超声波水处理资料

超声波水处理资料什么是超声波更新时间：08-3-714:03一、什么是超声波声波是属于声音的类别之一，属于机械波，声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz-20KHz。当声波的频率低于16KHz时就叫做次声波，高于20KHz则称为超声波声波。超声波具有如下特性：1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。2）超声波可传递很强的能量。3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。二、什么是超声波水处理技术声化学是一门新兴的交叉学科,超声作用于水处理，是近年来声化学领域研究的新发展。超声化学作为一门边沿科学的兴起是近沿科学的兴起是近十几年的事情。超声作用于化学反应，主要来自超声空化现象，空化泡崩溃产生局部高温、高压和强烈的冲击波及射流，为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的非常特殊的物理化学环境。超声波技术是指利用频率比人耳所能听到的频率范围更高(即18kHz)的声波作为对象的声化学方法，利用超声波来加速化学反应,提高化学反应产率。声化学反应是通过声空化过程实现的。声空化把声场能量集中起来,然后伴随空化泡崩溃而在极小的空间内将其释放出来,使之在正常温度与压力的液体环境中产生异乎寻常的高温(高于5000K)和高压(高于5×107Pa),形成“热点”(Hotspot),从而开辟化学反应通道,增大化学反应速率。自1883年Galton首次研究出人造超声波换能器以来,超声波技术被广泛地应用到检测、钻孔、清洗、乳化、化学处理等方面。其应用分为高频低强度和低频高强度两类:前者声功率范围很宽,一般为数微瓦,主要应用于超声波测试;后者能量集中,声功率可以达到上千瓦,可使介质产生剧烈振动从而引起介质变形或发生化学变化。当一定强度的超声波通过媒体时，会产生一系列的物理、化学效应。早在1929年就有超声波化学效应的报道，而将其应用于水处理领域只是近10年的事情，它主要用来加速降解水中难降解的有毒有机污染物，是一种高级催化氧化水处理技术。英国Coventry大学的T.J.Mason和法国PualSabater大学的Luche先后于20世纪90年代开展了应用超声声化学降解水体中难降解有毒有机物的研究，并取得良好的效果。从而引起很多学者的兴趣。美国、日本、加拿大、德国、法国等国的一些大学实验室和研究所纷纷致力于超声降解有机物的研究。我国二十世纪九十年代后期，对超声降解有机物的研究。迄今为止，超声降解已进行了包括脂肪烃类、芳香烃类、酚类、酯类、醇类、酮类、胺、酸类、天然有机物究，取得了很好的效果。利用超声技术降解水中的化学污染物,尤其是难降解的有机污染物是近几年来发展起来的新型水处理技术,尤其是废水中难降解有机污染物的治理,目前已取得了不错的结果。它具有去除效率高、反应时间短、设施简单、占地面积小等优点。近年来,超声技术在处理微污染水、高浓度难降解的有机废水、污泥以及饮用水杀菌、消毒和工业废水的阻垢、除垢等方面的研究,已取得了较大的成果。与紫外线、热、压力、化学等处理方法相比,超声波对污染物的处理更直接,对设备的要求更低。超声波水处理作用机理更新时间：08-3-714:12一、功率超声机理当一定强度的超声波在媒质中传播时，会产生力学、热学、光学、电学和化学等一系列效应。这些效应可归纳为下列三种基本作用：1、机械作用。超声波是机械能量的传播形式，与波动过程有关，会产生线性效变的振动作用。超声波液体中传播时，其同质点位移振幅虽然很小，超声引起的质点加质点位移振幅虽然很小，但超声引起的质点加速度却非常大。若20KHz、1W/平方厘米的超声波在水中传播，则其产生的声压幅值为173Kpa，这意味着声压幅值每秒种内要在正负173Kpa之间变化2万次，最大质点的加速度达144万米每二次方秒，大约为重力加速度的1500倍，这样激烈而快速变化的机械运动就是功率超声的机械振动效应。2、空化作用。超声波在液体媒质中传播时，当声强达到一定期强度，液体中声场作用区域形成局部的暂时负压，使液体中的微气泡生长、膨胀至突然破裂，导致气泡周围的液体中产生强烈的激波，形成局部点的高温高压，空化泡崩溃时，在空化泡周围极小空间内产生5000K的瞬态高温和约50mpa的应。，在空化泡周围极小空间内产生5000K的瞬态高温和约50mpa的高压，且温度冷却率达10的9次方k/s，并伴有强烈冲击波和时速达400Km的射流，就是超声空化效应。3、热作用。超声波在媒质中传播，其振动能量不断被媒质吸收转变为热能而使自身温度升高。声能不间断的吸收可引起媒质中的整体加热，边界外的局部加热和空化形成激波时，波前处的局部边界外的局部加热和空化形成激波时，波前处的局部加热等，这就是功率超声的热作用。二、超声化学机理1、超声催化。超声催化反应是一个新兴的研究领域。目前，有关反应模型、机理的研究尚很模糊，但众多的科研成果确认了催化反应的显著效果。其主要作用：一是高温高压条件有利于反应物裂解成自由基和二阶炭，形成更为活泼的物种。二是冲击波和微射流对固体表面有吸解和清洗作用。三是冲击波可破坏反应物结构，分散反应物系。四是超声空化导致金属品格的变形和内部应变区的形成，从而提高金属化学反应活性。超声条件下的反应速率比没有超声时增加了100000倍，且反应时间大且反应时间大大缩短。2、超声降解。超声处理可以降解大分子，尤其是处理高分子量聚合物的降解效果更显著。超声降解源于超声的机械效应、空化效应和热效应。三、超声水处理机理功率超声的空化效应为降解水中有害有机物提供了独特的物理化学环境从而导致超声波污水处理目的的实现。超声空化泡的中有害有机物提供了独特的物理化学环境从而导致超声波污水处理目的的实现。超声空化泡的崩溃所产生的高能量足以断裂化学键。在水溶液中，空化泡崩溃产生氢氧基（OH）和氢基（H），同有机物发生氧化反应。空化独特的物理化学环境开辟了新的化学反应途径，骤增化学反应速度，对有机物有很强的降解能力，经过持续超声可以将有害有机物降解为无机离子、水、二氧化碳或有机酸等无毒或低毒的物质。超声降解水中有机污染物技术既可单独使用，也可利用超声空化效应，将超声降解技术同其他处理技术联用进行有机污染物的降解去除。超声波技术主要是指利用超声波来加速化学反应，提高化学反应产率。目前，对超声波技术降解水中污染物机理的认识主要是空化理论和自由基氧化机理，超声波对有机物的降解不是直接的声波作用，因为在液体中波长0.015~10cm(相当于15kHz~10MHz)远远大于分子的尺寸，和液体中产生的空化气泡的崩灭有密切关系。超声波通过液体介质向四周传播，当声能足够高时，在疏松的半周期内，液相分子间的吸引力被打破，形成空化核。空化核的寿命约为0.1μs，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的具有强烈冲击力的微射流。然后该热点随之冷却，冷却率达109K/s，并在液体中伴有强大的冲击波，水分子在热点达到超临界状态，并分解成羟基自由基、超氧基等。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，为有机物的降解创造了一个极端的物理环境。超声波水处理技术应用范围更新时间：08-3-714:231、用于处理微污染原水对微污染原水进行深度处理从而进一步改善供水水质是许多水厂面临的难题之一,现行的深度处理方法如活性炭、膜法、臭氧—活性炭联用技术都存在着一定的问题。近年来,超声技术用于处理微污染原水的研究已展开。程爱华等用腐殖酸、Fe3+离子、SiO2、阴离子洗涤剂、苯酚等配成一定浓度的模拟微污染水,在不同的反应容器(烧杯、圆盘、圆桶)中用频率为20～24kHz,功率500W的超声波处理一段时间,结果表明,超声波对微污染水的色度、浊度、有机污染物均具有一定的去除作用,对降解色度、有机物来说,圆桶中实验效果最好,圆盘中实验效果次之,烧杯实验效果最差;对去浊而言,烧杯实验效果最好,圆桶中实验效果次之,托盘实验效果最差。刘红等将超声波用于强化微污染水的生物处理,结果表明,通过一定强度的超声波处理后,膜生物反应器的生物活性得到增强,反应器有机负荷增加,有机物净化效率提高。超声处理促进了生物活性,且功率为10W的超声波促进生物活性的效果最为明显。2、用于处理高浓度难降解有机废水超声技术可用于处理各种难降解的有机废水,目前已用于含单环芳香族化合物、多环芳烃、酚类、氯化烃、氯代烃、有机酸、染料、醇类、酮类等废水处理的研究,并取得良好的效果。在实际的工业废水中,超声技术已用于处理造纸废水、印染废水、制革废水、焦化废水、制药废水、垃圾渗滤液等,并取得较好的效果;李志建等采用超声与厌氧生化法相联合处理工艺处理碱法草浆黑液,COD去除率可达57%～69%,比单纯厌氧法提高约20%,且处理后污泥活性增加,综合毒性降低;祁梦兰等用超声处理染料废水,发现废水的可生化性提高,BOD5/COD由0.22～0.28上升到0.44～0.51。李国英等用声强为1.47W/cm2、频率为24kHz的超声波强化混凝沉淀处理制革废水,实验结果表明:先施加超声波60s,再投加混凝剂,COD去除率最高可达73.2%,比不用超声波时提高10%以上,表明超声波对混凝沉淀法处理制革废水有明显的强化作用;张子间用超声波—SBR法处理焦化废水,在声强为9.21W/cm2,处理时间为2.5min时,废水的BOD5/COD由2.0提高到4.5;胡学伟用频率18kHz、声强0.110W/cm2的超声波处理垃圾渗滤液,结果表明,在pH7、温度为55℃、处理时间为240min的条件下,渗滤液的COD由37050mg/L降低到14140mg/L,COD去除率达61.96%。3、用于城市污泥的处理超声波在污泥处理中主要用于污泥脱水和促进厌氧发酵两个方面。超声波脱水常见工艺为城市污泥→重力沉降→超声波处理→机械脱水。污泥菌胶团内部包含水约占污泥总水量的27%,而菌胶团结构稳定,难以被机械作用(压滤、离心等)破坏,造成污泥脱水困难。超声波能有效的破坏菌胶团结构,将其内部包含水释放出来,成为可以比较容易去除的自由水。A.Teihm等研究表明用31kHz、声能密度0.11W/cm3的超声波处理可以有效打破菌胶团,处理30s后污泥平均尺寸从165μm下降到135μm,处理96s后下降到85μm。同时发现污泥菌胶团的解构效率随超声波频率的升高而降低,最佳分解频率为41kHz。超声波破坏菌胶团结构后,大量被挟裹在菌胶团内的有机物被释放到水中,从而易于为微生物所用。Y.Chiu等发现,频率20kHz、声能密度0.12W/cm3的超声波处理4h将污泥中可溶性COD占总COD的比值(SCOD/TCOD)从36%提高到89%,可溶性N的比值从34%提高到42%,基本取代了污泥水解过程,从而极大的缩短污泥厌氧发酵时间并提高了污泥可生化性。U.Neis等研究表明用频率41kHz、声能密度0.10W/cm3的超声波处理30～120min,可以使污泥厌氧发酵时间从22d降到8d,比容积消化速率从437g/(m3•d)上升到1166g/(m•3d)。据新加坡媒体报道，废水经过初级和次级净化处理后，会有残余的污泥。这些污泥含水量高，需要加以浓缩和脱水，减轻重量和体积后，才便于丢弃或做填土之用。新加坡公用事业局在最近发布的年报中透露，公用事业局和南洋理工大学正在试验性使用超声波技术来处理废水污泥，使其产生有用的生物气体。这一技术的过程是，电流通过转换器变成高强度的超声波，超声波传入废水污泥，产生数以百万计的微小气泡，气泡爆开时会撕破细菌的细胞壁，废水污泥接着进行厌氧消化，就可以更有效地处理掉里面的细菌。实验显示，先将废水污泥经过超声波处理，进行厌氧消化时可以更有效地分解污泥和细菌，而且可以产生更多生物气体。这些生物气体就是甲烷，可以收集起来发电。处理过程不会产生其他副产品。目前，新加坡乌鲁班丹污水处理厂正在测试这项技术。初步结果显示，污泥的分解效率提高了，生物气体的产生也