超声技术在水处理应用的影响因素及亚氯酸盐的控制方法探究.doc

超声技术在水处理应用的影响因素及亚氯酸盐的方法H2O和、O2在气泡内部被超声的空化作用分解为自由基；（2）OH·和 HOO·移到液体-气泡界面与有机物反应，或者自由基相互化合为 H2O2。反应速率依赖于气泡内部自由基形成的数量和自由基扩散到液体中的数量。频率增大到一定范围，空化泡数量不再增多，反而会减少。另一方面，气泡爆破的强度也随之减弱，这是因为高频率超声作用下产生的气泡的生长时间稍短于低频率超声作用下产生的气泡，从而导致气泡破裂时的半径较小，爆炸的激烈程度不足。在较低频率下，由于气泡生长时间稍长，在溃陷之前会形成较大的半径，因此比高频率下的气泡爆炸更加激烈。 超声功率和声强的影响 在超声波作用于水溶液的过程中，除了少部分能量损失之外，输入的电能大部分转化为声波的能量。作用于溶液体系的能量大小是超声技术使用中的另外一个重要参数。衡量超声能量大小的主要是功率或是声强。 能量输入的增大使产生的空化泡数量增加，并且使空化泡爆炸更加激烈。由于受空化泡数量的影响，降解速率也增加。 待处理溶液物理化学性质的影响 除了超声自身的使用参数之外，还有一些因素可影响超声降解作用效率，例如溶液的温度、污染物的性质及共存物等。这些因素改变时对于超声降解的效果或是提高，或是抑制。 溶液温度的影响 总结以前的研究可以发现，在超声技术处理废水过程中溶液的温度是影响污染物降解的速率和效果的一个较为重要的因素。 在大多数试验过程中，溶液温度带来的影响在高频率和低频率下会有明显不同。 在高频率时，温度的影响与低频率时不同。使用频率为500kHz的超声降解 4- 氯苯酚，可以明显看出在10～40℃的温度范围内4-氯苯酚降解的初始速率逐渐提高。这可能是由于使用高频率时，不但较高温度下产生的空化泡性质更稳定，爆炸更激烈，而且液体温度的升高会产生更多的自由基。因此，在较高频率段的超声反应会随着溶液温度的升高而反应速率增加。 固体颗粒的影响 大多数的超声降解试验是在实验室纯水条件下完成的。但是，自然条件下需要处理的污染源绝大多数都含有不同程度的微粒，这些微粒在被处理的溶液体系中起了重要的影响作用。 惰性微粒的存在从两种相反的方面影响着气泡的活性：（1）由于固体微粒造成液体的不连续性，能够使空化泡产生的机会增大并且数量增多，能够促进目标污染物的降解；（2）从另一个角度来看，微粒的存在分散入射的超声波，使用于污染物降解的超声波能量减小，对超声的处理效果是弱化作用。在较高的声波能量输入时，微粒的浓度越高，这种弱化作用越明显。 除了浓度之外，研究发现微粒粒径同样会对超声产生作用。 废水溶液化学组成的影响 化学溶液中各种共存的离子，如 Fe2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Co2+等也会在超声降解反应中产生影响。姜聚慧等分别使用以上离子与超声协同作用研究对若丹明B 降解的影响，结果发现Fe2+、Fe3+都可加强超声的降解效果，其中Fe2+协同作用更佳，而Cu2+、Mn2+、Co2+都会对超声降解产生不同程度的抑制。原因是Fe2+对反应存在催化作用，而 Cu2+、Mn2+、Co2+等离子可能与污染物发生不同程度的缔合作用，形成稳定的离子缔合物。 结论及展望 一般来说，在使用超声降解时，在某一范围内提高频率或输入功率会使降解的效果随之改善。对于某种特定的污染物的降解都有一个最佳频率和功率值，超过此最佳值，降解速率或是效率不再增大甚至会降低。如乙酸的降解在30～100kHz范围内的最佳频率为 60kHz，在0.1～0.4W范围内最佳功率为0.2W用 20、200、500、800kHz 的超声波作用于4-氯苯酚溶液中，发现在200kHz时的降解程度达到最佳。针对这个问题，探明超声反应在低频率低功率段的反应机理是十分有必要的，若以此为依据使低功率下的降解效果提高，对于能量的节约和处理效果改善都有很好的前景。 对于温度来讲，在高频率和低频率下有着不同的效果，这在4-氯苯酚的降解中有明显的体现，20kHz时随温度升高反应速率降低；150kHz时恰恰相反。而对于符合一级反应特征的降解反应来说，随着温度升高反应速率会下降。目前，对于温度影响的关注应主要放在如何提高室温下的反应效率，以使反应条件更温和、更易于进行。 固体颗粒的存在对降解反应的影响有着正反两个不同的方面，因此颗粒的粒径和浓度的高低对于反应来说都是不可忽视的参数。在苯酚降解的例子中，微粒浓度为50mg/L可以抑制负面效应（苯酚初始浓度为 100 mg/L），而相反地，500 mg/L时负面的效应很明显，无法消除。 目前，超声化学在水处理中的应用研究已经取得了较大的成果，但大多数研究都处于实验室研究水平，在工业中上尚未有大规模应用。而且，大多数研究都是针对某一种单一成分的降解，在实际的废水处理中还没有进一步的试验研究。因此，应当对超