超聲波技術(shù)在高濃度氨氮廢水中的應(yīng)用

　　隨著工業(yè)水平的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)很多的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)向附近河流排放大量的工業(yè)廢水，高濃度氨氮廢水常見于化工、食品、煉焦等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中。排放到水體中，不僅伴有十分濃烈的刺激性氣味，還可能造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化，造成水體中的微生物大量繁殖，氧氣稀缺，讓其他生物難以生存，嚴(yán)重的破壞生態(tài)平衡并對(duì)人們生活的飲用水安全造成了威脅，直接影響到人們的健康，因此急需對(duì)其進(jìn)行有效的處理。

　　一、超聲波廢水處理的機(jī)理

　　超聲波廢水處理設(shè)備主要包括超聲波發(fā)生器、換能器以及水槽三個(gè)部分組成，超聲波發(fā)生器是將正常頻率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合要求的高頻電信號(hào)(一般頻率在20KHz以上)，高頻電信號(hào)通過(guò)換能器，由電信號(hào)轉(zhuǎn)化成超聲波信號(hào)，直接作用于盛放在水槽中的廢水。

　　超聲波在傳播的過(guò)程中，存在波峰和波谷，振動(dòng)過(guò)程可以看作是波的膨脹和壓縮的過(guò)程，在超聲波膨脹期間，對(duì)水體產(chǎn)生負(fù)壓，負(fù)壓作用于水體，就會(huì)暫時(shí)的割裂水體，并迅速在空隙中形成氣泡，我們稱這種現(xiàn)象為“空化”。空化形成的小氣泡在水體中存續(xù)的時(shí)間很短，瞬間就會(huì)破裂，但是在破裂的過(guò)程中，其表面的爆裂不僅會(huì)對(duì)周圍產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的沖擊波和超高速的微射流，還能產(chǎn)生高溫。當(dāng)水體中在各處都會(huì)形成高溫高壓的局部環(huán)境，就非常有利于化學(xué)污染物降解。

　　此外，在上述的過(guò)程中，水分子也會(huì)產(chǎn)生撕裂，裂解成?H、?HO、?HO2、以及H2O2等強(qiáng)氧化性的自由基，這些自由基會(huì)與水體中的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳和水，也就是說(shuō)，在這個(gè)過(guò)程中，將污染物分解成了無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了廢水的凈化

　　此外，針對(duì)高濃度的氨氮廢水來(lái)講，空化氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生的高熱環(huán)境，能夠使自用氨發(fā)生熱解反應(yīng)，再加上水體中的各種氧化性自由基，水體中就會(huì)生產(chǎn)各種氨酸鹽，或者生成氮?dú)夂鸵谎趸诺娇諝庵小?/p>

　　二、影響超聲波廢水處理效率的因素試驗(yàn)

　　2.1 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)采用ZQ-25-2A超聲波發(fā)生器，工作電壓220V，工作頻率50Hz，超聲波輸出功率25KHz，功率為100w，有兩個(gè)振子。

　　2.2 試驗(yàn)水源

　　實(shí)驗(yàn)水源來(lái)自某化工廠排水口附近采集的水源，為典型的高濃度氨氮廢水。

　　2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

　　用玻璃電極法對(duì)pH值進(jìn)行測(cè)試，用納氏試劑光度法對(duì)氮離子濃度進(jìn)行測(cè)量。

　　三、影響超聲波廢水處理效率的因素

　　3.1 pH值

　　控制水體為未曝氣原水，室溫25℃，超聲波頻率25KHz，處理時(shí)長(zhǎng)1h。在這樣的前提下通過(guò)向廢水中加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)水體的pH值，測(cè)試不同pH值條件下的水體內(nèi)的氨氮降解率，得到以下結(jié)論：當(dāng)pH值為7時(shí)，氨氮降解率為5.61%，當(dāng)pH值為11時(shí)，氨氮降解率為44.66%，根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH升高時(shí)，氨氮降解率會(huì)隨之升高，他們之間是正相關(guān)的關(guān)系。因此，在進(jìn)行超聲波廢水處理工作時(shí)，可以適當(dāng)增加水體的pH值。值得一提的是，雖然提高pH值有助于廢水的處理，但是當(dāng)pH值到達(dá)一定程度后，降解率的提升開始變得不明顯，考慮到成本問(wèn)題，一般不會(huì)調(diào)節(jié)水體的pH超過(guò)11。

　　pH值影響廢水處理效率的原因，是因?yàn)楫?dāng)水體中的氣態(tài)自由氨和離子氨是一種動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，環(huán)境堿性越強(qiáng)，則氣態(tài)自由氨占比越大，氣態(tài)自由氨既能被氧化降解，又能發(fā)生熱解反應(yīng)，因此被處理的效率更高。

　　3.2 氨氮濃度的影響

　　控制水體為未曝氣原水，室溫25℃，超聲波頻率25KHz，超聲處理時(shí)長(zhǎng)1h，pH值固定為11，借助蒸餾水對(duì)處理水體進(jìn)行稀釋，得到不同氨氮濃度的待處理水樣。

　　通過(guò)處理我們發(fā)現(xiàn)，未被稀釋的水樣氨氮降解率最高，也就是說(shuō)，氨氮濃度越高的水體，超聲波處理效果也就越好。

　　之所以氨氮濃度會(huì)對(duì)廢水處理效率造成影響，是因?yàn)榘钡獫舛仍礁撸谕粫r(shí)間內(nèi)與氧化性自由基接觸的氨氮離子就越多，反應(yīng)就越快也越徹底，能夠在一定程度上提升廢水的處理效率，也就是說(shuō)，當(dāng)我們適當(dāng)?shù)臏p少水體中水的占比來(lái)提升氨氮濃度時(shí)，能夠增加廢水處理效率。

　　3.3 曝氣的影響

　　控制室溫25℃，超聲波頻率25KHz，超聲處理時(shí)長(zhǎng)1h，pH值固定為11，利用氣體流量計(jì)對(duì)水樣進(jìn)行處理，不同的水樣曝氣時(shí)間不同，曝氣時(shí)間越長(zhǎng)的水樣，其氣液比更高，通過(guò)測(cè)量，氣液比高的水樣氨氮去除率更高。造成這種現(xiàn)象的原因，是因?yàn)槠貧庠黾恿怂w與空氣的接觸面積，水體中的氣態(tài)自由氨可以不通過(guò)氧化而直接被排到空氣中，氣態(tài)自由氨去除的更加徹底。另外，持續(xù)曝氣處理能夠讓水體中的空化氣泡始終保持在一個(gè)較高的水平，就會(huì)有更多的污染物發(fā)生降解。

　　在實(shí)際工作中我們可以在處理過(guò)程中利用曝氣裝置增加曝氣步驟，進(jìn)一步提升污水的處理效率。不過(guò)需要注意的是，持續(xù)增加曝氣時(shí)間，氨氮去除率將不會(huì)發(fā)生變化，這是因?yàn)殡m然增加曝氣時(shí)間能夠增加空化氣泡的量，但是空化氣泡過(guò)于密集，其破裂產(chǎn)生的溫度和壓力都會(huì)對(duì)應(yīng)變小，導(dǎo)致降解環(huán)境不夠理想。

　　3.4 超聲時(shí)間的影響

　　控制水體為未曝氣原水，室溫25℃，超聲波頻率25KHz，超聲處理時(shí)長(zhǎng)2h，pH值固定為11，對(duì)水樣每隔20min測(cè)試一次氨氮去除情況，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)間在1h的時(shí)候，氨氮降解率升高勢(shì)頭明顯下降，繼續(xù)超聲處理，2h后，氨氮降解率變化不明顯。

　　超聲處理是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，氨氮去除效果就越好，但是當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到一定程度時(shí)，就不會(huì)對(duì)污水的處理效率產(chǎn)生影響，也就是說(shuō)，超聲處理廢水在理想狀態(tài)下，并不是能夠達(dá)到100%的處理效率的，對(duì)于污水處理來(lái)講，排放標(biāo)準(zhǔn)只要滿足國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)即可，并不需要100%完全處理干凈，水中殘留的污染物幾乎不會(huì)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生影響。

　　四、結(jié)論

　　通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)，我們得到了影響高氨氮濃度廢水超聲處理效率的幾項(xiàng)因素。將實(shí)驗(yàn)環(huán)境調(diào)整為室溫25℃，超聲波頻率25KHz，超聲處理2h，pH固定為11，原水經(jīng)過(guò)曝氣處理使氣液比達(dá)到800:1，在這樣的條件下，氨氮去除率高達(dá)97%，排放的廢水已經(jīng)能夠滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。而從原料(氫氧化鈉)的投入，資源的運(yùn)用(超聲波發(fā)生裝置以及曝氣裝置的耗電)的角度來(lái)講，綜合經(jīng)濟(jì)效益和處理結(jié)果，上述的處理方式是值得推廣和應(yīng)用的一種高濃度氨氮廢水超聲處理方案。(來(lái)源：杭州知源環(huán)保科技有限公司;浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;浙江環(huán)境監(jiān)測(cè)工程有限公司)