超声波及其在水处理领域的应用

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1、舰船防化2008年第6期，26—30CHEMICALDEFENCEONSHIPSNo．6，26~30超声波及其在水处理领域的应用杜桂敏，赵瀛，原培胜(1．河北工程大学，河北邯郸，056038；2．中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸，056027)摘要：本文对超声波技术的作用机理、影响因素做了简单讨论，并介绍了超声波技术在废水处理和污泥调理等方面的研究和应用，文章最后介绍了几种超声波与其他水处理技术的联用技术。关键词：超声波；空化效应；影响因素；应用中图分类号：X703．1文献标识码：AUltrasou

2、ndanditsApplicationonWaterSewageDuGui—min，ZhaoYing，YuanPe~sheng(1HebeiUniversityofEngineering，Handan056038，China；2The718thResearchInstituteofCSIC，Handan056027，China)Abstract：Asimplediscussionofthemechanismandinfluencingfactorsoftheultrasonictechniquehasbeeng

3、iveninthispaper．ThepaperhasalsointroducedthestudyandapplicationofultrasoundinwastewatertreatmentandsludgeconditioningandSOon．Somecombinedtechnologiesofultrasoundandotherwatertreatmenttechniqueshavebeendescribedattheend．Keywords：Ultrasound，Ultrasoniccavitatio

4、n，Influencingfactors，Application系列疏密相问的纵波构成。超声波作用机理并非指超O引言声波与基质直接反应，而是与其在水中产生的空化效白20世纪6O年代水的生化处理技术发展以来，应和自由基反应有关。超声波技术在水处理领域的应用研究也日益增多。超1．1空化效应声波作用于水的生化处理过程，不仅可以改善反应条超声波在水体中的传播过程存在一个正负压强件，加快中国城镇水网反应速率，缩短反应时间，减少二次污染，的交变周期。在正压相位时其对水分子挤压使水的密而且和其他水处理技术联用后，在处理难降解

5、有机废度增大；负压相位时又使水分子稀疏离散，水的密度水、污泥调理、处理微污染水源、提高生物活性、饮减小。当振幅足够大时，负压相位下水分子间的平均用水消毒以及膜生www.chinacitywater.org物反应器中分离膜的阻垢、除垢等距离会超过水的临界分子距离，使水体的连续性遭到方面也有较好的应用效果。破坏，并形成空化核；空化核迅速长大形成空化泡，在随后的正压相位时这些空化泡又被迅速压缩甚至1作用机理崩溃，这就是超声空化效应。空化过程分为两种类型，超声波系指频率在16kHz~10MHz的声波，由一即稳态空化和瞬

6、态空化。稳态空化中空化泡寿命长，2008年第6期超声波及其在水处理领域的应用·27·体积变化绕平衡点呈周期性震荡，不发生崩溃；瞬态2．1．1粘滞性空化则指在一定的超声波条件下，空化泡急剧膨胀和水粘滞性的影响主要表现在两方面，一方面粘性收缩，并发生崩溃。可影响空化阈值；另一方面水体可吸收声能。因此，1．2自由基反应当粘滞性增加时，水体接收到的有效声能将减少，空空化泡崩溃瞬间可产生约4000K、100MPa的局化阈值显著提高，空化强度减弱，不利于超声波降解。部高温高压环境，即所谓的“热点”。该“热点”持2．1，2表

7、面张力续数微秒后又以109K／s的冷却率冷却，并伴随强烈水的表面张力增大空化阈值随之增大，空化泡开的冲击波和速度超过100m／s的微射流，空化泡在膨始收缩时泡内总压Pm亦随之增大，因此一旦形成空胀时充电，闭合时放电发光¨。因此空化效应实质上化泡，其崩溃时伴随产生的最高温度T和最高压力又引发了三种不同的物化效应：热效应、机械效应和Pm亦增高，空化效应显著，有利于超声波降解。光效应。热效应形成的高温、冲击波和微射流形成的2．1．3水的pH值高梯度剪切力以及空化泡在膨胀、闭合崩溃过程中充水的pH值影响水中有机物的存在

8、形态，分子态放电产生的强电流作用，都会使溶有空气和有机物的的有机物易于进入空化泡，有利于降解。对于有机酸水体产生各种各样的自由基。如高压环境下水被分解和有机碱的降解，应相应地在酸性和碱性条件下进产生·OH、HO2·和H·自由基，溶解在水体中的空行。然而不同的自由基在最大生成速度时对应的pH气也可发生自由基裂解反应生成H·和NO自由基，值有所不同，因此为了取得较好的降解效果，在实际这些自