二十世紀九十年代Mason進行超聲空化降解水中的有害有機物的研究，研究證明，超聲降解水中有機物效果顯著，從而引起很多學者的興趣。美國、日本、加拿大、德國、法國等國的一些大學實驗室和研究所紛紛緻力于超聲降解有機

　　物的研究。我國二十世紀九十年代後期，對超聲降解有機物的研究，在同濟大學取得了很好的效果。迄今昔對比為止，超聲降解已進行了包括脂肪烴類、芳香烴類、酚類、酯類、醇類、酮類、胺、酸類、天然有機物和殺蟲劑等有機物的研究，取得了很好的效果。

　　超聲化學作為一門邊沿科學的興起是近十幾年的事情。超聲作用于化學反應，主要來自超聲空化現象，空化泡崩潰産生局部高溫、高壓和強烈的沖擊波及射流，為在一般條件下難以實現或不可能實現的化學反應提供了一種新的非常殊的物理化學環境。

　　超聲作用于水處理，是近年來聲化學領域研究的新發展。

　　一、功率超聲機理

　　當一定強度的超聲波在媒質中傳播時，會産生力學、熱學、光學、電學和化學等一系列效應。這些效應可歸納為下列三種基本作用：

　　1、機械作用。超聲波是機械能量的傳播形式，與波動過程有關，會産生線性效變的振動作用。超聲波液體中傳播時，其同質點位移振幅雖然很小，但超聲引起的質點加速度卻非常大。若20KHz、1W/平方厘米的超聲波在水中傳播，則其産生的聲壓幅值為173Kpa，這意味着聲壓幅值每秒種内要在正負173Kpa之間變化2萬次，最大質點的加速度達144萬米每二次方秒，大約為重力加速度的1500倍，這樣激烈而快速變化的機械運動就是功率超聲的機械振動效應。

　　2、空化作用。超聲波在液體媒質中傳播時，當聲強達到一定期強度，液體中聲場作用區域形成局部的暫時負壓，使液體中的微氣泡生長、澎脹至突然破裂，導緻氣泡周圍的液體中産生強烈的激波，形成局部點的高溫高壓，空化泡崩潰時，在空化泡周圍極小空間内産生5000K的瞬态高溫和約50mpa的高壓，且溫度冷卻率達10的9次方k/s，并伴有強烈沖擊波和時速達400Km的射流，就是超聲空化效應。

　　3、熱作用。超聲波在媒質中傳播，其振動能量不斷被媒質吸收轉變為熱能而使自身溫度升高。聲能不間斷的吸收可引起媒質中的整體加熱，邊界外的局部加熱和空化形成激波時，波前處的局部加熱等，這就是功率超聲的熱作用。

　　二、超聲化學機理

　　1、超聲催化。超聲催化反應是一個新興的研究領域。目前，有關反應模型、機理的研究尚很模糊，但衆多的科研成果确認了催化反應的顯著效果。其主要作用：一是高溫高壓條件有利于反應物裂解成自由基和二階炭，形成更為活潑的物種。二是沖擊波和微射流對固體表面有吸解和清洗作用。三是沖擊波可破壞反應物結構，分散反應物系。四是超空化導緻金屬品格的變形和内部應變區的形成，從而提高金屬化學反應活性。超聲條件下的反應速率比沒有超聲時增加了100000倍，且反應時間大大縮短。

　　2、超聲降解。超聲處理可以降解大分子，尤其是處理高分子量聚合物的降解效果更顯著。超聲降解源于超聲的機械效應、空化效應和熱效應。

　　三、功率超聲在水處理中的應用

　　功率超聲的空化效應為降解水中有害有機物提供了獨特的物理化學環境從而導緻超聲波污水處理目的的實現。超聲空化泡的崩潰所産生的高能量足以斷裂化學鍵。在水溶液中，空化泡崩潰産生氫氧基(OH?)和氫基(H?)，同有機

　　物發生氧化反應。空化獨特的物理化學環境開辟了新的化學反應途徑，驟增化學反應速度，對有機物有很強的降解力

　　，經過持續超聲可以将有害有機物降解為無機離子、水、二氧化碳或有機酸等無毒或低毒的物質。

　　超聲降解水中有機污染物技術既可單獨使用，也可利用超聲空化效應，将超聲降解技術同其他處理技術聯用進行有

　　機污染物的降解去除。聯用技術有如下類型：

　　超聲與臭氧聯用，以超聲降解、殺菌與臭氧消毒共同作用于污染水的處理。

　　超聲與過氧化氫聯用，以達成對污染水體降解、殺菌、消毒之目的。

　　超聲與紫外線聯用，組成光聲化學技術利用超聲技術和紫外光技術各自降解能力疊加協同和互補作用，對水中常見的有機污染物苯酚、四氫化碳、三氫甲烷和三氯乙酸進行降解，使四種物質的降解産物為水、二氧化碳、C1-或易于生

　　物降解的短鍊脂肪酸。

　　超聲與磁化處理技術聯用，磁化對污染水體既可以實現固液分離，又可以對COD、BOD等有機物降解，還可以對染色水進行脫色處理。

　　超聲還可以直接作為傳統化學殺菌處理的輔助技術，在用傳統化學方法進行大規模水處理時，增加超聲輻射，可以大大降低化學藥劑的用量。

　　四、與超聲波聯用的相關工藝技術介紹

　　1、污水的固液分離是超聲處理的前提。污水或廢水一般伴有懸浮污物或雜質，因此必須有收集裝置，這種裝置可以是污水池或污水槽，其中的大體積雜物和污物應與污水分離，當一些細小體積的懸浮物則可添加聚丙烯酰胺絮凝劑或無機絮凝劑。

　　陰、陽非離子型聚丙烯酰胺絮凝劑是一種水溶性的高分子聚合物或電解質。由于其分子鍊中含有一定數量的極性基因，它能通過吸附污水中懸浮的固位粒子，使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚成大的絮凝物，從而加速懸浮液中

　　粒子的沉降，有非常明顯的加快溶液澄清，促進過濾等效果。若同時使用無機絮凝劑(聚合硫酸鐵濃縮劑、聚氯化鋁、鐵鹽等)，則可顯示出更大的效果。絮凝劑的添加量一般為0.0110g每立方米，在冷水中也能完全溶解。其主要作用是澄清淨化作用、沉降促進作用、過濾促進作用、增稠(濃)作用、是廢水、廢液處理中的常用品。

　　2、過濾是污水廢水處理中的必要條件。其目的是将污水中含有小于等于20mg/L濃度的懸浮顆粒物、膠質顆粒物加以濾除。這裡的過濾無須活性炭類精密昂貴的裝置，普通機械過濾器完全可以滿足後工藝的要求。

　　3、超聲污水處理中水處理劑的作用。前述的超聲化學機理超聲在水處理中的作用，若同時添加水處理劑與超聲聯用，則效果更為顯著。固體二氧化氯水處理劑在水處理中的機理包括次氯酸氧化作用和新生氧作用過程兩部分。次氯酸的氧化作用。這是主要的殺菌機理。當固體二氧化氯水處理劑容于水後，水解生成次氯酸，作用于菌體蛋白質。次氯酸不僅可以與細胞壁發生作用，而且因分子小，不帶電荷，容易侵入細胞内發生作用或破壞其磷酸脫氫酶，使

　　糖代謝失調而緻細菌死亡。新生氧作用。由于次氯酸分解形成新生氧，将菌體蛋白質氧化，新生态氧同細胞原槳相結合從而起到殺滅微生物作

　　用。

　　4、紫外線與超聲波聯天。紫外C殺菌技術。紫外線是一種肉眼看不見的光波，依據不同的波長範圍，被分割為A、B、C三種波段，而253.7nm又是紫外線C波段中的波長最強點。

　　紫外線主要作用于微生物的核酸，脫氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)等，導緻其被破壞。紫外C水消毒技術是利用紫外線的消毒原理，對流經水體中的病毒，細菌及其他緻病體的DNA進行物理破壞，使其無法繁殖和複制。紫外

　　C用于大水量消毒完全可以取代臭氧，過濾膜，氧化物等傳統手段，安全可靠，決無二次污染。

　　綜上所述，與超聲波聯用的污水處理技術與設備有：

　　(1)固液分離過濾器與超聲波降解聯用設備;

　　(2)固液分離、超聲波降解與臭氧消毒聯用設備;

　　(3)固液分離、超聲波降解與紫外光消毒聯用設備;

　　(4)聲、光、膜、磁聯用設備，将超聲波、紫外光、過濾膜、磁化處理四種技術聯用于水處理，則是一種更為潔淨的水處理設備。

　　上述四種類型的水處理設備既可以制成用于實驗室的小型機型、也可以制成中試機型，還可以制成規模處理機型，而自動化程度較高的機型則是過流式程序控制機型。

　　五、污水處理設備與污水處理工藝流程介紹

　　1、污水處理設備按換能器安裝形式，分為超聲波換能器振闆内置式污水處理槽和超聲波換能器外置式污水處理槽。

　　2、污水處理設備按結構型式，分為敞開型槽式機型和封閉型過流式機型。

　　3、污水處理設備工藝流程按被處理污水狀态和回用目的，可分為以下幾種工藝流程成套方案：

　　(1)污水收集 → 固液分離 → 超聲降解 → 臭氧消毒;

　　(2)污水收集 → 添加紫凝劑 → 固液分離 → 添加水處理劑 → 超聲降解;

　　(3)污水收集 → 固液分離 → 超聲降解 → 紫外線消毒。