超声波处理水

超声波处理水制作人：XX超声波水处理技术一、概述二、处理机理三、功率超声在水处理中的应用四、相关工艺技术介绍一、概述二十世纪九十年代Mason进行超声空化降解水中的有害有机物的研究时，研究证明，超声降解水中有机物效果显著，从而引起很多学者的兴趣。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。超声作用于水处理，是近年来声化学领域研究的新发展。二、处理机理（一）功率超声机理（二）超声化学机理（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2、空化作用3、热作用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。超声波在液体中传播时，其同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/m2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，当声强达到一定的强度，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、澎胀至突然破裂，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的高压，且温度冷却率达109K/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。气蚀当叶轮进口低压区的压力PK小于或等于饱和蒸汽压Pva时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，形成的气泡中充满蒸汽和逸出的气体。气泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，气泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向气泡中心，在气泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力，可以达到几十兆帕，此时，可以听到气泡冲破时炸裂的噪声，这种现象称为气穴现象。由这种现象得出的效应称为气蚀。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2、超声降解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时，降解效果更为显著。超声降解源于超声的机械效应、空化效应和热效应。三、相关工艺技术介绍1、固液分离是超声处理的前提2、过滤是污水处理中的必要条件3、超声污水处理中水处理剂的作用4、紫外线与超声波联天1、固液分离是超声处理的前提污水一般伴有悬浮污物或杂质，因此必须有收集装置，这种装置可以是污水池或污水槽，其中的大体积杂物和污物应与污水分离，当一些细小体积的悬浮物则可添加聚丙烯酰胺絮凝剂或无机絮凝剂。阴、阳非离子型聚丙烯酰胺絮凝剂是一种水溶性的高分子聚合物或电解质。它能通过吸附污水中悬浮的固位粒子，使粒子间架桥或通过电荷中和使粒子凝聚成大的絮凝物，从而加速悬浮液中粒子的沉降，有非常明显的加快溶液澄清，促进过滤等效果。若同时使用无机絮凝剂,则可显示出更大的效果。絮凝剂的添加量一般为0.011g/m3，在冷水中也能完全溶解。其主要作用是澄清净化作用、沉降促进作用、过滤促进作用、增稠（浓）作用，是废水、废液处理中的常用品。2、过滤是污水处理中的必要条件过滤的目的是将污水中含有小于等于20mg/L浓度的悬浮颗粒物、胶质颗粒物加以滤除。这里的过滤无须活性炭类精密昂贵的装置，普通机械过滤器完全可以满足后续工艺的要求。3、超声污水处理中水处理剂的作用前述的超声化学机理，超声在水处理中的作用，若同时添加水处理剂与超声联用，则效果更为显著。固体二氧化氯水处理剂在水处理中的机理包括以下两部分：（1）次氯酸的氧化作用。这是主要的杀菌机理。当固体二氧化氯水处理剂容于水后，水解生成次氯酸，作用于菌体蛋白质。次氯酸不仅可以与细胞壁发生作用，而且因分子小，不带电荷，容易侵入细胞内发生作用或破坏其磷酸脱氢酶，使糖代谢失调而致细菌死亡。（2）新生氧作用。由于次氯酸分解形成新生氧，将菌体蛋白质氧化，新生态氧同细胞原桨相结合从而起到杀灭微生物作用。4、紫外线与超声波联天紫外C杀菌技术。紫外线是一种肉眼看不见的光波，依据不同的波长范围，被分割为A、B、C三种波段，而253.7nm又是紫外线C波段中的波长最强点。紫外线主要作用于微生物的核酸，脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）等，导致其被破坏。紫外C水消毒技术是利用紫外线的消毒原理，对流经水体中的病毒，细菌及其他致病体的DNA进行物理破坏，使其无法繁殖和复制。紫外C用于大水量消毒完全可以取代臭氧，过滤膜，氧化物等传统手段，安全可靠，决无二次污染。四、功率超声在水处理中的应用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。联用技术有如下类型：1、超声与臭氧联用2、超声与紫外线联用3、超声与磁化处理技术联用1、超声与臭氧联用超声与臭氧联用，以超声降解、杀菌与臭氧消毒共同作用于污染水的处理。超声与过氧化氢联用，以达成对污染水体降解、杀菌、消毒之目的。2、超声与紫外线联用超声与紫外线联用，组成光声化学技术利用超声技术和紫外光技术各自降解能力叠加协同和互补作用，对水中常见的有机污染物苯酚、四氢化碳、三氢甲烷和三氯乙酸进行降解，使四种物质的降解产物为水、二氧化碳、C1-或易于生物降解的短链脂肪酸。3、超声与磁化处理技术联用超声与磁化处理技术联用，磁化对污染水体既可以实现固液分离，又可以对COD、BOD等有机物降解，还可以对染色水进行脱色处理。