高(gao)(gao)濃(nong)(nong)度(du)有(you)(you)(you)機(ji)廢(fei)水(shui)主(zhu)要(yao)分(fen)布(bu)在化工(gong)(gong)、冶金、煉焦、輕工(gong)(gong)、食品(pin)等(deng)行(xing)業(ye)，對(dui)環境造成了嚴重的(de)(de)污染。按其性(xing)質和來(lai)源大(da)(da)體可分(fen)為三大(da)(da)類(lei)：(1)易(yi)于生物(wu)(wu)(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)高(gao)(gao)濃(nong)(nong)度(du)有(you)(you)(you)機(ji)廢(fei)水(shui)，一般來(lai)自(zi)以農牧業(ye)產品(pin)為原料的(de)(de)工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)水(shui)，如(ru)食品(pin)工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)水(shui);(2)高(gao)(gao)濃(nong)(nong)度(du)有(you)(you)(you)機(ji)廢(fei)水(shui)中(zhong)的(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)是(shi)可以生物(wu)(wu)(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)，但廢(fei)水(shui)中(zhong)含有(you)(you)(you)其他有(you)(you)(you)害(hai)物(wu)(wu)(wu)質，廢(fei)水(shui)主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)制藥(yao)(yao)工(gong)(gong)業(ye)和部分(fen)化工(gong)(gong)行(xing)業(ye);(3)難(nan)于生物(wu)(wu)(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)和含有(you)(you)(you)有(you)(you)(you)害(hai)物(wu)(wu)(wu)質的(de)(de)高(gao)(gao)濃(nong)(nong)度(du)有(you)(you)(you)機(ji)廢(fei)水(shui)，主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)合(he)成化學(xue)行(xing)業(ye)，如(ru)染料工(gong)(gong)業(ye)、農藥(yao)(yao)工(gong)(gong)業(ye)等(deng)。對(dui)于后兩類(lei)廢(fei)水(shui)生物(wu)(wu)(wu)方法(fa)通常無法(fa)達到(dao)處(chu)理(li)要(yao)求，而采用(yong)物(wu)(wu)(wu)理(li)化學(xue)方法(fa)處(chu)理(li)高(gao)(gao)濃(nong)(nong)度(du)有(you)(you)(you)機(ji)廢(fei)水(shui)，成本很高(gao)(gao)，每噸水(shui)處(chu)理(li)費用(yong)達到(dao)數十(shi)元，高(gao)(gao)昂的(de)(de)處(chu)理(li)費用(yong)使得大(da)(da)量高(gao)(gao)濃(nong)(nong)度(du)難(nan)降(jiang)(jiang)解(jie)有(you)(you)(you)機(ji)廢(fei)水(shui)得不到(dao)有(you)(you)(you)效處(chu)理(li)而排放，所以研究(jiu)高(gao)(gao)濃(nong)(nong)度(du)有(you)(you)(you)機(ji)廢(fei)水(shui)的(de)(de)治理(li)，完善(shan)其治理(li)技術，是(shi)十(shi)分(fen)迫切的(de)(de)任務。

很多(duo)研究表明，生(sheng)物降(jiang)解(jie)過程(cheng)(cheng)中(zhong)存在真一(yi)(yi)些(xie)(xie)具有共同特性(xing)的關鍵(jian)步(bu)驟，一(yi)(yi)般是跨越(yue)膜(mo)的傳質過程(cheng)(cheng)和圍繞關鍵(jian)酶的反應(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)，因此生(sheng)物降(jiang)解(jie)活性(xing)可能(neng)(neng)是其(qi)親(qin)脂性(xing)與電子效應(ying)(ying)的加(jia)和，以(yi)及其(qi)他次要因素(如立體(ti)效應(ying)(ying)等)的綜合反應(ying)(ying)。難以(yi)降(jiang)解(jie)物質之所以(yi)在生(sheng)化(hua)過程(cheng)(cheng)中(zhong)分(fen)解(jie)速(su)率(lv)緩慢(man)，是因為某些(xie)(xie)功(gong)能(neng)(neng)團難以(yi)為微生(sheng)物打(da)開(kai)，從而(er)成(cheng)為生(sheng)化(hua)反應(ying)(ying)的限制(zhi)步(bu)驟。如果(guo)能(neng)(neng)在預處理中(zhong)破壞這(zhe)些(xie)(xie)功(gong)能(neng)(neng)團，打(da)開(kai)其(qi)化(hua)合鍵(jian)，或者在芳(fang)香環中(zhong)引入羥基而(er)改變其(qi)結構，就可以(yi)打(da)破這(zhe)些(xie)(xie)官能(neng)(neng)團對生(sheng)物降(jiang)解(jie)的限制(zhi)作(zuo)用，極(ji)大地提高(gao)生(sheng)化(hua)反應(ying)(ying)的速(su)率(lv)，超聲波處理可以(yi)快速(su)有效地做(zuo)到(dao)這(zhe)一(yi)(yi)點。

利用(yong)超聲(sheng)波(bo)(bo)降(jiang)解(jie)水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學污(wu)染物，尤其(qi)(qi)是難(nan)降(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機污(wu)染物，是近(jin)年(nian)來發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)一(yi)項新(xin)型水(shui)處理技(ji)術。它集高級氧化(hua)(hua)技(ji)術、焚燒、超臨界水(shui)氧化(hua)(hua)等多種水(shui)處理技(ji)術的(de)(de)(de)特點(dian)與一(yi)身，具有(you)(you)(you)反(fan)應條件(jian)溫(wen)(wen)和(he)、速(su)度快(kuai)、適用(yong)范圍廣等特點(dian)，可以(yi)單(dan)獨(du)使用(yong)或與其(qi)(qi)他(ta)技(ji)術聯(lian)合使用(yong)，具有(you)(you)(you)很(hen)大的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)潛力。超聲(sheng)波(bo)(bo)能在水(shui)中(zhong)(zhong)引起空化(hua)(hua)效(xiao)應，產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)約4000K和(he)100Mpa的(de)(de)(de)瞬間局部高溫(wen)(wen)高壓(ya)環境(熱點(dian))，同(tong)時(shi)以(yi)約110m/s的(de)(de)(de)速(su)度產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)具有(you)(you)(you)強烈沖(chong)擊(ji)力的(de)(de)(de)微射流的(de)(de)(de)沖(chong)擊(ji)波(bo)(bo)。水(shui)分(fen)子在熱點(dian)達(da)到超臨界狀態，并分(fen)解(jie)成羥基(ji)(ji)(ji)自(zi)由(you)基(ji)(ji)(ji)、超氧基(ji)(ji)(ji)等，其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)，羥基(ji)(ji)(ji)自(zi)由(you)基(ji)(ji)(ji)是目前所發(fa)現的(de)(de)(de)最強的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)劑。有(you)(you)(you)機物在熱點(dian)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)(hua)學鍵(jian)斷裂、水(shui)相燃燒、高溫(wen)(wen)分(fen)解(jie)、超臨界水(shui)氧化(hua)(hua)、自(zi)由(you)基(ji)(ji)(ji)氧化(hua)(hua)等反(fan)應，這些(xie)效(xiao)應加上聲(sheng)場中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)質點(dian)振動、次(ci)級衍生(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)等為有(you)(you)(you)機物降(jiang)解(jie)提供了其(qi)(qi)他(ta)方(fang)法難(nan)以(yi)達(da)到的(de)(de)(de)多種途(tu)徑。

1 超聲降解有機物(wu)的動力學研(yan)究

有機(ji)(ji)物的(de)(de)(de)(de)超聲降解過程遵循表現一(yi)級(ji)反應動力學規律。瞬間(jian)空化(hua)泡(pao)(pao)崩潰時釋(shi)放出的(de)(de)(de)(de)巨大能量是引起聲化(hua)學反應的(de)(de)(de)(de)主動力，伴隨空化(hua)泡(pao)(pao)崩潰所(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械效(xiao)應與(yu)化(hua)學效(xiao)應反應在三(san)個(ge)不同的(de)(de)(de)(de)空間(jian)內，即空化(hua)泡(pao)(pao)內部(bu)，此時空化(hua)泡(pao)(pao)本身猶如(ru)一(yi)個(ge)高(gao)溫高(gao)壓(ya)反應器;緊靠空化(hua)泡(pao)(pao)壁(bi)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(汽)液(ye)(ye)交界(jie)面;離交界(jie)面更遠一(yi)些的(de)(de)(de)(de)區域(yu)及(ji)(ji)主體(ti)溶液(ye)(ye)相，有機(ji)(ji)物將受到沖擊波及(ji)(ji)隨沖擊波擴散(san)而來的(de)(de)(de)(de)活性自由基(ji)作用(yong)。

2 超聲(sheng)降(jiang)解高濃(nong)度(du)有機(ji)廢水的影響因素

(1)超聲波功率

在超(chao)聲(sheng)波(bo)作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)，有機(ji)物(wu)的(de)(de)降解(jie)通常遵守一級動力(li)學反應。超(chao)聲(sheng)降解(jie)反應速率一般隨(sui)聲(sheng)強的(de)(de)增大而(er)(er)增加，但強度(du)過高(gao)會適得其(qi)反。因為(wei)聲(sheng)能(neng)太大，空化泡(pao)會在聲(sheng)波(bo)的(de)(de)負(fu)壓(ya)相(xiang)長得很大而(er)(er)形成(cheng)屏(ping)障，使系統可利用(yong)(yong)的(de)(de)聲(sheng)能(neng)反而(er)(er)降低，降解(jie)速率因此(ci)下(xia)降。

(2)超聲(sheng)波頻率

研究表明，高(gao)頻(pin)超(chao)聲(sheng)波有助于提高(gao)超(chao)聲(sheng)降(jiang)解(jie)速(su)率(lv)(lv)，這是由于羥基自由基的(de)產率(lv)(lv)隨著聲(sheng)頻(pin)率(lv)(lv)的(de)增加(jia)而增加(jia)。事實上(shang)，在超(chao)聲(sheng)降(jiang)解(jie)過程(cheng)中，超(chao)聲(sheng)強度和頻(pin)率(lv)(lv)之間有一(yi)個最佳匹配(pei)，而且(qie)頻(pin)率(lv)(lv)的(de)選擇與被降(jiang)解(jie)有機(ji)物的(de)結(jie)構(gou)、性質以及降(jiang)解(jie)歷程(cheng)有關，并不是所(suo)有情(qing)況下高(gao)頻(pin)超(chao)聲(sheng)波有利于降(jiang)解(jie)。

(3)廢水中的溶解氣體

溶(rong)解(jie)(jie)氣(qi)(qi)體(ti)對超(chao)聲降(jiang)解(jie)(jie)速率和(he)(he)降(jiang)解(jie)(jie)程度的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)主要(yao)有兩方(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)因：一(yi)是(shi)(shi)溶(rong)解(jie)(jie)氣(qi)(qi)體(ti)對空(kong)化(hua)泡的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)質和(he)(he)空(kong)化(hua)強度有重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang);另外溶(rong)解(jie)(jie)氣(qi)(qi)體(ti)如N2、O2產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)由基(ji)也參與降(jiang)解(jie)(jie)反(fan)應過(guo)(guo)程，因此，影(ying)響(xiang)反(fan)應機理(li)和(he)(he)降(jiang)解(jie)(jie)反(fan)應的(de)(de)(de)(de)(de)熱力學和(he)(he)動力學行為。超(chao)聲空(kong)化(hua)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)最高溫度和(he)(he)壓力總(zong)是(shi)(shi)隨(sui)著絕熱指(zhi)數(shu)r增大(da)而(er)升高。對單(dan)原(yuan)子氣(qi)(qi)體(ti)，r=1、666，而(er)多(duo)原(yuan)子氣(qi)(qi)體(ti)(如泡腔(qiang)內的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)(qi)、水蒸氣(qi)(qi)或有機物蒸氣(qi)(qi))的(de)(de)(de)(de)(de)絕熱指(zhi)數(shu)總(zong)是(shi)(shi)小于單(dan)原(yuan)子氣(qi)(qi)體(ti)，例(li)如，從飽和(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)水溶(rong)液r=1、33。可(ke)見，在超(chao)聲降(jiang)解(jie)(jie)過(guo)(guo)程中(zhong)，使用單(dan)原(yuan)子稀(xi)有氣(qi)(qi)體(ti)總(zong)能提高降(jiang)解(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)速率和(he)(he)程度。

(4)廢水(shui)的(de)性質

液(ye)(ye)(ye)體的(de)(de)(de)(de)性(xing)質如(ru)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)黏(nian)(nian)度(du)、表面(mian)張力、PH以及鹽效(xiao)應都會影(ying)響(xiang)(xiang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)超聲(sheng)(sheng)空(kong)(kong)化效(xiao)果(guo)。溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)黏(nian)(nian)性(xing)對(dui)空(kong)(kong)化效(xiao)應的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)主(zhu)要(yao)表現在兩個(ge)方(fang)面(mian)：一(yi)方(fang)面(mian)它(ta)能(neng)影(ying)響(xiang)(xiang)空(kong)(kong)化閥(fa)值，另(ling)一(yi)方(fang)面(mian)它(ta)能(neng)吸(xi)收聲(sheng)(sheng)能(neng)。當(dang)然溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)黏(nian)(nian)度(du)增加時，聲(sheng)(sheng)能(neng)在溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)中的(de)(de)(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)損耗(hao)和聲(sheng)(sheng)能(neng)衰減(jian)(jian)加劇，輻射(she)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)中的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)聲(sheng)(sheng)能(neng)減(jian)(jian)少(shao)，致使空(kong)(kong)化閥(fa)值顯著(zhu)提高，溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)發(fa)生空(kong)(kong)化現象(xiang)變得困難，空(kong)(kong)化強度(du)減(jian)(jian)弱，因此，黏(nian)(nian)度(du)不(bu)(bu)太(tai)高有利于(yu)超聲(sheng)(sheng)降(jiang)解。隨著(zhu)表面(mian)張力的(de)(de)(de)(de)增加，空(kong)(kong)化核生成(cheng)困難，但(dan)是空(kong)(kong)化氣泡(pao)崩潰時產生的(de)(de)(de)(de)極(ji)限溫度(du)和壓力升高，有利于(yu)超聲(sheng)(sheng)降(jiang)解。當(dang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)中有少(shao)量的(de)(de)(de)(de)表面(mian)活性(xing)劑時，溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)表面(mian)張力迅速下降(jiang)，在超聲(sheng)(sheng)波作用下有大量泡(pao)沫(mo)產生，但(dan)空(kong)(kong)化泡(pao)崩潰時產生的(de)(de)(de)(de)威力很小(xiao)，因此不(bu)(bu)利于(yu)超聲(sheng)(sheng)降(jiang)解。

(5)反應溫度

溫度(du)對(dui)超(chao)聲空(kong)化的(de)(de)(de)強度(du)和動(dong)力學過程(cheng)具有(you)非常(chang)重要的(de)(de)(de)影(ying)響，從而(er)造成超(chao)聲降(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)速率和過程(cheng)的(de)(de)(de)變化。溫度(du)升(sheng)高會導致氣(qi)(qi)體溶解(jie)度(du)減小，表面張力降(jiang)低(di)，飽和蒸氣(qi)(qi)壓(ya)增大，這些(xie)變化對(dui)超(chao)聲空(kong)化是不(bu)利的(de)(de)(de)。一般生化學效率隨溫度(du)的(de)(de)(de)升(sheng)高呈指數下(xia)降(jiang)，因此，聲化學過程(cheng)在低(di)溫(20℃)進行較為(wei)有(you)利，超(chao)聲降(jiang)解(jie)一般都在室溫下(xia)進行。

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