超聲波水處理技術應用范圍
1、用于處理微污染原水
對微污染原水進行深度處理從而進一步改善供水水質是許多水廠面臨的難題之一,現行的深度處理方法如活性炭、膜法、臭氧—活性炭聯用技術都存在著一定的問題。
近年來,超聲技術用于處理微污染原水的研究已展開。程愛華等用腐殖酸、Fe3+離子、SiO2、陰離子洗滌劑、苯酚等配成一定濃度的模擬微污染水,在不同的反應容器(燒杯、圓盤、圓桶)中用頻率為20～24 kHz,功率500 W的超聲波處理一段時間,結果表明,超聲波對微污染水的色度、濁度、有機污染物均具有一定的去除作用,對降解色度、有機物來說,圓桶中實驗效果最好,圓盤中實驗效果次之,燒杯實驗效果最差;對去濁而言,燒杯實驗效果最好,圓桶中實驗效果次之,托盤實驗效果最差。
劉紅等將超聲波用于強化微污染水的生物處理,結果表明,通過一定強度的超聲波處理后,膜生物反應器的生物活性得到增強,反應器有機負荷增加,有機物凈化效率提高。超聲處理促進了生物活性,且功率為10 W的超聲波促進生物活性的效果最為明顯。
2、用于處理高濃度難降解有機廢水
超聲技術可用于處理各種難降解的有機廢水,目前已用于含單環芳香族化合物、多環芳烴、酚類、氯化烴、氯代烴、有機酸、染料、醇類、酮類等廢水處理的研究,并取得良好的效果。在實際的工業廢水中,超聲技術已用于處理造紙廢水、印染廢水、制革廢水、焦化廢水、制藥廢水、垃圾滲濾液等,并取得較好的效果;
李志建等采用超聲與厭氧生化法相聯合處理工藝處理堿法草漿黑液,COD去除率可達57%～69%,比單純厭氧法提高約20%,且處理后污泥活性增加,綜合毒性降低;祁夢蘭等用超聲處理染料廢水,發現廢水的可生化性提高,BOD5/COD由0.22～0.28上升到0.44～0.51。
李國英等用聲強為1.47 W/cm2、頻率為24 kHz的超聲波強化混凝沉淀處理制革廢水,實驗結果表明:先施加超聲波60s,再投加混凝劑,COD去除率最高可達73.2%,比不用
超聲波時提高10%以上,表明超聲波對混凝沉淀法處理制革廢水有明顯的強化作用;
張子間用超聲波—SBR法處理焦化廢水,在聲強為9.21 W/cm2,處理時間為2.5 min時,廢水的BOD5/COD由2.0提高到4.5;胡學偉用頻率18 kHz、聲強0.110 W/cm2的超聲波處理垃圾滲濾液,結果表明,在pH 7、溫度為55℃、處理時間為240min的條件下,滲濾液的COD由37050 mg/L降低到14140 mg/L,COD去除率達61.96%。
3、用于城市污泥的處理
超聲波在污泥處理中主要用于污泥脫水和促進厭氧發酵兩個方面。超聲波脫水常見工藝為城市污泥→重力沉降→超聲波處理→機械脫水。污泥菌膠團內部包含水約占污泥總水量的27%,而菌膠團結構穩定,難以被機械作用(壓濾、離心等)破壞,造成污泥脫水困難。超聲波能有效的破壞菌膠團結構,將其內部包含水釋放出來,成為可以比較容易去除的自由水。
A.Teihm等研究表明用31 kHz、聲能密度0.11W/cm3的超聲波處理可以有效打破菌膠團,處理30 s后污泥平均尺寸從165μm下降到135μm,處理96 s后下降到85μm。同時發現污泥菌膠團的解構效率隨超聲波頻率的升高而降低,最佳分解頻率為41 kHz。超聲波破壞菌膠團結構后,大量被挾裹在菌膠團內的有機物被釋放到水中,從而易于為微生物所用。
Y.Chiu等發現,頻率20 kHz、聲能密度0.12 W/cm3的超聲波處理4 h將污泥中可溶性COD占總COD的比值(SCOD/TCOD)從36%提高到89%,可溶性N的比值從34%提高到42%,基本取代了污泥水解過程,從而極大的縮短污泥厭氧發酵時間并提高了污泥可生化性。
U.Neis等研究表明用頻率41 kHz、聲能密度0.10W/cm3的超聲波處理30～120min,可以使污泥厭氧發酵時間從22d降到8 d,比容積消化速率從437 g/(m3•d)上升到1166g/(m•3d)。
據新加坡媒體報道，廢水經過初級和次級凈化處理后，會有殘余的污泥。這些污泥含水量高，需要加以濃縮和脫水，減輕重量和體積后，才便于丟棄或做填土之用。新加坡公用事業局在最近發布的年報中透露，公用事業局和南洋理工大學正在試驗性使用超聲波技術來處理廢水污泥，使其產生有用的生物氣體。
這一技術的過程是，電流通過轉換器變成高強度的超聲波，超聲波傳入廢水污泥，產生數以百萬計的微小氣泡，氣泡爆開時會撕破細菌的細胞壁，廢水污泥接著進行厭氧消化，就可以更有效地處理掉里面的細菌。實驗顯示，先將廢水污泥經過超聲波處理，進行厭氧消化時可以更有效地分解污泥和細菌，而且可以產生更多生物氣體。這些生物氣體就是甲烷，可以收集起來發電。處理過程不會產生其他副產品。
目前，新加坡烏魯班丹污水處理廠正在測試這項技術。初步結果顯示，污泥的分解效率提高了，生物氣體的產生也增加了30%以上。因此，公用事業局將考慮在烏魯班丹污水處理廠全面使用這項技術，未來的其他污水處理廠也可能會使用這項技術。
新加坡南洋理工大學土木與環境工程系鄒光耀副教授說，用在環境工程的超聲波技術還處于初步發展階段。盡管其他區域的國家在利用超聲波處理污水方面有很多成績，但是這些成績并不適用于新加坡，因為新加坡的廢水污泥成分與其他國家不一樣。他目前已確定了一些超聲波處理廢水污泥技術的控制常數，例如超聲波降解的時間、密度和濃度等。這些常數都是依據新加坡的廢水污泥成分，經過無數次測試得到的數據。實驗顯示，經過超聲波處理的污泥在進行厭氧消化時的速度更快，消除有機物質的效率更高，能加強生物氣體甲烷的產生，并改善甲烷的成分。
歐洲有很多污水處理廠已經在三四年前開始使用這項技術，分解污泥的效率和生物氣體的產生至少提高了20%。目前，德國已經全面使用超聲波技術處理廢水污泥，英國、瑞典、美國、澳大利亞等國家也在測試這項技術。
4、其他應用
超聲技術還可以用于飲用水殺菌、消毒、阻垢、去除水垢等。林衛紅對超聲滅菌進行了研究,指出當頻率為200 kHz、聲強為2 W/cm2時,效果最佳,并且超聲滅菌效果與原水中的細菌濃度無關。
劉天慶利用超聲—臭氧技術處理循環冷卻水系統中的生物垢,發現用頻率為20 kHz、振幅為20%的超聲處理,可有效地控制生物垢的生長,該技術還可以移除90%以上已形成的生物垢。
超聲波應用于在我國4t以下的小型鍋爐數量很多(占總數的85左右)。這些鍋爐結水一般不經過處理，往往結垢很厚，不僅費煤，而且常常停爐清垢，有時還要酸洗，耗錢費力，甚至因為水垢危害鍋爐而造成事故。尤其是供暖鍋爐，使用周期僅2-4個月。水處理設備及管理存在一定的困難，由于供暖鍋爐使用周期短，水處理設備及化驗人員不能完全配齊，對于鍋爐化學清洗，非技術人員也難以掌握，處理不當會造成鍋爐腐蝕損壞，為了解決鍋爐水垢處理問題，利用超聲波水處理器，對蒸汽鍋爐靜態除垢進行了研究。
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