超声波水处理技术应用范围
1、用于处理微污染原水
对微污染原水进行深度处理从而进一步改善供水水质是许多水厂面临的难题之一,现行的深度处理方法如活性炭、膜法、臭氧—活性炭联用技术都存在着一定的问题。
近年来,超声技术用于处理微污染原水的研究已展开。程爱华等用腐殖酸、Fe3+离子、SiO2、阴离子洗涤剂、苯酚等配成一定浓度的模拟微污染水,在不同的反应容器(烧杯、圆盘、圆桶)中用频率为20～24 kHz,功率500 W的超声波处理一段时间,结果表明,超声波对微污染水的色度、浊度、有机污染物均具有一定的去除作用,对降解色度、有机物来说,圆桶中实验效果最好,圆盘中实验效果次之,烧杯实验效果最差;对去浊而言,烧杯实验效果最好,圆桶中实验效果次之,托盘实验效果最差。
刘红等将超声波用于强化微污染水的生物处理,结果表明,通过一定强度的超声波处理后,膜生物反应器的生物活性得到增强,反应器有机负荷增加,有机物净化效率提高。超声处理促进了生物活性,且功率为10 W的超声波促进生物活性的效果最为明显。
2、用于处理高浓度难降解有机废水
超声技术可用于处理各种难降解的有机废水,目前已用于含单环芳香族化合物、多环芳烃、酚类、氯化烃、氯代烃、有机酸、染料、醇类、酮类等废水处理的研究,并取得良好的效果。在实际的工业废水中,超声技术已用于处理造纸废水、印染废水、制革废水、焦化废水、制药废水、垃圾渗滤液等,并取得较好的效果;
李志建等采用超声与厌氧生化法相联合处理工艺处理碱法草浆黑液,COD去除率可达57%～69%,比单纯厌氧法提高约20%,且处理后污泥活性增加,综合毒性降低;祁梦兰等用超声处理染料废水,发现废水的可生化性提高,BOD5/COD由0.22～0.28上升到0.44～0.51。
李国英等用声强为1.47 W/cm2、频率为24 kHz的超声波强化混凝沉淀处理制革废水,实验结果表明:先施加超声波60s,再投加混凝剂,COD去除率最高可达73.2%,比不用
超声波时提高10%以上,表明超声波对混凝沉淀法处理制革废水有明显的强化作用;
张子间用超声波—SBR法处理焦化废水,在声强为9.21 W/cm2,处理时间为2.5 min时,废水的BOD5/COD由2.0提高到4.5;胡学伟用频率18 kHz、声强0.110 W/cm2的超声波处理垃圾渗滤液,结果表明,在pH 7、温度为55℃、处理时间为240min的条件下,渗滤液的COD由37050 mg/L降低到14140 mg/L,COD去除率达61.96%。
3、用于城市污泥的处理
超声波在污泥处理中主要用于污泥脱水和促进厌氧发酵两个方面。超声波脱水常见工艺为城市污泥→重力沉降→超声波处理→机械脱水。污泥菌胶团内部包含水约占污泥总水量的27%,而菌胶团结构稳定,难以被机械作用(压滤、离心等)破坏,造成污泥脱水困难。超声波能有效的破坏菌胶团结构,将其内部包含水释放出来,成为可以比较容易去除的自由水。
A.Teihm等研究表明用31 kHz、声能密度0.11W/cm3的超声波处理可以有效打破菌胶团,处理30 s后污泥平均尺寸从165μm下降到135μm,处理96 s后下降到85μm。同时发现污泥菌胶团的解构效率随超声波频率的升高而降低,最佳分解频率为41 kHz。超声波破坏菌胶团结构后,大量被挟裹在菌胶团内的有机物被释放到水中,从而易于为微生物所用。
Y.Chiu等发现,频率20 kHz、声能密度0.12 W/cm3的超声波处理4 h将污泥中可溶性COD占总COD的比值(SCOD/TCOD)从36%提高到89%,可溶性N的比值从34%提高到42%,基本取代了污泥水解过程,从而极大的缩短污泥厌氧发酵时间并提高了污泥可生化性。
U.Neis等研究表明用频率41 kHz、声能密度0.10W/cm3的超声波处理30～120min,可以使污泥厌氧发酵时间从22d降到8 d,比容积消化速率从437 g/(m3•d)上升到1166g/(m•3d)。
据新加坡媒体报道，废水经过初级和次级净化处理后，会有残余的污泥。这些污泥含水量高，需要加以浓缩和脱水，减轻重量和体积后，才便于丢弃或做填土之用。新加坡公用事业局在最近发布的年报中透露，公用事业局和南洋理工大学正在试验性使用超声波技术来处理废水污泥，使其产生有用的生物气体。
这一技术的过程是，电流通过转换器变成高强度的超声波，超声波传入废水污泥，产生数以百万计的微小气泡，气泡爆开时会撕破细菌的细胞壁，废水污泥接着进行厌氧消化，就可以更有效地处理掉里面的细菌。实验显示，先将废水污泥经过超声波处理，进行厌氧消化时可以更有效地分解污泥和细菌，而且可以产生更多生物气体。这些生物气体就是甲烷，可以收集起来发电。处理过程不会产生其他副产品。
目前，新加坡乌鲁班丹污水处理厂正在测试这项技术。初步结果显示，污泥的分解效率提高了，生物气体的产生也增加了30%以上。因此，公用事业局将考虑在乌鲁班丹污水处理厂全面使用这项技术，未来的其他污水处理厂也可能会使用这项技术。
新加坡南洋理工大学土木与环境工程系邹光耀副教授说，用在环境工程的超声波技术还处于初步发展阶段。尽管其他区域的国家在利用超声波处理污水方面有很多成绩，但是这些成绩并不适用于新加坡，因为新加坡的废水污泥成分与其他国家不一样。他目前已确定了一些超声波处理废水污泥技术的控制常数，例如超声波降解的时间、密度和浓度等。这些常数都是依据新加坡的废水污泥成分，经过无数次测试得到的数据。实验显示，经过超声波处理的污泥在进行厌氧消化时的速度更快，消除有机物质的效率更高，能加强生物气体甲烷的产生，并改善甲烷的成分。
欧洲有很多污水处理厂已经在三四年前开始使用这项技术，分解污泥的效率和生物气体的产生至少提高了20%。目前，德国已经全面使用超声波技术处理废水污泥，英国、瑞典、美国、澳大利亚等国家也在测试这项技术。
4、其他应用
超声技术还可以用于饮用水杀菌、消毒、阻垢、去除水垢等。林卫红对超声灭菌进行了研究,指出当频率为200 kHz、声强为2 W/cm2时,效果最佳,并且超声灭菌效果与原水中的细菌浓度无关。
刘天庆利用超声—臭氧技术处理循环冷却水系统中的生物垢,发现用频率为20 kHz、振幅为20%的超声处理,可有效地控制生物垢的生长,该技术还可以移除90%以上已形成的生物垢。
超声波应用于在我国4t以下的小型锅炉数量很多(占总数的85左右)。这些锅炉结水一般不经过处理，往往结垢很厚，不仅费煤，而且常常停炉清垢，有时还要酸洗，耗钱费力，甚至因为水垢危害锅炉而造成事故。尤其是供暖锅炉，使用周期仅2-4个月。水处理设备及管理存在一定的困难，由于供暖锅炉使用周期短，水处理设备及化验人员不能完全配齐，对于锅炉化学清洗，非技术人员也难以掌握，处理不当会造成锅炉腐蚀损坏，为了解决锅炉水垢处理问题，利用超声波水处理器，对蒸汽锅炉静态除垢进行了研究。
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