超聲波污水處理

超聲波的空化效應(yīng)為降解水中有害有機(jī)物提供可能，從而使超聲波污水處理目的的實(shí)現(xiàn)。在污水處理過程中，超聲波的空化作用對有機(jī)物有很強(qiáng)的降解能力，且降解速度很快，超聲波空化泡的崩潰所產(chǎn)生的高能量足以斷裂化學(xué)鍵，空化泡崩潰產(chǎn)生氫氧基（OH）和氫基（H），同有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)，能將水體中有害有機(jī)物轉(zhuǎn)變成CO2 、H2O、無機(jī)離子或比原有機(jī)物毒性小易降解的有機(jī)物。所以在傳統(tǒng)污水處理中生物降解難以處理的有機(jī)污染物，可以通過超聲波的空化作用實(shí)現(xiàn)降解。

超聲波在污水處理中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)

目前，對超聲波降解水中污染物原理的認(rèn)識(shí)主要是空化理論和自由基氧化原理。由于超聲波空化作用所引起的反應(yīng)條件的變化，導(dǎo)致了化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)變化，使化學(xué)反應(yīng)的速度和產(chǎn)率得以提高。另外在超聲波空化產(chǎn)生的局部高溫、高壓環(huán)境下，水被分解產(chǎn)生H和OH自由基，另外溶解在溶液中的空氣(N2和O2)也可以發(fā)生自由基裂解反應(yīng)產(chǎn)生N和O自由基。

影響污水處理中超聲波降解的主要因素

影響污水處理中超聲波降解的主要因素包括溶解氣體、pH值、反應(yīng)溫度、超聲波功率強(qiáng)度和超聲波頻率：

1、溶解氣體的存在可提供空化核、穩(wěn)定空化效果、降低空化閾，對超聲波降解速率和降解的影響主要有兩方面的原因：A、溶解氣體對空化氣泡的性質(zhì)和空化強(qiáng)度有重要的影響；B、溶解氣體如N2O2產(chǎn)生的自由基也參與降解反應(yīng)過程，因此，影響反應(yīng)原理和降解反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為。

2、對于有機(jī)酸堿性物質(zhì)的超聲波降解，溶液的pH值具有較大影響。當(dāng)溶液pH值較小時(shí)，有機(jī)物質(zhì)可以蒸發(fā)進(jìn)入空化泡內(nèi)，在空化泡內(nèi)直接熱解；同時(shí)又可以在空化泡的氣液界面上和污水中空化產(chǎn)生的自由基發(fā)生氧化反應(yīng)，降解效率高。當(dāng)溶液pH值較大時(shí)，有機(jī)物質(zhì)不能蒸發(fā)進(jìn)入空化泡內(nèi)，只能在空化泡的氣液界面上同自由基發(fā)生氧化反應(yīng)，降解效率比較低。因此，溶液的pH值調(diào)節(jié)應(yīng)盡量有利于有機(jī)物以中性分子的形態(tài)存在并易于揮發(fā)進(jìn)入氣泡核內(nèi)部。

3、溫度對超聲波空化的強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)過程具有非常重要的影響，從而造成超聲降解的速率和程度的變化。溫度提高有利于加快反應(yīng)速度，但超聲波誘導(dǎo)降解主要是由于空化效應(yīng)而引起的反應(yīng)，溫度過高時(shí)，在聲波負(fù)壓半周期內(nèi)會(huì)使水沸騰而減小空化產(chǎn)生的高壓，同時(shí)空化泡會(huì)立即充滿水汽而降低空化產(chǎn)生的高溫，因而降低降解效率。一般聲化學(xué)效率隨溫度的升高呈指數(shù)下降。因此，低溫(小于20)較為有利于超聲波降解實(shí)驗(yàn),一般都在室溫下進(jìn)行。

4、研究表明，并非頻率越高降解效果越好。超聲波頻率與有機(jī)污染物的降解原理有關(guān)，以自由基為主的降解反應(yīng)存在一個(gè)頻率；以熱解為主的降解反應(yīng)，當(dāng)超聲聲強(qiáng)大于空化閾值時(shí)，隨著頻率的增大，聲解效率增大。

5、超聲波功率強(qiáng)度是指單位超聲發(fā)射端面積在單位時(shí)間內(nèi)輻射至反應(yīng)系統(tǒng)中的總聲能，一般以單位輻照面積上的功率來衡量。一般來說，超聲波功率強(qiáng)度越大越有利于降解反應(yīng)，但過大時(shí)又會(huì)使空化氣泡產(chǎn)生屏蔽，可利用超聲波功率強(qiáng)度能量減少，降解速度下降。

超聲波在污水處理中的應(yīng)用