总经理:13338674605
超声波技术在污水处理中的应用与研究进展李春喜王京刚王子镐魏晖张朝军北京化工大学化学工程学院。北京100029齐鲁石化公司烯烃厂。淄博2554解的原理。特点和影响因素以及目前取得的研究成果和主要结论，并对超声降解技术存在的问和今后利用超声波降解S.1.；8水中的化学污染物，尤其是难降解的有机污染物。是近年来发展起来的项新型水处理技术15.它集高级氧化技术人。1稽1.13.1瓜，1盼；烧。超临界化等多种水处理技术的特点于身，降解条件温和降解速度快。适用范围广，可以单独或与其他水处理技术联合使用，是种很有发展潜力和应用前景的技术。近年来利用超声波强化有机废水的降解或直接利用超声波降解有机废水的研宄报道日益增多，研宄内容涉及降解机理降解动力学中间体检测影响超声降解过程的因素和优化条件实验等。本文拟对近10年尤其是*近5年来超声波技术在废水处理方面的研宄进展作综述。
1超声波工作原理超声波由系列疏密相间的纵波构成。并通过液体介质向周传播。当声能足够高时。在疏松的牟周期内。液相分子间的吸引力被打破。形成空化核。空化核的寿命约为1.它在爆炸的瞬间可以产生大约4000和100肘，1的局部高温高压环境5，并产生速度约，8具有强烈冲击力的微射流，这种现象称为超声空化。这些条件足以使有机物在空化气泡内发生化学键断裂水相燃烧基反应。
功率超声波，61撕0如的频率范围为20100出2声化学研宄使用的超声波频率范围为200kHz2MH，其中前者主要利用了超声波的能量特性，而后者则同时利用了超声波的频率特性。化学反应和传递过程的超声强化作用主要是由于超声空化产生的化学效应和机械效应引起的。
2超声降解理论与应用研究2.1超声降解反应的类型在7化效应作用下有机物的降解过稃以讪过高温分解或自由基反应两种历程进行。例如，在氩气存在的条件下，用超声波辐照，6005的癸院溶液可以得到无定形铁17.该实验证明了空化泡在崩溃瞬间产生高温，挥发性5进入空化泡内并在其中发生高温分解反应。nh.，等人8发观2017.的超声波能将，分解为碳。
品硫。1+等9研宄飞，03等制冷剂水溶液，由祛对1的分解彩响不大。空化气泡内的热分。，下降躜的士耍诖径，在超声空化产生的局部高温高压环境下。水被分解产生曰和，1自由基0的氧化能力仅次于元素尸。另外溶解在溶液中的空气和，2也可以发生自由基裂解反应产生1和0自由基。这些自由基会进步引发有机分子的断链。自由基的转移和氧化还原反应，可超声降解本质上同光催化样也属于自由基氧化机理。实验发现，在超声降解过程中，会产生系列复杂的中间化合物，这与溶液中存在着众多的自由基种类有关。例如。在仅由心。；和1；组成的休系发生的内由基反应就多达20多个。产生大量的复杂的自由基中间体。只要降解条件合适。反应时间足够长。超声降解的*终产物都应该为热力学稳定的单质或矿化物。如等采用530出1.06你7，的超声波辐照被空气饱和的氯苯酚水溶液。510氯苯酚被彻底降解为。筑化碳口水。
污水处理方法，2.2超声降解的理论与应用研究221级降解反应在超声波作用下。有机物的超声降解反应遵守及甲基叔丁醚的降解等51.
心如等人从，叫超声降解的机理出发。
提出了个预测，水溶液声解速度的定量模型。而且该处理方法对于描述戌他有机物的声解过程也是适用的。声解1溶液，17.如加入个抄。妁4分散相。贝1声解，度1以提高两个数量级，这主要是由于，4分散相可以提高体系中Ci2CiNm的释放。222超声降解的影响因素2221超声功率强度超声降解反应的速率般总是随功率强度的增大而增加口但功率强度过高会适得其反。
如。利用探头式超声波发生器降解农药甲胺磷水溶液时*适宜的声强为8028.随着声强的增加。空化程度增加，甲胺磷的降解率，大。但声能太大，空化泡会在声波的负相长得很大而形成声屏蔽。使系统可利用的声场能量反而降低，降解速度反而下降在行波场中发生空化效应的声能强度阈值为0.7贾，2.但在超声波发生器中建立超滤水处理设备的声场都属于小尺度的混响场，在相同的输出声强条件下。由于在混响场内声能密度的叠加，使其声化学产率较行波场大610倍，产生空化效应的声能强度阈值超声功率强度般以单位辐照面积上的功率来衡量贾2.有时也采用单位体积液体消耗的功率来。
2222超广波频率*近的研宄明。高频超声波有助于提高超声降解速度2这是由于册自由基的产率随声源频率的增加而增加1+2.事实上，在超声降解过程中。超声强度和频率之间可能有个*佳匹配问。而且频率的选择与被降解有机物的结构性质以及降解历程有关，并不是在所有情况下高频超声082没有明显的声解作用。20，2的超声波能将它分解为碳和单晶硫8.因为该降解反应的机理为空化气泡内的高温裂解；因此。降解速度与0自由基的产率无关。另外，随着超声波频率的升高，超声波功率强度将下降。从而降低超声降解的速率。作为高级氧化技术。超声降解可以通过调整频率和饱和溶解气体来达到*佳效果。目前制造高频率低功率如超声波诊断仪和低频率大功率的超声波发牛。如大十超心波清洗槽的工艺技术都已成熟，但高频率大功率超声波发生器的制造还存在技术上的困难，因此，工业上应用的功率超声的频率般均低于，2.
2.2.2.3超声波反应器结构反应器设计的目的就是在恒定输出功率条件下尽可能提高混响场强度，增强空化效果。反应器可以是间歇的或连续的工作方式。超声波发生元件可以置于反应器的内部或外部。可以是相同频率的或不同频率的组合。沈壮志等人23通过超声辐照碘化钾溶液时碘的释放实验。对声化学产额与超声波源的位置和频率的关系进行了初步研宄。结果极大地提高声能效率23.8671於，虹等人4由于在反应器设计中采用了聚焦和反射手段，使声能利用率得以提高。采用640出2的超声波辐照，溶液。
氧化速度比文献报导的*好数据提高了1倍。2.2.2.4溶解气体的影响溶解气体对超声降解速率和降解程度的影响主要有两方面的原因是溶解气体对空化气泡的性质和空化强度有重要的影响；另外溶解气体如12.02产生的自由基也参与降解反应过程，因此。
影响反应机理和降解反应的热力学和动力学行为。超声空化产生的*高温度和压力总是随绝热指数的，大而升高。对单原子气体，=1.666.而多原子气体如泡腔内的空气，水蒸气或有机物蒸气单原子稀有气体总能提高降解的速率和程度45.例如。用20扭2的超声波降解溶解；人1.6！2种气体水溶液时，由于溶解气体2225液体的性质液体的性质如溶液粘度面张力值以及盐效应都会影响溶液的超声空化效果，下面分别讨论这些因素对降解速度的影响。
溶液粘性对空化效应的影响主要现在两个方面，方面它能影响空化阈值；另方面它能吸收声能，当溶液粘度增加时。声能在溶液中的粘滞损耗和声能衰减加剧，辐射入溶液中的有效声能减少。致使空化阈值显著提高，溶液发生空化现象变得困难。空化强度减弱，因此。粘度太高不利于超声降，随着面张力的增加，空化核生成困难，但它爆炸时产生的极限温度和压力升高，有利于超声降解。当溶液中有少量的面活性剂存在时溶液的生，但气泡爆破时产生的威力很小，因此，不利于超声降解。例如，用1.8肘5贾2的固定式反应器对十烷基苯磺酸钠溶液进行降解时。蝗，除率很低不超过27.功率超声对非离子面活性剂聚氧乙烯烷基醚8870的1彻底降解也需要小时对于有机酸碱性物质的超声降解溶液的，值具有较大影响。超声降解发生在空化核内或空化气泡的气液界面处，因此，溶液的，值调节应尽量有利于有机物以中性分子的形态存在并易于挥发进入气泡核内部。例如。对于有机酸和有机碱的超声降解应尽量在酸性和碱性条件下进行，这样更有利于有机物分子以更大的比例分布在气相中；反之，有机物分子以盐的形式存水溶性增加，挥发度降低，使得空化气泡内部和气液界面处的有机物浓度较低，不利于超声降解。例如。对十烷基苯磺酸钠溶液27的超声降解维持低1值是有利的，而溶液的阳值对氯苯溶液13的超声降解过程没有影响。除了要考虑有机物分子本奢的，贼性之外容液*佳值的确定还需要虑超声降解机理。例如。氧化过程是以202还是以自由基的氧化反应为主。因为202与0在*大产生速率时对应的，是不同的121.例如。氯乙烯水溶液在被氩气饱和的碱性溶液中分解速度*快1251.
因此改变有机物在气液界面相与本体液相之间浓度的分配，从而影响超声降解速率。例如在20 1的超声波反应器中加入氯化钠。氯苯对乙基酚以及苯酚的降解速率可以分别提高6，70和30而且反应速率的提高与污染物在乙醚水中的分配系数呈正比。这是因为加盐后水相中离子强度，加。更多的有机物被驱赶到气液界温度对超声空化的强度和动力学过程具有非常重要的影响。从而造成超声降解的速率和程度的变化。温度升高会导致气体溶解度减小面张力降低和饱和蒸气压，大，这些变化对超声空化是不利的。般声化学效率随温度的升高呈指数下降因此，声化学过程在低温下20，进行较为有利，超声降解实验般都在室温下进行。
2.2.2.7协同效应用超声波降解水中的污染物作为个新兴的研宄领域。目前尚处于探索阶段，该技术要实现工业化需要提高声能的利用率和降解速度。超声空化产生的机械效应可以极大地改善非均相界面间化学的主要研宄方向。将有机物水溶液的超声降解与其他降解方法相结合，有可能在充分发挥超声波的化学效应的同时也使其机械效应通过对其他过程的强化效应得到发挥，从而产生协同效应，提高有机物的降解速率和程度。例如。将超声降解与臭氧降解联合应用。可以强化臭氧对偶氮染料的脱色效果130.提高天然有机物富烯酸12的丁冗去除效果131.也可以促进硝基苯。4硝基苯酚和+氯苯酚的分解1321.
2.2.3超声降解反应的中间体由于在空化泡内气体的高温分解反应选择性较寅。产，诉磁多由于众。多自由基组合方式和链终止方式的存在。使得超声降解的中间产物很多且结构复杂。中间体的检测与分析是推测反应机理的重要依据。因此，很多研宄者在进行超声降解动力学研宄0也同时测定了中间体尤肘联用液相萃取物的仪器分析以及降解过程中光谱仍可光和电子自旋波谱等。
224超声降解的应叫究己经研究过的超声降解物系很多。包括卤代脂机物，另外也有结构复杂的农药类物质2.染料天然有机物类坤以及酚类物质等。
尽管超声降解是种比较通用的降解方法，但在相同的降解条件下各种有机物的响应程度不同，这与被降解分子的性质。如结构和化学稳定性以及降解机理有关，因此，必须根据具体物系来研宄相应的优化降解条件。！1等3研宄了含氯有机物对超声降解的敏感程度。有机物包括3344奴试化偶苯。2氯，1吩。24.8试苯呋喃林丹六六六氯甲桥萘以及氯化石蜡氯化稀烃和芳香氯化物的混合物，实验过程中通过测定可滴记的氯含量增加。μll降低，UVl，光吸收光谱的变化，水溶液电化学性质的变化以及声解产物的形成或目标物的分解等实验。发现很多化合物在温和的超声波条件下即可发生分解或转化。在超声降解的工业化应用方面，毒性中间体或毒性产物解。决的。
3结语超声降解技术对各类有机物具有广泛的适应性，它可以单独使用也可与其他水处理技术联合应用。而且只要条件合适。有机物可以被彻底矿化为氧化碳和无机离子。是种环境友好的水处理技末具有良好的发展和应用前景，超声降解技术要实现工业化。需要解决的主要问是提高声能的利用效率；提高声解的速率和程度；避免有毒中间体或产物的产生，而这些效果计有关的。另外将超声降解与其他降解技术耦合，胗誉发。例娜排学氧化。电化学氧化光催化降解或吸附等技术相结合。这些结合的基本思想是要充分利用超声波的化学效应和机械效应，而后者在非均相体系中能*大程度地发挥作用，这也是我们选择耦合对象时需要考虑的因素。
王建龙，柳萍，施汉昌，钱易。声化学在水污染控制中蒋建华等。超声降解水体中化学污染物的研究现状。环境科学进展，199662935 1间钟爱国，王宏青。超声波诱导降解水溶液中甲胺磷。应用化学，19王双维，莫喜平，冯若，史群。混响场中超声化学效应的研宄。声学学报，199玉182122129沈壮志，尚志远。超声换能器位置对碘化钾溶液碘释放影响的研宄。声学技术，1999，1813538 27刘岩。十垸基苯磺睃钠的超声降解研宄。应用声345334573，胡文容，钱梦禄，高廷耀。超声强化臭氧氧化偶氮染料的脱色效能。中国给排水，1999，1514国际简讯美国00化学公司介绍了种新型膜过滤技术美3，0评化学公12001年3月4日作密执安州米德兰。厂次向人们演小生，几1比纳；虑膜组件产品的种新型生产线。该公司同时宣布。今年4月1日用户可以买到这种新产品。
1纳滤膜组件是种阻隔分离介质，它只让对人体健康有益的矿物质如钙和镁通过，而不让包括许多病毒细菌杀虫剂和除草剂在内的有机化合物通过。纳滤膜在帮助市政当局达到更严格的水顷坐标准方面将发挥极其重要的作。1纳滤哎组件产品包拈种规格400膜种大面积高生产率的膜组件，用来滤除多数的盐类硝酸盐铁和低分子量有机化合物。与膜低驱动压组合的高活性膜面积，使这些有机化合物可在低操作压力下被去除。
400膜种大面积高生产率的膜组件。用来滤除高百分率的有毒有机化合物门0等物屯；让1反渗透纯水设备；1盐量和中更度物质通过。，127，400膜时而水和地下水的净化是很理想的，400膜种大而积，5生产率的脱组作。用农滤除高百分率的10，1括办虫剂和除草剂，并可让中等盐和硬度物质通过。
水处理设备产品 快速导航链接>>>反渗透设备| 软化水设备| 海水淡化设备| 全自动加药装置| 变频供水设备| 中水回用设备| 过滤设备| 直饮水设备| EDI超纯水设备| 超纯水设备| 超滤设备| 循环水设备
