孫志霄

上海環(huán)境工程技術(shù)有限公司，中國(guó)·上海 200000

1 引言

近幾年來，超聲波技術(shù)作為一種全新技術(shù)被廣泛應(yīng)用到社會(huì)的各行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，其中超聲波降解技術(shù)在污水處理中獲得了很好的應(yīng)用效果。針對(duì)超聲波降解技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用，其主要應(yīng)用原理就是通過降解污水中的化學(xué)物來達(dá)到減少有害物質(zhì)的目的。至于超聲波技術(shù)所包括的類型較多，像超臨界氧化技術(shù)、焚燒技術(shù)和高級(jí)氧化技術(shù)等都屬于超聲波技術(shù)范圍之內(nèi)的。經(jīng)大量實(shí)踐證明發(fā)現(xiàn)，超聲波技術(shù)的應(yīng)用不僅有著較快的降解速度和較高的降解效率，而且對(duì)于周圍環(huán)境的要求也不是很高，正是因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)具有良好的發(fā)展前景。就目前來看，超聲波技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用已經(jīng)得到了重點(diǎn)關(guān)注，所以加大對(duì)超聲波技術(shù)的研究力度就凸顯得非常有必要。

2 關(guān)于超聲波技術(shù)的應(yīng)用原理分析

進(jìn)入新時(shí)期以后，人們的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)，國(guó)家將水資源利用率的提高作為了關(guān)注重點(diǎn)，并且開始將超聲波技術(shù)推廣應(yīng)用到污水處理和循環(huán)使用當(dāng)中。不難發(fā)現(xiàn)，在我們身邊每天都會(huì)有很多污水的排出，而通過超聲波技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，在多個(gè)方面都有所應(yīng)用，如乳化方面、清洗方面等都有著很好的應(yīng)用效果，所以超聲波有著較為廣泛的應(yīng)用范圍，隨著應(yīng)用范圍的廣泛，其應(yīng)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(jìn)性。當(dāng)遇到液體時(shí)，超聲波頻率會(huì)與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)變化。在頻率較大的情況下，物質(zhì)內(nèi)部會(huì)發(fā)生空化核現(xiàn)象。雖然這一現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間不是很長(zhǎng)，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(dòng)過程中會(huì)有超聲空化的產(chǎn)生，使有機(jī)分子得到溶解，形成一系列化學(xué)反應(yīng)，對(duì)有機(jī)物有很強(qiáng)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(jī)污染物，可以通過超聲波的空化作用實(shí)現(xiàn)降解。這樣不僅能夠獲得很好的污水處理質(zhì)量和效果，而且對(duì)于水資源的循環(huán)利用也能夠起到很好的推動(dòng)影響，實(shí)現(xiàn)了水資源的有效節(jié)約。

3 關(guān)于影響超聲波技術(shù)污水處理效果的主要因素分析

3.1 分析受超聲波功率強(qiáng)度的影響

經(jīng)大量實(shí)踐證明發(fā)現(xiàn)，超聲波功率強(qiáng)度的大小對(duì)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?yàn)槿绱?，需要加大?duì)超聲波功率強(qiáng)度的分析和研究力度，經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波功率強(qiáng)度與污水處理效果存在正比關(guān)系，也就是說超聲波功率強(qiáng)度越高，那么所獲得的污水處理效果會(huì)越好，而且污水的降解速度也非?？靃2]。相反，如果超聲波強(qiáng)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(diǎn)是，不是超聲波功率強(qiáng)度越大越好，而是需要有一個(gè)合理范圍，若超聲波功率強(qiáng)度超過了可控范圍，這時(shí)空化泡會(huì)產(chǎn)生一種屏蔽現(xiàn)象，反而會(huì)減慢污水的降解速度。

3.2 分析受超聲波頻率的影響

應(yīng)用超聲波技術(shù)進(jìn)行污水處理的這一過程中，超聲波的頻率會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)能量，而這種能量具有降解功能，降解速度會(huì)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(zhì)和結(jié)構(gòu)等都需要考慮在內(nèi)，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(qiáng)度的頻率控制在合理范圍之內(nèi)[3]。據(jù)研究，超聲波頻率與有機(jī)污染物的降解原理有關(guān)，熱解為主的降解反應(yīng)，當(dāng)超聲波聲強(qiáng)大于空化閾值時(shí)，頻率與降解效率成正比。

3.3 分析受液體的黏度影響

應(yīng)用超聲波降解水中有機(jī)物的這一過程中，除了要了解污水中所包含的各種物質(zhì)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(duì)于液體黏度，同樣還會(huì)影響到超聲波溶解速度的快慢，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如果黏度過稠，那么液體的溶解速度也會(huì)比較慢。而液體的pH值也非常重要，對(duì)于酸堿性溶液的溶解會(huì)產(chǎn)生很重要的影響。至于pH值的確定，需要以污水中有機(jī)物的酸堿程度來作為參考依據(jù)，以確保pH值的最佳，達(dá)到理想的使用效果。

3.4 分析受污水表面張力的影響

應(yīng)用超聲波技術(shù)對(duì)污水處理時(shí)，同樣還會(huì)受到污水表面張力的影響，它可以說是決定污水溶解質(zhì)量的一個(gè)重要因素。污水中含有表面活性劑，而這種表面活性劑會(huì)對(duì)溶解程度產(chǎn)生很大影響。在溶解的這一環(huán)節(jié)中會(huì)有很多氣泡的產(chǎn)生，對(duì)能量的發(fā)揮造成了阻礙，在這種情況下會(huì)使液體表面張力發(fā)生膨脹，形成強(qiáng)大的超聲波張力，當(dāng)達(dá)到一定程度后會(huì)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(guān)系。在高溫條件下，氣體的溶解度會(huì)比較小一些，這時(shí)所產(chǎn)生的表面張力也不會(huì)太大。在低溫條件下，氣體的溶解度相對(duì)增加，表面張力會(huì)有所變大。隨著溫度的不斷變化會(huì)造成飽和度氣壓升高，這對(duì)于超聲波會(huì)產(chǎn)生一定影響，不僅僅會(huì)導(dǎo)致超聲空化質(zhì)量的下降，而且也會(huì)嚴(yán)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(jìn)行。

3.6 分析受pH值影響

針對(duì)于pH值的大小，影響最為直接的就是有機(jī)酸堿性物質(zhì)的降解，在pH值比較小的條件下，有機(jī)物質(zhì)的降解速度不僅較快，而且所產(chǎn)生的降解效率也是非常高的，但值得注意的一點(diǎn)是，pH值的確定不僅要根據(jù)溶液的特點(diǎn)，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(yīng)器的構(gòu)造、外部環(huán)境對(duì)反應(yīng)器產(chǎn)生的壓力等等，這些也會(huì)影響到有機(jī)物的降解速度和效率。溶液中的PH值調(diào)節(jié)應(yīng)該盡量有利于有機(jī)物以中性分子的形態(tài)存在。

4 關(guān)于超聲波技術(shù)在污水處理中應(yīng)用的問題分析

4.1 從適應(yīng)性角度分析

從當(dāng)前來看，超聲波技術(shù)在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用還不夠成熟。當(dāng)前的超聲波技術(shù)，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(shí)際污水中的污染物種類可以達(dá)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(nèi)，所以當(dāng)前的超聲波技術(shù)還無法做出應(yīng)對(duì)[5]。

4.2 從工程性角度分析

利用超聲波技術(shù)在對(duì)污水進(jìn)行處理的這一過程中，聲化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生會(huì)伴隨著一些比較難降解中間產(chǎn)物的產(chǎn)生，例如：在對(duì)污水進(jìn)行聲處理的這一過程中還有可能會(huì)有亞硝酸鹽的產(chǎn)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(shí)，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(jīng)濟(jì)性角度分析

針對(duì)超聲波這種處理技術(shù)，受能量利用率低的影響，同樣也存在著費(fèi)用高、處理效率低這一類問題。舉個(gè)例子：將超聲波技術(shù)應(yīng)用到污泥處理的這一過程中，因?yàn)闊o法平衡好能量轉(zhuǎn)化效率與能耗之間的相互關(guān)系，所以在當(dāng)前的應(yīng)用還未能達(dá)到一個(gè)較廣的范圍，會(huì)受到一定限制，所以當(dāng)前面臨的一個(gè)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(guān)于超聲波技術(shù)在污水處理中的具體應(yīng)用分析

5.1 分析在污水中懸浮物處理中的應(yīng)用

當(dāng)超聲波與污水接觸以后，可以對(duì)污水中液體的雙電成球形狀的對(duì)稱結(jié)構(gòu)造成破壞，在這一過程中會(huì)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(huì)在污水表面浮現(xiàn)出一些懸浮物，這時(shí)再將混凝劑灑入懸浮物水中，借助超聲波技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生懸浮物混凝效應(yīng)。要想對(duì)懸浮物有一個(gè)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(yīng)用

針對(duì)超聲波技術(shù)在水溶液中污染物處理中的應(yīng)用，其作用原理主要是借助超聲輻射來達(dá)到分離和降級(jí)水溶液中污染物的目標(biāo)效果。在超聲輻射的作用下，可以對(duì)水溶液中的小核泡造成破壞。但小河泡遭受到破壞以后會(huì)造成溫度上升，隨著溶液不斷蒸發(fā)會(huì)有很多水蒸氣的產(chǎn)生，經(jīng)過液氣與氣體之間的相互轉(zhuǎn)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(xué)元素，經(jīng)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，溶解率能夠達(dá)到90%以上。除此之外，對(duì)于污水中的其他化學(xué)物質(zhì)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(xué)元素，以達(dá)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(yīng)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(shí)現(xiàn)有效處理，在處理的這一過程中需要對(duì)廢水中所含有的重金屬類型和特征有所了解，然后針對(duì)具體類型采用合適的處理方式。在對(duì)重金屬絡(luò)合物處理時(shí)，需要把握好離子與洛合物之間的相互關(guān)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(duì)含重金屬的電鍍廢水進(jìn)行處理，主要處理的對(duì)象就是重金屬，在這一過程中最為重要的一點(diǎn)就是要把控好超聲波的強(qiáng)度和頻率，只有讓這兩者達(dá)到一個(gè)合理位置，才能夠降解重金屬。將超聲波的頻率和強(qiáng)度進(jìn)行控制后，對(duì)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(yīng)用

將超聲波技術(shù)應(yīng)用到污水處理當(dāng)中，對(duì)于O3氣泡的處理同樣也能夠起到很好的作用效果。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在所有的污水中都會(huì)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(zhǎng)，但經(jīng)過超聲波處理以后會(huì)明顯縮短，從大氣泡變化為微小氣泡。除此之外，經(jīng)超聲波的處理后，還可以賦予O3氣泡更強(qiáng)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(zhì)，實(shí)現(xiàn)凈化。

5.5 分析在污泥處理中的應(yīng)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(yīng)用，其主要原理是改造污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)，污泥中含有菌膠團(tuán)，這些菌膠團(tuán)的保水性能很好，利用超聲波可以讓菌膠團(tuán)達(dá)到分解，通過改造污泥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓污泥脫水，基于超聲波這一處理方式的應(yīng)用下，可以獲得很好的污泥厭氧處理效果。

5.6 分析在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用

將超聲波應(yīng)用到有機(jī)廢水處理當(dāng)中也可以獲得很好的效果，最為直接的一個(gè)表現(xiàn)就是能夠有效處理有機(jī)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(jī)廢水中反應(yīng)物的處理速度變得更加快，而且還可以促進(jìn)有害物轉(zhuǎn)化速度的加快。將超聲波與雙氧水有效結(jié)合到一起，在加快降解速度的同時(shí)，還可以獲得更大的降解效率，通過將有害物質(zhì)降解成多個(gè)細(xì)小物質(zhì)，以此來清除掉污水中所含有的有害物質(zhì)[7]。除此之外，還可以將超聲波與臭氧結(jié)合到一起進(jìn)行使用，通過增強(qiáng)臭氧的氧化能力，提高降解速度和效率，這些對(duì)于有機(jī)廢水的處理都能夠起到很好的效果。

6 結(jié)語

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jīng)非常嚴(yán)重，必須要及時(shí)作出處理。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，最近幾年來，超聲波技術(shù)作為一種全新的污水處理方法得到了有效推廣和應(yīng)用，不僅對(duì)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(yīng)用，無論是對(duì)污水中懸浮物的處理，還是對(duì)電鍍廢水和O3氣泡及污泥、有機(jī)廢水等處理都有著很好的應(yīng)用效果，但由于超聲波技術(shù)的發(fā)展時(shí)間較短，在很多方面的應(yīng)用還不夠成熟，還仍然需要相關(guān)科研人員的繼續(xù)探索和實(shí)踐，通過多方面探索，加大投入，對(duì)于各種方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將超聲波技術(shù)在污水處理方面的應(yīng)用價(jià)值得以最大程度地發(fā)揮出來。