超声与其他技术联合在废水处理中的应用作者：郭照冰郑正袁守军唐登勇时间：2008年3月17日超声波是指频率高于20kHz的声波。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10a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。随后印度、法国与比利时等国纷纷致力于这方面的研究,做了大量的工作。国内自1996年开始了此类工作。超声波废水处理主要在于超声空化作用产生的局部高温、高压。在超声波作用下,溶液产生空化泡并迅速崩溃,整个过程发生在ns—μs时间内,从而在空化泡内产生异常的高温(高于5000K)和高压(高于50MPa)。因此,可以对水中污染物直接进行热解作用,另外,在这高温高压环境下产生氧化电位很高的羟基自由基,它可以对许多有机物进行氧化反应,达到降解污染物和去除COD的作用。通过超声降解水体中一系列有毒有机物的研究表明,超声降解在技术上可行,但要使其走向工业化,仍存在能耗大、费用高、降解不彻底等问题。为此,最近的研究热点纷纷转向超声与其他水处理技术联用的方向上来,以产生高浓度的羟基自由基来加速有机污染物的分解反应。1超声/臭氧联用技术在超声与其他水处理技术相组合的联用技术中,超声/臭氧(US/O3)联用技术是研究最多及最早的技术之一。臭氧作为一种强氧化剂用于水处理工业化的关键是要臭氧能够很好地溶解与分散在水中,引入超声波,则可使臭氧充分分散与溶解,提高臭氧氧化能力,节约电能,减少臭氧的投加量。1976年,E•Dahi就已经发现超声能够强化O3处理废水过程,他利用20kHz超声强化O3氧化处理生物污水处理厂的出水时发现,这种技术可减少50%的O3投加量。尽管20kHz超声对若丹明B脱色没有效果,但可加快O3对若丹明B脱色速率(其速率常数提高55%)。他认为,在超声作用下,O3分解产生的自由基是真正的氧化剂和杀菌剂,而O3分子本身只是起到产生自由基的作用。1998年,K.W.Linda等深入系统地研究了US/O3法,他们认为,尽管超声波能够加快O3在液体中的传质速率,但超声强化O3过程的主要原因是超声分解O3产生HO•自由基,HO•自由基进一步氧化有机物。2001年NilsunH.Ince等以C.I.活性黑5染料为唯一底物,采用520kHz的超声波和O3氧化作用对其降解,结果发现,US/O3法对C.I.活性黑5染料的脱色和降解过程都存在着协同效应。单独超声作用对C.I.活性黑5染料的脱色和降解过程都无明显效果,而在相同试验条件下,US/O3法对C.I.活性黑5染料的脱色率是O3脱色率的2倍,US/O3法对C.I.活性黑5染料的降解率比单独O3氧化的降解率提高26%。由此可见,超声对O3氧化能力具有良好的强化作用,这种强化作用不只是两者简单的加和,而是发生质的飞跃。US/O3的协同效应主要由于超声的空化机械效应增加了O3的传质和分解过程,从而提高了直接反应速率和中间产物的HO•的氧化过程。US/O3技术降解水中有毒有机物具有高效、低成本的特点,在水处理中具有很大的应用潜力。2超声/紫外/臭氧联用技术在US/O3体系中引入紫外辐照,可提高有机污染物的降解效果。1985年,R.A.Sierka等用超声/紫外/臭氧联用技术(US/UV/O3)降解废水中的腐殖酸,结果发现,此法的降解效果好于单独的US、UV或O3法的降解效果。2000年,E.Naffrechoux等为了提高芳香族化合物的声降解速率,探讨了超声与紫外光组合工艺对芳香族化合物的降解影响。结果发现,苯酚的降解率有很大的提高,这可能是由于发生了三种不同的氧化过程:光化学氧化、高频声化学氧化和O3的氧化过程,有效地降低了生活污水中的COD。3超声/H2O2联用技术在超声氧化过程中,超声起到反应物与催化剂的双重作用。作为反应物,超声可使有机分子降解;作为催化剂,超声使H2O2分解生成有效的氧化自由基,如HO•和HOO•,从而导致有机物发生一系列的氧化降解反应。H2O2在反应中,既是HO•的来源,又是HO•的清除剂,因此H2O2的量必须保持最佳值。1996年,G.Lin等在超声反应器中加入H2O2后发现其可提高2-氯酚的降解速度。2000年,陈伟等研...
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