【集萃網(wǎng)觀察】1 單獨(dú)采用超聲波

    超聲波處理染色廢水是一項(xiàng)新發(fā)展的廢水處理技術(shù)，到目前為止，國(guó)內(nèi)外研究者僅對(duì)幾種染料做了少量研究。

    上海大學(xué)的華彬、陸永生等研究了超聲技術(shù)降解酸性紅B廢水，分析了超聲時(shí)間、初始濃度、反應(yīng)溫度、H202用量等對(duì)染料降解效果的影響。結(jié)果表明，酸性紅B的降解去除率隨染料初始濃度及超聲反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而增大，高濃度下，超聲輻照時(shí)間較短時(shí)，反應(yīng)接近一級(jí)。提高水浴溫度，酸性紅B的超聲降解效率將會(huì)有所提高；而初始濃度高，超聲降解率大。

    Okitsu等研究了超聲對(duì)偶氮染料活性紅22和甲基橙的降解。結(jié)果表明，超聲對(duì)這兩種染料的作用主要發(fā)生在空化氣泡和溶液的界面處，染料的降解源于該界面處高濃度羥基自由基的氧化作用。同時(shí)，建立了超聲降解染料的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。

    Rehorek等研究了酸性橙5、直接藍(lán)71和活性橙16等幾種偶氮染料的超聲降解。試驗(yàn)中，幾種染料在較大聲強(qiáng)作用下，最后完全礦化為無(wú)毒的產(chǎn)物。

    Ince和Gokce研究了在超聲波作用下，反應(yīng)體系pH值對(duì)染料酸性橙7和活性橙16的影響。結(jié)果表明，酸性條件下染料轉(zhuǎn)化為更易被降解的腙式結(jié)構(gòu)。此外，降解速率與染料的結(jié)構(gòu)有關(guān)，例如取代基的位置影響染料與羥基自由基的反應(yīng)活性。

    高甲友采用超聲技術(shù)降解堿性染料甲基紫，研究了甲基紫濃度、pH值、超聲時(shí)間、曝氣、共存物質(zhì)等因素的影響。結(jié)果表明，甲基紫降解率隨超聲時(shí)間的增加而增加，其降解為動(dòng)力學(xué)一級(jí)反應(yīng)；溶液pH值>8后，降解率較大；超聲處理對(duì)該染料的COD去除率也較高。

    清華大學(xué)的陶媛等分別采用探頭式和平板式超聲裝置處理酸性黑ATT模擬染料廢水。結(jié)果表明，探頭式超聲輻射裝置對(duì)低濃度的染料廢水可起到一定的降解作用，但是對(duì)于濃度較高的(>100 mg／L)染料廢水，降解效果不佳；平板超聲發(fā)生器的聲強(qiáng)降到很小時(shí)，同樣可降解有機(jī)物，并有可能增大處理水樣的體積，工業(yè)應(yīng)用的可能性較大；單獨(dú)使用超聲處理廢水，受到處理量小、效率低、設(shè)備成本高等因素的限制，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

    2 超聲波與其它技術(shù)聯(lián)用

    盡管單獨(dú)使用超聲波降解水體中化學(xué)污染物具有操作簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)。但從能量角度看，該法并不經(jīng)濟(jì)。為提高其降解速度，降低成本，一些學(xué)者相繼開發(fā)了超聲波與其它水處理法相結(jié)合的新工藝。

    2．1 O3對(duì)超聲波降解的促進(jìn)作用

    Tezcanli和Ince發(fā)現(xiàn)，在超聲波振蕩過(guò)程中加入O3，有利于生成·OH，且兩者具有協(xié)同效應(yīng)，從而提高了酸性橙7和活性黑5的脫色率。其反應(yīng)原理如下：

    O3·+H2O→2HOO。

    O3+HOO·→·OH+202

    O3→O2(g)+O(3P)(g)

    O(3P)(g)+H2O2(g)一+2·OH

    胡文容L2，研究了超聲強(qiáng)化臭氧氧化偶氮染料溶液的脫色。結(jié)果表明，與單純臭氧氧化相比，超聲協(xié)同臭氧氧化速度快，偶氮染料分解徹底。在脫色率為90％的條件下，超聲電功率80 w，臭氧投加量減少了48％。超聲強(qiáng)化臭氧氧化能力的機(jī)理，主要表現(xiàn)在超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的高能條件，促使臭氧快速分解，產(chǎn)生大量強(qiáng)氧化性自由基，偶氮染料在這些自由基的氧化下發(fā)生降解，溶液的顏色迅速消失。

    2．2 超聲波與光降解的協(xié)同作用

    Stock等和安太成等采用光催化氧化超聲分散聯(lián)合法，以納米TiO2為光催化劑，分別對(duì)萘酚藍(lán)黑染料和活性艷橙進(jìn)行降解脫色。研究結(jié)果表明，超聲振蕩與紫外光照射之間存在協(xié)同作用，超聲波加速了染料的降解，TiO2光催化有助于染料的礦化。

    劉振榮等采用高溫活化處理過(guò)的普通銳鈦型TiO2為催化劑，研究了各種因素對(duì)亞甲基藍(lán)超聲降解反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，在普通銳鈦型TiO2作用下，亞甲基藍(lán)的超聲降解效果明顯優(yōu)于單純超聲降解，降解動(dòng)力學(xué)符合…級(jí)反應(yīng)。在超聲波頻率40 kHz、輸出功率50 w，催化劑用量1.0 g／L，pH值為5.16，溫度40℃，亞甲基藍(lán)水溶液初始濃度5 mg／L的條件下，處理120 min左右，降解率即可達(dá)到80％以上。

    Selli研究了超聲波、TiO2和ZnO光催化單獨(dú)及協(xié)同降解酸性橙8染料。結(jié)果表明．聯(lián)合作用的反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于單獨(dú)作用，這是由于協(xié)同作用下參與反應(yīng)的氧化自由基的濃度大大增加。

    何兵和王桂華研究了光催化氧化超聲聯(lián)合法對(duì)甲基橙溶液的脫色，發(fā)現(xiàn)加入超聲波后，提高了甲基橙溶液的脫色率。這是由于在光催化反應(yīng)中加入超聲波，對(duì)催化劑粒子起到即時(shí)分散的作用，有效地阻止了體系中催化劑顆粒的團(tuán)聚。

    2．3 引入Fenton試劑對(duì)超聲降解的促進(jìn)作用

    Fenton試劑由雙氧水和亞鐵離子組成，兩者反應(yīng)能產(chǎn)生強(qiáng)氧化能力的·OH自由基。近年來(lái)，F(xiàn)enton試劑作為一種高級(jí)氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Processes，AOPs)已經(jīng)應(yīng)用于染料廢水的處理。但Fenton法也存在不足，如不能充分礦化有機(jī)物，雙氧水利用率不高。而且一般為提高Fenton試劑的氧化效果，投加的亞鐵鹽較多，后者在反應(yīng)中氧化為Fc(Ⅲ)離子，并在中和階段因沉淀產(chǎn)生大量污泥，造成二次污染。

    張翼等研究了超聲一Fenton法處理偶氮染料橙黃Ⅱ。結(jié)果表明，超聲波對(duì)Fenton試劑處理該染料具有強(qiáng)化作用，在超聲輻射下，F(xiàn)enton試劑處理染料的礦化度很高。

    筆者也曾采用低濃度Fe(Ⅱ)(1 mg／L)在超聲作用下對(duì)亞甲基藍(lán)染料及甲基橙進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)少量Fc(Ⅱ)的存在，即可使超聲降解染料的速率提高幾倍，F(xiàn)c(Ⅱ)可與超聲產(chǎn)生的H2O2發(fā)生Fenton反應(yīng)，從而提高了染料的脫色率。

    2．4 超聲與生物法聯(lián)用

    染料廢水含有多種難生物降解的化學(xué)物質(zhì)，生物處理也并非總是有效。高能、高頻超聲波可以殺死微生物，而低能、低頻超聲波輻射對(duì)微生物的作用卻是多樣的，作用效果主要取決于超聲波功率的大小、頻率的高低、作用時(shí)間的長(zhǎng)短以及微生物本身的性狀。超聲波輻射可增加或降低水相中的酶和微生物的活性。

    超聲用于強(qiáng)化漆酶的偶氮染料脫色已有文獻(xiàn)報(bào)道，Tauber等發(fā)現(xiàn)超聲與漆酶對(duì)酸性橙52的脫色具有協(xié)同效應(yīng)，染料的降解速率更高。

    沈政贏等采用SBR反應(yīng)器中超聲波輻射和好氧活性污泥聯(lián)合作用的方法，研究了超聲波對(duì)偶氮染料A07生物降解的影響。結(jié)果表明，超聲波可以加速微生物對(duì)A07降解產(chǎn)物的進(jìn)一步降解。在一定范圍內(nèi)，生物脫色速率隨超聲波強(qiáng)度的增加而增加，且超聲波輻射對(duì)微生物的膜滲透性有一定作用，隨著超聲波強(qiáng)度的增加，微生物的膜滲透性增大。

    3 超聲波氣振技術(shù)

    江蘇省張家港市九州精細(xì)化工廠在廢水中加人選定的絮凝劑，然后進(jìn)入超聲波氣振室，用超聲波處理廢水，發(fā)現(xiàn)色度平均去除率達(dá)97．0％，COD去除率為90．6％，總污染負(fù)荷削減率為85．9％。該方法的原理是，廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池加人選定的凝聚劑后進(jìn)入超聲波氣振室，在額定振蕩頻率的激烈振蕩下，廢水中的一部分有機(jī)物開鍵成為小分子，在加速水分子的熱運(yùn)動(dòng)下，凝聚劑迅速絮凝，廢水中色度、COD、苯胺濃度等隨之下降，起到降低廢水中有機(jī)物濃度的作用L)”。

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