超声波在废水处理中的应用
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超声波的表面成形原理和应用范围1. 超声波的表面成形原理超声波是指频率高于人耳能听到的上限20kHz的声波。
超声波的表面成形是一种利用超声波在液体中产生高强度和高频率震动的技术。
其原理主要有以下几个方面:•声压效应:超声波震动频率高、振幅小,使液体分子之间产生剧烈的相互碰撞,从而提高了分子的活性,加速了化学反应速度。
•声流效应:超声波在液体中传播时形成的声波流动,可以将液体中的物质带到特定位置,实现流体力学的作用。
•声化学效应:声波在液体中产生的空化现象,会形成大量的气泡,气泡的迅速生长和剧烈破裂产生冲击波,使液体分子之间相互碰撞剧烈,形成高能化学反应。
超声波的表面成形原理是通过上述效应,利用超声波的力学、热学、电学、化学等特性对表面进行改性,实现表面的成形和改良。
2. 超声波表面成形的应用范围超声波的表面成形技术在各个领域都有广泛的应用,下面列举了几个常见的领域:2.1 制造业•金属表面处理:超声波表面成形可以通过改善金属表面的结构来提高材料的性能,如提高耐磨性、耐腐蚀性等。
常见应用包括超声波拉伸、超声波打磨、超声波切割等。
•陶瓷和玻璃加工:超声波表面成形可以实现陶瓷和玻璃的切割、刻蚀、焊接等工艺,提高产品的精度和品质。
•塑料焊接:超声波表面成形技术可以用于塑料焊接,通过超声波的振动能量使塑料表面温度升高,从而实现塑料的熔合。
2.2 医疗领域•超声波清洗:超声波表面成形技术可以用于医疗器械的清洗,通过超声波的振动作用可以快速去除器械表面的污垢和细菌。
•超声波刀:超声波表面成形技术可以用于医学手术中的切割和剥离,通过超声波的精准控制可以减少手术创伤并提高手术效率。
•超声波成像:超声波表面成形技术可以用于医学诊断中的超声波成像,通过超声波的传播和反射可以获取人体内部的图像信息。
2.3 环境保护•废水处理:超声波表面成形技术可以用于废水处理,通过超声波的作用可以使废水中的悬浮物和污染物沉淀和分解,提高废水的处理效率。
超声波辅助碱提酸沉法
超声波辅助碱提酸沉法是一种新型的水处理技术,它采用超声波和化学方法相结合的方式,能够高效地去除水中的有机污染物和重金属离子。
本文将从原理、应用及优缺点三个方面介绍超声波辅助碱提酸沉法。
一、原理
超声波辅助碱提酸沉法是利用超声波的物理作用和化学反应结合的方法,通过超声波的能量将水中的有机污染物和重金属离子分散到水中,然后通过加入化学药剂进行化学反应,使其沉淀到水底部。
在此过程中,超声波的作用能够破坏污染物和重金属离子的分子结构,使其更容易被化学药剂吸附,从而提高去除效率。
二、应用
超声波辅助碱提酸沉法广泛应用于工业废水、生活污水、地下水、河流水等水体的处理中。
它具有处理效率高、操作简单、处理成本低等优点。
在工业废水处理方面,它能够有效地去除有机物、重金属、氨氮等污染物,达到国家排放标准。
在生活污水处理方面,它能够去除污水中的悬浮物和有机物,使其达到可回用水标准。
三、优缺点
超声波辅助碱提酸沉法的优点在于处理效率高、操作简单、处理成本低、处理效果稳定等。
同时,它也具有一定的缺点,如对水体中
化学物质的浓度和性质有一定要求,对超声波的频率和功率也有一定的限制。
超声波辅助碱提酸沉法是一种高效、低成本、易操作的水处理技术,具有广泛的应用前景。
在未来的水处理领域中,超声波辅助碱提酸沉法将会发挥更加重要的作用,为人们提供更加清洁、健康的生活环境。
浅谈超声波技术应用于污泥处理摘要:超声技术在污泥处理方面取得良好效果,本文介绍了超声处理污泥技术及在国外的应用实例。
最后指出了超声技术处理污泥今后的发展方向。
关键词:超声波、污泥处理、环境卫生、低强度1引言污泥处理处置方法很多,但各种方法均存在弊端,如焚烧法成本较高;海洋倾倒对海洋生态环境影响;厌氧消化时间长,处理过程慢等缺点。
广泛采用的污泥处置方法由于各自存在的问题给污水处理带来了沉重的负担。
污泥处置已从过去仅仅作为污水处理的一个单元发展成了在污水处理厂设计、运行中不得不优先考虑的重要环节。
有必要对污泥处理的途径提出一些新的思路和方法。
新开发的超声波处理方法,兼有各种方法的优点,污泥分解速度快,适用范围广,可与其他处理技术结合使用。
2、超声波处理技术基本概述作为一个研究热点,超声波处理污泥日益受到人们关注。
超声波处理的作用机制分为机械机制、热学机制和空化机制,其中空化作用更容易在20~40 kHz的频率范围内发生。
研究表明,超声波作用频率在41~3217kHz范围内的剩余污泥预处理,得出低频41 kHz超声波对污泥分解是最有效的。
专家指出:超声波预处理污泥对环境有益而不是有害。
超声波作用对污泥中生物体的影响与超声作用的频率、声强、时间以及生物体对超声波的承受能力有关。
在合适参数的超声作用下,可以促进生物体代谢,然而过高能量可能抑制生物体生长,甚至使其分解。
高强度超声波可对生物体产生不利影响,其原因主要是由于瞬态空化产生水力剪切力对细胞壁和细胞膜的机械破坏作用,实验证实超声空化产生的自由基一定程度上可导致微生物死亡。
因此,高强度超声波具有显著的破坏作用,对生物体产生不可逆的变化。
低强度超声波作用时,产生细胞原浆微流,改变细胞内溶物的空间位置,这种变化决定了超声波对细胞的刺激作用。
细胞原浆微流又可引起细胞半透膜的弥散过程和膜内外电位发生改变。
现已发现,低强度的超声波作用可刺激细胞内的蛋白复合物生长合成过程。
关键词:超声波;空化;废水处理;降解
论文摘要:介绍了超声降解水体中有机污染物的降解机理。从超声的系统因素包括频率和声强;化学因素包括溶解气体、pH值、反
应温度等的多个方面介绍了影响降解效率的因素。
超声波是一种高频机械波,具有波长较短,能量集中的特点,它的应用主要是按照能量大,沿直线传播这两个特点展开的。20世纪
90年代初,国外等一些学者开始研究超声降解水中有机污染物。超声波技术具有简便、高效、无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,因而在处理难生物降解有机污染物方面具有显著的优越性。
1. 基本理论和机理
在空化效应作用下,有机物的降解过程可以通过高温分解或自由基反应两种历程进行。
1.1 空化理论
超声波在介质中的传播过程中存在着一个正负压强的交变周期。在正压相位时,超声波对介质分子挤压,增大了液体介质原来的密度;
而在负压相位时,介质的密度则减小。当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时,在负压区内介质分子间的平均距离会超过使液体介
质保持不变的临界分子距离,液体介质就会发生断裂,形成微泡,微泡进一步长大成为空化气泡。在紧接着的压缩过程中,这些空化气泡
被压缩,其体积缩小,有的甚至完全消失。当脱出共振相位时,空化气泡就不再稳定了,这时空化气泡内的压强已不能支撑其自身的大
小,即开始溃陷或消失,这一过程称为空化作用,或孔蚀作用。
由于空化作用所引起的反应条件的变化,导致了化学反应的热力学变化,使化学反应的速度和产率得以提高。
1.2 自由基理论
在超声空化产生的局部高温、高压环境下,水被分解产生H和OH自由基:
H2O →HO•+ H•
H•+ H•→H2
HO• + HO•→H2O2
H•+HO•→H2O
另外溶解在溶液中的空气(N2和O2)也可以发生自由基裂解反应产生N和O自由基:
N2→2N•
N•+HO•→NO+ H•
NO + HO•→HNO3
2. 影响超声降解的主要因素
影响超声降解的主要因素包括溶解气体、pH值、反应温度、超声功率强度和超声波频率等。
2.1 溶解气体
溶解气体的存在可提供空化核、稳定空化效果、降低空化阈,对超声降解速率和降解程度的影响主要有两个方面的原因:(1)溶解气
体对空化气泡的性质和空化强度有重要的影响;(2) 溶解气体如N2O2产生的自由基也参与降解反应过程,因此,影响反应机理和降解反
应的热力学和动力学行为。
2.2 pH值
对于有机酸碱性物质的超声降解,溶液pH值具有较大影响。当溶液pH值较小时,有机物质在水溶液中以分子形式存在为主,容易
接近空化泡的气液界面,并可以蒸发进入空化泡内,在空化泡内直接热解;同时又可以在空化泡的气液界面上和本体溶液中同空化产生
的自由基发生氧化反应,降解效率高。当溶液pH值较大时,有机物质发生电离以离子形式存在于溶液中,不能蒸发进入空化泡内,只能
在空化泡的气液界面上和本体溶液中同自由基发生氧化反应,降解效率较低超声降解发生在空化核内或空化气泡的气-液界面处,离子不
易接近气-液界面,很难进入空化泡内,因此,溶液的pH值调节应尽量有利于有机物以中性分子的形态存在并易于挥发进入气泡核内部。
2.3 温度
温度对超声空化的强度和动力学过程具有非常重要的影响,从而造成超声降解的速率和程度的变化。不同温度下,实验表明温度提
高有利于加快反应速度,但超声诱导降解主要是由于空化效应而引起的反应,温度过高时,在声波负压半周期内会使水沸腾而减小空化
产生的高压,同时空化泡会立即充满水汽而降低空化产生的高温,因而降低降解效率。一般声化学效率随温度的升高呈指数下降,因此,
低温(小于20℃)较为有利于超声降解实验,一般都在室温下进行。多数研究也表明,溶液温度低对超声降解有利。
2.4 超声波频率
研究表明,并非频率越高降解效果越好。超声频率与有机污染物的降解机理有关,以自由基为主的降解反应存在一个最佳频率;以
热解为主的降解反应,当超声声强大于空化阈值时,随着频率的增大,声解效率增大。
2.5 超声功率强度
超声功率强度是指单位声发射端面积在单位时间内辐射至反应系统中的总声能,一般以单位辐照面积上的功率来衡量。一般来说,
超声功率强度越大越有利于降解反应,但过大时又会使空化气泡产生屏蔽,可利用超声功率强度能量减少,降解速度下降。
3. 结语
超声处理是一个极其复杂的过程。不同物化性质的有机污染物,因降解机理不同,超声降解的效果也存在差异。利用超声空化技术,
只有针对具体的有机污染物,优化反应操作条件才能获得最佳的超声降解效果。今后有关超声空化技术的研究方向是,针对实际多组分
难降解物系在降解机理、物质平衡、反应动力学、反应器设计放大等方面进行深入的研究,使其最终成为一种适用、高效和低成本的水
处理技术。