超声波污水处理

超声波的空化效应为降解水中有害有机物提供可能，从而使超声波污水处理目的的实现。在污水处理过程中，超声波的空化作用对有机物有很强的降解能力，且降解速度很快，超声波空化泡的崩溃所产生的高能量足以断裂化学键，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，能将水体中有害有机物转变成CO2 、H2O、无机离子或比原有机物毒性小易降解的有机物。所以在传统污水处理中生物降解难以处理的有机污染物，可以通过超声波的空化作用实现降解。

超声波在污水处理中应用的理论基础

目前，对超声波降解水中污染物原理的认识主要是空化理论和自由基氧化原理。由于超声波空化作用所引起的反应条件的变化，导致了化学反应的热力学变化，使化学反应的速度和产率得以提高。另外在超声波空化产生的局部高温、高压环境下，水被分解产生H和OH自由基，另外溶解在溶液中的空气(N2和O2)也可以发生自由基裂解反应产生N和O自由基。

影响污水处理中超声波降解的主要因素

影响污水处理中超声波降解的主要因素包括溶解气体、pH值、反应温度、超声波功率强度和超声波频率：

1、溶解气体的存在可提供空化核、稳定空化效果、降低空化阈，对超声波降解速率和降解的影响主要有两方面的原因：A、溶解气体对空化气泡的性质和空化强度有重要的影响；B、溶解气体如N2O2产生的自由基也参与降解反应过程，因此，影响反应原理和降解反应的热力学和动力学行为。

2、对于有机酸碱性物质的超声波降解，溶液的pH值具有较大影响。当溶液pH值较小时，有机物质可以蒸发进入空化泡内，在空化泡内直接热解；同时又可以在空化泡的气液界面上和污水中空化产生的自由基发生氧化反应，降解效率高。当溶液pH值较大时，有机物质不能蒸发进入空化泡内，只能在空化泡的气液界面上同自由基发生氧化反应，降解效率比较低。因此，溶液的pH值调节应尽量有利于有机物以中性分子的形态存在并易于挥发进入气泡核内部。

3、温度对超声波空化的强度和动力学过程具有非常重要的影响，从而造成超声降解的速率和程度的变化。温度提高有利于加快反应速度，但超声波诱导降解主要是由于空化效应而引起的反应，温度过高时，在声波负压半周期内会使水沸腾而减小空化产生的高压，同时空化泡会立即充满水汽而降低空化产生的高温，因而降低降解效率。一般声化学效率随温度的升高呈指数下降。因此，低温(小于20)较为有利于超声波降解实验,一般都在室温下进行。

4、研究表明，并非频率越高降解效果越好。超声波频率与有机污染物的降解原理有关，以自由基为主的降解反应存在一个频率；以热解为主的降解反应，当超声声强大于空化阈值时，随着频率的增大，声解效率增大。

5、超声波功率强度是指单位超声发射端面积在单位时间内辐射至反应系统中的总声能，一般以单位辐照面积上的功率来衡量。一般来说，超声波功率强度越大越有利于降解反应，但过大时又会使空化气泡产生屏蔽，可利用超声波功率强度能量减少，降解速度下降。

超声波在污水处理中的应用