超声波处理高浓度废水的研究.doc

高浓度、难降解有机废水超声聚焦裂解处理新方法的研究

内容摘要

摘要：怎样经济高效的处理高浓度、难降解有机废水问题，多年来一直是人们探索的问题。本文通过研究提出了一种相对经济安全高效的处理高浓度、难降解有机废水“超声聚焦裂解”新方法；即通过动态加压溶气+超声聚焦裂解+絮凝气浮的方法来提高废水处理效果。通过研究分别构建了超声聚焦裂解和絮凝气浮动力学模型，并通过实验研究，为经济高效地处理高浓度、难降解有机废水探索了一条新途径。

关键词高浓度、难降解有机废水；超声聚焦裂解新方法

中图分类号：X505文献标识码：A文章编号

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高浓度、难降解有机废水超声聚焦裂解处理新方法的研究

（投环境污染治理技术与设备）

芮延年1王明娣1，2刘文杰1蒋晓梅1吴冬敏1

(1.中国.苏州.苏州大学215021ryn@suda.edu.cn)

(2.南京航空航天大学机电学院南京江苏210096)

摘要：怎样经济高效的处理高浓度、难降解有机废水问题，多年来一直是人们探索的问题。本文通过研究提出了一种相对经济安全高效的处理高浓度、难降解有机废水“超声聚焦裂解”新方法；即通过动态加压溶气+超声聚焦裂解+絮凝气浮的方法来提高废水处理效果。通过研究分别构建了超声聚焦裂解和絮凝气浮动力学模型，并通过实验研究，为经济高效地处理高浓度、难降解有机废水探索了一条新途径。

关键词高浓度、难降解有机废水；超声聚焦裂解新方法

中图分类号：X505文献标识码：A文章编号

0前言

近年来国内外一些水处理专家围拢着高浓度、难降解有机废水问题，研究了许多新方法。如湿式裂解法，其裂解效果虽然很好，但是因为牵涉到高温、高压反应过程复杂，因此，一直未能很好地推广应用；又如反渗透法，处理后的水质较好，但存在着膜易污染、设备一次性投资大等问题。

多年来，课题组一直在探索经济高效的处理高浓度、难降解有机废水方法。受超声乳化、超声清洗的启发，拟通过动态加压溶气+超声聚焦裂解+絮凝气浮的方法来达到经济高效的处理高浓度、难降解有机废水的目的。

1超声裂解作用机理

1.1液体的结构强度

从生物学中可知，适当强度的超声波可以对DNA等生物大分子进行裂解，大量的试验证明破裂主要是由超声空化引起的。同样，可以利用超声空化方法对污水中一些难降解的分子进行超声裂解。

纯净的液体分子之间的吸引力很大，纯水在20℃时结构强度的理论值为3250kg/cm2。但是经实验表明，对一般液体其实际结构强度通常在250~500kg/cm2，这种现象用气泡核学说来解释。由于热度的不均匀或其它原因溶解在液体中的微气泡，于是在声波负压的作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀变大而产生空化，其冲击水波能在其周围产生上千个大气压力，对水中某些物质产生裂解作用。

设一个半径为的空化泡在液体中保持平衡，在没有外力作用时泡内外压力处于平衡状态：

（1）

式中：——泡内压力，Pa；

——泡内蒸汽压力，Pa；

——泡内气体压力,Pa。

——泡外压力，Pa；

——流体静压力，Pa；

——空化泡表面张力，Pa。

当有外力作用时，即令流体内的压力时导致空化泡半径由，此时的气压为：

（2）

泡内新的压力为：（3）

如果，泡外的作用压力将因空化泡表面张力减小而变为：

（4）

如果此时空化泡仍处于平衡，，有：

（5）

上式表明，流体静压力（）与空化泡半径的三次方（）成反比，即该值的微小下降将会导致空化泡半径的急剧增大，与极小临界流体静压值对应的空化泡半径，叫做临界半径以表示。为估计值取式（5）对的微分。取取代，在临界流体静压时，式（5）的用取代有：

（6）

把式（5）的值代入（6）后有：（7）

由上式可见，液体结构强度降低的原因是液体中存在小气泡核，气泡核的半径越大，该处的液体结构强度就越弱。产生气泡核的可能原因有：液体中的热度不均匀，液体中混入气体等。正是这些不同的原因，才构成了声化学反应的动力或原因。

1.2.空化阈的研究

使液体产生空化的最低声强或声压称为空化阈。设液体的静压力为，交变声压幅值为，则只有时，才能出现负压，负压超过液体结构强度时才能形成空化。空化阈由下式表示：

(8）

由此可见，空化阈随不同液体而不同。对于同一液体，不同的温度，压力，空化核半径及含气量，空化阈值也不一样。液体含气量越小，空化阈越高。

1.3空化泡崩溃时间的研究

假设一个空泡在流体静压力作用下，从半径减小到半径。在忽略空泡表面张力的情况下，外力作功等于与体积变化之积。

(9)

这个功应等于液体移向空泡收缩空间时所获得的动能为：收缩情况见图1所示。

(10)

式中：——污水密度,kg/m3