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空化射流处理有机废水以及我的一些猜想江鸿宾张纯珍空化射流的定义：•空化射流是一种处理效率高、操作简单的有机废水处理新技术,人为地在射流流束内产生许多空泡，然后利用空泡溃灭时产生的局部高温高压降解有机物,其能量利用率比超声空化处理更高。1空化射流的原理•空化射流的原理简单地说就是在液体射流内诱使空化发生并让空泡长大,当这些空泡随射流到达绝对压力大于液体饱和蒸气压的区域(高压区)时,空泡就溃灭,即空泡的“内爆”。空化射流产生机理图左图是射流管的剖面图,入口端孔径d1大于出口端孔径d2。液体以一定速度进入射流管,在流出射流管时,因孔径变窄,在出口端形成射流。射流形成前后有2个低压区形成:一个是射流形成时的切向区域(即1所示的剪切区);另一个是射流进入相对静止的流体时形成的涡流区(即2所示的剪切区)。•在一定条件下,2个区域的压力低于气核稳定所需的必需压力,气核生长并迅速形成大的充满蒸气的空化气泡。空化气泡随流体流出这个区域时,由于压力突然增大,气泡溃灭,从而产生空化效应。空泡溃灭能产生瞬时局部的高温高压并形成强烈的冲击波和微射流,因此,空泡的溃灭伴随着巨大能量的瞬时爆发。Hammit通过计算和实测得出游移型空泡溃灭时,近壁处微射流速度可达70～180m/s,在物体表面产生的冲击力可高达140～170MPa,微射流直径约为2～3μm,表面受到微射流冲击次数约为100～1000次/(s·cm2),冲击脉冲作用时间每次只有几微秒。2空化射流处理有机废水的机理空泡溃灭能产生局部的高温高压、强烈的冲击波和高速微射流,这为在常温常压条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种非常特殊的物理化学环境。在这样的环境下,空化射流降解有机物的主要途径有直接热分解、自由基反应、超临界水氧化作用等。Nepprias指出空泡溃灭时产生的最大理论压力Pmax和最大理论温度Tmax由左式计算得到。式中Pg0为水的蒸汽压,Pamb为围压,k为空泡内气体的比热比。•Yong计算得出,当围压是1atm,水的蒸汽压是0.01atm时,空泡溃灭后产生的最高压力是1.2×104atm,最高温度是10000K,而suslick计算得出泡内热点温度为5200士500K,泡壁上的温度约为1900K,泡内压力为50MPa以上。这样的极端条件能促使水中溶质分解并释放OH·和H·自由基。•其分解反应如下：•O2→2O·•O·+O2→O3•H·+O2→HO·+O·•O·+H2→HO·+H·•H·+HO2→HO·+O2•O·+H2O2→HO·+HO2·•在有氮气存在时,分解反应如下:•N2→2N·•HO·+N·→NO+H·•HO·+NO→HNO2•HO·+NO→NO2+H·•2H2O+H2O2→HNO2+HNO3•H·+N·→NH•NH+NH→N2+H2•O2+N·→NO+O·•4自由基反应•水在空化条件下被分解成具有强氧化性的OH·和H·自由基。此外，空泡溃灭时产生的强大力学剪切力也会使大分子主链上的化学键断裂产生自由基。自由基在空化泡溃灭产生的冲击波和微射流作用下迅速进入液相并与溶液均匀混合。自由基化学性质活泼，可在空化泡周围界面重新组合,或与气泡中挥发性溶质反应，或在气泡界面上，甚至在溶液中与可溶性溶质反应，形成最终产物，从而使常规条件下难处理的有机污染物得到降解。有机物存在时其化学反应如下：•有机物+HO·→产物•有机物+H·→产物•有机物+HO2·→产物•有机物+O·→产物•超临界水氧化•水的临界点条件为Tc=647K,Pc=221Par,因此在空泡溃灭时产生的高温高压已经超过了水的临界点。据Hua等人的估算,空泡溃灭时水体中的超临界水约占超声波辐照水的0.15%。超临界水的介电常数下降,对电荷的屏蔽作用消失,具有非极性物质的性质,是非极性有机物良好的溶剂,因此在化学反应状态下能存在含有均相混合物的单相态,消除高温高压下化学反应的相间转移,迅速提高氧化速度。超临界水对有机物的氧化反应过程如下：•有机物+[O2]→CO2+H2O•有机化合物的杂原子→酸、盐、氧化物、N2等•酸+氧化物+NaOH→无机物+H2O•射流空化数•空化程度通常以无量纲空化数σ来表示,它定义为：式中:p0为环境压强,MPa;ν0为喷嘴出口水的速度,m/s;pν为水的饱和蒸汽压,MPa;ρ为水的密度,kg/m3。•空化数σ是抑制空化产生的力与促使空化出现的力之间的比值,它表征了流场中是否出现空化和空化的程度。空化数越大,流场越不容易空化,反之,越容易产生空化,因此,空化数和有机物的降解能力有密切联系。增加射流的喷嘴出口速度、降低环境压力均可减小射流空化数,增强射流的空化程度。KumarandPandit认为当空化数小于1.0时才出现空化现象,SenthilKumar等采用空化射流降解KI溶液的研究表明在某一空化数,降解速率会出现一峰值,即应该存在一个最佳的空化数。•几个有待于解决的问题：•1影响空化效应的因素还需要进一步的探讨和研究。•2实际有机废水成分复杂,水质对空化效应的影响机理及影响程度需要更深入的理论和实验研究。•3空化射流装置的设计仍然处在探索阶段。•我的一些想法。。。•小时候经常玩的一种游戏。。谢谢。。