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微波与超声波结合处理污水

时间:2008-09-03 07:03:39  浏览:        

超声波水处理技术与工艺
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,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。美国、日本、加拿大、德国、法国等国的一些大学实验室和研究所纷纷致力于超声降解有机物的研究。我国二十世纪九十年代后期,对超声降解有机物的研究,在同济大学取得了很好的效果。迄今昔对比为止,超声降解已进行了包括脂肪烃类、芳香烃类、酚类、酯类、醇类、酮类、胺、酸类、天然有机物究,取得了很好的效果。
超声化学作为一门边沿科学的兴起是近沿科学的兴起是近十几年的事情。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。
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。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/平方厘米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,当声强达到一定期强度,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的应。,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10的9次方k/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。
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。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。
三、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:
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。
超声还可以直接作为传统化学杀菌处理的辅助技术,在用传统化学方法进行大规模水处理时,增加超声辐射,可以大大降低化学药剂的用量。
四、与超声波联用的相关工艺技四、与超声波联用的相关工艺技术介绍
1、污水的固液分离是超声处理的前提。污水或废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无机絮凝剂。是一种水溶性的高分子聚合物或电解质。由于其分子链中含有一定数量的极性基因,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(聚合硫酸铁浓缩剂、聚氯化铝、铁盐等),则可显示无机絮凝剂(聚合硫酸铁浓缩剂、聚氯化铝、铁盐等),则可显示出更大的效果。絮凝剂的添加量一般为0.0110g每立方米,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、过滤是污水废水处理中的必要条件。其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工艺的要求。
3、超声污水处理水处理剂的作用。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次氯酸氧化作用和新生氧作用过程两部分。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。
新脱氢酶,使糖代谢失调而致细菌死亡。
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。长范围,被分割为A、
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。
综上所述,与超声波联用的污水处理技术与设备有:
(1)固液分离过滤器与超声波降解联用设备;
(2)固液分离、超声波降解与臭氧消毒联用设备;
(3)固液分离、超声波降解与紫外光消毒联用设备;
  
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