第 30 卷第 10 期2007 年 10 月环境科学与技术氧化剂在超声波法降解有机废水中的应用研究李占臣,韩雪,张丽霞,朱桂艳( 河北大学化学与环境科学学院环境系, 保定071002)摘要: 超声波法是近年来逐步发展起来的一项水处理技术, 它操作简单方便, 无二次污染, 但是单纯超声处理废水的降解效率并不十分理想, 且能量消耗较大, 在超声处理过程中加入适当的氧化剂, 则可以大大提高超声降解的效果,并且降低能耗。文章分别研究了双氧水、Fenton试剂等氧化剂在超声波处理中的应用及其作用机理, 对其发展进行了展望。关键词: 超声波法;氧化剂;双氧水;Fenton试剂中图分类号: X703.1文献标识码: A文章编号: 1003- 6504(2007)10- 0074- 03超声波是指频率高于 20kHz 的一种高频机械波,它波长较短,能量集中,集高级氧化、热解、超临界氧化等技术于一体。不仅可改善反应条件,加快反应速度,还能使一些难以进行的化学反应得以实现。因为超声波法能将水体中有害有机物转变为 CO2、H2O、无机离子或转变为比原有机物毒性小的有机物, 所以在处理生物难降解有机物方面具有显著优越性。在提高有机污染物的降解速度,实现废水的无害化,避免二次污染等方面也具有重要意义[1]。在超声处理中添加氧化剂,如 Fenton 试剂、臭氧等,可以提高超声波降解污染物的氧化强度,加快反应速率,促进有机污染物的降解。1实验原理超声辐射有机废水是自由基氧化、高温热解、超临界水氧化和水相燃烧共同作用的结果。主要是基于以下两个理论[2]。1.1空化理论超声波对有机物的降解不是直接的声波作用, 因为超声波在液体中的波长为 10～0.015cm, 远远大于分子的尺寸, 所以超声波是和液体中产生的空化气泡的崩灭有密切关系的, 其动力来源是声空化。足够强度的超声波通过液体时, 当声波负压半周期的声压幅值超过液体内部静压强时, 存在于液体中的微小气泡(空化核)就会迅速增大,在相继而来的声波正压相中气泡又绝热压缩而崩灭, 在崩灭瞬间产生极短暂的强压力脉冲, 气泡周围微小空间形成局部热点, 其温度高达 5000K, 压力达 500atm, 持续数微秒之后, 该热点随之冷却, 冷却率达 109K/s[3], 并伴有强大的冲击波( 对均相液体媒质) 和时速达 400km的射流( 对非均相媒质) 。这就为有机物的降解创造了一个极端的物理环境[4]。1.2自由基理论在空化作用产生的高温、高压下,水分子裂解产生自由基: H2O→· H +· OH。自由基由于含有未配对电子, 所以其性质活泼, 很容易进一步反应变成稳定分子。自由基可在空化气泡周围界面重新组合、或与气相中挥发性溶质反应、或在气泡界面区、甚至在本体溶液与可溶性溶质反应,形成最终产物。在含有聚合物的多相体系中, 由于空化泡崩灭时的强大的流体力学剪切力,会使大分子主链上碳键断裂,产生自由基引发各种反应。同时声波的机械效应和热效应对有机物的降解贡献也不容忽视,有时甚至主要是这些效应[5]。超声波对混凝具有促进作用, 因为当超声波通过有微小絮体颗粒的流体介质时, 其中的颗粒开始与介质一起振动,但由于大小不同的粒子具有不同的振动速度,颗粒将相互碰撞、粘合,体积和重量均增大。然后,由于粒子变大已不能随超声振动,只能作无规则的运动,继续碰撞、粘合、变大,最后沉淀下来[6]。由于超声波的作用,将比一般的絮凝效果好,对污染物的去除率高。氧化剂的加入可以大大促进空化过程中气泡界面上氢氧自由基、过氧化氢等氧化性物质的产生,由于氢 氧 自 由 基 具 有 十 分 高 的 氧 化 还 原 电 位( 2.33V,25℃) , 与其他常见的氧化剂相比较, 有相当强的氧化力, 比氯的氧化能力高出 2.06 倍[7], 因而提高了氧化强度, 使有机污染物更加易于氧化分解成小分子, 从而达到净化废水的目的。并且很多氧化剂还可以收到其他效益, 例如 O3 兼具有消毒功能, Fenton试剂兼有混凝等功能。2实验部分2.1药品和仪器二甲苯( AR 级, 天津新通精细化工有限公司) ; 丙烯腈(分析纯, 天津市福辰化学试剂厂); 苯酚( 分析纯,天津市华东试剂厂) ; 乙醇( AR 级, 天津市北辰骅跃化作者简介: 李占臣( 1964-) ,男, 副教授,硕士生导...
