空化效应在有机废水处理中的应用研究_

收稿：!#年$月，收修改稿：!#年%月!国家自然科学基金资助项目（&’(!$%%)*）!!通讯联系人+,-./0：12—3.456784(+97(:4空化效应在有机废水处理中的应用研究!王金刚)，!郭培全!王西奎!!!顾忠茂)（);中国原子能科学研究院北京)!#)$；!;济南大学化学化工学院济南!文章编号：)<,!?)=（!<）$,<#*,D’-/:F4+G5H，I+/8/45)!#)$，@A/4.；!;J/4.4K4/L+GC/DH，J/4.4!9+%/#:.L/D.D/’4；70DG.C’4/:9+5G.9.D/’4；8+D:.L/D.D/’4；C3/G0/458+D:.L/D.D/’4空化效应是发生在液体介质中的一种物理现象，是指在液流中由于压力的突然变化而产生气泡的暴发和溃陷。在空化效应的生成过程中，气泡的暴发和溃陷会产生强烈的冲击波，使液体中局部的温度和压力急剧升高，产生足以打开化学键的能量，使有机物分子氧化分解。近十几年来，人们对利用超声空化效应降解有机物的研究非常重视，研究报告不断出现，而近几年出现的射流和涡流空化效应研究则将这一领域由理论到实践又推进了一步。一、超声空化?@超声空化的机理任何液体在其静止或运动过程中因受环境和气体分子运动的影响，不可避免地会有一些气体溶入，因此液体中就会悬浮着一批气相的微泡，称为“气核”。这些核子并不能为肉眼所能看到，只有被液体带到低压区、气泡增长时才会被觉察到。当液体中的压力降到空气分离压以下时，溶解于液体中的气体突然迅速地分离而产生大量的气泡；当压力继续降低到该液体在此温度下的饱和蒸气压以下时，除液体中所含气体析出而形成气泡外，液体本身还会剧烈地气化沸腾，产生大量的气泡。由于液体气化和溶解气体的游离是向着作为核的空泡内进行的，结果就形成充满着空气和蒸气的气泡。当这些气泡随液流进入高压区时，蒸气高速凝结和气泡溃灭，流体质点便向空腔中心高速冲动，产生强烈的冲击，结果使瞬时的局部压力和局部温度急剧上升，这种现象被称为空化效应（或气蚀）。利用超声方法产生空第)%卷第$期!<年<月化学进展RSTUSFVVB&@WFXBVQSYZ’0()%&’($X.H，!<化效应正是基于这一原理。早在!世纪!年代，超声波能够加速化学反应这一事实就被人们发现，但并未引起重视。到!世纪#年代以后，由于大功率超声设备的发展与普及，超声波在化学反应中的应用研究得到迅速发展，研究报告逐年增多，涉及医学、有机合成、生物化学、材料加工、环境保护等多个方面，相关的理论研究也不断出现。超声波在介质中的传播过程中存在着一个正负压强的交变周期。在正压相位时，超声波对介质分子挤压，增大了原来介质的密度；而在负压相位时又使介质分子离散，减小了介质的密度。当足够大振幅的超声波作用于液体介质时，在负压区内介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质发生断裂形成微泡，微泡进一步长大成为空化气泡。这些气泡一方面可以重新溶解于液体介质中，也可能上浮并消失；另一方面随