超聲波處理羅丹明染料廢水的實(shí)驗(yàn)研究環(huán)境工程畢業(yè)論文

1、 1 / 49大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）超聲波處理羅丹明染料廢水的實(shí)驗(yàn)研究 I / 49摘摘要要以羅丹明配制水為研究對(duì)象,考察了初始濃度、pH值、超聲波功率和作用時(shí)間四因素對(duì)化學(xué)耗氧量(COD) 去除率的影響.并用正交表L9(43) 安排實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著pH值的增大,COD去除率先減少后增大,在pH=1.8附近的COD去除率最高，最佳反應(yīng)時(shí)間為50min，功率越大越利于有機(jī)物的降解，初始濃度越低,COD的去除率越高。同時(shí)考察了超聲/新生態(tài)MnO2,超聲/ Fenton試劑協(xié)同作用處理染料廢水的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：超聲波與MnO2或Fenton試劑聯(lián)用可以大大提高有機(jī)物的降

2、解效率，而且溶液pH值對(duì)降解率影響顯著,低pH值有利于降解,功率越大越利于有機(jī)物的降解，初始濃度越低,COD的去除率也越高。關(guān)鍵詞：超聲波 羅丹明正交實(shí)驗(yàn) 水合二氧化錳 II / 49AbstractAbstractIn the paper ,the effects of the pH、ultrasonic power 、irradiation time 、original COD concent rations on the degradation ofRhodamin were studied.And arrangeexperiment with orthogonal table of L

3、9(43).The results showed that the removal rate of CODdecrease at first , then increased with the increasing of pH , and the removal rate of COD reached the highestat pH 1.8;the optimal irradiation time was 50 min and the original concent rations were lower ,the removalrate of COD was higher .At the

4、same time,ultrasonic cooperate withHydrationMnO2 or Fenton on the degradation of Rhodamin were studied. The results showed that ultrasound and other technologies usedtogether can greatly improve the degradation efficiency of organic.And the pH have observablyeffect on the degradation.Low pH in favor

5、 ofthe degradation ofRhodamin,also the original concent rations were lower ,the removalrate of COD was higher.KeyKey WordsWords:Ultrasonic wave, Rhodamin , Orthogonal experiment, Hydration MnO2 III / 49 1 / 49目 錄摘要 IAbstractII1 緒論 21.1 序言 31.2 近代我國(guó)染料廢水概況 31.2.1 我國(guó)染料工業(yè)現(xiàn)狀 31.2.2 染料工業(yè)廢水分類與特點(diǎn) 41.3 染料廢水處

6、理技術(shù)1441.3.1 物理化學(xué)法 41.3.2 化學(xué)法 51.3.3 生化法 71.3.4 其他方法 71.4 超聲波技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用 71.4.1 超聲波處理廢水基本原理1281.4.2 影響超聲波降解反應(yīng)速率的因素 101.5 研究的目的與容 111.5.1 超聲波在染料廢水處理中的應(yīng)用概況 111.5.2 立題的意義與主要研究容 122 實(shí)驗(yàn)材料、儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方法 122.1 主要試驗(yàn)試劑和儀器 122.2 實(shí)驗(yàn)方法 132.2.1 羅丹明染料廢水配制 132.2.2 重鉻酸鉀法測(cè) COD142.2.3 水合二氧化錳的制備4143 結(jié)果與討論 153.1 超聲波單獨(dú)作用試驗(yàn) 1

7、53.1.1 處理廢水的初始濃度對(duì) COD 去除率的影響 153.1.2 反應(yīng)體系 PH 值對(duì) COD 去除率的影響 163.1.3 超聲強(qiáng)度對(duì) COD 去除率的影響 16 2 / 493.1.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì) COD 去除率的影響 173.1.5 設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定超聲降解羅丹明染料廢水的最佳工藝參數(shù) 183.2 超聲波和 MNO2協(xié)同作用實(shí)驗(yàn) 203.2.1 處理廢水的初始濃度對(duì)降解效果的影響 203.2.2 反應(yīng)體系 PH 值對(duì)降解效果的影響 213.2.3 超聲強(qiáng)度對(duì)降解效果的影響 223.2.4 設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定超超聲波和 MNO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水的最佳工藝參數(shù) 24結(jié)論 26

8、參考文獻(xiàn) 27致29附錄 30 3 / 491 1 緒 論1.11.1 序序 言言紡織印染工業(yè)作為中國(guó)具有優(yōu)勢(shì)的傳統(tǒng)支柱行業(yè)之一，20 世紀(jì) 90 年代以來獲得迅猛發(fā)展，其用水量和排水量也大幅度增長(zhǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)日排放印染廢水量為 30004000kt，是各行業(yè)中的排污大戶之一。加強(qiáng)印染廢水的處理可以緩解我國(guó)水資源嚴(yán)重匱乏的問題，對(duì)保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)平衡起著極其重要的作用。紡織染料工業(yè)近年來快速發(fā)展，目前我國(guó)各種染料產(chǎn)量已達(dá) 90 萬 t，染料廢水已成為環(huán)境重點(diǎn)污染源之一。染料行業(yè)品種繁多，工藝復(fù)雜。其廢水中含有大量的有機(jī)物和鹽份，具有 CODCr高，色澤深，酸堿性強(qiáng)等特點(diǎn)，一直是廢水處

9、理中的難題。在紡織工業(yè)中,會(huì)產(chǎn)生各種廢水,其中以印染廢水污染較為嚴(yán)重,其排放量約占工業(yè)廢水總排放量的十分之一 。這些廢水主要來源于印染加工中的漂煉、染色、印花、整理等工序,而且各工序產(chǎn)生成份各異的污水,使得印染廢水成份復(fù)雜、色度高,有毒物質(zhì)多而嚴(yán)重污染環(huán)境,因此印染廢水的綜合治理已成為一個(gè)迫切需要解決的問題。印染廢水屬于含有一定量有毒物質(zhì)的有機(jī)廢水,含有殘余染料、染色助劑、酸堿、以與一些重金屬,其中殘余染料與助劑構(gòu)成了廢水中有機(jī)污染物的主要成份,并使廢水帶有特殊的顏色。因此,如何使印染廢水脫色是處理的重要問題;脫色方法的研究成為印染廢水處理的重要課題1。1.2 近代我國(guó)染料廢水概況1.2.1

10、我國(guó)染料工業(yè)現(xiàn)狀 染料工業(yè)是傳統(tǒng)的精細(xì)化學(xué)工業(yè), 產(chǎn)品主要用于紡織印染行業(yè)。進(jìn)入20世紀(jì)90 4 / 49年代以來, 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展, 染料工業(yè)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)原化工部統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)分析, “八五”期間染料產(chǎn)量以年均5%的速度增長(zhǎng), 到1995年染料產(chǎn)量已達(dá)到24萬t; “九五”期間染料年產(chǎn)量一直維持在20萬25萬t, 已超過世界染料總產(chǎn)量的1/4, 成為世界上最大的染料生產(chǎn)國(guó)。1997年的染料產(chǎn)量首次突破25萬t, 創(chuàng)造了歷史最高記錄; 1998 年的染料產(chǎn)量為23.8萬t, 同比減少了7%, 其中分散染料達(dá)到12.6萬t, 超過染料總產(chǎn)量的1/2, 同比增長(zhǎng)80.3%; 硫化

11、染料的產(chǎn)量為6.36萬t, 同比增長(zhǎng)2.8%。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們環(huán)境意識(shí)的提高，我國(guó)加大了對(duì)印染污水的治理。根據(jù)紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，除類污水排放指標(biāo)變化不大外，國(guó)家增加了I類和類污水印染廢BOD、COD、色度、懸浮物、氨氮、苯胺類、二氧化氯等指標(biāo)的排放限定。而印染廢水水質(zhì)一般平均為COD800-2000mg/L，色度200-800倍，pH值10-13，BOD/COD為0.25-0.4，因此印染廢水的達(dá)標(biāo)排放是印染行業(yè)急需要解決的問題2。.2.2 染料工業(yè)廢水分類與特點(diǎn)( 1) 染料廢水分為以下幾類: 含鹽有機(jī)物有色廢水。其中無機(jī)鹽濃度在15%25%, 主要是氯化鈉, 少量硫

12、酸鈉、氯化鉀與其他金屬鹽類, 氯化或?yàn)I化廢水; 含有微酸微堿的有機(jī)廢水; 含有銅、鉛、錳、汞等金屬離子的有色廢水; 含硫的有機(jī)物廢水。( 2) 染料廢水的特點(diǎn): COD濃度高。染料生產(chǎn)基本原料是苯類、萘類、蒽醌系與苯胺、硝基苯、酚類等, 流失的染料使得水中COD 濃度高, 有的染料廠排出的廢水COD高達(dá)幾十萬mg/L, 且可生化性差; 色度大。染料廢水的脫色一直是研究熱點(diǎn), 因?yàn)槿玖蠌S生產(chǎn)的染料與中間體, 品種繁多, 酸堿度變化很大, 很難找到一個(gè)統(tǒng)一的方法, 造成治理技術(shù)上的困難 ; 染料廢水中含有毒有害物質(zhì), 如萘類、蒽醌系、酚類等。染料廢水有明顯的色度, 影響感官, 并且廢水中含對(duì)水體或

13、人體有毒有害的污染物, 染料廢水不經(jīng)過處理直接排放, 會(huì)引起水體生態(tài)環(huán)境的破壞, 有毒有害物進(jìn)入食物鏈, 會(huì)影響到人體的健康6。 5 / 491.染料廢水處理技術(shù)141.3.1 物理化學(xué)法（1）吸附法 在物理化學(xué)法中應(yīng)用最多的是吸附法。吸附法是利用吸附劑表面的活性,將分子態(tài)的污染物濃集于其表面而達(dá)到去除目的,目前主要采用活性炭吸附法。近年來,活性炭纖維用于對(duì)廢水中染料的吸附研究取得了一定成果。ClO2氧化與活性炭吸附相結(jié)合處理印染廢水,與單獨(dú)用ClO2氧化或活性炭吸附處理相比,COD去除率和脫色率均有較大提高。粉煤灰由于來源廣泛,價(jià)格低廉,因而在印染廢水處理方面有較大的潛力。吸附法處理染料廢水

14、具有投資少、周期短等特點(diǎn),適用于規(guī)模較小的企業(yè),但應(yīng)對(duì)吸附染料后的吸附劑再生與廢吸附劑的后處理引起重視,以減少二次污染。（2）膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)用于印染廢水處理具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單、不污染環(huán)境等特點(diǎn)。冰凌等采用殼聚糖超濾膜處理印染廢水,COD去除率可達(dá)80%左右,脫色率超過95%。吳開芬則利用超濾法處理含靛藍(lán)廢水,可使染料的濃溶液直接回用,透過液可作為中性水再利用。郭明遠(yuǎn)等自制了醋酸纖維素(CA)納濾膜,結(jié)果表明,CA納濾膜可用于活性染料印染廢水的處理和染料回收。活性炭填充共混的改性殼聚糖超濾膜,經(jīng)適當(dāng)交聯(lián)后用于酸性紅染料廢水的分離脫色,最大脫色截留率達(dá)98.8%。但是膜分離技術(shù)由于濃差極

15、化、膜污染與膜的價(jià)格較貴,更換頻率較快,使處理成本較高,從而嚴(yán)重阻礙了膜分離技術(shù)的更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。（3）萃取技術(shù) 萃取技術(shù)是利用不溶或難溶于水的溶劑將染料分子從水中萃取出來。實(shí)驗(yàn)證明,電泳萃取技術(shù)是一種很好的染料回收技術(shù)。近年來液膜技術(shù)發(fā)展較快,利用液膜技術(shù)萃取含染料廢水中的染料物質(zhì),具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。1.3.2 化學(xué)法（1）混凝法 6 / 49 混凝法工藝流程簡(jiǎn)單,操作管理方便,設(shè)備投資省,占地面積小,對(duì)疏水性染料脫色效果很高。但該法運(yùn)行費(fèi)用較高,泥渣量多且脫水困難,對(duì)親水性染料以與對(duì)水體中其他可溶性、化合物去除率差,需開發(fā)新型高效混凝劑。（2）Fenton法 用 Fento

16、n 試劑對(duì)含染料廢水進(jìn)行混凝前的預(yù)處理,脫色率可達(dá) 96.77%,而直接混凝法脫色率僅為 10%30%。隨著人們對(duì) Fenton 工藝研究的深入,近年來又把紫外光(UV)、草酸鹽引入 Fenton 工藝中,使 Fenton 工藝的氧化能力大大增強(qiáng)。Fenton 試劑作為一種強(qiáng)氧化劑處理水中有機(jī)污染物反應(yīng)條件溫和,設(shè)備簡(jiǎn)單,但處理成本高。在處理毒性大、一般氧化劑難氧化或生物難降解的有機(jī)廢水方面,與其他方法如與混凝沉降法、活性炭法、生物法等聯(lián)用,可降低處理成本,拓寬 Fenton試劑的應(yīng)用圍。（3）光催化氧化法 光催化氧化法具有明顯的節(jié)能高效、污染物降解徹底等特點(diǎn),常用的催化劑有二氧化鈦、過氧化氫

17、、草酸鐵等無機(jī)試劑。利用太陽能進(jìn)行光催化氧化有機(jī)染料技術(shù),在節(jié)約能源、維持生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)。在探索光催化技術(shù)的過程中,光催化還出現(xiàn)了一個(gè)新的發(fā)展方向電化學(xué)輔助光催化降解技術(shù)即光電催化。利用光透電極和納米結(jié)構(gòu)TiO2作為工作電極和光催化劑,采用光電催化法對(duì)水中染料進(jìn)行電解,發(fā)現(xiàn)光電催化降解對(duì)三種染料品紅、鉻藍(lán)、鉻黑溶液的降解效果最好。光催化氧化技術(shù)在染料廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用具有良好的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益,但該領(lǐng)域的研究還存在諸多問題,如尋求更高效的催化劑,反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)尚需進(jìn)一步研究,催化劑的分離與回收,低能高效的能源等。以上問題的解決,將會(huì)推動(dòng)染料廢水處理的光催化降解

18、技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。（4）電化學(xué)氧化法 近年來電化學(xué)水處理技術(shù)得到了改進(jìn),在傳統(tǒng)電化學(xué)法的基礎(chǔ)上增加了氧化、催化氧化或光催化氧化作用,有效地突破了微電解技術(shù)的局限。電催化氧化技術(shù)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵是研究出具有高效催化性能的電極材料,提高電極材料的催化性能,提高電流效率、弱電極極化以降低能耗是今后的主攻方向。將電催化氧化與脈沖電源結(jié)合起來,改變電極結(jié)構(gòu),達(dá)到提高處理效果和節(jié)能的目的,將是電催化氧化投入工業(yè)應(yīng)用的努力方向。（5）超聲波降解技術(shù) 超聲波是指頻率高于20KHz的聲波,當(dāng)一定強(qiáng)度的超聲波通過媒體時(shí),會(huì)產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)效應(yīng)。超聲波降解水體中有機(jī)污染物是一種新型水處理技術(shù),簡(jiǎn)便、 7 / 4

19、9有效。祁夢(mèng)蘭等采用聲化學(xué)氧化法對(duì)靛藍(lán)染料廢水做預(yù)處理,可使生物難降解的染料廢水可生化性BOD/COD值由0.210.23提高到0.440.51。靜用超聲波電解法處理活性紫染料廢水研究表明,超聲波與微電場(chǎng)的協(xié)同作用可大大提高水的脫色率。在最佳工藝下,廢水經(jīng)超聲波電解處理60min,色度去除率可以達(dá)99.69%。將超聲波應(yīng)用到二氧化鈦光催化降解酸性粒子元青染料反應(yīng)中,在一樣反應(yīng)時(shí)間降解率為78.5%,而二氧化鈦光催化降解率為65.0%。1.3.3 生化法 生化法運(yùn)行成本低,在染料廢水處理中應(yīng)用較廣泛,近年來人們對(duì)厭氧好氧、深層曝氣、純氧曝氣、生物氧化溝、UASB等生化處理方式進(jìn)行了廣泛的研究,并

20、將該技術(shù)應(yīng)用于工程中。如肖雨堂等將好氧處理中的原曝氣池改為生物鐵屑反應(yīng)池,從而使COD去除率由原來的20%30%上升到90%,色度去除率由原來的15%25%提高到90%以上。選育和培育出各種優(yōu)良脫色菌株或菌群是生化法的一個(gè)重要發(fā)展方向。1.3.4 其他方法 在難降解染料廢水處理方面,超臨界水氧化技術(shù)(SCWO)、低溫等離子體化學(xué)法也是目前研究較為活躍的新技術(shù)。此外,國(guó)外對(duì)臭氧生化法、濕式空氣氧化法、臭氧紫外法、射線輻射法均有相當(dāng)進(jìn)展,其中射線輻射法可加強(qiáng)后續(xù)混凝處理效果,大大提高對(duì)陽離子染料的去除效率。 目前,含有機(jī)染料廢水的處理方法較多,在實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)具體條件和要求,合理組合工藝,使處理效率

21、不斷提高,并有效降低處理成本;在新技術(shù)研究方面,需開發(fā)高效、低毒、低能耗、不造成二次污染的水處理技術(shù),特別是光、聲、電、磁、無毒藥劑氧化、生物氧化等各種手段聯(lián)用的新型綠色水處理技術(shù)5。 8 / 49.超聲波技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用 超聲波是指頻率在20kHz106kHz的機(jī)械波 ,波速一般為1500m/s ,波長(zhǎng)為0.01cm10cm。超聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于分子尺寸 ,說明超聲波本身不能直接對(duì)分子起作用 ,而是通過周圍環(huán)境的物理作用影響分子 ,所以超聲波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。超聲波既是一種波動(dòng)形式 ,又是一種能量形式,在傳播過程中與媒介相互作用產(chǎn)生超聲效應(yīng)。超聲波與媒介相互作用可分為機(jī)械作用

22、、空化作用和熱作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域相互滲透,使超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、化工、醫(yī)學(xué)、石油化工等許多領(lǐng)域。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式,所具有的高效能在材料化學(xué)中起到光、電、熱方法所無法達(dá)到的作用。僅從超聲波在液體中釋放的巨大能量來說就是其他方法所望塵莫與的,更不用說超聲波定量控制的效果了。近年來 ,隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與成熟 ,其在新材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過程的強(qiáng)化以與廢水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。在材料合成中 ,尤其是納米材料的制備中 ,超聲波技術(shù)有著極大的潛力。通過超聲波方法制備納米材料,達(dá)到了目前我們采用激光、紫外線照射和熱電作用所無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) ,具有

23、很好的前景7。1.4.1 超聲波處理廢水基本原理12 超聲波對(duì)有機(jī)物的降解并不是來自聲波與有機(jī)物分子的直接作用,其動(dòng)力來源是聲空化。超聲波是由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成,并通過液體介質(zhì)向周圍傳播。當(dāng)聲能足夠高時(shí),在疏松的半周期,液相分子間的吸引力被打破,形成空化核?？栈说膲勖s為0.1s ,它在爆炸的瞬間可以產(chǎn)生大約4000K和100MPa 的局部高溫高壓環(huán)境,并產(chǎn)生速度約110m/s具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流,這種現(xiàn)象稱為超聲空化。這些條件為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特殊的物理境,打開了化學(xué)反應(yīng)的通道,足以使有機(jī)物在空化氣泡發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng)。超聲降

24、解有機(jī)物的機(jī)理可主要?dú)w結(jié)為如下個(gè)方面:（1）空化理論 超聲波對(duì)有機(jī)物的降解不是直接的聲波作用,因?yàn)槌曉谝后w中波長(zhǎng)0.01510cm遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子的尺寸,和液體中產(chǎn)生的空化氣泡的崩滅有密切關(guān)系。超聲波通過液體介質(zhì)向四周 9 / 49傳播,當(dāng)聲能足夠高時(shí),在疏松的半周期,液相分子間的吸引力被打破,形成空化核。空化的壽命約為0.1s ,它在爆炸的瞬間可以產(chǎn)生大約4000K和100Mh的局部高溫高壓環(huán)境,并產(chǎn)生速度約110m/s的具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流,然后該熱點(diǎn)隨之冷卻,冷卻率達(dá)109K/s ,并在液體中伴有強(qiáng)大的沖擊波,這些條件足以使有機(jī)物在空化氣泡發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng),

25、為有機(jī)物的降解創(chuàng)造了一個(gè)極端的物理環(huán)境。（2）自由基理論 在超聲空化產(chǎn)生的局部高溫高壓環(huán)境下,水被分解產(chǎn)生H和OH自由基(OH的氧化能力僅次于F元素) ,另外溶解在溶液中的空氣(N2和O2)也可以發(fā)生自由基裂解反應(yīng)產(chǎn)生N和O自由基.H2O H+ OH(2.1) 當(dāng)?shù)獨(dú)獯嬖跁r(shí):N22NHO+ N NO + HHO+ NO HNO2 HO+ NO NO2 + H2NO2 + H2O HNO2 + HNO3 .H+ N NH NH + NH N2 + H2O2 + N NO + O(2.2) 當(dāng)氧氣存在時(shí):O22OH+ O2 HO+ OO+ H2 HO+ HO+ HO2 HO+ O2O+ H2O2

26、HO+ HO2(2.3) 當(dāng)有機(jī)物存在時(shí):有機(jī)物+ HO 產(chǎn)物有機(jī)物+ H 產(chǎn)物有機(jī)物+ HO2產(chǎn)物有機(jī)物+ O產(chǎn)物有機(jī)物產(chǎn)物同時(shí),一些非極性、易揮發(fā)溶質(zhì)的蒸汽也會(huì)進(jìn)行直接熱分解,如CCl4 可發(fā)生如下反應(yīng):CCl4 CCl3- + Cl- , CCl3 CCl-2 + Cl- . 這些自由基會(huì)進(jìn)一步引發(fā)有機(jī)分子的斷鏈、自由基的轉(zhuǎn)移和氧化還原反應(yīng),可見超聲降解在本質(zhì)上同光催化一樣也屬于自由基氧化機(jī)理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在超聲降解過程中,會(huì)產(chǎn)生一系列復(fù)雜的中間化合物,這與溶液中存在著眾多的自由基種類有關(guān)。例如,在僅由N2 、O2 和H20組成的體系中發(fā)生的自由基反應(yīng)就多達(dá)20多個(gè),產(chǎn)生大量的、復(fù)雜的自由

27、基中間體。只要降解條件合適,反應(yīng)時(shí)間足夠長(zhǎng),超聲降解的最終產(chǎn)物都應(yīng)該為熱力學(xué)穩(wěn)定的單質(zhì)或礦化物。 這表明超聲波有可能成為一種新穎的、無污染的污水處理方法。（3)機(jī)械剪切作用 10 / 49 含水量有聚合物的多相體系中,由于空化氣泡崩滅時(shí)會(huì)使傳聲媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生很大的瞬時(shí)速度和加速度,引起劇烈的振動(dòng),這種劇烈的振動(dòng)在宏觀上表現(xiàn)出強(qiáng)大的液體力學(xué)剪切力,會(huì)使大分子主鏈上碳鍵產(chǎn)生斷裂,從而起到降解高分子的作用 。（4)混凝作用 超聲波對(duì)混凝具有促進(jìn)作用,因?yàn)楫?dāng)超聲波通過有微小絮體顆粒的液體介質(zhì)時(shí),其中的懸浮粒子開始與介質(zhì)一起振動(dòng),但由于大小不同的粒子具有不同的振動(dòng)速度,顆粒將相互碰撞、粘合,體積增大,最

28、后沉淀下來。因此,超聲波的絮凝效果好,對(duì)污染物的去除率高9。1.4.2 影響超聲波降解反應(yīng)速率的因素（1）液體的性質(zhì) 液體的性質(zhì)如溶液粘度、表面力、pH 值以與鹽效應(yīng)都會(huì)影響溶液的超聲空化效果。當(dāng)溶液粘度增加時(shí),聲能在溶液中的粘滯消耗和聲能衰減加劇,輻射入溶液中的有效聲能減小,溶液發(fā)生空化現(xiàn)象變得困難,空化強(qiáng)度減弱。因此,粘度太高不利于超聲降解。隨著表面力的增加,空化核生成困難,但它爆炸時(shí)產(chǎn)生的極限溫度和壓力升高,有利于超聲降解。 對(duì)于有機(jī)酸堿性物質(zhì)的超聲降解,溶液 pH 值具有較大影響。超聲降解發(fā)生在空化核或空化氣泡的氣為有利,因此,溶液 pH 值調(diào)節(jié)應(yīng)盡量有利于有機(jī)物以中性分子的形態(tài)存在,

29、并易于揮發(fā)進(jìn)入氣泡核部。在溶液中加入鹽,能改變有機(jī)物的活度性質(zhì),且加鹽后水相中離子強(qiáng)度增加,更多的有機(jī)物被驅(qū)趕到氣液界面,改變了有機(jī)物在氣液界面相與本體液相之間濃度的分配,從而影響超聲降解速率。（2）溶解氣體的影響 溶解氣體對(duì)超聲降解速率和降解程度的影響主要有兩方面的原因: 溶解氣體對(duì)空化氣泡的性質(zhì)和空化強(qiáng)度有重的影響; 溶解氣體如 N2 、O2 產(chǎn)生的自由基也參與降解反應(yīng)過程,從而影響反應(yīng)機(jī)理和降解反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為。在超聲降解過程中,使用單原子稀有氣體能提高降解的速率和程度。（3）超聲功率強(qiáng)度 超聲功率強(qiáng)度一般以單位輻照面積上的功率來衡量(W/cm2)。超聲降解反應(yīng)的速率一般總是隨功

30、率強(qiáng)度的增大而增加。但功率強(qiáng)度過高會(huì)適得其反,聲能太大,空化泡會(huì)在聲波的負(fù)相長(zhǎng)得很大而形成聲屏蔽,使系統(tǒng)可利用的聲場(chǎng)能量反而降低,降解速度下降。 11 / 49（4）超聲波頻率 高頻超聲波有助于提高超聲降解速度,這是由于OH 自由基的產(chǎn)率隨聲源頻率的增加而增加。事實(shí)上,在超聲降解過程中,超聲強(qiáng)度和頻率之間可能有一個(gè)最佳匹配問題,而且頻率的選擇與被降解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以與降解歷程有關(guān),并不是在所有情況下高頻超聲波都是有利于降解的。因此,工業(yè)上應(yīng)用的功率超聲的頻率一般均低 60kHz。另外,隨著超聲波頻率的升高,超聲波功率強(qiáng)度將下降,從而降低超聲降解的速率。（5）溫度 溫度對(duì)超聲空化的強(qiáng)度和動(dòng)力

31、學(xué)過程具有非常重要的影響,從而造成超聲降解的速率和程度的變化。溫度升高會(huì)導(dǎo)致氣體溶解度減小,表面力降低和飽和蒸汽壓增大,這些變化對(duì)超聲空化是不利的。一般聲化學(xué)效率隨溫度的升高呈指數(shù)下降,因此,聲化學(xué)過程在低溫下( 200 kW/ kg)4 結(jié)語國(guó)外對(duì)超聲波的眾多研究結(jié)果表明,超聲波在廢水處理中有著良好的應(yīng)用前景。上述聯(lián)用技術(shù)能有效地降解化學(xué)污染物,而且只要條件很合適,有機(jī)物可以被徹底降解3為CO2和無機(jī)離子,是一種環(huán)境友好處理技術(shù)。但超聲聯(lián)用技術(shù)降解水體中污染物的研究,目前主要是在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)某一種有機(jī)污染物進(jìn)行處理,對(duì)多種有機(jī)污染物混合水樣處理的研究相對(duì)較少,而且降解有機(jī)污染物的機(jī)理尚不清

32、楚,實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用仍需做大量的研究。作者認(rèn)為今后的研究方向是:針對(duì)實(shí)際多組分難降解物系進(jìn)行深入的研究;開發(fā)超聲連續(xù)處理工藝;研究更加高效節(jié)能的超聲的反應(yīng)器,使 40 / 49其最終成為實(shí)用、高效、低成本的水處理技術(shù)。 2 / 49畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文）任任務(wù)務(wù)書書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：超聲波處理羅丹明染料廢水的實(shí)驗(yàn)研究立題目的和意義： 在我國(guó)隨著染料合成、印染等工業(yè)廢水的不斷排放和各種染料的不斷使用,造成環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。紡織印染工業(yè)作為中國(guó)具有優(yōu)勢(shì)的傳統(tǒng)支柱行業(yè)之一，20世紀(jì)90年代以來獲得迅猛發(fā)展，其用水量和排水量也大幅度增長(zhǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)日排放印染廢水量為3000-4000kt，是各行業(yè)中的排污大戶之一。染料廢水中含有大量的有機(jī)物和鹽份，具有CODCr高，色澤深，酸堿性強(qiáng)等特點(diǎn)，一直是廢水處理中的難題。加強(qiáng)印染