超聲波污水處理

超聲波的空化效應為降解水中有害有機物提供可能，從而使超聲波污水處理目的的實現(xiàn)。在污水處理過程中，超聲波的空化作用對有機物有很強的降解能力，且降解速度很快，超聲波空化泡的崩潰所產(chǎn)生的高能量足以斷裂化學鍵，空化泡崩潰產(chǎn)生氫氧基（OH）和氫基（H），同有機物發(fā)生氧化反應，能將水體中有害有機物轉變成CO2 、H2O、無機離子或比原有機物毒性小易降解的有機物。所以在傳統(tǒng)污水處理中生物降解難以處理的有機污染物，可以通過超聲波的空化作用實現(xiàn)降解。

超聲波在污水處理中應用的理論基礎

目前，對超聲波降解水中污染物原理的認識主要是空化理論和自由基氧化原理。由于超聲波空化作用所引起的反應條件的變化，導致了化學反應的熱力學變化，使化學反應的速度和產(chǎn)率得以提高。另外在超聲波空化產(chǎn)生的局部高溫、高壓環(huán)境下，水被分解產(chǎn)生H和OH自由基，另外溶解在溶液中的空氣(N2和O2)也可以發(fā)生自由基裂解反應產(chǎn)生N和O自由基。

影響污水處理中超聲波降解的主要因素

影響污水處理中超聲波降解的主要因素包括溶解氣體、pH值、反應溫度、超聲波功率強度和超聲波頻率：

1、溶解氣體的存在可提供空化核、穩(wěn)定空化效果、降低空化閾，對超聲波降解速率和降解的影響主要有兩方面的原因：A、溶解氣體對空化氣泡的性質和空化強度有重要的影響；B、溶解氣體如N2O2產(chǎn)生的自由基也參與降解反應過程，因此，影響反應原理和降解反應的熱力學和動力學行為。

2、對于有機酸堿性物質的超聲波降解，溶液的pH值具有較大影響。當溶液pH值較小時，有機物質可以蒸發(fā)進入空化泡內，在空化泡內直接熱解；同時又可以在空化泡的氣液界面上和污水中空化產(chǎn)生的自由基發(fā)生氧化反應，降解效率高。當溶液pH值較大時，有機物質不能蒸發(fā)進入空化泡內，只能在空化泡的氣液界面上同自由基發(fā)生氧化反應，降解效率比較低。因此，溶液的pH值調節(jié)應盡量有利于有機物以中性分子的形態(tài)存在并易于揮發(fā)進入氣泡核內部。

3、溫度對超聲波空化的強度和動力學過程具有非常重要的影響，從而造成超聲降解的速率和程度的變化。溫度提高有利于加快反應速度，但超聲波誘導降解主要是由于空化效應而引起的反應，溫度過高時，在聲波負壓半周期內會使水沸騰而減小空化產(chǎn)生的高壓，同時空化泡會立即充滿水汽而降低空化產(chǎn)生的高溫，因而降低降解效率。一般聲化學效率隨溫度的升高呈指數(shù)下降。因此，低溫(小于20)較為有利于超聲波降解實驗,一般都在室溫下進行。

4、研究表明，并非頻率越高降解效果越好。超聲波頻率與有機污染物的降解原理有關，以自由基為主的降解反應存在一個頻率；以熱解為主的降解反應，當超聲聲強大于空化閾值時，隨著頻率的增大，聲解效率增大。

5、超聲波功率強度是指單位超聲發(fā)射端面積在單位時間內輻射至反應系統(tǒng)中的總聲能，一般以單位輻照面積上的功率來衡量。一般來說，超聲波功率強度越大越有利于降解反應，但過大時又會使空化氣泡產(chǎn)生屏蔽，可利用超聲波功率強度能量減少，降解速度下降。

超聲波在污水處理中的應用