超声波技术及其在水处理中的应用

近年来，在美国、日本、法国、加拿大和德国等大学实验室和研究所纷纷致力于超声空化降解有机污染物的研究。
超声波是一种高频机械波，具有波长较短，能量集中，沿直线传播的特点。而超声波技术具有简便、零污染或少污染的特点，是近年来发展的一项新型水处理技术。它集高级氧化、热解、超临界氧化等技术于一体，且降解速度快、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，因而利用超声加速化学反应，在处理难生物降解有机污染物方面具有显著的优越性。

       超声化学机理
       1、超声催化。超声催化反应其主要作用：
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10万倍，反应时间大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的降解效果更显著。超声降解源于超声的机械效应、空化效应和热效应。

       应用一、超声波废水处理：
       超声技术可用于各种难降解的废水，主要用于单环芳香族化合物、多环芳烃、酚类、氯化烃、氯代化烃、有机酸、染料、醇类、酮类等多种物质的研究，并取得良好的效果。
       科学家试验研究超声波-好氧生物接触法处理制药废水CODCr去除效果。结果表明:在超声波处理时间60s，功率200w时，制药废水单独经超声波处理，CODCr去除率仅为13%–16%;对好氧生物接触反应器中零时刻的混合液澄清水，直接进行好氧生物接触处理，CODCr去除率仅30%左右;而经超声波预处理后再好氧生物接触处理CODCr总去除率达到96 %以上。经超声波预处理后，好氧生物接触最棒反应时间为12H。

       应用二、超声波污泥处理：
       采用高强的超声波可使污泥得到分解，活性污泥为颗粒悬浮凝聚体，其中含有嵌在高分子网状结构中的不同微生物群落。当超声波通过有微小絮体颗粒的流体介质时，其中的颗粒开始与介质一起振动，但由于大小不同的粒子具有不同的振动速度，颗粒将相互碰撞、粘合，体积和质量均增大。当粒子变大己不能随超声振动时，只能做无规则运动，继续碰撞粘合、变大，最终沉淀。
       研究发现，对于城市污水处理厂含水率为98.44%的浓缩污泥，超声波的作用频率为68KHz，声能密度为0.36w /CM2的条件下，超声波的作用10秒左右，污泥比阻出现极小值，随着超声时间的加长污泥比阻逐渐降低，污泥脱水性能得以改善；这是由于超声波的海绵效应促使水从波面传播产生的通道转移到污泥絮体的外部成为自由水。随着超声时间的延长污泥比阻反而升高，污泥脱水性恶化，由于长时间超声波的声空化及机械破碎作用，污泥絮体的颗粒粒径达到十几个微米的级别，污泥的比表面积增大，水紧密地吸附在颗粒的表面，脱水性能反而降低。