超声波在水处理中的应用

  超声波指频率在15kHz以上的声波,在溶液中以一种球面波的形式传递,一般公认为频率范围在15kHz到1MHz的超声辐照溶液会引起许多化学变化。当一定强度的超声波在媒质中传播时,会产生力学、热学、光学、电学和化学等一系列效应。这些效应可归纳为下列三种基本作用:

  ①.机械作用。超声波是机械能量的传播形式,与波动过程有关,会产生线性效变的振动作用。超声波液体中传播时,其同质点位移振幅虽然很小,但超声引起的质点加质点位移振幅虽然很小,但超声引起的质点加速度却非常大。若20KHz、1W/平方厘米的超声波在水中传播,则其产生的声压幅值为173Kpa,这意味着声压幅值每秒种内要在正负173Kpa之间变化2万次,最大质点的加速度达144万米每二次方秒,大约为重力加速度的1500倍,这样激烈而快速变化的机械运动就是功率超声的机械振动效应。

  ②.空化作用。超声波在液体媒质中传播时,当声强达到一定期强度,液体中声场作用区域形成局部的暂时负压,使液体中的微气泡生长、澎胀至突然破裂,导致气泡周围的液体中产生强烈的激波,形成局部点的高温高压,空化泡崩溃时,在空化泡周围极小空间内产生5000K的瞬态高温和约50mpa的应。,在空化泡周围极小空间内产生5000K的瞬态高温和约50mpa的高压,且温度冷却率达10的9次方k/s,并伴有强烈冲击波和时速达400Km的射流,就是超声空化效应。

  ③.热作用。超声波在媒质中传播,其振动能量不断被媒质吸收转变为热能而使自身温度升高。声能不间断的吸收可引起媒质中的整体加热,边界外的局部加热和空化形成激波时,波前处的局部边界外的局部加热和空化形成激波时,波前处的局部加热等,这就是功率超声的热作用。 2.超声化学机理

  ①.超声催化。超声催化反应是一个新兴的研究领域。目前,有关反应模型、

  机理的研究尚很模糊,但众多的科研成果确认了催化反应的显著效果。其主要作用:一是高温高压条件有利于反应物裂解成自由基和二阶炭,形成更为活泼的物种。二是冲击波和微射流对固体表面有吸解和清洗作用。三是冲击波可破坏反应物结构,分散反应物系。四是超声空化导致金属品格的变形和内部应变区的形成,从而提高金属化学反应活性。超声条件下的反应速率比没有超声时增加了100000倍,且反应时间大且反应时间大大缩短。

  ②.超声降解。超声处理可以降解大分子,尤其是处理高分子量聚合物的降解效果更显著。超声降解源于超声的机械效应、空化效应和热效应。

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