隨著工業(yè)水平的發(fā)展和經(jīng)濟的進步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)很多的工業(yè)生產(chǎn)過程中都會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，嚴重的破壞生態(tài)平衡并對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，因此急需對其進行有效的處理。
一、超聲波廢水處理的機理
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部分組成，超聲波發(fā)生器是將正常頻率的電信號轉(zhuǎn)換成符合要求的高頻電信號(一般頻率在20KHz以上)，高頻電信號通過換能器，由電信號轉(zhuǎn)化成超聲波信號，直接作用于盛放在水槽中的廢水。
超聲波在傳播的過程中，存在波峰和波谷，振動過程可以看作是波的膨脹和壓縮的過程，在超聲波膨脹期間，對水體產(chǎn)生負壓，負壓作用于水體，就會暫時的割裂水體，并迅速在空隙中形成氣泡，我們稱這種現(xiàn)象為“空化”?？栈纬傻男馀菰谒w中存續(xù)的時間很短，瞬間就會破裂，但是在破裂的過程中，其表面的爆裂不僅會對周圍產(chǎn)生一個瞬時的沖擊波和超高速的微射流，還能產(chǎn)生高溫。當水體中在各處都會形成高溫高壓的局部環(huán)境，就非常有利于化學污染物降解。
此外，在上述的過程中，水分子也會產(chǎn)生撕裂，裂解成?H、?HO、?HO2、以及H2O2等強氧化性的自由基，這些自由基會與水體中的污染物發(fā)生化學反應(yīng)，生成二氧化碳和水，也就是說，在這個過程中，將污染物分解成了無毒無害的物質(zhì)，實現(xiàn)了廢水的凈化
此外，針對高濃度的氨氮廢水來講，空化氣泡破裂時產(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，水體中就會生產(chǎn)各種氨酸鹽，或者生成氮氣和一氧化氮排到空氣中。
二、影響超聲波廢水處理效率的因素試驗
2.1 試驗裝置
試驗采用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，有兩個振子。
2.2 試驗水源
實驗水源來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 實驗測試
用玻璃電極法對pH值進行測試，用納氏試劑光度法對氮離子濃度進行測量。
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，處理時長1h。在這樣的前提下通過向廢水中加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)水體的pH值，測試不同pH值條件下的水體內(nèi)的氨氮降解率，得到以下結(jié)論：當pH值為7時，氨氮降解率為5.61%，當pH值為11時，氨氮降解率為44.66%，根據(jù)測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當pH升高時，氨氮降解率會隨之升高，他們之間是正相關(guān)的關(guān)系。因此，在進行超聲波廢水處理工作時，可以適當增加水體的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pH值到達一定程度后，降解率的提升開始變得不明顯，考慮到成本問題，一般不會調(diào)節(jié)水體的pH超過11。
pH值影響廢水處理效率的原因，是因為當水體中的氣態(tài)自由氨和離子氨是一種動態(tài)平衡的狀態(tài)，環(huán)境堿性越強，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，超聲處理時長1h，pH值固定為11，借助蒸餾水對處理水體進行稀釋，得到不同氨氮濃度的待處理水樣。
通過處理我們發(fā)現(xiàn)，未被稀釋的水樣氨氮降解率最高，也就是說，氨氮濃度越高的水體，超聲波處理效果也就越好。
之所以氨氮濃度會對廢水處理效率造成影響，是因為氨氮濃度越高，在同一時間內(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，當我們適當?shù)臏p少水體中水的占比來提升氨氮濃度時，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，超聲處理時長1h，pH值固定為11，利用氣體流量計對水樣進行處理，不同的水樣曝氣時間不同，曝氣時間越長的水樣，其氣液比更高，通過測量，氣液比高的水樣氨氮去除率更高。造成這種現(xiàn)象的原因，是因為曝氣增加了水體與空氣的接觸面積，水體中的氣態(tài)自由氨可以不通過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較高的水平，就會有更多的污染物發(fā)生降解。
在實際工作中我們可以在處理過程中利用曝氣裝置增加曝氣步驟，進一步提升污水的處理效率。不過需要注意的是，持續(xù)增加曝氣時間，氨氮去除率將不會發(fā)生變化，這是因為雖然增加曝氣時間能夠增加空化氣泡的量，但是空化氣泡過于密集，其破裂產(chǎn)生的溫度和壓力都會對應(yīng)變小，導致降解環(huán)境不夠理想。
3.4 超聲時間的影響
控制水體為未曝氣原水，室溫25℃，超聲波頻率25KHz，超聲處理時長2h，pH值固定為11，對水樣每隔20min測試一次氨氮去除情況，我們發(fā)現(xiàn)當時間在1h的時候，氨氮降解率升高勢頭明顯下降，繼續(xù)超聲處理，2h后，氨氮降解率變化不明顯。
超聲處理是一個持續(xù)的過程，持續(xù)的時間越長，氨氮去除效果就越好，但是當處理時間達到一定程度時，就不會對污水的處理效率產(chǎn)生影響，也就是說，超聲處理廢水在理想狀態(tài)下，并不是能夠達到100%的處理效率的，對于污水處理來講，排放標準只要滿足國家二級排放標準即可，并不需要100%完全處理干凈，水中殘留的污染物幾乎不會對自然環(huán)境產(chǎn)生影響。
四、結(jié)論
通過上述的實驗，我們得到了影響高氨氮濃度廢水超聲處理效率的幾項因素。將實驗環(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)過曝氣處理使氣液比達到800:1，在這樣的條件下，氨氮去除率高達97%，排放的廢水已經(jīng)能夠滿足國家標準。而從原料(氫氧化鈉)的投入，資源的運用(超聲波發(fā)生裝置以及曝氣裝置的耗電)的角度來講，綜合經(jīng)濟效益和處理結(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。( >
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