超声波在水处理中的应用研究
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超声清洗器虽被广泛用于实验室的声化学研 究， 但在工业应用上有一些缺点: （1） 反应容器与 耦合液之间的声阻抗差别很大， 声波反射极为严 重； （2） 清洗槽内的声强较小， 一般不超过 5 W/ cm2； （3） 由于商品化的超声清洗器的频率都不准 确， 且其效率与反应容器的形状以及反应容器置于 耦合液中的深度有关， 因而试验结果的重现性比较 差； （4） 反应过程中耦合液会因吸收超声波的声能 而温度升高， 因而不易控制反应温度。 2.2 变幅杆式声化学反应器
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西南给排水
Vol.32 No.2 2010
于挥发的有机物主要发生热解反应， 及类似燃烧化学 反应， 使其彻底降解， 不宜或难挥发的有机物主要发 生自由基反应。 声空化反应时空化泡崩溃的瞬间产生 的高温高压使 H2O 分解为 H·和·OH 自由基 [6]。 超声 降解的机理主要是热解反应和氧化反应两种类型。 3.2 降解效果 3.2.1 对脂肪类有机污染物的降解
Christian Petrier 等 [10] 研 究 在 氯 苯 和 对 氯 苯 酚 的混合溶液中， 充入氩至饱和， 超声频率为 300kHz 时， 更易挥发的氯苯首先进入空化泡中并降解， 对 氯苯酚只在氯苯降解完全后才开始降解。 HongweiHao， Minsheng Wu 等 [ 11] 利 用 频 率 为 1.7MHz 的超生装置成功降解 4-氯苯 酚， 降解之后 用核磁共振谱和质谱检测， 没有发现中间产物和最 终产物， 由此推断， 主要降解机理为在超声形成气 穴中高温分解有机物， 而不是自由基氧化。 3.2.3 对染料类化合物类的降解
了冲击波和射流， 这一切为化学反应提供了一个极 特殊的物理化学环境。 1.2 自由基反应
进入空化泡中的水蒸气在超声波作用下发生如 下反应:
H2O→ -OH + -H -OH + -OH → H2O2 -H + -H → H2 反应产生强氧化剂 H2O2 和具有高度化学活性的 自由基-OH， 具有很强的氧化性， 能将大多数有机 物氧化。 羟基自由基氧化与热解之间的比率取决于溶质 的位置， 要看是在气泡里或者是界面层， 还是在溶 液里。 但是， 归根到底取决于物质的物理化学性质。 1.3 驻波作用 当超声波通过含有悬浮物粒子的液体时， 辐射声 压将沿声波传播的方向推动这些粒子， 在驻波体系 内， 这些粒子将从声压腹点处被推向节点处聚集起 来， 当聚集一定重量后就会发生沉淀。 1.4 超临界水的声化学反应 这与超声波发光与光致发光之间的关系和光化 学与声化学之间的关系相似。 这种等离子的效应是 由于对超声波能量的吸收， 从而在气泡中形成为等 离子体。 事实上许多的研究人员都发现， 在气泡和 溶液的界面层存在着超过临界条件的高温高压 (647K、 22.1MPa)， 这使得媒介有流体的物理性质。 这些条件可通过改变溶质的溶解度和分散度来改善 反应。 但是， 超临界水的界面自由基只有几毫秒的
这是一种很有效的声化学反应器， 超声探头能 使能量集中， 在超声辐射端面上可以获得数百 W／ cm2 的声强。 变幅杆流动槽反应 器这种反 应器有以 下优点： 由于变幅杆的聚能作用， 声能密度大大提 高； 能根据声能密度的大小精确设计反应器； 探头 的发射端面一般设计为可拆卸式， 这样就可以根据 所需声强随时选用端面大小合适的探头， 同时， 当 探头被空化严重腐蚀后， 只需更换端部， 而不必更 换价格昂贵的整个探头。 2.3 平行板近场声处理器
在单独臭氧体系中， O3 可通过环加成反应、 亲 核反应和亲电反应直接对污染物进行降解， 也可通
过 分 解 成·OH 再 对 污 染 物 进 行 间 接 反 应 。 O3 可 由 OH-催化分解产生·OH 等自由基， 其反应为链反应。 当臭氧体系中加入超声波时， 臭氧分解不再是链式 反应。 在超声波作用下， 不管空化泡内的气体组成 如何， 臭氧均被迅速分解， 并释放出 O·自由基。 臭 氧热解产生的 O·在空化泡内与水蒸汽反应产生·OH。 与此同时， 水蒸汽也在空化泡内热解产生·OH。 上述 产生的·OH 在空化泡气液界面相互结合成 H2O2。
石新军 [19] 研究了超声强化臭氧氧化降解高浓度 苯酚。 结果表明： 臭氧混合气体进气量、 溶液初始 pH 值、 苯酚溶液的初始浓度都会对超声强化臭氧降 解苯酚溶液有较大的影响。 Timothy lesko， Agustin J 等 [20] 研究 US-O3 协同作用降解苯酚溶液， 超声频率 在 200～1000kHz。 US-O3 协同作用能够完全快速地降 低 总 有 机 碳 ， 在 很 长 反 应 时 间 下 ， O3 氧 化 苯 酚 成 HCO2-和 C2O42-， 但剩余总有机碳仍很大， 证明 O3 单 独作用抑制进一步氧化成 CO2， 与超声联合作用可以 把 HCO2-和 C2O42-氧化成 CO2。 硝基类芳香族有机化合 物作为重要的化工原料,广泛应用于农药、 医药、 合成 材料、 机械、 和木材防腐等领域。 这类化合物中硝基 为吸电子基,使得苯环上的电子云密度大大下降,使氧 化酶的亲电子攻击大大受阻,造成在自然界中较难降 解,且具有 “三致” 作用。 V O Abramov 等 [21] 利用超 声协同臭氧技术处理 1， 3-二硝基苯和 2， 4-二硝基 甲苯的混合液， 这些化合物在臭氧单独作用下仍表现 很稳定， 但在超声协同臭氧下能够在较短时间内完全 降解这种混合物。 史 惠祥、 徐献文 等 [15] 研究发 现 US-O3 协同效应主要是由臭氧在空化泡内热解产生· OH 引起的。 采用高效液相色谱 (HPLC)、 离子色谱 (IC)、 GC-MS 等方法测定出对硝基苯酚降解的主要中 间产物有邻苯二酚、 邻苯醌、 对苯二酚、 对苯醌、 苯 酚、 反丁烯二酸、 顺丁烯二酸、 草酸和甲酸等。 4.1.2.2 对染料类有机污染物的降解
关键词 超声波 水处理 联合工艺
0 前言 当前， 环境问题越来越受到各国政府的重视，
原因就在于环境的恶化不仅仅是个感官上的问题， 更重要的是它已经开始对经济的可持续发展形成了 威胁， 给人类的生存也敲响了警钟。 其中水生态系 统的恶化尤为突出。
相对于水处理技术的蓬勃发展， 应运而生的是 如何找到一种更完美的更能规模化的技术。 超声波 技术便是在此背景下发展起来的。 声化学的出现引 起了许多先进国家的重视， 纷纷投入了人力和物力 加以研究。 利用超声波降解水中的化学污染物， 尤其 是难降解的有机污染物是近几年来发展起来的新型水 处理技术。 它具有去除效率高， 反应时间短， 可显著 提高废水的可生化性， 设施简单， 占地面积小等优 点。 近年来， 超声波在处理微污染水源、 有机废水、 污泥发酵与脱水、 饮用水杀菌、 消毒以及工业用水的 阻垢、 除垢等方面的研究， 已取得了较大的成果。
超声波对有机污染水体的降解作用， 主要源于其 声空化效应。 声空化是一个极其复杂的物理现象， 它 是指液体中的微小泡核在声波作用下被激活， 表现为 泡核的振荡、 生长、 收缩乃至崩溃等一系列动力学过 程。 该过程是集中声场能量， 并迅速释放的绝热过程。
声化学上利用的空化多为瞬态空化， 即在较大的 声强作用下， 发生在一个声波周期内的空化， 此时在 声波负压相内， 空化泡迅速扩大， 随之来自百度文库声波正压相 作用下， 被迅速压缩至崩溃， 空化泡崩溃时， 形成局 部 热 点 ， 其 温 度 Tmax 可 达 5000 K 以 上 ， 压 力 达 50MPa， 持续数微秒以后， 热点随之冷却， 并有强大 的冲击波 （对于均相液体媒质） 或时速高达 400 km 的射流 （对于非均相媒质）， 在这些极端条件下污水 中的有机物在空化核内发生自由基反应， 化学键断 裂或高温裂解反应等， 从而使难降解高分子有机物 转化为小分子的有机物或相应的无机物 。 [4-5] 通常易
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工业给排水
西南给排水
Vol.32 No.2 2010
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超声波在水处理中的应用研究
唐少楠 邓 风 何超群 徐 华
摘 要 声化学是一门新兴的交叉学科， 主要是指利用超声波 (US) 来加速化学反应， 提高化 学反应产率。 介绍了超声波的作用机理， 目前研发的几种比较典型的反应器， 重点阐述了几种超声 波与其它工艺联合处理的技术和发展方向。
20、 487kHz、 30W、 空气、 氩气,氧气、 0.5mm 20、 500kHz、 30W、 空气、 0.035mm 200kHz、 空气、 氩气
对苯二酚、 萘酚、 苯醌等 萘酚、 3-氯萘酚、 氯化物 氯化对苯二酚、 3-氯萘酚、 4-氯萘酚
对苯二酚、 氯化物 2-氯苯酚、 4-氯苯酚、 2,4 二氯苯酚
平行板近场声处理器 (NAP) 是美国 Lewis 公司 开发的。 该系统由一个矩形空间构成， 矩形空间上
下两块平行金属板上都镶嵌有换能器， 分别产生频 率各自为 20 kHz 和 16 kHz 的超声波。 矩形空间内 的超声声强是单一金属板发射的超声声强的两倍以 上， 被处理液体从矩形空间的一端流入， 另一端流 出， 当液体流经上下两块金属板构成的区域时， 即 会受到超声 波的辐射 。 1998 年 ， G.Thoma〔3〕用 NAP 系统处理装置处理含苯和甲苯的废水， 处理液体积 为 22L， 流 量 为 3～10 mL/min， 整 个 处 理 过 程 中 以 O2 曝气。 试验结果表明， 初始质量浓度为 4～8 mg/L 的苯和甲苯废水经声强为 0.65～3.6 W/cm2 的 NAP 系 统处理后， 两者的降解均呈一级反应， 反应速率常 数为 0.002 7～0.037 0 min-1。 3 超声波单独作用处理水中有机污染物 3.1 降解机理
Simona Vajnhandl 等 [12] 利用超声波降解含氮染 料活性黑 5， 研究了各因素对降解效果的影响， 发 现随着频率、 声强、 作用时间的增大， 作用效果明 显 加 强 ， 初 始 浓 度 增 加 导 致 降 解 速 率 下 降 。 Limin Wang 等 [13] 在 超 声 波 降 解 含 氮 染 料 甲 基 橙 时 加 入 CCl4， 发现脱色速率常数主要取决于 CCl4 浓度、 pH 值和初始浓度， 在适当条件下， 加入 CCl4 可以使甲 基橙的脱色 速率增大 100 倍以上。 邢铁 玲等 [14] 研 究利用超声波降解亚甲基蓝， 探讨了反应温度、 pH 值和 Fe2+对染料脱色的影响。 4 超声波与其它工艺联合处理技术 4.1 US-O3 4.1.1 降解机理
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反应物
苯酚 2-氯苯 3-氯苯酚 4-氯苯酚 2,4-二氯苯酚 硝基苯酚
氯苯 四氯化碳
氯仿
表 1 不同化合物的降解
超声波化条件
只要中间产物
20、 487kHz、 30W、 空气、 0.5mm 20kHz、 50W、 空气、 0.05mm 20kHz、 50W、 空气、 0.05mm 20kHz、 50W、 空气、 0.05mm 氩气 0.1mm
由此表明， 在 US-O3 氧化体系中， 不管空化泡 内的气体组成如何， 臭氧均被迅速分解， 且 1molO3 可产生 2mol·OH， 而在单独臭氧氧化体系中， 1mol O3 只产生 1mol·OH。 因此， US-O3 氧化体系存在协 同效应主要是由臭氧气体在空化泡中热解产生更多 的·OH 引起的 。 [15-18] 4.1.2 降解效果 4.1.2.1 对芳香族有机污染物的降解
本文在综合近几年国内外文献的基础之上， 讨 论了超声波的作用机理， 目前研发的几种比较典型 的反应器， 考虑到超声波单独处理并不能达到理想 的效果， 重点阐述了几种超声波与其它工艺联合处 理的技术。 1 超声波作用机理 [1] 1.1 空化作用
一定频率和声强的超声波辐射溶液时， 在声强 负压作用下产生空化泡， 随后在声波正压作用下迅 速崩溃， 产生异常的高温 (高于 5000K) 和高压 (高 于 50MP) 即形成所谓的 “热点”。 空化泡崩溃产生
此类物系主要包括脂肪烃及其衍生物等。 HNakui 等 [7] 研究用 200kHz、 200W 的超声波降解一 定浓度的肼溶液， 发现 pH 是决定其降解的主要因 素， 降解结果表明了氢氧自由基对其降解有重要作 用。 直接用 40kHz 超声波降解醋酸， 随着初始浓度 的降低， 降解程度升高， 此外， 在降解过程中加入 NaCl， 其浓度增大， 降解程度也变大 [8]。 MDukkancl 等 [9] 利用超声波处理草酸也得到相同的结论。 3.2.2 对芳香族有机污染物的降解
亚硝酸盐、 硝酸盐、 蚁酸等 4-氯苯、 对苯二酚、 乙炔
四氯乙烯、 六氯甲烷
主要机理
自由基 自由基 自由基 自由基 自由基 自由基和热解 自由基和热解
热解 热解
寿命和几毫米的范围。 2 用于水处理的几种超声波反应器 2.1 超声清洗槽式反应器
普通的超声波清洗器一般是将一组并联的压电 换能器置于清洗槽底部， 槽内注入水等耦合液， 然 后将反应容器置于耦合液中。 这类反应器具有价廉 易得、 操作简单方便等优点， 目前实验室中大部分 的声化学反应都是用它来进行的。
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于挥发的有机物主要发生热解反应， 及类似燃烧化学 反应， 使其彻底降解， 不宜或难挥发的有机物主要发 生自由基反应。 声空化反应时空化泡崩溃的瞬间产生 的高温高压使 H2O 分解为 H·和·OH 自由基 [6]。 超声 降解的机理主要是热解反应和氧化反应两种类型。 3.2 降解效果 3.2.1 对脂肪类有机污染物的降解
Christian Petrier 等 [10] 研 究 在 氯 苯 和 对 氯 苯 酚 的混合溶液中， 充入氩至饱和， 超声频率为 300kHz 时， 更易挥发的氯苯首先进入空化泡中并降解， 对 氯苯酚只在氯苯降解完全后才开始降解。 HongweiHao， Minsheng Wu 等 [ 11] 利 用 频 率 为 1.7MHz 的超生装置成功降解 4-氯苯 酚， 降解之后 用核磁共振谱和质谱检测， 没有发现中间产物和最 终产物， 由此推断， 主要降解机理为在超声形成气 穴中高温分解有机物， 而不是自由基氧化。 3.2.3 对染料类化合物类的降解
了冲击波和射流， 这一切为化学反应提供了一个极 特殊的物理化学环境。 1.2 自由基反应
进入空化泡中的水蒸气在超声波作用下发生如 下反应:
H2O→ -OH + -H -OH + -OH → H2O2 -H + -H → H2 反应产生强氧化剂 H2O2 和具有高度化学活性的 自由基-OH， 具有很强的氧化性， 能将大多数有机 物氧化。 羟基自由基氧化与热解之间的比率取决于溶质 的位置， 要看是在气泡里或者是界面层， 还是在溶 液里。 但是， 归根到底取决于物质的物理化学性质。 1.3 驻波作用 当超声波通过含有悬浮物粒子的液体时， 辐射声 压将沿声波传播的方向推动这些粒子， 在驻波体系 内， 这些粒子将从声压腹点处被推向节点处聚集起 来， 当聚集一定重量后就会发生沉淀。 1.4 超临界水的声化学反应 这与超声波发光与光致发光之间的关系和光化 学与声化学之间的关系相似。 这种等离子的效应是 由于对超声波能量的吸收， 从而在气泡中形成为等 离子体。 事实上许多的研究人员都发现， 在气泡和 溶液的界面层存在着超过临界条件的高温高压 (647K、 22.1MPa)， 这使得媒介有流体的物理性质。 这些条件可通过改变溶质的溶解度和分散度来改善 反应。 但是， 超临界水的界面自由基只有几毫秒的
这是一种很有效的声化学反应器， 超声探头能 使能量集中， 在超声辐射端面上可以获得数百 W／ cm2 的声强。 变幅杆流动槽反应 器这种反 应器有以 下优点： 由于变幅杆的聚能作用， 声能密度大大提 高； 能根据声能密度的大小精确设计反应器； 探头 的发射端面一般设计为可拆卸式， 这样就可以根据 所需声强随时选用端面大小合适的探头， 同时， 当 探头被空化严重腐蚀后， 只需更换端部， 而不必更 换价格昂贵的整个探头。 2.3 平行板近场声处理器
在单独臭氧体系中， O3 可通过环加成反应、 亲 核反应和亲电反应直接对污染物进行降解， 也可通
过 分 解 成·OH 再 对 污 染 物 进 行 间 接 反 应 。 O3 可 由 OH-催化分解产生·OH 等自由基， 其反应为链反应。 当臭氧体系中加入超声波时， 臭氧分解不再是链式 反应。 在超声波作用下， 不管空化泡内的气体组成 如何， 臭氧均被迅速分解， 并释放出 O·自由基。 臭 氧热解产生的 O·在空化泡内与水蒸汽反应产生·OH。 与此同时， 水蒸汽也在空化泡内热解产生·OH。 上述 产生的·OH 在空化泡气液界面相互结合成 H2O2。
石新军 [19] 研究了超声强化臭氧氧化降解高浓度 苯酚。 结果表明： 臭氧混合气体进气量、 溶液初始 pH 值、 苯酚溶液的初始浓度都会对超声强化臭氧降 解苯酚溶液有较大的影响。 Timothy lesko， Agustin J 等 [20] 研究 US-O3 协同作用降解苯酚溶液， 超声频率 在 200～1000kHz。 US-O3 协同作用能够完全快速地降 低 总 有 机 碳 ， 在 很 长 反 应 时 间 下 ， O3 氧 化 苯 酚 成 HCO2-和 C2O42-， 但剩余总有机碳仍很大， 证明 O3 单 独作用抑制进一步氧化成 CO2， 与超声联合作用可以 把 HCO2-和 C2O42-氧化成 CO2。 硝基类芳香族有机化合 物作为重要的化工原料,广泛应用于农药、 医药、 合成 材料、 机械、 和木材防腐等领域。 这类化合物中硝基 为吸电子基,使得苯环上的电子云密度大大下降,使氧 化酶的亲电子攻击大大受阻,造成在自然界中较难降 解,且具有 “三致” 作用。 V O Abramov 等 [21] 利用超 声协同臭氧技术处理 1， 3-二硝基苯和 2， 4-二硝基 甲苯的混合液， 这些化合物在臭氧单独作用下仍表现 很稳定， 但在超声协同臭氧下能够在较短时间内完全 降解这种混合物。 史 惠祥、 徐献文 等 [15] 研究发 现 US-O3 协同效应主要是由臭氧在空化泡内热解产生· OH 引起的。 采用高效液相色谱 (HPLC)、 离子色谱 (IC)、 GC-MS 等方法测定出对硝基苯酚降解的主要中 间产物有邻苯二酚、 邻苯醌、 对苯二酚、 对苯醌、 苯 酚、 反丁烯二酸、 顺丁烯二酸、 草酸和甲酸等。 4.1.2.2 对染料类有机污染物的降解
关键词 超声波 水处理 联合工艺
0 前言 当前， 环境问题越来越受到各国政府的重视，
原因就在于环境的恶化不仅仅是个感官上的问题， 更重要的是它已经开始对经济的可持续发展形成了 威胁， 给人类的生存也敲响了警钟。 其中水生态系 统的恶化尤为突出。
相对于水处理技术的蓬勃发展， 应运而生的是 如何找到一种更完美的更能规模化的技术。 超声波 技术便是在此背景下发展起来的。 声化学的出现引 起了许多先进国家的重视， 纷纷投入了人力和物力 加以研究。 利用超声波降解水中的化学污染物， 尤其 是难降解的有机污染物是近几年来发展起来的新型水 处理技术。 它具有去除效率高， 反应时间短， 可显著 提高废水的可生化性， 设施简单， 占地面积小等优 点。 近年来， 超声波在处理微污染水源、 有机废水、 污泥发酵与脱水、 饮用水杀菌、 消毒以及工业用水的 阻垢、 除垢等方面的研究， 已取得了较大的成果。
超声波对有机污染水体的降解作用， 主要源于其 声空化效应。 声空化是一个极其复杂的物理现象， 它 是指液体中的微小泡核在声波作用下被激活， 表现为 泡核的振荡、 生长、 收缩乃至崩溃等一系列动力学过 程。 该过程是集中声场能量， 并迅速释放的绝热过程。
声化学上利用的空化多为瞬态空化， 即在较大的 声强作用下， 发生在一个声波周期内的空化， 此时在 声波负压相内， 空化泡迅速扩大， 随之来自百度文库声波正压相 作用下， 被迅速压缩至崩溃， 空化泡崩溃时， 形成局 部 热 点 ， 其 温 度 Tmax 可 达 5000 K 以 上 ， 压 力 达 50MPa， 持续数微秒以后， 热点随之冷却， 并有强大 的冲击波 （对于均相液体媒质） 或时速高达 400 km 的射流 （对于非均相媒质）， 在这些极端条件下污水 中的有机物在空化核内发生自由基反应， 化学键断 裂或高温裂解反应等， 从而使难降解高分子有机物 转化为小分子的有机物或相应的无机物 。 [4-5] 通常易
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超声波在水处理中的应用研究
唐少楠 邓 风 何超群 徐 华
摘 要 声化学是一门新兴的交叉学科， 主要是指利用超声波 (US) 来加速化学反应， 提高化 学反应产率。 介绍了超声波的作用机理， 目前研发的几种比较典型的反应器， 重点阐述了几种超声 波与其它工艺联合处理的技术和发展方向。
20、 487kHz、 30W、 空气、 氩气,氧气、 0.5mm 20、 500kHz、 30W、 空气、 0.035mm 200kHz、 空气、 氩气
对苯二酚、 萘酚、 苯醌等 萘酚、 3-氯萘酚、 氯化物 氯化对苯二酚、 3-氯萘酚、 4-氯萘酚
对苯二酚、 氯化物 2-氯苯酚、 4-氯苯酚、 2,4 二氯苯酚
平行板近场声处理器 (NAP) 是美国 Lewis 公司 开发的。 该系统由一个矩形空间构成， 矩形空间上
下两块平行金属板上都镶嵌有换能器， 分别产生频 率各自为 20 kHz 和 16 kHz 的超声波。 矩形空间内 的超声声强是单一金属板发射的超声声强的两倍以 上， 被处理液体从矩形空间的一端流入， 另一端流 出， 当液体流经上下两块金属板构成的区域时， 即 会受到超声 波的辐射 。 1998 年 ， G.Thoma〔3〕用 NAP 系统处理装置处理含苯和甲苯的废水， 处理液体积 为 22L， 流 量 为 3～10 mL/min， 整 个 处 理 过 程 中 以 O2 曝气。 试验结果表明， 初始质量浓度为 4～8 mg/L 的苯和甲苯废水经声强为 0.65～3.6 W/cm2 的 NAP 系 统处理后， 两者的降解均呈一级反应， 反应速率常 数为 0.002 7～0.037 0 min-1。 3 超声波单独作用处理水中有机污染物 3.1 降解机理
Simona Vajnhandl 等 [12] 利用超声波降解含氮染 料活性黑 5， 研究了各因素对降解效果的影响， 发 现随着频率、 声强、 作用时间的增大， 作用效果明 显 加 强 ， 初 始 浓 度 增 加 导 致 降 解 速 率 下 降 。 Limin Wang 等 [13] 在 超 声 波 降 解 含 氮 染 料 甲 基 橙 时 加 入 CCl4， 发现脱色速率常数主要取决于 CCl4 浓度、 pH 值和初始浓度， 在适当条件下， 加入 CCl4 可以使甲 基橙的脱色 速率增大 100 倍以上。 邢铁 玲等 [14] 研 究利用超声波降解亚甲基蓝， 探讨了反应温度、 pH 值和 Fe2+对染料脱色的影响。 4 超声波与其它工艺联合处理技术 4.1 US-O3 4.1.1 降解机理
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反应物
苯酚 2-氯苯 3-氯苯酚 4-氯苯酚 2,4-二氯苯酚 硝基苯酚
氯苯 四氯化碳
氯仿
表 1 不同化合物的降解
超声波化条件
只要中间产物
20、 487kHz、 30W、 空气、 0.5mm 20kHz、 50W、 空气、 0.05mm 20kHz、 50W、 空气、 0.05mm 20kHz、 50W、 空气、 0.05mm 氩气 0.1mm
由此表明， 在 US-O3 氧化体系中， 不管空化泡 内的气体组成如何， 臭氧均被迅速分解， 且 1molO3 可产生 2mol·OH， 而在单独臭氧氧化体系中， 1mol O3 只产生 1mol·OH。 因此， US-O3 氧化体系存在协 同效应主要是由臭氧气体在空化泡中热解产生更多 的·OH 引起的 。 [15-18] 4.1.2 降解效果 4.1.2.1 对芳香族有机污染物的降解
本文在综合近几年国内外文献的基础之上， 讨 论了超声波的作用机理， 目前研发的几种比较典型 的反应器， 考虑到超声波单独处理并不能达到理想 的效果， 重点阐述了几种超声波与其它工艺联合处 理的技术。 1 超声波作用机理 [1] 1.1 空化作用
一定频率和声强的超声波辐射溶液时， 在声强 负压作用下产生空化泡， 随后在声波正压作用下迅 速崩溃， 产生异常的高温 (高于 5000K) 和高压 (高 于 50MP) 即形成所谓的 “热点”。 空化泡崩溃产生
此类物系主要包括脂肪烃及其衍生物等。 HNakui 等 [7] 研究用 200kHz、 200W 的超声波降解一 定浓度的肼溶液， 发现 pH 是决定其降解的主要因 素， 降解结果表明了氢氧自由基对其降解有重要作 用。 直接用 40kHz 超声波降解醋酸， 随着初始浓度 的降低， 降解程度升高， 此外， 在降解过程中加入 NaCl， 其浓度增大， 降解程度也变大 [8]。 MDukkancl 等 [9] 利用超声波处理草酸也得到相同的结论。 3.2.2 对芳香族有机污染物的降解
亚硝酸盐、 硝酸盐、 蚁酸等 4-氯苯、 对苯二酚、 乙炔
四氯乙烯、 六氯甲烷
主要机理
自由基 自由基 自由基 自由基 自由基 自由基和热解 自由基和热解
热解 热解
寿命和几毫米的范围。 2 用于水处理的几种超声波反应器 2.1 超声清洗槽式反应器
普通的超声波清洗器一般是将一组并联的压电 换能器置于清洗槽底部， 槽内注入水等耦合液， 然 后将反应容器置于耦合液中。 这类反应器具有价廉 易得、 操作简单方便等优点， 目前实验室中大部分 的声化学反应都是用它来进行的。