姚吉倫,周 振,龐治邦,劉 波
(1. 后勤工程學院 國家救災應急裝備工程技術研究中心,重慶 401311; 2. 后勤工程學院 國防建筑規劃與環境工程系,重慶 401311;3. 92303部隊,山東 青島 266000; 4. 77620部隊,西藏 拉薩 850000)
超聲波耦合工藝在水處理中的研究進展
姚吉倫1,周 振2,龐治邦3,劉 波4
(1. 后勤工程學院 國家救災應急裝備工程技術研究中心,重慶 401311; 2. 后勤工程學院 國防建筑規劃與環境工程系,重慶 401311;3. 92303部隊,山東 青島 266000; 4. 77620部隊,西藏 拉薩 850000)
作為一種環境友好型技術,超聲波憑借諸多優點逐漸成為研究熱點。介紹了超聲波相關概念及其作用機理。然后,分析了影響超聲波作用效果的因素及其與其他工藝的耦合。從造紙黑液處理、印染廢水處理、焦化廢水處理以及超聲波清洗四個方面詳細論述了超聲波技術的應用現狀。針對電絮凝能耗較高等問題,提出下一步的研究發展方向。
超聲波;凈水機理;高級氧化;水處理
80多年前,美國科學家Richard首先發現了超聲波(Ultrasonic Wave)輻照的化學效應,開啟了探索超聲波技術的大門。上世紀40年代,超聲波治療用于臨床醫學開始在歐美興起,到了90年代,超聲波對有機物的降解成為研究熱點,許多傳統工藝難以去除的有機物可通過超聲波處理,超聲波技術得到迅速推廣[1]。
超聲波指頻率大于16 kHz的聲波,超聲波技術作為一種新型水處理技術已得到廣泛報道和研究,雖然現階段沒有大范圍推廣和應用,但前景廣闊。其作用機理主要是通過空化泡引起的空化作用實現的,當超聲波通過水樣,在波的振動作用交替性地擠壓和離散作用下水中形成大量微型空化泡,這些空化泡在極短的時間內經歷振蕩、生長、收縮、崩潰等一系列過程,在局部形成高溫高壓的熱點,并伴隨著強烈的沖擊波和微射流,氧化分解有機物[2]。
1.1 高溫氧化作用
空化泡的崩滅在溶液局部產生高溫高壓,溫度可達5 000 K,壓力可達50 MPa,且時間極短(小于10μ s),溫度變化速率可達109 K/s。溶液中揮發性的有機物進入空化泡在高溫下發生斷鍵裂解作用,達到有機物的分解氧化。
1.2 自由基氧化作用
空化泡產生的高溫高壓使水分子化學鍵斷裂,發生如下反應:

當有氮氣和氧氣存在時,還會發生如下反應:

生成的自由基最外層電子未達飽和,化學性質活潑,它們之間可互相反應生成新的自由基或物質,不僅可與氣相中揮發性有機物反應,也可和氣泡界面區甚至溶液中有機物反應,對溶液中極性、親水性、難揮發的有機物達到氧化降解效果。
1.3 機械振動作用
空化泡崩滅產生的微射流和沖擊波在溶液中產生的機械振動,不僅能促進液流與顆粒的宏觀運動,避免顆粒沉積,減小膜表面的污染物濃度和滲透壓,提高膜通量,減緩濃差極化現象的形成,而且能克服物質與膜之間的作用力,減少污染物在膜表面的堆積和堵塞,延緩膜污染[3]。同時,作為一種能量形式,超聲波在溶液中的傳播,能引起溶液周期性的壓縮與伸張,在水中形成微振動,其振幅雖小但加速度較大,促進膜分離過程。
2.1 超聲頻率
水處理中施加的超聲場頻率通常在20~750 kHz。頻率改變對空化泡的生長、收縮、崩潰等一系列過程都有影響,同時能影響自由基的形成。一般認為,頻率升高,空化泡從生長到崩滅的周期變短,空化強度降低,自由基減少,降解效果減弱。
超聲波頻率的影響因物系不同而異,且理論上存在一個最佳降解頻率,超聲波頻率超過最佳頻率時空化作用減弱。陳學民等[4]研究了超聲波對氯仿的降解,結果表明超聲波頻率與氯仿去除率之間的關系曲線似鋸齒形,頻率為1.0 A時去除效果最佳,其去除率為54.8%,頻率超過1.0 A超聲波的降解效果減弱。Kobayashi等[5]研究了不同超聲頻率對PAN膜過濾性能的影響,分別用28、45、100 kHz的超聲波處理 1%的葡萄糖溶液,結果表明,超聲波頻率為100 kHz的膜滲透通量和不加超聲波時幾乎相同,而頻率為28和45 kHz膜通量分別提高至2.1×10-6和1.9×10-6m3/(m2·s)。
2.2 超聲強度
超聲強度指單位面積上的超聲功率,是影響超聲降解的重要因素,只有當超聲強度超過溶液空化閾,空化作用才會進行。通常認為,隨超聲強度增高,空化作用增強,有利于超聲降解。陳偉等[6]研究了超聲波-過氧化氫技術處理水中的 4-氯酚的效果,調節超聲波強度分別為3.10、6.19和11.94 W/cm2,對應4-氯酚的降解率分別為32.1%、51.8%和57.5%,聲強增加對4-氯酚的去除有積極影響。路煒[7]研究了超聲波-臭氧技術處理松花江原水的效果,調節超聲強度分別為 0.65、1.30、1.95 W/cm2、2.60、3.25 W/cm2,結果表明,隨聲強增加,COD去除率增加,超聲波對有機物的去除效果增強。
也有研究表明,當超聲強度超過某一范圍,繼續增加超聲強度反而導致降解效果減弱,即存在所謂最佳降解超聲強度。聲強過大導致水中大量的空化泡產生,對超聲波產生散射衰減作用,減少了能量傳遞,同時空化泡在負壓相生長過大可能直接溢出水面,使得超聲能量利用率降低,空化作用減弱。孫猛等[8]用超聲波處理垃圾滲濾液,調整超聲功率分別為200、280、300、360、400、480、520 W,結果表明:功率小于360 W時,COD去除率隨超聲強度的增加而增大;功率大于360 W時,COD去除率隨超聲強度的增加而減小;功率為360 W時,COD去除效果最好,為63.9%。原因可能是功率過高形成了聲屏蔽,使得可利用的聲能減小,空化效應減弱,降解效果降低。鐘愛國[9]用超聲波降解甲胺磷,所用超聲波聲強為22~ 120 W/cm2,結果表明,超聲波對甲胺磷的降解存在最佳功率,為80.3 W/cm2,過高和過低的聲強都不利于降解作用的進行。
2.3 溫度
溫度在降解過程中是一個重要參數,通常認為,溫度升高,空化閾下降,有更多的空化泡產生,散射和衰減作用削弱了可利用的超聲能量,同時溫度升高導致蒸汽壓升高,進入空化泡的蒸汽對空化泡的崩裂起到了緩沖作用,空化強度降低,降解效果減弱,因此一般控制反應溫度在 20 ℃以下。Jiang等[10]用頻率為20 kHz的超聲波降解4-氯苯酚,結果表明,隨溫度升高反映速率緩慢減小,10℃時的反應速率為 45 ℃時的兩倍。傅敏等[11]研究了超聲波對有機磷農藥樂果的降解效果,所用頻率為24 kHz,超聲強度約為 0.25 W/cm2,結果表明:當溫度在15~30 ℃之間,隨溫度升高超聲波對樂果去除率緩慢減少;當溫度大于 30 ℃,隨溫度升高超聲波對樂果去除率明顯減少。
也有研究表明溫度升高對降解作用有積極影響或無影響。華彬等[12]以酸性紅B染料模擬廢水為對象,研究了超聲波對解酸性紅B廢水的降解效果,調節水浴溫度為分別25和30 ℃,結果表明,水浴溫度升高,酸性紅B去除率增加,原因是溫度升高導致蒸汽壓增大,而酸性紅B的揮發性使更多的酸性紅B氣體進入空化泡發生熱解反應,酸性紅B降解效果增強,因此溫度升高對酸性紅B的降解有積極作用。王宏青等[13]通過實驗觀察溫度對超聲波降解甲胺磷的影響,所用超聲波頻率為22 kHz、功率80 W/cm2,輻照時間20 min,結果表明,介質溫度控制在20~50 ℃時,溫度的變化對甲胺磷的降解效果幾乎沒有影響,在 20、30、40、50 ℃時其去除率分別為99.4%、99.3%、98.6%、96.3%。
2.4 pH
pH主要通過影響水中有機物存在形式影響降解機理和效果,目前關于pH對超聲降解的影響尚未達成統一認識,但一般認為溶液的中性條件更有利于有機物進入空化泡進行高溫降解,而離子形態的有機物不易接近氣-液界面,很難進入空化核,降解效果差。因此對溶液pH調節的要求應使有機污染物以中性形式存在。
孫紅杰等[14]用超聲波降解十二烷基苯磺酸鈉,通過改變pH觀察超聲波對十二烷基苯磺酸鈉去除率的影響,結果表明,pH為3~12之間時,十二烷基苯磺酸鈉去除率隨pH增大而降低,酸性條件的降解效果優于堿性和中性條件。原因是十二烷基苯磺酸鈉難揮發,降解作用主要在氣-液界面和溶液中進行,酸性條件促進了十二烷基苯磺酸鈉的水解,化學平衡移動,降解效果增強;同時酸性條件下呈離子態的十二烷基苯磺酸鈉難以進入氣相區而直接與自由基反應,去除率增加。張光明等[15]用超聲波處理多氯聯苯,調節pH分別為3、7、12,測得反應速率k基本不變,表明pH的改變對多氯聯苯的降解無影響,他認為原因是多氯聯苯呈弱堿性,其存在狀態不受 pH影響。傅敏等[16]用超聲波處理苯胺溶液,改變pH觀察苯胺的去除率,結果表明:當pH小于7.3,隨pH增大苯胺去除率增加;當pH大于7.3,隨pH增大苯胺去除率減小;pH為7.3時去除率達到最大,為28%。可能的原因是調節pH所用Na2CO3引入的CO32-、HCO3-和自由基反應,降低了自由基濃度使得苯胺降解率下降。
2.5 初始濃度
初始濃度指原水中待降解的有機物濃度,研究初始濃度對超聲作用的影響可為優化工藝參數提供參考依據,其研究范圍多為10-7~10-3mol/L。目前對濃度的影響尚無統一認識,但多數認為濃度升高超聲降解效率提高,特別是對于濃度較小的溶液,濃度升高使溶液體系中有機物增加,超聲頻率、功率條件不變情況下與空化泡接觸機會增加,空化泡的利用率增加,因此有機物降解率增加。Kotronarou等[17]發現超聲波對硫化氫的降解速率隨硫化氫濃度升高呈正比增加。蔣永生等用頻率為24 kHz、聲強為 0.5 W/cm2的超聲波處理模擬低濃度有機磷農藥樂果廢水,改變初始濃度觀察溶液降解率的變化,結果表明,隨樂果濃度增大,降解率增大。
也有少數學者認為隨初始濃度升高,超聲效果降低,他們認為:對揮發性物質,濃度升高導致更多有機物氣體進入空化泡,空化強度降低,降解效果減弱;對難揮發性物質,隨濃度升高空化泡表層漸趨飽和,阻礙了自由基的擴散,降解效果減弱。馬英石等[18]研究了超聲波/H2O2工藝分解水中危害性氯化有機物,發現當鄰氯酚濃度較低時超聲降解效果較好,在鄰氯酚濃度分別為50、80、100 mg/L時其去除率為 95%、88%、85%;濃度升高,對鄰氯酚的降解效果變差。
2.6 反應器類型
反應器應為超聲波作用提供良好反應環境,因此其結構構造、布局分配都有重要作用。目前常用的反應器類型有槽式反應器、探頭反應器、平行板近場聲處理器。其中槽式反應器和探頭反應器為間歇式反應器,平行板近場聲處理器為連續性反應器。
如圖1所示,槽式反應器是目前應用較為廣泛的反應器類型,將槽內注入耦合液,再將反應容器置于耦合液中,反應開始后位于槽底的超聲換能器輻照反應容器達到處理效果。這類反應器結構簡單、操作便捷,但超聲聲強較低,通常不超過5 W/cm2,經耦合液的吸收、反射作用后可利用的超聲波更少,反應效率低,且耦合液吸收超聲波后溫度升高不易控制。

圖1 槽式反應器Fig.1 Tank reactor
探頭反應器直接將超聲換能器(探頭)直接浸入溶液中,如圖2所示,能有效將超聲波引入反應體系,探頭發射功率連續可調,能量集中,可獲得數百W/cm2的聲強,已廣泛應用于實驗室研究。其缺點是隨反應過程進行,探頭及其附近液體溫度大幅上升會改變實驗條件,因此需要溫控,通常保持溫度范圍在10~30 ℃左右。

圖2 探頭反應器Fig.2 Probe reactor
圖3的平行板近場聲處理器為美國Lewis公司研制,由兩塊金屬板構成一個矩形空間,金屬板上鑲嵌有超聲換能器,分別產生16和20 kHz的超聲波,矩形空間內的超聲聲強是單一金屬板發射的超聲聲強的兩倍以上。處理過程中溶液從一端流入經超聲波輻射后從另一端流出。這種反應器超聲聲強大,可不間斷工作,處理量大,為超聲波技術從實驗室走向工業應用打下了良好基礎。

圖3 平行板近場聲處理器Fig.3 Parallel plate near field acoustical processor
此外,有機污染物的性質、表面張力、靜水壓力、溶液含鹽量、滲透壓等也會影響超聲波的處理效果。
超聲波既可單獨作用,也可和其他技術聯合進行,通常情況下,聯合技術效率更高,成本更低,是未來超聲波應用的一個發展方向,常見的有超聲波-紫外線技術、超聲波-H2O2技術、超聲波-臭氧技術、超聲波-活性炭技術、超聲波-電極氧化技術、超聲波-膜技術等。
3.1 超聲波-紫外線技術
超聲技術和光催化氧化技術同為深度氧化技術,超聲空化作用產生的過氧化氫和自由基能加強光催化氧化作用,超聲波-紫外線技術能去除許多難降解的有機物,增強氧化劑的氧化能力,減少反應時間,提高降解效果。Stock等[19]以萘酚藍黑為例,分別研究了超聲波單獨作用、紫外線單獨作用以及超聲波-紫外線技術聯合作用的降解效果,所用超聲波頻率為640 kHz,功率240 W,紫外波長618 nm,結果表明,萘酚藍黑的降解服從假一級反應動力學規律,單獨使用超聲波時反應速率k為1.04×10-2,單獨使用紫外線時反應速率k為 0.56×10-2,超聲反應速率為紫外反應速率的兩倍,而超聲波-紫外線聯合作用時反應速率k為1.83×10-2,比兩者單獨作用之和還要大,他認為超聲波-紫外線技術能完成反應物和產物在光催化反應催化劑(TiO2)表面上的轉換,提高降解速率。
3.2 超聲波-過氧化氫技術
超聲波技術與過氧化氫氧化技術結合能產生協同效應,能去除傳統生化法難降解的有機物,處理速度快、效率高、成本低,還兼具殺菌和消毒的作用,降解產物是H2O和CO2等,不產生二次污染,過氧化氫溶液常和 形成Fenton試劑參與反應。趙德明等[20]研究了超聲波-過氧化氫技術對苯酚的降解,采用雙頻超聲波(探頭反應器超聲頻率22 kHz,聲強15 W/cm2,清洗槽反應器超聲頻率40 kHz,輸出功率50 W,容積2 L),每升廢水加入250 mgH2O2,對比了單獨使用超聲波、單獨使用H2O2氧化劑、超聲波-過氧化氫聯合使用對苯酚的降解效果,結果表明,單獨使用超聲波對苯酚的降解率為64%,單獨使用 H2O2氧化劑對苯酚的降解率更低僅為 20%左右,而采用超聲波-過氧化氫聯合技術對苯酚的降解率達到了90%以上,大于二者單獨使用之和,表明超聲波-過氧化氫聯合技術的處理效果并不是兩種氧化技術的簡單相加,原因是超聲波、H2O2和自由基的共同作用加快了對苯酚的降解。
3.3 超聲波-紫外線技術
目前對于超聲波-臭氧技術的研究較多,臭氧在超聲波作用下可發生如下反應:

生成的自由基 化學性質活潑,可與臭氧結合生成氧氣,也可與水生成自由基·OH,最終生成H2O2,超聲強化臭氧處理技術可提高反應效率,促進臭氧分解,同時,超聲波可將直徑為0.5 mm~1 cm的氣泡粉碎成直徑為0.2~0.3μ m的微氣泡,增大與水的接觸面積。楊燕等[21]用超聲波-臭氧技術處理含硫磷農藥廢水,對比了單獨使用超聲波、單獨使用臭氧、超聲波-臭氧聯合使用對農藥廢水的降解效果,發現采用超聲波-臭氧聯合技術要比單獨使用效率高很多,他認為超聲粉碎臭氧為微氣泡和臭氧通入溶液加強空化效應是主要原因。
3.4 超聲波-活性炭技術
超聲波-活性炭技術屬深度處理技術,先用超聲波對改變水中有機物結構,將大分子有機物分解為小分子有機物、小分子有機物降解為無機物,再用活性炭完成對有機物的吸附和細菌雜質的截留。李書光等[22]對比了先用超聲波再用活性炭處理、先用活性炭再用超聲波處理、同時使用超聲波和活性炭處理對污水中COD的影響,發現先用超聲波再用活性炭處理效果最好,且隨超聲功率增加,COD去除率也增加,原因是超聲空化作用產生的自由基氧化降解 COD,將大分子有機物分解為小分子有機物,更易于被活性炭吸附,有利于后續階段活性炭的處理;而同時使用超聲波和活性炭處理由于超聲波的清洗作用使部分吸附的有機雜質剝離重新進入水體,不利于降解。
3.5 超聲波-膜技術
超聲波作為強化多孔陶瓷膜分離和輔助膜清洗的手段之一,可以有效的緩解膜污染。隨著超聲波和空化氣泡,聲流、微流、微流光、微射流和沖擊波隨之產生,其可以有效防止顆粒在膜表面的沉積,并能夠去除部分已經沉積在膜表面的雜質顆粒,研究表明,低頻率(35 kHz)可以有效緩解膜污染[23]。在超聲波頻率和強度分別為20 kHz和16 W情況下,超濾膜可以保持穩定流量運行2 h,同時,在較低的鈣離子濃度和適度的pH值條件下,超聲波在減少膜污染方面更加有效,這可能是由該條件下膜過濾過程所形成的污染物-污染物和污染物-膜之間相互作用較弱造成的[24]。
近年來關于超聲波應用于水處理領域的研究和報道不斷增多,以其操作簡單、容易控制、不添加二次污染等優點贏得了廣泛關注,不過該技術仍停留在實驗階段,大規模的應用還需更多基礎性工作的開展。在水處理領域,超聲波的應用可大致分為強化水處理和膜的清洗。在強化水處理領域,超聲波可用于處理造紙黑液、印染廢水、制藥廢水、垃圾滲濾液等,對酚類、單環芳香族化合物、環烴、氯代烴、醇、酮、有機酸等常規水處理不易去除的有機物都有較好的降解效果。
4.1 造紙黑液
黑液是造紙廠污染是主要來源,占全廠污染物總量的90%以上,主要成分為木質素、半纖維素、木糖等,含有大量大分子、難揮發有機物,一般條件下很難分解。利用超聲波處理造紙黑液時通常與其他技術聯用,超聲作用將大分子有機物分解為小分子有機物,破壞木質素中C-O鍵,將大型網狀結構裂解為小型網狀或鏈狀結構,增強后續處理的可降解性,提高工藝效率。沈壯志等[25]研究了超聲波強化PFS(聚合硫酸鐵)/H2O2技術處理造紙黑液的效果,結果表明引入超聲作用后 CODcr去除率提高13%左右,若以同等處理效果計算,可節約PFS 14%、H2O250%~80%投量。李志建[26]則發現超聲作用可降低造紙黑液毒性,可生化性增強。
4.2 印染廢水
印染廢水排量大,色度高,成分復雜,含有大量無機鹽和有機物,處理困難。研究表明[27],單獨超聲作用對印染廢水降解效果不理想,大部分超聲能量通過熱能形式消耗,利用率低。探頭式反應器僅能處理較低濃度的印染廢水,平行板近場聲處理器能有效提高處理容量。趙利云[28]認為,超聲與 Fe/H2O2聯合作用處理印染廢水效果比超聲/H2O2聯合作用和單獨超聲作用效果好,反應常數分別為 5×10-3、4.2×10-3、3.9×10-3min-1,原因是在溶液中加入的鐵粉經反應生成了 Fe2+,使體系中發生反應:

生成的自由基氧化降解染料中有機物,同時Fe3+引起的混凝作用加速了有機物的分離,提高了降解效果。
4.3 焦化廢水
煉焦是煤炭化工的重要部分,將煤炭加熱至950~1 050 ℃得到焦炭,其過程中產生的焦化廢水成分復雜、毒性大,污染物濃度高、不易處理,有機類污染物包括酚類、芳烴、脂肪烴等,無機類污染物包括氨氮、氰化物等。目前通常的處理方法為用活性污泥法氧化降解,但焦化廢水中存在一些物質無法被完全生化降解如氰化物、氨氮物質等。利用超聲技術可使少數有機物徹底無機化為 CO2、H2O,大部分難降解有機物則轉化為易降解有機物,提高廢水可生化性,廢水COD降解率明顯提高。此外,利用超聲吹脫技術也可有效去除焦化廢水中的氨氮物質,去除率可增加17%~64%,滿足國家排放標準。
4.4 超聲波清洗
超聲波膜清洗具有清洗速度快、效率高、可不拆卸、操作簡單等優點。空化泡產生的微射流反復沖擊膜表面污垢,減弱污垢與膜之間的吸附,某些空化泡甚至通過裂縫直接“鉆入”污垢破壞其結構完整性,最終導致污染物與膜的分離,但長時間的超聲清洗可能造成膜本身的損傷。Masselis等[29]研究了超聲波輻照對聚砜膜、聚丙烯膜和聚偏氟乙烯膜的影響,用場發射掃描電子顯微鏡所呈圖像觀察頻率為47 kHz超聲照射前后膜孔徑大小、孔隙率及其分布情況,結果表明,聚砜膜表面損傷嚴重,聚丙烯膜和聚偏氟乙烯膜無明顯變化,但邊緣部分有損傷。他認為雖然超聲清洗能有效恢復膜通量,但需謹慎使用,尤其是對于聚合材料。
超聲波技術發展迅速,其高效、清潔、無污染、適用范圍廣等優點得到廣泛認可,前景廣闊,但也存在一些不足:
(1)在經濟方面,超聲波處理裝置成本較高。和傳統水處理工藝相比,超聲波儀器較貴,能耗高,運行成本高,不能連續工作,處理量小,成為制約其推廣應用的最大障礙,今后的發展應以降低成本、研發能連續工作的超聲波反應器為主。
(2)在技術方面,對超聲技術的研究不夠全面。目前超聲波對有機物的降解機理尚未完全清楚,未能達成統一認識,對部分現象的解釋不夠清楚,對某些因素的影響效果各有不同。研究對于反應動力學、反應器的設計放大不夠充分,難以走向實際應用。另外,目前研究對象多限于單一有機物模擬溶液體系,而實際污染物呈多樣性,缺少超聲波對混合有機物影響的研究,離實際應用還有一定距離。今后還可研究混合場(兩種及兩種以上不同頻率的超聲波同時作用)的降解效果。
[1] 聶國慶, 吳耀國, 李想, 等. 超聲技術在水處理中主要影響因素的研究進展[J]. 水處理技術, 2008, 34(3): 11-14+87.
[2] 崔鵬, 王鳳來, 熊偉, 等. 超聲場強化膜分離過程研究與應用進展[J]. 化工進展, 2011, 30(6): 1391-1397.
[3] 路釗, 吳克宏, 丁志斌, 等. 陶瓷膜強化過濾技術的應用[J]. 凈水技術, 2012, 31(6): 14-17+37.
[4] 陳學民, 周紹春, 肖舉強. 超聲波技術降解水中氯仿的研究[J].蘭州鐵道學院學報, 2001, 20(4): 92-94.
[5] Kobayashi T, Chai X, Fujii N. Ultrasound enhanced cross-flow membrane filtration[J]. Sep. Purif. Technol., 1999, 17:31-40.
[6] 陳偉. 超聲過氧化氫技術降解水中 4-氯酚[J]. 中國給水排水, 2006, 16: 1-4.
[7] 路煒. 超聲波強化臭氧氧化降解松花江水源水污染效能研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學, 2006.
[8] 孫猛, 李娟, 徐勤勤. 超聲波對垃圾滲濾液COD和氨氮去除的研究[J].中國農學通報, 2010, 26(18): 347-352.
[9] 鐘愛國. 超聲波誘導降解甲胺磷[J].化工環保, 2000, 20(2): 17-19.
[10] Yi Jiang, Christian Petrier, T David Waite. Sonolysis of 4- chlorophenol in aqueous solution: effects of substrate concentration, aqueous tem perature and ultrasonic frequency [J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2006, 13(5): 415-422.
[11] 傅敏, 丁培道, 蔣永生, 等. 超聲波降解有機磷農藥樂果的實驗研究[J]. 重慶環境科學, 2003, 25(12): 27-29.
[12] 華彬, 陸永生, 唐春燕, 等. 超聲技術降解酸性紅 B廢水[J].環境科學, 2000, 2: 88-90.
[13] 王宏青, 鐘愛國, 李珊, 等. 超聲波誘導降解甲胺磷的研究[J]. 環境化學, 2000, 19(1): 84- 86.
[14] 孫紅杰, 趙明舉, 張志群, 等. 超聲降解十二烷基苯磺酸鈉的實驗研究[J]. 環境科學學報, 2003, 23 (3): 386-390.
[15] 張光明. 超聲波處理多氯聯苯微污染技術研究[J]. 給水排水, 2003, 29(3): 30-34.
[16] 傅敏, 高宇, 王孝華, 等. 超聲波降解苯胺溶液的實驗研究[J]. 環境科學學報, 2002, 22(3): 402-404.
[17] Kotronarou. Oxidation of hydrogen in aqueous solution by ultrasonic irradiation[J]. Environ Sci Technol, 1992, 26: 2420-2428.
[18] 馬英石, 吳哲仁, 林志高, 等. 超聲波/H2O2 工藝分解水中危害性氯化有機物[J]. 給水排水, 1997, 23(8): 12-18.
[19] Stock N L, Peller J, Vinodgopal K, Kamat P V. Combinative sonolysis and photocat alysis for textile dye degradation[J]. Environ Sci Technol, 2000, 34: 1747-1750.
[20] 趙德明, 金寧人, 汪大翚. 雙頻超聲波/過氧化氫工藝降解廢水中苯酚的動力學研究[J]. 石油化工, 2005, 34(11): 1060-1063.
[21] 楊燕, 奚曉瑜, 張永明. 用臭氧/超聲處理含對硫磷農藥廢水的研究[J]. 上海師范大學學報, 2010, 39(4): 421-425.
[22] 李書光, 劉冰, 胡松青. 超聲波在活性炭深度處理污水中的作用[J]. 青島大學學報, 2003, 18(2): 29-31.
[23] Naddeo V, Borea L, Belgiorno V. Sonochemical control of fouling formation in membrane ultrafiltration of wastewater: Effect of ultrasonic frequency[J]. Journal of Water Process Engineering, 2014.
[24] Gao Y, Chen D, Weavers L K, et al. Ultrasonic control of UF membrane fouling by natural waters: Effects of calcium, pH, and fractionated natural organic matter[J]. Journal of Membrane Science, 2012, 401: 232-240.
[25] 沈壯志, 程建政, 蘭從慶. 超聲波/PFS聯合對造紙黑液處理的研究[J]. 應用聲學, 2003, 2(22): 45-48.
[26] 李志建, 李可成, 周明. 超聲波—厭氧生化法處理堿法草漿黑液的研究[J]. 環境科學與技術, 2000, 23(2): 43-45.
[27] 張光明, 常愛敏, 張盼月. 超聲波水處理技術[M]. 北京:中國建筑工業出版社, 2006: 129-130.
[28] 趙利云. 超聲波處理染料廢水及其強化途徑[D]. 上海:東華大學, 2009.
[29] Masselin Isabelle, Chasseray Xavier, Durand-Bourlier Laurence, et al. Effect of sonication on polymeric membranes[J]. Journal of Membrane Science,2001, 181:213-220.
Research Progress of Ultrasonic Wave Combined Technology for Water Treatment
YAO Ji-lun1,ZHOU Zhen2,PANG Zhi-bang3,LIU Bo4
(1. Engineering and Technological Research Center of National Disaster Relief Equipment, Logistical Engineering University, Chongqing 401311; 2. Department of National Defense Architectural Planning and Environment Engineering, Logistical Engineering University, Chongqing 401311;3. Unit 92303, Qingdao 266000, China; 4. Unit 77620, Lasa 850000, China)
Ultrasonic wave is an eco-friendly water treatment technique which is becoming a research focus due to its advantages. In this paper, the basic theory of ultrasonic wave was introduced as well as its water purification mechanism. In addition, factors affecting ultrasonic effect were analyzed, ultrasonic wave combined processes were summarized. Then, application status of the ultrasonic wave technology was discussed from four aspects of black liquor treatment, dyeing waste water treatment, coking wastewater and ultrasonic cleaning; Finally, future research trend of the ultrasonic wave technology was put forward.
ultrasonic wave; water purification mechanism; advanced oxidation; water treatment
X 703
A
1671-0460(2016)11-2660-06
國家科技支撐計劃,項目號:2012BAK05B00。
2016-05-05
姚吉倫(1966-),男,高工,博士研究生,研究方向:水處理技術與裝備。E-m ail:yjlun305@126.com。
周振,男,湖南省湘潭市人,博士研究生,研究方向:水處理技術與裝備。E-m ail:1164177746@qq.com。