超声空化技术在造纸废水处理上的应用

《超声空化技术在造纸废水处理上的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、超声空化技术在造纸废水处理上的应用PaperScience&Technology　2009Vol.28No.5丁字娟　周景辉(大连工业大学,辽宁大连116034)摘　要:概述了超声空化技术的国内外研究现状;介绍了超声空化技术的机理,超声场、溶液初始浓度、溶液pH值、溶液温度及溶液中溶解气体等因素对超声空化技术的影响;并对我国造纸工业污染存在的主要问题进行了简单的介绍;最后对超声空化技术降解造纸废水方面的应用进行了举例描述,并对该技术的应用前景进行了展望。关键词:超声空化;造纸废水;处理中图分类号

2、:X793　文献标识码:A　文章编号:1671-4571(2009)0520062205　　众所周知,制浆造纸工业是一个与国民经济息息相关的行业,同时也是一个能源及化工原料消耗高、用水量大、对环境污染严重的行业,这是由于造纸工业废水排放量大,废水中又含有大量的纤维素、木质素、无机碱以及单宁、树脂、蛋白质等,致使废水色度深、碱度大,难降解物质含量高、好氧量大。它能造成整个水体的污染和生态环境的严重破坏。虽然生产过程中有回收、处理和再利用,但是仍有大量废水排入水体,对水环境造成严重污染,这已经成为工业污染防

3、治的焦点、热点和难点问题。处理这些废水的传统方法是化学沉淀法、———————————————————————————————————————————————活性污泥法、气浮和生物处理法等等。目前,随着科技的进步以及科研人员的不断探索,许多进步的处理方法层出不穷,如膜分离法、离子交换法、电渗析法以及高级氧化技术等。其中高级氧化技术中的超声空化技术是应用于处理造纸废水方面的一个新开端。1　超声空化技术的产生中难降解有机污染物的研究工作取得较多成果的报道。近年来,在美国、日本、法国、加拿大和德国等大学实验室和

4、研究所纷纷致力于超声空化降解有机污染物的研究。虽然我国对超声技术降解水中有机污染物的研究起步较晚,但是目前超声技术降解有机废水在国内正开始受到越来越多的关注2　超声空化降解机理[2]。超声波(ultrasound,us)指频率在15kHz以上的声波,在溶液中以一种球面波的形式传递,一般公认的频率范围在15kHz到lMHz的超声辐照溶液会引起许多化学变化。超声波是由一系列疏密相间的纵波构成,并通过液体介质向四周传播。当声能够足够高时,在疏松的半周期内,液相分子间的吸引力被[3,4]μs,打破,形成空化核。

5、空化核的寿命约为0.1它在爆炸的瞬间可以产生大约4000K和100MPa的局部高温高压环境,并产生速度约110m/s具有强烈冲击力的微射流,这种现象成为超声空化。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、高温分解或———————————————————————————————————————————————自由基反应。超声降解水中有机物是一种物理化学降解过程,主要是基于超声空化效应以及由此引发的物理化学变化,主要由三种途径:自由基氧化、高温热解和超临界水氧化。声波在液体介质中振荡产生空化

6、现象,液体的超声空化过程是集中声场能量并迅速释放的过程,即液体在超声辐射下产生空化气泡,空超声辐照化学效应于1927年由美国学者Rich2ards和Loomis首次提出,他们发现超声波有加速二甲基硫酸酯的水解和亚硫酸还原碘化钾反应的作用,但这一发现未能引起其他化学者的重视[1,4]。20世纪60年代初进行了有关声化学的生物效应的研究。20世纪80年代声化学作为一门利用超声加速化学反应,提高化学反应速率的边缘学科兴起。20世纪90年代初,国外才有用超声空化降解水体　作者简介:丁字娟,女,硕士研究生,主要从

7、事制浆造纸工程方面的研究。62化气泡相当于一个具有极端物化条件和含有高能量的微反应器。溶液中溶解的气体和蒸气扩散进入空化泡,空化泡的长大和破裂会产生空化泡内5200K的高温和空化泡与水体溶液接———————————————————————————————————————————————口处1900K的温度,以及超过50MPa的压力,并伴有强烈的冲击波和微射流等现象。超声过程中空化泡内最终崩溃时产生的最高温度Tmax和最高压力Pmax可以由下列公式表示[4]:Tmax=Tm{Pm(K-1)/Pv}Pmax

8、=Pv??Pm(K-1)/PK/K-1)v??(式中:Tm—水的环境温度;Pm—空化泡液瞬时间崩溃时的压力,即静水压力和声压的总和;Pv—空化泡在最大尺寸时的内部压力;K—饱和溶解气体的比热容比(Cp/Cv)。在空化气泡崩溃瞬间产生的高温、高压下,水蒸气可以扩散进入空化泡发生热解反应,水分子的破裂可以产生自由基((HO?、H?),这些自由基可以降解空化泡内及其周围局部区域的有机物;而进入气泡内的有机污染物蒸汽也可以发生类似的燃烧热分解反应;