超聲波處理羅丹明染料廢水的實驗研究畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 :95 10518 Hirai K， Nagata Y. Researches and development on the control of anic pollutants with ultrasound technology and other technologies related[J]. Journal of environmental engineering,1999,9:38～42哈爾濱商業大學畢業設計（論文）30致　謝值此本科學士論文完成之際，首先向我的導師楊威副教授致以崇高的感謝。在日常學習、生活以及畢業設計期間，楊老師給與我無微不至的關心照顧和悉心指導，并且楊老師的對實驗的態度及對我的嚴格要求，將對我以后的學習產生深遠的影響。特此深表感謝！感謝哈爾濱商業大學食品工程學院實驗室的欒云老師在試驗過程中給予的幫助，感謝他們的辛苦工作。感謝環境工程專業的各位老師在大學期間對我的幫助。感謝方國峰，李靜,莊新賀等同學在實驗過程中對我的幫助。 哈爾濱商業大學畢業設計（論文）31附　錄英文翻譯哈爾濱商業大學畢業設計（論文）32哈爾濱商業大學畢業設計（論文）33哈爾濱商業大學畢業設計（論文）34哈爾濱商業大學畢業設計（論文）35哈爾濱商業大學畢業設計（論文）36超聲波及其聯用技術處理污水中有機污染物的研究和進展作者： Hirai K， Nagata Y摘　要　:本文主要論述了超聲波及其聯用技術降解有機污染物的原理,影響因素和效果及發展趨勢。指出超聲波與其他方法聯用可以大大的提高有機物的降解效率,在處理難降解、有毒、有害有機污染物方面,特別是在凈化環境,處理優先控制污染物方面有很大的應用前景。關鍵詞：　超聲波　廢水處理　聯用技術　催化氧化超聲波是指頻率高于20kHz的一種高頻率的機械波,它的波長較短,能量很集中,包括高級氧化、熱解、超臨界氧化等技術。它不僅可以改善反應的條件,加快反應速度,還能使一些難以進行的化學反應得以進行。在水處理方面,超聲波主要用于處理廢水中毒性高、難降解的有機污染物。在提高有機污染物的降解速度,達到廢水的無危害,避免二次污染等方面具有很重要的意義。1．超聲波的降解原理超聲波對有機物的降解作用有以下幾個方面。1. 1 空化作用超聲波對有機物的降解不是直接的聲波作用,而是一定強度的超聲波，通過液體時,在聲波負壓的半周期,存在于液體中的微小氣泡(空化核) 會迅速長大,在隨后而來的聲波正壓的半周期中,氣泡又絕熱壓縮而消失,在消失的瞬間,氣泡形成局部熱點,它的溫度高達5kK,壓力能達到50MPa,然后該熱點隨之冷卻,冷卻的速度達到109K/s,并在液體中伴有強大的沖擊波（對于均相液體介質 )或時速高達400 km 的速流( 對于非均相介質) ,這就為有機物的降解創造了一個極端的物理環境 。1. 2 自由基作用聲空化產生的高溫度，高壓力條件，可以打開結合力強的化學鍵(約377～418 kJ / mol) 并且促進“水相燃燒”反應。雖然氣泡崩滅瞬間時間不超過 100 ns ,但卻可以使H 2O(水分子中O H鍵能為500 kJ / mol) 分解為H和HO自由基。自由基含有未配對電子,它的性質很活潑,可以與氣相中揮發性溶質發生反應,還可以在氣泡哈爾濱商業大學畢業設計（論文）37界面與可溶性溶質發生反應,形成最終的產物。1. 3 機械力剪切作用在含有聚合物的多相體系中,由于空化氣泡消失時會使傳聲介質的質點，產生很大的瞬時速度和加速度,而引起劇烈的振動。這種劇烈振動宏觀上表現出強大的液體剪切力,會使大分子主鏈上碳的化學鍵發生斷裂,從而可以起到降解高分子的作用。1. 4 絮凝作用超聲波對混凝具有促進的作用,因為當超聲波通過，含有微小絮體顆粒的液體介質時,其中的懸浮微粒與介質一起振動,但由于大小不同的粒子具有不同的振動速度,顆粒將相互碰撞、粘合,體積會變大,最后沉淀下來。由于超聲波的作用,將使混凝效果更好,對污染物的去除率會有提高。2 影響超聲降解效果的因素2. 1 超聲系統因素超聲系統因素包括頻率和聲強。一般來說,高頻率(200～900 kHz) 會利于降解,但頻率還與超聲波的減衰有關系。提高超聲聲強,有利于氧化反應,降解速度也會隨聲強的增強而增大。對鄰氯酚等污染物的超聲降解表明:污染物的降解速率隨聲強的提高呈線形提高,但超過極值后,降解速度隨之而降低。2. 2 體系因素體系影響超聲降解效率的性質主要有溶劑、溶液中飽和氣體的種類、體系的蒸汽壓、溫度、有機物的種類和濃度、自由基的除劑的含量以及pH 值(不是主要的) 和通氣量。這些因素中溶解性氣體的存在可提供空化核,穩定空化效果,一般來說單原子氣體比雙原子氣體、雜原子氣體效果好。當改變界面特性如添加鹽，將會改善空化泡表面的污染物濃度,可使污染物的降解過程得到加強。2. 3 反應器結構因素反應器結構因素包括反應器構造、反應器內是否能建立起混響聲場和外部能否施加壓力等。目前,超聲波主要有探頭式和槽式兩類反應器,這兩類反應器不利于污染物的凈化。為推動污染物的連續凈化,近距離平行超聲波換能器系統裝置會比傳統的探頭更有效。2. 4 催化劑因素添加少量催化劑,如氧化性物質、Fenton試劑、鐵粉等 ,可促進空化過程中氣泡界面上氫氧自由基、過氧化氫等氧化性物質的生成,從而能提高超聲波降解污染物的氧化強度,加快反應速率,有利于有機污染物的降解。哈爾濱商業大學畢業設計（論文）383 超聲及其聯用技術3. 1 超聲/ 臭氧聯用技術超聲/ 臭氧(US/ O3) 聯用技術是一種研究最早和最多的技術。臭氧作為一種強氧化劑，用于水處理的關鍵是要臭氧能夠很好地分散和溶解在水中。引入超聲波,可使臭氧充分分散與溶解,提高臭氧氧化能力,節約電能,減少臭氧的投加量。1976 年,Dhai發現超聲能夠強化O 3 處理廢水的能力。他認為,在超聲使用下,O 3 的強氧化性主要是由于其分解產生的自由基引起的,而O 3 分子本身只是起到產生自由基的作用。2022 年Nilsun H. Ince 等以C. I 活性黑5染料為唯一底物,采用520 kHz的超聲波協同 O3 對其進行降解。結果發現,US/ O3 法對C. I. 活性黑5 的脫色和降解過程都存在著協同效應。單獨超聲作用對C. I. 活性黑5 的脫色和降解過程都無明顯效果,而在相同試驗條件下,US/ O3 法對C. I. 活性黑5 的脫色率是單獨使用O 3 的脫色率的2倍,US/ O3 . 活性黑5 的降解率比單獨O 3 氧化的降解率提高26% 。由此可見,超聲對O 3 氧化能力具有良好的強化作用,這種強化作用不只是兩者簡單的加和,而是發生了質的飛躍。3. 2 超聲/ 紫外/ 臭氧聯用技術在US/ O3 體系中引入紫外輻照,可提高有機污染物的降解效果。2022年, E. Naffrechoux 等研究了超聲、臭氧與紫外光組合工藝對芳香族化合物的降解影響。結果發現,超聲、臭氧與紫外光組合工藝對苯酚廢水COD的降解率有很大的提高,這可能是由于發生了光化學氧化、高頻率聲化學氧化和O 3 氧化3種不同的氧化過程。3. 3 超聲/ H 2O2 聯用技術1996 年,Lin 等發現在超聲反應器中加入H 2O2 后可提高氯酚的降解速度。2022年,T. Quang等研究了超聲/ H2O2聯合降解和單獨超聲降解氯酚的效果,并詳細探討了其影響因素,包括聲強、溶液pH值、4 氯酚的初始濃度和自由基的清除劑。4 氯酚的超聲降解機理，以自由基氧化為主超聲/ H2O2 聯合對水中4氯酚的降解率和TOC的去除率均比單獨采用超聲處理的效果好。3. 4 超聲/ Fenton聯用技術1998 年,Alex De Visscher 等研究了在Fenton (H2O2/ Fe2 + )體系中超聲波對三氯乙烯、鄰氯酚和1 ,3 二氯 2 丙醇的降解影響。動力學分析表明,聯合技術的降解速率是單獨聲降解與單獨化學降解速率之和。但是, Ingale 等的研究結果與Alex De Visscher 等相反。3. 5 超聲/ 光化學聯用技術哈爾濱商業大學畢業設計（論文）392022年,W. Chsndi 等采用超聲/ 光化學聯用技術降解苯酚溶液 ,結果表明,以TOC去除率為評價的指標,超聲/光化學聯用技術降解苯酚溶液存在著明顯的協同效應。2022年,Lev Davydov 等選用4種不同的TiO 2 作催化劑,考察超聲/ 光化學法對水楊酸的降解的影響 。他們得出結論:與紫外光降解相比,聲光化學法降解水楊酸的降解速率更快,降解效率更高。聲光化學法降解水楊酸時,超聲波與粒徑較小的催化劑(Hombikat) 存在協同效應,而與粒徑最大的催化劑(Aldrich) 無協同作用。在超聲條件下,Degussa P25 催化劑對水楊酸有最大的降解活性。同時,他們分析了苯酚在光催化降解時產生的中間產物,并認為超聲波降解了溶液中的有毒的中間產物3. 6 超聲/電化學聯用技術大多數有機污染物在陽極氧化時可降解為CO 2 和 H2O。然而,用電解法處理有機廢水,當有機物在電極上被氧化或還原時,會在電極表面生成一層聚合物的膜,從而會改變了電極表面的性質,導致了電極活性下降和電耗的增加。利用超聲波的空化效應,可使電極恢復,強化反應物從液相主體向電極表面的傳質過程,消除濃差的極化。2022年,Lima Leite 等使用頻率分別為20 kHz 和500 kHz的超聲波,選用Pt電極對2 ,4 二羥基安息香酸進行降解 。他們的研究表明,當采用高頻率的超聲波時,產生的HO直接氧化有機污染物。而當采用低頻率的超聲波時 ,超聲波可顯著提高2 ,4 二羥基安息香酸的傳質速率。對于濃度為300 mg/ L 的2 ,4 二羥基安息香酸溶液,超聲波的頻率為20kHz ,電流密度為300 A/ m2 ,通過電流量為1. 5 Ah時,溶液的TOC下降了47 %。而在高頻時發生的聲電氧化降解中,溶液的TOC僅下降了32 %。超聲波在低頻時, 2 ,4 二羥基安息香酸的降解加速,這可能是由于空化效應有利于電極表面的清洗,提高活性電極的表面積。試驗結果發現,聲電降解的中間產物與電氧化降解的中間產物相同。在低頻超聲輻照時,芳香族化合物的中間產物更少,感應電流增加,有效利用了電化學的能,但實驗中總的能耗仍然很高( 200 kW/ kg)4 結語國內外對超聲波的眾多研究結果表明,超聲波在廢水處理中有著良好的應用前景。上述聯用技術能有效地降解化學污染物,而且只要條件很合適,有機物可以被徹底降解3為CO 2和無機離子,是一種環境友好處理技術。但超聲聯用技術降解水體中污染物的研究,目前主要是在實驗室條件下對某一種有機污染物進行處理,對多種有機污染物混合水樣處理的研究相對較少,而且降解有機污染物的機理尚不清楚,實現工業化應用仍需做大量的研究。作者認為今后的研究方向是:針對實際多組分難降解物系進行深入的研究。開發超聲連續處理工藝。研究更加高效節能的超聲的反應器,哈爾濱商業大學畢業設計（論文）40使其最終成為實用、高效、低成本的水處理技術。哈爾濱商業大學畢業設計（論文）2