超聲波技術在污水處理中的應用研究

孫志霄

上海環(huán)境工程技術有限公司，中國·上海 200000

1 引言

近幾年來，超聲波技術作為一種全新技術被廣泛應用到社會的各行業(yè)領域當中，其中超聲波降解技術在污水處理中獲得了很好的應用效果。針對超聲波降解技術在污水處理中的應用，其主要應用原理就是通過降解污水中的化學物來達到減少有害物質的目的。至于超聲波技術所包括的類型較多，像超臨界氧化技術、焚燒技術和高級氧化技術等都屬于超聲波技術范圍之內的。經大量實踐證明發(fā)現(xiàn)，超聲波技術的應用不僅有著較快的降解速度和較高的降解效率，而且對于周圍環(huán)境的要求也不是很高，正是因為這些優(yōu)勢具有良好的發(fā)展前景。就目前來看，超聲波技術在污水處理中的應用已經得到了重點關注，所以加大對超聲波技術的研究力度就凸顯得非常有必要。

2 關于超聲波技術的應用原理分析

進入新時期以后，人們的環(huán)保意識逐漸增強，國家將水資源利用率的提高作為了關注重點，并且開始將超聲波技術推廣應用到污水處理和循環(huán)使用當中。不難發(fā)現(xiàn)，在我們身邊每天都會有很多污水的排出，而通過超聲波技術的應用，可以實現(xiàn)對這些污水的有效處理和循環(huán)再利用[1]。超聲波屬于彈性波的一種，其頻率超過了16kHz，它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，在多個方面都有所應用，如乳化方面、清洗方面等都有著很好的應用效果，所以超聲波有著較為廣泛的應用范圍，隨著應用范圍的廣泛，其應用頻率也變得越來越多，所以不難看出超聲波的發(fā)展前景是非常廣闊的。與其他污水處理方法比較，不僅處理效果更好，而且還能夠體現(xiàn)出先進性。當遇到液體時，超聲波頻率會與之發(fā)生化學反應，進而產生相應變化。在頻率較大的情況下，物質內部會發(fā)生空化核現(xiàn)象。雖然這一現(xiàn)象的持續(xù)時間不是很長，但是所發(fā)揮的作用比較大，在較大破壞力的作用下，空化核活動過程中會有超聲空化的產生，使有機分子得到溶解，形成一系列化學反應，對有機物有很強的降解能力，且降解速度很快。所以在傳統(tǒng)水處理中生物降解難以處理的有機污染物，可以通過超聲波的空化作用實現(xiàn)降解。這樣不僅能夠獲得很好的污水處理質量和效果，而且對于水資源的循環(huán)利用也能夠起到很好的推動影響，實現(xiàn)了水資源的有效節(jié)約。

3 關于影響超聲波技術污水處理效果的主要因素分析

3.1 分析受超聲波功率強度的影響

經大量實踐證明發(fā)現(xiàn)，超聲波功率強度的大小對于污水處理效果的好壞能夠起到一定直接決定性影響，所以正是因為如此，需要加大對超聲波功率強度的分析和研究力度，經實驗結果表明，超聲波功率強度與污水處理效果存在正比關系，也就是說超聲波功率強度越高，那么所獲得的污水處理效果會越好，而且污水的降解速度也非?？靃2]。相反，如果超聲波強度比較低，那么污水處理效果也不是很好，而且污水的降解速度也比較慢。但同樣需要注意的一點是，不是超聲波功率強度越大越好，而是需要有一個合理范圍，若超聲波功率強度超過了可控范圍，這時空化泡會產生一種屏蔽現(xiàn)象，反而會減慢污水的降解速度。

3.2 分析受超聲波頻率的影響

應用超聲波技術進行污水處理的這一過程中，超聲波的頻率會產生相應能量，而這種能量具有降解功能，降解速度會隨著超聲波頻率的增加而加快。至于超聲波頻率的選擇，需要考慮的因素較多，包括降解歷程、污水性質和結構等都需要考慮在內，由此可以看出，在有些條件下高頻超聲波是無法獲得理想降解功效的，要想充分發(fā)揮出超聲波的頻率功能，需要將超聲強度的頻率控制在合理范圍之內[3]。據(jù)研究，超聲波頻率與有機污染物的降解原理有關，熱解為主的降解反應，當超聲波聲強大于空化閾值時，頻率與降解效率成正比。

3.3 分析受液體的黏度影響

應用超聲波降解水中有機物的這一過程中，除了要了解污水中所包含的各種物質以外，同樣還需要分析并掌握液體的粘度和pH值。至于液體的粘稠度，在一定程度上能夠直接影響到超聲波空化效果的如何。針對于液體黏度，同樣還會影響到超聲波溶解速度的快慢，經實驗驗證，如果黏度過稠，那么液體的溶解速度也會比較慢。而液體的pH值也非常重要，對于酸堿性溶液的溶解會產生很重要的影響。至于pH值的確定，需要以污水中有機物的酸堿程度來作為參考依據(jù)，以確保pH值的最佳，達到理想的使用效果。

3.4 分析受污水表面張力的影響

應用超聲波技術對污水處理時，同樣還會受到污水表面張力的影響，它可以說是決定污水溶解質量的一個重要因素。污水中含有表面活性劑，而這種表面活性劑會對溶解程度產生很大影響。在溶解的這一環(huán)節(jié)中會有很多氣泡的產生，對能量的發(fā)揮造成了阻礙，在這種情況下會使液體表面張力發(fā)生膨脹，形成強大的超聲波張力，當達到一定程度后會發(fā)生爆炸[4]。

3.5 分析受溫度影響

至于溫度的高低，與超聲波速度的快慢也有著一定直接關系。在高溫條件下，氣體的溶解度會比較小一些，這時所產生的表面張力也不會太大。在低溫條件下，氣體的溶解度相對增加，表面張力會有所變大。隨著溫度的不斷變化會造成飽和度氣壓升高，這對于超聲波會產生一定影響，不僅僅會導致超聲空化質量的下降，而且也會嚴重阻礙到超聲波作用的發(fā)揮。一般來說，效率隨溫度的升高表現(xiàn)出指數(shù)下降，因此低溫比較有利于超聲波降解，一般在室溫下進行。

3.6 分析受pH值影響

針對于pH值的大小，影響最為直接的就是有機酸堿性物質的降解，在pH值比較小的條件下，有機物質的降解速度不僅較快，而且所產生的降解效率也是非常高的，但值得注意的一點是，pH值的確定不僅要根據(jù)溶液的特點，而且還需要將污染物本身的pH值考慮到其中。除此之外，反應器的構造、外部環(huán)境對反應器產生的壓力等等，這些也會影響到有機物的降解速度和效率。溶液中的PH值調節(jié)應該盡量有利于有機物以中性分子的形態(tài)存在。

4 關于超聲波技術在污水處理中應用的問題分析

4.1 從適應性角度分析

從當前來看，超聲波技術在污水處理領域中的應用還不夠成熟。當前的超聲波技術，所能夠降解污水中污染物的種類不是很多，而且能夠降解的也都是單組分體系，但實際污水中的污染物種類可以達到幾十種，甚至幾百種，不僅僅是單組分體系，還有很多多組分物系包括在內，所以當前的超聲波技術還無法做出應對[5]。

4.2 從工程性角度分析

利用超聲波技術在對污水進行處理的這一過程中，聲化學反應的發(fā)生會伴隨著一些比較難降解中間產物的產生，例如：在對污水進行聲處理的這一過程中還有可能會有亞硝酸鹽的產生，直接危害到水中生物。雖然其能夠有一定的空化作用，但是到目前為止還未能得到徹底的證實，在很多方面的研究都不夠充分，所以要想做到工程化還是非常有難度的。

4.3 從經濟性角度分析

針對超聲波這種處理技術，受能量利用率低的影響，同樣也存在著費用高、處理效率低這一類問題。舉個例子：將超聲波技術應用到污泥處理的這一過程中，因為無法平衡好能量轉化效率與能耗之間的相互關系，所以在當前的應用還未能達到一個較廣的范圍，會受到一定限制，所以當前面臨的一個主要問題就是如何在降低成本的前提下，讓降解效率提升起來。

5 關于超聲波技術在污水處理中的具體應用分析

5.1 分析在污水中懸浮物處理中的應用

當超聲波與污水接觸以后，可以對污水中液體的雙電成球形狀的對稱結構造成破壞，在這一過程中會有很多超聲凝聚現(xiàn)象的形成，在超聲凝聚現(xiàn)象的作用下，可以溶解掉小空穴中的小氣泡，這樣隨著不斷溶解會在污水表面浮現(xiàn)出一些懸浮物，這時再將混凝劑灑入懸浮物水中，借助超聲波技術的應用產生懸浮物混凝效應。要想對懸浮物有一個很好的處理效果，需要將超聲波頻率控制到較低[6]。

5.2 分析在水溶液中污染物處理中的應用

針對超聲波技術在水溶液中污染物處理中的應用，其作用原理主要是借助超聲輻射來達到分離和降級水溶液中污染物的目標效果。在超聲輻射的作用下，可以對水溶液中的小核泡造成破壞。但小河泡遭受到破壞以后會造成溫度上升，隨著溶液不斷蒸發(fā)會有很多水蒸氣的產生，經過液氣與氣體之間的相互轉化形成自由基，最終出現(xiàn)超聲波空化現(xiàn)象。

例如，以污水中四氯化碳的處理為例，在超聲波的作用下可以溶解掉四氯化碳中的化學元素，經相關調查數(shù)據(jù)顯示，溶解率能夠達到90%以上。除此之外，對于污水中的其他化學物質也能夠起到很好的溶解效果，像硫化物、硝基苯等都能夠得到很好的溶解。借助超聲波溶解水溶液中的化學元素，以達到污水處理的效果。

5.3 分析在含重金屬電鍍廢水處理中的應用

在污水中含有大量的重金屬電鍍廢水，利用超聲波可以實現(xiàn)有效處理，在處理的這一過程中需要對廢水中所含有的重金屬類型和特征有所了解，然后針對具體類型采用合適的處理方式。在對重金屬絡合物處理時，需要把握好離子與洛合物之間的相互關系，通過將二者分離開，以此來獲得理想的降解效果。利用超聲波對含重金屬的電鍍廢水進行處理，主要處理的對象就是重金屬，在這一過程中最為重要的一點就是要把控好超聲波的強度和頻率，只有讓這兩者達到一個合理位置，才能夠降解重金屬。將超聲波的頻率和強度進行控制后，對于電鍍廢水基本可以除去水中大約99%的鎳和99%的銅，去除效果良好。

5.4 分析在水中O3氣泡處理中的應用

將超聲波技術應用到污水處理當中，對于O3氣泡的處理同樣也能夠起到很好的作用效果。經調查研究發(fā)現(xiàn)，在所有的污水中都會有O3氣泡的存在，從外觀這一角度來看，O3氣泡的直徑都比較長，但經過超聲波處理以后會明顯縮短，從大氣泡變化為微小氣泡。除此之外，經超聲波的處理后，還可以賦予O3氣泡更強的氧化作用，在氧化作用下，可以消除掉污水中的一些污染物質，實現(xiàn)凈化。

5.5 分析在污泥處理中的應用

在污泥中同樣也有著大量水分的存在，利用超聲波可以使污泥的脫水性得到改變，完成降解。超聲波在污泥處理中的應用，其主要原理是改造污泥內部結構，污泥中含有菌膠團，這些菌膠團的保水性能很好，利用超聲波可以讓菌膠團達到分解，通過改造污泥的內部結構，讓污泥脫水，基于超聲波這一處理方式的應用下，可以獲得很好的污泥厭氧處理效果。

5.6 分析在有機廢水處理中的應用

將超聲波應用到有機廢水處理當中也可以獲得很好的效果，最為直接的一個表現(xiàn)就是能夠有效處理有機染料。在這一過程中需要將超聲波與紫外線做到聯(lián)合使用，這樣不僅能夠使有機廢水中反應物的處理速度變得更加快，而且還可以促進有害物轉化速度的加快。將超聲波與雙氧水有效結合到一起，在加快降解速度的同時，還可以獲得更大的降解效率，通過將有害物質降解成多個細小物質，以此來清除掉污水中所含有的有害物質[7]。除此之外，還可以將超聲波與臭氧結合到一起進行使用，通過增強臭氧的氧化能力，提高降解速度和效率，這些對于有機廢水的處理都能夠起到很好的效果。

6 結語

隨著國民經濟水平的不斷提高，水資源逐漸趨于匱乏狀態(tài)，就目前來看，污水問題已經非常嚴重，必須要及時作出處理。隨著社會科學技術的進步和發(fā)展，最近幾年來，超聲波技術作為一種全新的污水處理方法得到了有效推廣和應用，不僅對外界環(huán)境要求較低，而且其處理效果也比較好，所以得到了普及應用，無論是對污水中懸浮物的處理，還是對電鍍廢水和O3氣泡及污泥、有機廢水等處理都有著很好的應用效果，但由于超聲波技術的發(fā)展時間較短，在很多方面的應用還不夠成熟，還仍然需要相關科研人員的繼續(xù)探索和實踐，通過多方面探索，加大投入，對于各種方案進行對比試驗，不斷積累經驗數(shù)據(jù)，將超聲波技術在污水處理方面的應用價值得以最大程度地發(fā)揮出來。