超聲波技術在水處理中的影響因素
1. 超聲波反應器
超聲波化學反應的核心是超聲波反應器，如何改進反應器的結構，盡可能提高混響場強度，增強空化效果，提高超聲波輻射面積，增加反應器的效率是超聲波技術應用的核心。反應器可以是間歇的或連續的工作方式，超聲波發生元件可以置于反應器的內部或外部，可以是相同頻率的或不同頻率的組合。Shen等采用低頻率(16 kHz)和高頻率(800 kHz)雙超聲波協同處理五氯苯酚(PCP)，試驗表明，同樣條件下雙超聲波協同效果好于單一超聲波作用。Wang等也就雙超聲波發生器的協同降解水中PCP效果進行研究，得到同樣的結果，20 kHz的超聲波分別和其他4種不同頻率的超聲波發生器協同效果均好于單一發生器，按脫氯效果依次排列為530 kHz>800 kHz>40 kHz>1 040 kHz。筆者就超聲波技術消除膜處理反應器中的膜污染進行研究，結果表明對16 kHz功率為5 W的超聲波發生器，采用間隙工作方式，可降低能耗60%。
2. 超聲波的頻率和聲強
超聲波技術處理水的關鍵因素是超聲波的頻率和聲強。就單一超聲波發生器對水中有機物的降解通常高頻率比低頻有效，這是由于•HO自由基的產率隨聲源頻率的增加而增加。
Petrier等人在相同的條件下用不同頻率超聲波處理原水中常見的內分泌干擾物阿特拉津和五氯苯酚，結果阿特拉津在500 kHz高頻條件下其降解速率是20 kHz時的7.8倍，而五氯苯酚則達到4.6倍。事實上，在超聲波降解過程中，超聲波強度和頻率之間可能有一個最佳匹配的問題，而且頻率的選擇與被降解有機物的結構、性質以及降解歷程有關。Zhang等就不同頻率(20 kHz，80 kHz和1 320 kHz)和聲強的超聲波處理水源水中的藻類進行研究，結果表明，隨著聲強的增加，超聲波降解反應和空化速率也增加，超聲波按一級反應動力學對藻類有較好的去除效果，高頻率能夠加快藻類去除的反應速度。但是長的反應時間和高頻率卻導致處理水中藻毒素的增加，超聲波強度在48 W以下為處理藻類的最佳條件。
3. pH
超聲波技術處理水中有機污染物主要依靠水中生成的自由基的作用，這樣原水的pH會對反應產生一定的影響作用。由于超聲降解發生在空化泡內或空化泡的氣液界面處，所以溶液的pH調節應盡量有利于有機物以中性分子的形態存在并易于揮發進入氣泡核內部。Chemat等用超聲波處理天然水中的腐殖酸表明，在pH為3時效果最好，隨著pH的升高，腐殖酸降解效率有所降低，這是因為酸性條件，腐殖酸更容易接近氣泡核。而對于堿性污染物，如苯胺則在堿性條件下比較易于處理。所以最佳pH的確定還需要考慮超聲波降解機理和有機污染物本身的酸堿性。同時，由于超聲波的作用能產生中間產物，原水pH在處理前后會發生變化，這也是超聲波處理水需要考慮的問題。Guo等人用超聲波對氯消毒后含有鹵代甲烷的水進行研究，發現在195 W/cm2的超聲波作用1 h后原水pH從
7.13變為6.69。
4. 外加強化物質
為了提高超聲波的效率，通常反應中會通入氣體(如空氣或氧氣)，加入環境友好的鐵粉或金屬離子。由于超聲波的空化作用，使得加入的氣體在水中產生活性物質，從而增強對有機物的處理效果。Christian證實水中飽和的氧氣在空化泡周圍被激發，在水中產生大量的自由基:
O2→2O•(1)
O•+H2O→2•OH (2)
Nagata等就外加空氣和氬氣對超聲波技術處理2-，3-，4-及五氯苯酚進行研究。結果表明對低濃度的氯代苯酚在氬氣的條件下更容易降解，這是由于單原子氣體具有較高的絕熱指數，從而影響空化氣泡的生成。Dai等就單獨超聲波技術、超聲波與鐵粉協同技術、超聲波與二價鐵協同技術對水中五氯苯酚的去除進行研究。研究表明協同作用在PCP的降解和•OH自由基生成兩方面都有加強作用，空化作用增加了鐵粉顆粒的表面積，同時提高了鐵粉表面的吸附能力。Kim等就外加離子對超聲波處理腐殖酸進行研究，Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)有較好的催化效果，而Al(Ⅲ)、Ca(Ⅱ)和Mg(Ⅱ)對反應有抑制作用。
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