对于变幅杆外表面107的径向)所获得的截面。此外，虽然图1所示搅动构件137(如环)构造为仅具横向部件，可以预见，一个或多个搅动构件可以具有至少一个纵向(如轴向)构件，以在波导组件101超声震动期间利用变幅杆的横向震动位移(例如，位于或靠近图1所示变幅杆的波节区域)的优势。
如图1清楚示意的，变幅杆105的近端和图1的输入端口125适当地纵向间隔开，以限定此处称为液体进入区域的位置，在该进入区域中，腔外壳151内部空间153内液体的初始涡流出现在变幅杆105的上游。该进入区域对于从液体中除去化合物的情况特别有用，这是因为可能需要使用另一种成份(例如，过氧化氢)，在液体和处理腔的超声变幅杆接触之前，能够将该成份和被处理的液体预先混合。具体而言，如过氧化氢的附加成份可用作强氧化剂，以更好地从液体中去除化合物。然而，应该理解，变幅杆105的近端可以比图1所示的情况更接近输入端口125，而且可以基本邻近输入端口以便通常省去进入区域，这不脱离本发明范围。
现在参看图2A，总体用245指示的挡板组件设置在腔221的内部空间253内，具体而言，其通常横向邻近侧壁257的内表面267，和变幅杆205通常为横向相对关系。一个适当实施例中，挡板组件245包括一个或多个挡板构件247，其邻近外壳侧壁257的内表面267设置且至少部分从侧壁内表面横向向内延伸朝向变幅杆205。更适当地，一个或多个挡板构件247从外壳侧壁内表面267横向向内延伸至与搅动构件237有纵向间隙的位置，搅动构件237从变幅杆205的外表面207向外延伸。术语“有纵向间隙”此处指平行于变幅杆205的纵向轴所画的纵向线既穿过搅动构件237又穿过挡板构件247。例如，在所示实施例中，挡板组件245包括五个通常为环形(即，围绕变幅杆205连续延伸)且和六个搅动构件237有纵向间隙的挡板构件247。类似的，图4-6中，波导组件在外壳内横向延伸时，一个或多个挡板构件从外壳侧壁内表面横向向内延伸至和搅动构件有横向间隙的位置，搅动构件从变幅杆的外表面向外延伸。
举一更具体的例子，图2A所示的五个环形挡板构件247和上一个尺寸例子中的搅动构件237的厚度相同(即0.125英寸(3.2mm))，其彼此之间的纵向间隔(例如，相邻挡板构件的相对面之间)等于环之间的纵向间隔(即0.875英寸(22.2mm))。每个环形挡板构件247的横向长度(例如，从外壳侧壁257内表面267向内)为约0.5英寸(12.7mm)，这样，挡板构件最内侧边缘横向向内延伸超出搅动构件237(如环)最外侧边缘。然而，应该理解，挡板构件247不必横向向内延伸超出变幅杆205的搅动构件237的最外侧边缘，这依然落入本发明的保护范围。
应该理解，挡板构件247由此延伸到液体在腔221的内部空间253内流经变幅杆205(如，在超声处理区域内)的流动通道。因而，挡板构件247防止液体沿腔侧壁257的内表面267流过变幅杆205，更适当地，挡板构件有助于液体横向向内流向变幅杆，以流过变幅杆的搅动构件(如果有吸附剂的话，也由此流过该吸附剂)，从而有助于利用超声能量和变幅杆外表面处出现的电荷除去化合物。
为了防止气泡淤塞或者沿侧壁257的内表面267并在每个挡板构件247下侧的面上形成气泡(如，由搅动液体所致的)，在每个挡板构件的外边缘上形成一系列凹口(广义而言为开口)(未示出)，以助于气体(如气泡)在挡板构件的外边缘和腔侧壁内表面之间流动。例如，在一个特别优选的实施例中，在每个挡板构件的外侧边缘上形成彼此等间距的四个这样的凹口。应该理解，在挡板构件上形成的开口可以位于除挡板构件邻接外壳处的外侧边缘之外的位置，这依然落入本发明范围。还应该理解，凹口的数量可以多于或少于如上述的四个，甚至可以彻底省略凹口。
还可预见的是，挡板构件247不必须是环形的，也不必须围绕变幅杆205连续延伸。例如，挡板构件247可以围绕变幅杆205不连续延伸，例如为辐条、突起、片(segment)或其他分立结构形式，并从邻近外壳侧壁257的内表面267的位置横向向内延伸。指挡板构件247绕变幅杆连续延伸的术语“连续”并不排除挡板构件为两个或多个以端对端邻接关系排列的弓形片的情况，也就是说，只要这些片之间没有明显缝隙即可。美国申请序列号No.11/530,311(2006年9月8日提交)公开了适当的挡板构件结构，在此通过对与其一致的内容的引用而并入本申请范围内。
同样，虽然图2A所示的每个挡板构件247通常都是扁平的，例如，具有通常较薄的长方形横截面，但是，可以预见，一个或多个挡板构件中的每一个的横截面可以不是通常扁平或长方形的，以助于气泡沿腔221的内部空间253流动。术语“横截面”这里用来指沿横向方向(例如，所示实施例中为相对于变幅杆外表面207的径向)获得的截面。
再参看图1，处理腔121还连接到如直流发电机(用120指示)的导电发电机，以在腔外壳151的内部空间153内产生电势。如图1所示，可以通过电线(用122和124指示)把发电机120连接到腔121和处理腔121中的一个或多个部件。具体而言，在所示实施例中，电线122、124分别将直流发电机120电连接到变幅杆105的末端(例如，波导组件101的末端113)和腔外壳151的侧壁157。根据分别用于形成腔外壳的侧壁和波导组件的变幅杆的材料，所产生的电流产生电极电势，以使得腔外壳的侧壁表现出典型的阳极特性，变幅杆的外表面表现出阴极特性，反之亦然。
通常，本发明的发电机120产生的电极电势范围为约0.1V到约15V。更适当地，电极电势范围为约0.5V到约5.0V；更适当地，电极电势范围为约1.0V到约3.0V。此外，电极电势在处理腔内产生的典型电流密度范围为约0.1kA/m2到约2kA/m2；更适当地，电流密度可为约1kA/m2到约1.5kA/m2。
具体而言，根据处理腔所需目的需要的量确定并产生电极电势。例如，需要将处理腔用于去除或电解水性流出物中的化合物或水溶液中的化合物时，产生的电极电势就是从溶液中电解出该特定化合物所需的值。例如，处理腔设计用于电解废弃水性流出物中的氨水时，更具体而言，用于除去废弃水性流出物中的氮时，产生的电极电势就是电解氨水以产生氮和氢所需的电极电势，即，电极电势为约0.77V。类似的，腔设计成用于通过电解除去水性氯化钾溶液中的氯时，产生的电极电势为约0.82V。再举一例，电解水以产生氢和氧所需的电极电势为约2.06V。本领域技术人员应该理解，上述例子不是限制性的，这是因为可在各个范围内控制电极电势，电极电势还可用于其他用途，例如，除去各种其它水性流出物中的其它化合物，这不脱离本发明范围。
此外，本领域技术人员应该理解，虽然图1中的发电机120连接到侧壁157和变幅杆105的末端119，但是，发电机可以连接到处理腔21的许多个其他区域，这不脱离本发明范围。具体而言，如图2A和3-6所示及下文所详述的，电线可将发电机连接到多个波导组件，每个波导组件都完全放置在单个处理腔的腔外壳的内部之中。更具体的，如图2A和图3-6所示，有两个波导组件，每个波导组件有其自身相应的变幅杆，这里，电线将发电机连接到每个变幅杆各自外表面处，从而在第一变幅杆的外表面处产生类阴极效应，在第二变幅杆的外表面处产生类阳极效应。应该理解，可选地，电极电势也可以对第一变幅杆的外表面充电使其作为阳极并对第二变幅杆的外表面充电使其作为阴极，这不脱离本发明范围。
再参看图1，通过将腔外壳151的侧壁157和变幅杆105的外表面107连接到发电机120而在腔外壳151的内部153内产生了电极电势，因而需要使外壳151和波导组件101电绝缘以保持类电极效应。因而，所示实施例中，通过至少两个绝缘构件10和12把外壳侧壁157和波导组件101隔离开(因而也和变幅杆105隔离开)。
通常，可用本领域公知的任何绝缘材料制造绝缘构件10、12。例如，可用公知的许多无机或有机绝缘材料中的任一种来生产绝缘构件10、12。可用于绝缘构件10、12的特别适当的材料包括具有高绝缘强度的固体材料，例如，玻璃、聚脂薄膜、聚酰亚胺(kapton)、陶瓷、酚醛玻璃/环氧树脂层压板等。
一个实施例中，处理腔还包括吸附剂，以助于除去水性流出物中的化合物。具体而言，吸附剂位于变幅杆的外表面上，并如上述变幅杆外表面被施加超声能量并被充电。通常，处理腔包括约10％(孔隙体积(voidvolume))到约90％(孔隙体积)的吸附剂。更适当地，腔内吸附剂的量为约30％(孔隙体积)到约70％(孔隙体积)。
本发明的方法中可以使用各种不同吸附剂。一个特别优选的实施例中，吸附剂是氧化铝。具体而言，根据所需处理腔的最终用途，可以仅使用氧化铝粉末，或使用包含氧化铝的珠子/颗粒。一个实施例中，氧化铝是氧化铝粉末，优选地为Brockmann I的活性氧化铝粉末(本文中也称为活性氧化铝)。
通过温和煅烧氢氧化铝(三水合铝、水软铝石)制备活性氧化铝，氢氧化铝是用铝土矿工业生产铝时的中间产物。具体而言，从铝酸钠溶液沉淀得到氢氧化铝。以约500℃的温度加热这样得到的氢氧化铝，可以去除约33％(按重量计)的构成水分，水软铝石的结晶结构不受影响。
氧化铝是吸水性的，具有高的吸水能力。因而，活性氧化铝可以适当地俘获阴离子染料和表面活性剂以及具有许多非极性染料的螯合物。
可获得各种各样的标准氧化铝，它们具有确定的活性、pH值和颗粒大小。可用Brockmann活性(例如，活性等级I、II、III、IV和V)来表征活性氧化铝，用Brockmann&Schodder，Ber.Dtsh.Chem.Ges.，74B，73(1941)中公开的Brockmann和Schodder测试法来测量Brockmann活性。通常，按照如下方式测量活性等级：将溶解在标准溶剂中标准体积的一对测试染料涂在标准化柱上，经色谱展开后，通过测试染料是否分离表示活性等级。可使用的测试染料对为：(I)偶氮苯和对甲氧基偶氮苯；(II)对甲氧基偶氮苯和苏丹黄；(III)苏丹黄和苏丹红；(IV)苏丹红和对氨基偶氮苯；以及(V)对氨基偶氮苯和对羟基偶氮苯。具体而言，称取上述染料对中两种染料各20mg，放入50ml的溶剂混合物中得到测试染料溶液，该溶剂混合物包含一份纯苯和四份纯石油醚(沸点50-70℃)。然后，将10ml的每种测试染料溶液涂布在包含100-150ml欲测试的吸附剂的柱顶端。然后用20ml的洗脱液对柱进行洗脱，洗脱液是和上述溶剂中所使用相同的混合物。为了确定活性等级，测量测试染料前沿的迁移距离。然后，以测试染料对的数目和从柱顶端到最前面的迁移染料前沿之间的距离(用毫米表示)来确定活性等级。活性为Brockmann I的活性氧化铝最易反应的。
通过简单地加水就可以将Brockmann I活性氧化铝转换为较低活性等级的活性氧化铝。具体而言，要将Brockmann I活性氧化铝转换成Brockmann II活性氧化铝，向Brockmann I活性氧化铝中加入(活性氧化铝粉末总重的)3％的水。要将Brockmann I活性氧化铝转换成等级III的活性氧化铝，加入(活性氧化铝粉末总重的)6％的水；要转换成等级为IV的活性氧化铝，向Brockmann I活性氧化铝中加入(活性氧化铝粉末总重的)10％的水；要转换成等级为V的活性氧化铝，加入(活性氧化铝粉末总重的)15％的水。
合适的Brockmann I活性氧化铝粉末的样品可从CAMAG ScientificInc.(北卡罗莱纳州的Wilmington)和Sigma-Aldrich(密苏里州的St.Louis)购得。
另一实施例中，氧化铝可以是颗粒状的，如矾土或硅石珠子或颗粒。要使用的颗粒类型取决于待处理的水性流出物和待去除的水性流出物中的化合物。例如，一个具体实施例中，氧化铝颗粒是由上述活性氧化铝粉末制成的活性氧化铝颗粒。
另一种适当的氧化铝颗粒是可包括各种其他成份的氧化铝颗粒。通常，颗粒可包括不对有待从水性流出物中去除的化合物和氧化铝结合的能力造成负面影响的任何材料。因而，颗粒中包括的至少一部分氧化铝应该存在于颗粒表面，这样，氧化铝可用于吸收化合物。
例如，一个实施例中，处理腔中使用的氧化铝颗粒是氧化铝溶胶颗粒。氧化铝溶胶是水合氧化铝胶体，其可具范围很广的粘性，并且高抗热性。可以购得颗粒大小各不相同的许多种氧化铝溶胶。特别有益的是，氧化铝溶胶可制备成具有相对强的表面正电荷或Zeta电势。该实施例中，和化合物反应的颗粒主要包括氧化铝，一些实施例中，该颗粒仅包括氧化铝。氧化铝颗粒材料的例子包括Aluminasol-100和Aluminasol-200，这两种材料都可从(德克萨斯，休斯顿的)Nissan Chemical America购得。
在另一个实施例中，颗粒可包括用氧化铝涂敷的内核材料。氧化铝可在颗粒上形成连续或不连续的涂敷层。内核材料例如可以为无机氧化物，比如硅石。例如，一个实施例中，可使用包括具有氧化铝表面涂敷层的硅石纳米颗粒的溶胶。这种溶胶可从(德克萨斯，休斯顿的)Nissan ChemicalAmerica购得。用氧化铝涂敷硅石可以使溶胶在一定pH范围内具有稳定性。事实上，和氧化铝溶胶相比，在本发明的一些应用中，用氧化铝涂敷的硅石溶胶具有更好的稳定性。用氧化铝涂敷的具有硅石内核的颗粒的具体例子包括可从(德克萨斯，休斯顿的)Nissan Chemical America购得的SNOWTEX-和可从(马里兰的、哥伦比亚的)Grace Davison购得的Ludox
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氧化铝为颗粒形式时，颗粒具有的平均颗粒大小为约5纳米到小于500微米。更适宜的，氧化铝颗粒的平均颗粒大小为约10纳米到小于1微米；更适宜地，为约15纳米到约25纳米。
其他吸附剂材料也适用于本发明。这些材料的例子包括活性炭、沸石和硅石。硅石的作用和上述活性氧化铝作用类似。
活性炭的性质是疏水性的，通常亲和有机材料。活性炭通常用于去除水性流出物中的有机污染物。活性炭可适当地吸附水性流出物中非极性化合物，如染料和颜料。
通常，沸石是具有多孔结构的水合铝硅酸盐矿物。这种矿物是亲水性的，具有极性吸附能力的规则通道，通常用于空气分离和脱水。沸石可以适当地去除水性流出物中的化合物，如酸性染料、活性染料、表面活化剂等。
人们认为，使用经施加能量和充电的吸附剂可以改善在吸附剂表面上对有待从水性流出物中去除的化合物的吸附，这并不受限于某个特定理论。通常，已发现，施加过超声能量和并用电流源使之充电的吸附剂可以更高效更有效地和化合物结合，从而使从水性流出物中去除这些化合物这一过程得到改善。具体而言，通过使处理腔中的吸附剂经受到超声能量和电极电势的影响，水性流出物中会出现微空化。随着通过微空化产生的小气泡破裂或震动，产生了微对流的气流，这在本会停滞的区域中产生液体流动。此外，由超声能量产生的声波产生脉冲式的牵连运动(bulk motion)，这进一步提供流体搅动。由微空化和声波产生的增强流体流动减小了围绕吸附剂的液力边界层的厚度。该效果改进水性流出物中的化合物到吸附剂表面的大量传输，使得吸附更快更有效。此外，通过在处理腔内产生电极电势，根据需要从水性流出物中去除的化合物，吸附剂可以或多或少地带有正电荷。例如，需要去除带有更多负电荷的化合物时，可在处理腔内产生可使带有正电荷的吸附剂吸引阴极(例如带有负电荷)的电极电势，从而使吸附剂带有更多正电荷(例如，吸附剂作为阳极)，这会造成带有更多正电荷的吸附剂和带有负电荷的化合物之间更强的吸引和结合。类似的，待去除的化合物带有正电荷时(即H+离子)，可以产生使吸附剂带有更多负电荷的电极电势。带有负电荷的吸附剂会被阳极(即带有正电荷)吸引，这会进一步增强吸附剂上的负电荷，从而和待去除的带有正电荷的化合物有更大的吸附吸引力。
一个实施例中，水性流出物是纺织品印染工艺造成的纺织品流出物。具体而言，纺织品流出物包括没有和被染色的基底结合的部分所用着色剂。这些未结合的着色剂通常由水冲洗过程去除，从而产生大量必须以对环境而言可接受的方式处理掉的纺织品流出物。
有待从上述实施例中的纺织品流出物中去除的化合物可以包括，例如：染料、丹宁酸、荧光增白剂、上浆剂、酶、漂白剂、表面活性剂、盐、滑润剂、阻火剂、增塑剂、单体(如，丙烯酸、甲基丙酸烯、丙烯腈)、引发剂、酸(如，乙酸、抗坏血(asorbic)酸、柠檬酸、苹果酸和蚁酸)、碱如碳酸钠、紫外线吸收剂及以上化合物的组合。
另一个实施例中，水性流出物是饮料，如果汁、葡萄酒和啤酒。例如，一个实施例中，饮料是葡萄酒。酿制葡萄酒时，如酵母细胞、葡萄皮颗粒、酒石酸盐、蛋白质、丹宁酸、和其他悬浮固体这样的化合物必须被除掉，以得到经消毒的、看起来清澈的、不那么苦并耐储存的产品。类似的，饮料是啤酒时，必须除去如酵母、蛋白质/多酚复合物(polyphenol complexes)和其他不可溶材料的化合物。此外，还必须除去果汁和葡萄酒中水果腐坏产生的微生物和副产品，如真菌产生的霉菌毒素。此外，如橘子和葡萄柚这样的水果有苦味的化合物，包括柠檬苦素、橘皮苷和多酚，加工时必须除去果汁中的这些物质。
此外，根据本发明，水性流出物可以是水。具体而言，一个实施例中，水性流出物为饮用水。例如，很多家庭、企业和社区用地下水作为新鲜饮用水。通过钻各种深度的井，可以获得并使用地下蓄水层中的地下水。很多情况下，地下水包括可测量水平的有机物，出于健康原因，认为这样的有机物不适于人类使用。危险的有机化合物的例子包括砷和氟化物。其他有机物可包括有机化学物质，如除草剂、杀虫剂、肥料等，通过将这些物质堆积在垃圾掩埋处或让这些物质从废水氧化塘渗入土地或空气里来处理这些物质。一些情况下，汽油从被侵蚀的地下存储罐中进入地下水中。此外，地下水中会生长如细菌的许多微生物类型。此外，和上述饮料类似，必须去除会产生浑浊态(cloudy appearance)的蛋白质和其他不溶物质，以产生可接受的饮用水。其他不溶物质的例子包括大量腐殖质，腐殖质是由植物和动物微生物降解而产生的有机分子。这些物质的棕色使消费者感到不快，而且，处理过程中，这些物质会进一步和如氯和臭氧的氧化剂反应，产生消毒副产品(DBP)。
另一实施例中，水性流出物可以是受到污染的水体，如河流、湖泊或者溪流，必须对这些水体进行处理以符合政府的环境法。这些水体通常包括一种或多种杂质，如悬浮固体、溶解的有机物、微生物、溶解的矿物质等。
虽然本发明描述了使用经施加能量的吸附剂除去水性流出物中的化合物，也可以用本发明的吸附剂和处理腔进行非水性过滤。
上面还提到，一些实施例中，处理腔可包括多于一个波导组件，该波导组件具有至少两个用于超声处理和充电的变幅杆组件。参看图2A，处理腔221包括限定腔221内部空间253的外壳251，从两个横向相对的入口端部269和279可将液体输送通过外壳251。外壳251包括细长的管255，该管255至少部分限定腔221的侧壁257。管255具有两个形成于其中的输入端口240和245和至少一个输出端口265，这两个输入端口彼此横向相对，具有有待在腔221内去除的化合物的一种或多种水性流出物通过这两个输入端口输送到腔的内部空间253，液体(即，水性流出物)一旦经过处理后就通过该输出端口265排出腔221。
两个波导组件201和203至少部分在腔221的内部空间253内纵向延伸，以对腔221的内部空间253内位于每个波导组件201和203上的第一超声变幅杆205和第二超声变幅杆209的外表面施加超声能量。第一超声变幅杆205和第二超声变幅杆209都完全设置在输入端口269和279与输出端口265之间的外壳251的内部空间253内，以完全浸入腔221内的液体中。如上面图1的单变幅杆组件结构所述，可以单独构造每个变幅杆组件233和225(包括变幅杆205和209，以及多个搅动构件237和239还有挡板组件245和249)。
还参看图2A，可将发电机(未示出)分别电连接到两个变幅杆组件233和225的变幅杆205和209的外表面207和211，以在腔221的外壳251的内部253内产生电极电势。如图2A所示，第二变幅杆209的外表面221(以及其上的任何吸附剂(未示出的))被充电作为阳极，而第一变幅杆205的外表面207(以及其上的任何吸附剂(未示出的))被充电作为阴极(参看图2B，其中示出第一变幅杆205的末端作为阴极，第二变幅杆209的末端作为阳极)。应该理解，可选地，第一变幅杆205的外表面(以及其上的任何吸附剂(未示出的))也可以作为阳极，同时第二变幅杆209的外表面(以及其上的任何吸附剂(未示出的))作为阴极，这不脱离本发明范围。此外，和图1的处理腔一样，用至少第一绝缘构件210和至少第二绝缘构件212隔离外壳251和第一波导组件201，用至少第三绝缘构件214和至少第四绝缘构件216隔离外壳251和第二波导组件203。
现在参看图3，处理腔421和图2A中的处理腔221相似之处在于处理腔421包括两个独立的波导组件401和403。然而，图3的波导组件401和403在外壳451的内部空间453内还通过网状衬底(mesh substrate)450隔离开，网状衬底450在第一波导组件401和第二波导组件403之间横向延伸。具体而言，网状衬底450从总的由463指示(例如，对应于图2A的封盖263)的外壳上侧纵向端(例如第一纵向端)延伸到总的用473指示的外壳下侧纵向端(如第二纵向端)。网状衬底通常可以隔离电解液体中的化合物时产生的气体。例如，电解氨水时，阳极形成氮气，阴极形成氢气。为了随后进行再销售，希望使这两种气体彼此分离。
此外，网状衬底可以被用于使形成的离子横跨处理腔从阳极移动到阴极，以保持整个液体的离子中性。例如，电解水形成氢气和氧气。在阳极形成氧气和氢离子(H+)，在阴极形成氢气和氢氧离子(OH-)。氢和氢氧离子都可以穿过网状衬底，以保持处理腔的内部中的离子中性。
通常，网状衬底可由本领域公知的任何适当材料制成。例如，用于网状衬底的一种具体材料为不锈钢。其他例子包括，由聚乙烯、聚丙烯和全氟材料制成的网状衬底。适当地，网状衬底的孔大小为约15微米到约450微米，更适当地，为约20微米到约100微米。网状衬底的厚度通常为约0.001英寸到约0.05英寸，更具体的，为约0.005英寸到约0.04英寸。
由于处理腔421被网状衬底450分成两个室，所以外壳451适于包括多于一个输出端口。具体而言，所示实施例中有两个输出端口427和429。更具体地，第一输出端口427使得经第一变幅杆施加能量和充电而除去了化合物的液体排出腔外壳451的内部空间453，第二输出端口429使得经第二变幅杆施加能量和充电而除去了化合物的液体排出腔外壳451的内部空间453。本领域技术人员应该理解，虽然图3A示出两个输出端口，但是处理腔421的外壳451可以包括多于两个输出端口，或者仅包括一个输出端口，这不脱离本发明的范围。
现在参看图4，处理腔521通常是细长的，但是和图1-3不同，处理腔521配置为使流体从其入口端部535进入处理腔521，大体上横向地在腔内流动(例如，在所示实施例的朝向中为向右)，并通常从腔521的出口端部527流出腔521。处理腔521包括限定腔521的内部空间553的外壳551，通过外壳551从至少一个输入端口569输送液体。外壳551包括细长管555，其至少部分限定腔521的侧壁557。外壳551具有两个纵向相对端，通过这两端将具有有待在腔521内除去的化合物的一种或多种水性流出物输送到腔的内部空间553，外壳551还具有至少一个输出端口565，化合物一旦被去除后液体就通过该输出端口排出腔521。
两个波导组件501和503至少部分在腔521的内部空间553内横向延伸。每个波导组件501和503分别包括总的分别用533和535指示的细长变幅杆组件，对该变幅杆组件施加超声能量并对其充电以除去水性流出物中的化合物。每个变幅杆完全设置在输入端口569和输出端口565之间的外壳551的内部空间553中，以完全浸入腔521中的液体中。所示实施例中，变幅杆组件533和535的末端573和575分别直接面对面。每个变幅杆组件533和535可以按上述图1的单个变幅杆组件的结构独立构造(包括变幅杆505和509，以及多个搅动构件537、539和挡板组件(未示出))。
还参看图4，可以将直流电流发电机(未示出)分别电连接到两个变幅杆组件533和535的变幅杆505和509的外表面507和511，以在腔521的外壳551的内部空间553内产生电极电势。如图4所示，第二变幅杆509的外表面511(以及其上的任何吸附剂(未示出的))被充电作为阳极，而第一变幅杆505的外表面507(以及其上的任何吸附剂(未示出的))被充电作为阴极。应该理解，可选地，第一变幅杆505的外表面(以及其上的任何吸附剂(未示出的))也可以被充电作为阳极，而第二变幅杆509的外表面(以及其上的任何吸附剂(未示出的))可被充电作为阴极，这不脱离本发明的范围。此外，和图1和2A的处理腔一样，用至少第一绝缘构件510和至少第二绝缘构件512隔离外壳551和第一波导组件501，用至少第三绝缘构件514和至少第四绝缘构件516隔离外壳551和第二波导组件503。
如图5所示，一些实施例中，两个或多个波导组件601和603至少部分在腔621的内部空间653内横向延伸，波导组件601和603的末端673和675分别彼此背对。
所示实施例中，用和图3所示网状衬底类似的网状衬底650将外壳651内部空间653内的波导组件633和635隔开，网状衬底650在第一波导组件601和第二波导组件603之间横向延伸。具体而言，网状衬底650从总的由663指示(例如，对应于图2A的封盖263)的外壳上侧纵向端(例如第一纵向端)延伸到总的用678指示的外壳下侧纵向端(如第二纵向端)。所示实施例中，网状衬底650为第一波导组件601和第二波导组件603提供结构支撑，更具体地，网状衬底650构造成用于基本将内部空间653内的第一波导组件601和第二波导组件603与腔外壳651震动隔离开。
和上述图1的波导组件一样，第一波导组件601和第二波导组件603可适当地用安装构件(未示出)安装在网状衬底650上。上述用于图1所示实施例的安装构件可用作本实施例的安装构件。
由于处理腔621被网状衬底650分成两个室，所以外壳651适于包括多于一个输入端口(如所示，外壳包括总的用669指示的第一输入端口和总的用679指示的第二输入端口)以及多于一个的输出端口(如所示，外壳包括总的用627指示的第一输出端口和总的用629指示的第二输出端口)。更具体地，第一输入端口669使得具有待去除的化合物的一种或多种液体溶液进入腔外壳651的内部空间653，然后，第一输出端口627使得经第一变幅杆施加能量和充电而去除了化合物的液体排出腔外壳651的内部空间653；第二输入端口679使得具有待去除的化合物的一种或多种液体溶液进入腔外壳651的内部空间653，然后，第二输出端口629使得经第二变幅杆施加能量和充电而去除了化合物的液体排出腔外壳651的内部空间653。
另一如图6所示的替代实施例中，处理腔721总的是细长的，并配置为使得流体从其入口端部759进入腔721，且总的在腔内横向流动(例如，在所示实施例的朝向中为向左)，并总的从腔721的出口端部727排出腔721外。处理腔721包括限定腔721内部空间753的外壳751，通过外壳751从至少一个输入端口769输送液体。外壳751包括细长管755，其至少部分限定腔721的侧壁757。外壳751具有两个纵向相对的端，通过这两端将具有有待在腔721去除的化合物的一种或多种液体溶液输送到腔的内部空间753；外壳751还具有至少一个输出端口765，液体通过该输出端口排出腔721。
两个波导组件701和703至少部分在腔721的内部空间753内横向延伸。每个波导组件701和703分别包括总体用733和735指示的细长变幅杆组件，对该变幅杆组件施加超声能量并对其充电以除去水性流出物中的化合物。每个变幅杆完全设置在输入端口769和输出端口765之间的外壳751的内部空间753中，以完全浸入腔721中的液体中。所示实施例中，总体用709指示的第二波导组件703的第二变幅杆组件735的第二变幅杆配置为中空的圆柱形。第一波导组件701的第一变幅杆组件733的第一变幅杆构件用715指示，其沿长度方向设置在中空圆柱形的第二变幅杆709内。
替代实施例中(未示出)，第二变幅杆可以配置为U形的，可以包括两个臂构件。第一变幅杆构件设置在第二变幅杆的第一臂构件和第二臂构件之间。第一变幅杆和第二变幅杆构件都包括上述搅动构件时，该结构使得搅动构件的重叠更好，从而产生增强的空化。
上述两个实施例的任一个中，和上面图1的单变幅杆组件结构一样，每个变幅杆组件733和735还可以单独分别包括多个搅动构件737和739以及挡板构件(未示出)。
现在参看图8，处理腔821包括限定腔821内部空间853的外壳851，通过外壳851从三个横向排列的入口端部869、879和889输送液体。外壳851包括细长管，其至少部分限定腔821的侧壁857。管上形成有三个彼此横向排列的输入端口840、845和850，通过这三个输入端口将有待在腔821内处理的一种或多种液体溶液或组份输送到腔的内部空间853；管还具有至少一个输出端口865，液体一旦被处理后通过该输出端口排出腔821。
两个波导组件801和803至少部分在腔821的内部空间853内纵向延伸，以对腔821的内部空间853内流过的液体施加超声能量。每个波导组件801和803分别包括总的分别用833和835指示的板状细长变幅杆组件，每个变幅杆组件完全设置在输入端口869、879和889以及输出端口865之间的外壳851的内部空间853中，以完全浸入腔821中正被处理的液体中。可根据上述图1的单变幅杆组件结构单独构造每个变幅杆组件833和835(包括变幅杆805和809以及多个搅动构件837和839以及挡板组件(未示出))。该结构中，有搅动构件837和839时，这些搅动构件是围绕板状变幅杆构件的外表面的盘式件。
此外，在图8所示处理腔中，如以上对图2A的处理腔讨论的那样，可将发电机(未示出)电连接到变幅杆805和809的外表面。
介绍本发明或其优选实施例的部件时，冠词“一”“一个”、“这个”及“所述”意指有一个或多个部件。“包括”、“包含”以及“具有”等词的意思是包括在内并表示还可以有不同于所列举部件的其他部件。
由于可在上述结构和方法中进行各种改变而不脱离本发明的保护范围，所以包含在上述说明书及附图中的所有内容都应该被理解为示意性的而不是限制性的。

Claims (19)

1.一种用于从水性流出物中除去化合物的方法，所述方法包括：
通过处理腔细长外壳的至少一个输入端口导入所述水性流出物，所述外壳包括纵向相对端和内部空间，所述外壳总体上还在至少一个纵向端封闭；
以预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的细长超声波导组件的细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，以从所述水性流出物中除去化合物，所述超声变幅杆包括多个分立的搅动构件，其以纵向彼此间隔开的关系与所述变幅杆的外表面接触并从所述外表面横向向外延伸，所述搅动构件和超声变幅杆被构造并设置成在所述超声变幅杆以所述预定频率超声震动时所述搅动构件相对于所述超声变幅杆动态运动并工作于与所述预定频率和所述腔内被处理的水性流出物相对应的所述搅动构件的超声空化模式；以及
从所述外壳的至少一个输出端口排出经清洁的所述水性流出物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声变幅杆至少部分放置在所述外壳的输入端口和输出端口之间并具有定位成和所述外壳内从所述输入端口流到所述输出端口的所述水性流出物接触的外表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过用电流源电接触所述外壳及所述超声变幅杆的外表面产生所述电极电势。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所产生的所述电极电势位于0.1V到15V的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个所述搅动构件包括T形物。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述外壳还包括位于所述超声变幅杆的外表面上的吸附剂，其中所述方法还包括以所述预定超声频率和电极电势对所述吸附剂施加超声能量并对其充电以从所述水性流出物中除去化合物。
7.一种用于从水性流出物中除去化合物的方法，所述方法包括：
通过处理腔细长外壳的至少一个输入端口导入所述水性流出物，所述外壳包括纵向相对端和内部空间，所述外壳总体上还在至少一个纵向端封闭；
以第一预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第一纵向细长超声波导组件的第一纵向细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，并以第二预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第二纵向细长超声波导组件的第二纵向细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，以从所述水性流出物中除去化合物，其中所述第一波导组件和所述第二波导组件在所述外壳内平行取向，以及其中所述第一和第二纵向细长超声变幅杆中的至少一个包括多个分立的搅动构件，其以纵向彼此间隔开的关系与所述变幅杆的外表面接触并从所述外表面横向向外延伸，所述搅动构件和超声变幅杆被构造并设置成在所述超声变幅杆以所述预定频率超声震动时所述搅动构件相对于所述超声变幅杆动态运动并工作于与所述预定频率和所述腔内被处理的水性流出物相对应的所述搅动构件的超声空化模式；以及
从所述外壳的至少一个输出端口排出经清洁的所述水性流出物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一超声变幅杆和第二超声变幅杆独立地至少部分放置在所述外壳的输入端口和输出端口之间，其中每个超声变幅杆的外表面独立地被定位成和所述外壳内从输入端口流到输出端口的所述水性流出物接触。
9.根据权利要求8所述的方法，其中通过用电流源电接触所述第一超声变幅杆的外表面及所述第二超声变幅杆的外表面产生所述电极电势。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述外壳包括第一纵向端和第二纵向端，其中所述处理腔还包括横向位于所述第一波导组件和第二波导组件之间并从所述外壳的第一纵向端延伸到所述外壳的第二纵向端的网状衬底。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述外壳还包括位于所述第一超声变幅杆外表面和所述第二超声变幅杆外表面中的至少一个上的吸附剂，其中所述方法还包括以所述第一预定超声频率和第二预定超声频率中的至少一个以及所述电极电势对所述吸附剂施加超声能量并对其充电以从所述水性流出物中除去化合物。
12.一种用于从水性流出物中除去化合物的方法，所述方法包括：
通过处理腔细长外壳的至少一个输入端口导入所述水性流出物，所述外壳包括纵向相对端和内部空间，所述外壳总体上还在至少一个纵向端封闭；
以第一预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第一细长超声波导组件的第一细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，并以第二预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第二细长超声波导组件的第二细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，以从所述水性流出物中除去化合物，其中所述第一波导组件和第二波导组件都独立包括末端，其中所述第一波导组件的末端面对所述第二波导组件的末端，以及其中所述第一和第二细长超声变幅杆中的至少一个包括多个分立的搅动构件，其以纵向彼此间隔开的关系与所述变幅杆的外表面接触并从所述外表面横向向外延伸，所述搅动构件和超声变幅杆被构造并设置成在所述超声变幅杆以所述预定频率超声震动时所述搅动构件相对于所述超声变幅杆动态运动并工作于与所述预定频率和所述腔内被处理的水性流出物相对应的所述搅动构件的超声空化模式；以及
从所述外壳的至少一个输出端口排出经清洁的所述水性流出物。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一超声变幅杆和第二超声变幅杆独立地至少部分放置在所述外壳的输入端口和输出端口之间，其中每个超声变幅杆的外表面独立地被定位成和所述外壳内从输入端口流到输出端口的所述水性流出物接触。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过用电流源电接触所述第一超声变幅杆的外表面及所述第二超声变幅杆的外表面产生所述电极电势。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述外壳包括第一纵向端和第二纵向端，其中所述处理腔还包括横向位于所述第一波导组件和第二波导组件之间并从所述外壳的第一纵向端延伸到所述外壳的第二纵向端的网状衬底。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二超声变幅杆进一步为U形，因而其包括第一臂构件和第二臂构件，其中所述第一超声变幅杆设置在所述第二超声变幅杆的第一臂构件和第二臂构件之间。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二超声变幅杆还配置为中空的圆柱形状，其中所述第一超声变幅杆沿长度方向设置在所述第二超声变幅杆的圆柱形中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中通过用电流源电接触所述第一超声变幅杆的外表面和所述第二超声变幅杆的外表面产生电极电势。
19.一种用于从水性流出物中除去化合物的方法，所述方法包括：
通过处理腔细长外壳的至少一个输入端口导入所述水性流出物，所述外壳包括纵向相对端和内部空间，所述外壳总体上还在至少一个纵向端封闭；
以第一预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第一细长超声波导组件的第一细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，并以第二预定超声频率和电极电势对位于所述外壳内的第二细长超声波导组件的第二细长超声变幅杆的外表面施加超声能量并对其充电，以从所述水性流出物中除去化合物，其中所述第一波导组件和第二波导组件都独立包括末端，其中所述第一波导组件的末端背对所述第二波导组件的末端，以及其中所述第一和第二细长超声变幅杆中的至少一个包括多个分立的搅动构件，其以纵向彼此间隔开的关系与所述变幅杆的外表面接触并从所述外表面横向向外延伸，所述搅动构件和超声变幅杆被构造并设置成在所述超声变幅杆以所述预定频率超声震动时所述搅动构件相对于所述超声变幅杆动态运动并工作于与所述预定频率和所述腔内被处理的水性流出物相对应的所述搅动构件的超声空化模式；以及
从所述外壳的至少一个输出端口排出经清洁的所述水性流出物。
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