超聲波處理高濃度有機(jī)廢水-榮尚熱能
發(fā)布時(shí)間：2018-02-07 16:00:00 信息來源：本站 23
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(yīng)過程，因此生物降解活性可能是其親脂性與電子效應(yīng)的加和，以及其他次要因素（如立體效應(yīng)等）的綜合反應(yīng)。難以降解物質(zhì)之所以在生化過程中分解速率緩慢，是因?yàn)槟承┕δ軋F(tuán)難以為微生物打開，從而成為生化反應(yīng)的限制步驟。如果能在預(yù)處理中破壞這些功能團(tuán)，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(tuán)對(duì)生物降解的限制作用，極大地提高生化反應(yīng)的速率，超聲波處理可以快速有效地做到這一點(diǎn)。
利用超聲波降解水中的化學(xué)污染物，尤其是難降解的有機(jī)污染物，是近年來發(fā)展的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)。它集高級(jí)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(diǎn)與一身，具有反應(yīng)條件溫和、速度快、適用范圍廣等特點(diǎn)，可以單獨(dú)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?yīng)，產(chǎn)生約4000K和100Mpa的瞬間局部高溫高壓環(huán)境（熱點(diǎn)），同時(shí)以約110m/s的速度產(chǎn)生具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流的沖擊波。水分子在熱點(diǎn)達(dá)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(qiáng)的氧化劑。有機(jī)物在熱點(diǎn)發(fā)生化學(xué)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(yīng)，這些效應(yīng)加上聲場(chǎng)中的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)、次級(jí)衍生波等為有機(jī)物降解提供了其他方法難以達(dá)到的多種途徑。
1、 超聲降解有機(jī)物的動(dòng)力學(xué)研究
有機(jī)物的超聲降解過程遵循表現(xiàn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。瞬間空化泡崩潰時(shí)釋放出的巨大能量是引起聲化學(xué)反應(yīng)的主動(dòng)力，伴隨空化泡崩潰所產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)與化學(xué)效應(yīng)反應(yīng)在三個(gè)不同的空間內(nèi)，即空化泡內(nèi)部，此時(shí)空化泡本身猶如一個(gè)高溫高壓反應(yīng)器；緊靠空化泡壁的氣（汽）液交界面；離交界面更遠(yuǎn)一些的區(qū)域及主體溶液相，有機(jī)物將受到?jīng)_擊波及隨沖擊波擴(kuò)散而來的活性自由基作用。
2、超聲降解高濃度有機(jī)廢水的影響因素
（1）、超聲波功率
在超聲波作用下，有機(jī)物的降解通常遵守一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。超聲降解反應(yīng)速率一般隨聲強(qiáng)的增大而增加，但強(qiáng)度過高會(huì)適得其反。因?yàn)槁暷芴螅栈輹?huì)在聲波的負(fù)壓相長(zhǎng)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(shí)上，在超聲降解過程中，超聲強(qiáng)度和頻率之間有一個(gè)最佳匹配，而且頻率的選擇與被降解有機(jī)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(duì)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(duì)空化泡的性質(zhì)和空化強(qiáng)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(yīng)過程，因此，影響反應(yīng)機(jī)理和降解反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)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(duì)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(jī)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?？梢姡诔暯到膺^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(yīng)都會(huì)影響溶液的超聲空化效果。溶液黏性對(duì)空化效應(yīng)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面它能影響空化閥值，另一方面它能吸收聲能。當(dāng)然溶液黏度增加時(shí)，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(qiáng)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(shí)產(chǎn)生的極限溫度和壓力升高，有利于超聲降解。當(dāng)溶液中有少量的表面活性劑時(shí)，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(shí)產(chǎn)生的威力很小，因此不利于超聲降解。
（5）、反應(yīng)溫度
溫度對(duì)超聲空化的強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)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(huì)導(dǎo)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(duì)超聲空化是不利的。一般生化學(xué)效率隨溫度的升高呈指數(shù)下降，因此，聲化學(xué)過程在低溫（20℃）進(jìn)行較為有利，超聲降解一般都在室溫下進(jìn)行。
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