超声波空化效应净化自来水

青海环境超声波空化效应净化自来水刘宕吴向培岳林杨青青海环境科学研究所紊为了控制由饮用水中的微生物引起的流行性霍乱、伤寒等疾病,年,美国新泽西州首先采用饮用水氯化消毒的方法处理自来水,收到良好效果。〔,此后,自来水氯化消毒法迅速在全世界推广并沿用至今。年代,人们逐渐发现氯化消毒的自来水不同程度存在卤代烃类化合物。经流行病学研究结果证明,某些癌症的发病率与自来水的的含量有相关关系。通过实验也证明此类化合物有明显的致癌、诱突变性⑦。并且抓化消毒法也不能去除水源中日渐增加的有机污染物。因此,从年代起,西欧一些国家逐步采用臭氧消毒处理自来水收效明显。我国近年来也开展过这方面的研究工作,因臭氧处理自来水成本高昂,〔,因此,同我国相似的大多数发展中国家难以推广这种方法。在水源水污染日益加重和与饮用水质有关的恶性疾病死亡率万人不断上升的情况下,研究发展新的自来水处理方法已十分迫切。我们通过研究非线性声学中超声空化效应〔一幻,提出采用超声空化效应处理自来水的新方法〔一,下面将该方法的原理介绍如下。机理刘岩〔的年从超声波空化效应的物理过程及其如何引发化学反应讨论了空化效应对源水中有机物的降解作用。当用一定声强的超声波辐照溶液时,在声场的膨胀相位,水中溶解的空气就聚集成小气泡空化核。这些气泡在声场的压缩相位半径满足共振尺寸的气泡就可发生压缩坍缩。该过程发生在几个哪之间。由于过程极短,气泡内气体产生的热量来不及消散就将气泡内的物质加热至高达℃的高温‘幻。高温导致液一气相界面的水分子裂解为自由基。同时,气泡内的来自水体中的溶解氧也被高温裂解为氧化性极强的。·自由基和。等物质。这些强氧化性物质一旦生成就迅速和水中的有机物反应并将其氧化为低分子量的物质。如,等人〔的曾研究超声空化作用在不同时间内水中氧化性物质的生成量。其中的浓度增加基本上与超声辐照的时间呈线性关系〔们。而在超声作用下其氧化性会由空化效应的协同作用而增加。因此,能将水中的有机物降解。例如〔‘。一,‘,在空化作用引发下终产物为无毒作用的尿素。由于这种降解过程是声能转化为化学能的过程,而其中介又是空化效应。所以,空化效应的强弱是影响处理效果的决定因素。如何提高空化效应作者已有论述①。实验工作正在开展中。效果和经济性评价由于超声空化效应可产生高温环境和‘哈尔滨工业大学学生科学墓金会对本工作给予早期资助南京大学近代声学开放实验室提供实验条件。谨此致谢。一一第卷第期年月青海环境二卫争表示超声作用火人亡玩厂丫叮丫止卫生⋯竺】‘一、人一、六沁探⋯。。上’载少一尸一,、丫一、入直一一。一、尿素强氧化性物质。所以,在一般情况下不能降解的源水中的有机污染物也能够被降解。处理后水质的安全性是通过实验,动物微核实验,果蝇染色体实验等系统的毒理学实验程序来评价。值得指出的是,在超声作用下,水中的细菌、病毒也被空化效应产生的细微射流击碎而死亡或者被空化冲击波杀灭,因此一举两得。设计实用的超声空化效应净化自来水的反应器涉及到非线性声学中的许多难题。这些问题至今仍在探讨之中,如声的非线性传播过程中的混沌效应等。但关键的问题仍是电一一声转换效率和声一一化学转换效率。目前对于前者由于自年代以来晶体物理学和凝聚态理论的进步已使得许多高效的电一一声材料问世,为超声的工业应用奠定了基础。国内目前已能生产的单片晶体换能器功率已近,电一声转换效率全,可以满足声功率要求。声能一化学能转换效率的解决涉及到声的非线性传播特性和反应器的形状等很复杂的问题,我们正与有关单位合作研究。结束语氯化消毒法和臭氧消毒法在较长的一段时间内仍将是自来水处理的主导方法。但是,随着水源水中有机污染成份及含量的不断增加以及相应的与饮水有关的恶性疾病死亡率的上升,上述两种方法的不足之处已显而易见地暴露出来。,因此,发展新的自来水处理方法已是刻不容缓的问题。本文正是在这一趋势下总结了我们最近的研究工作,以期使超声波空化效应处理自来水的方法得到发展并早日走向应用。参考文献〔〕贺时瑜,上海环境科学」—〔〕杨晓萍,环境科学一〔〕朱惠刚等,上海环境科学—〔〕刘岩,百科知识一〔〕刘岩,世界科学一〔〕刘岩,上海环境科学〔〕刘岩上海环境科学」一〔〕刘岩一,应用声学一〔〕一〔〕一〔〕一一