超聲波處理高濃度有機廢水-榮尚熱能
發(fā)布時間：2018-02-07 16:00:00 信息來源：本站 36
很多研究表明，生物降解過程中存在真一些具有共同特性的關(guān)鍵步驟，一般是跨越膜的傳質(zhì)過程和圍繞關(guān)鍵酶的反應過程，因此生物降解活性可能是其親脂性與電子效應的加和，以及其他次要因素（如立體效應等）的綜合反應。難以降解物質(zhì)之所以在生化過程中分解速率緩慢，是因為某些功能團難以為微生物打開，從而成為生化反應的限制步驟。如果能在預處理中破壞這些功能團，打開其化合鍵，或者在芳香環(huán)中引入羥基而改變其結(jié)構(gòu)，就可以打破這些官能團對生物降解的限制作用，極大地提高生化反應的速率，超聲波處理可以快速有效地做到這一點。
利用超聲波降解水中的化學污染物，尤其是難降解的有機污染物，是近年來發(fā)展的一項新型水處理技術(shù)。它集高級氧化技術(shù)、焚燒、超臨界水氧化等多種水處理技術(shù)的特點與一身，具有反應條件溫和、速度快、適用范圍廣等特點，可以單獨使用或與其他技術(shù)聯(lián)合使用，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。超聲波能在水中引起空化效應，產(chǎn)生約4000K和100Mpa的瞬間局部高溫高壓環(huán)境（熱點），同時以約110m/s的速度產(chǎn)生具有強烈沖擊力的微射流的沖擊波。水分子在熱點達到超臨界狀態(tài)，并分解成羥基自由基、超氧基等，其中，羥基自由基是目前所發(fā)現(xiàn)的最強的氧化劑。有機物在熱點發(fā)生化學鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解、超臨界水氧化、自由基氧化等反應，這些效應加上聲場中的質(zhì)點振動、次級衍生波等為有機物降解提供了其他方法難以達到的多種途徑。
1、 超聲降解有機物的動力學研究
有機物的超聲降解過程遵循表現(xiàn)一級反應動力學規(guī)律。瞬間空化泡崩潰時釋放出的巨大能量是引起聲化學反應的主動力，伴隨空化泡崩潰所產(chǎn)生的機械效應與化學效應反應在三個不同的空間內(nèi)，即空化泡內(nèi)部，此時空化泡本身猶如一個高溫高壓反應器；緊靠空化泡壁的氣（汽）液交界面；離交界面更遠一些的區(qū)域及主體溶液相，有機物將受到?jīng)_擊波及隨沖擊波擴散而來的活性自由基作用。
2、超聲降解高濃度有機廢水的影響因素
（1）、超聲波功率
在超聲波作用下，有機物的降解通常遵守一級動力學反應。超聲降解反應速率一般隨聲強的增大而增加，但強度過高會適得其反。因為聲能太大，空化泡會在聲波的負壓相長得很大而形成屏障，使系統(tǒng)可利用的聲能反而降低，降解速率因此下降。
（2）、超聲波頻率
研究表明，高頻超聲波有助于提高超聲降解速率，這是由于羥基自由基的產(chǎn)率隨著聲頻率的增加而增加。事實上，在超聲降解過程中，超聲強度和頻率之間有一個最佳匹配，而且頻率的選擇與被降解有機物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及降解歷程有關(guān)，并不是所有情況下高頻超聲波有利于降解。
（3）、廢水中的溶解氣體
溶解氣體對超聲降解速率和降解程度的影響主要有兩方面的原因：一是溶解氣體對空化泡的性質(zhì)和空化強度有重要的影響；另外溶解氣體如N2、O2產(chǎn)生的自由基也參與降解反應過程，因此，影響反應機理和降解反應的熱力學和動力學行為。超聲空化產(chǎn)生的最高溫度和壓力總是隨著絕熱指數(shù)r增大而升高。對單原子氣體，r=1.666，而多原子氣體（如泡腔內(nèi)的空氣、水蒸氣或有機物蒸氣）的絕熱指數(shù)總是小于單原子氣體，例如，從飽和的水溶液r=1.33?？梢?，在超聲降解過程中，使用單原子稀有氣體總能提高降解的速率和程度。
（4）、廢水的性質(zhì)
液體的性質(zhì)如溶液黏度、表面張力、PH以及鹽效應都會影響溶液的超聲空化效果。溶液黏性對空化效應的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面它能影響空化閥值，另一方面它能吸收聲能。當然溶液黏度增加時，聲能在溶液中的黏滯損耗和聲能衰減加劇，輻射溶液中的有效聲能減少，致使空化閥值顯著提高，溶液發(fā)生空化現(xiàn)象變得困難，空化強度減弱，因此，黏度不太高有利于超聲降解。隨著表面張力的增加，空化核生成困難，但是空化氣泡崩潰時產(chǎn)生的極限溫度和壓力升高，有利于超聲降解。當溶液中有少量的表面活性劑時，溶液的表面張力迅速下降，在超聲波作用下有大量泡沫產(chǎn)生，但空化泡崩潰時產(chǎn)生的威力很小，因此不利于超聲降解。
（5）、反應溫度
溫度對超聲空化的強度和動力學過程具有非常重要的影響，從而造成超聲降解的速率和過程的變化。溫度升高會導致氣體溶解度減小，表面張力降低，飽和蒸氣壓增大，這些變化對超聲空化是不利的。一般生化學效率隨溫度的升高呈指數(shù)下降，因此，聲化學過程在低溫（20℃）進行較為有利，超聲降解一般都在室溫下進行。
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