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1、应用水力空化技术降解污水中苯、酚类物质的试验研究摘要 ： 综合比较一些试验的研究结果，将基于水力空化下的降解苯酚试验做出综合比较，以便选用最佳的试验方法及应用条件。通过比较，水力空化与其他工艺联合使用效果更佳。关键字 ：水力空化，苯酚，污水处理0 引言苯酚有较大的毒性, 而且在水中的溶解度较大, 因此是一类极受重视的环境污染物。含酚废水主要来源于石油化工、塑料、合成树脂和纤维、纺织、制药、皮革、造纸、消毒剂以及焦化等工厂。二甲苯是强烈的致癌物质,属我国优先控制污染物之一。环境中二甲苯废水主要来源于涂料、油墨、油漆、印刷、机械等行业。目前去除水体中的苯酚、二甲苯的方法主要有 : 物理吸附法、生物
2、处理法、光催化氧化法、超声空化法等。物理法虽能去除大量的苯酚、二甲苯 , 但二次污染问题难以解决。生物法处理存在生物体停留时间长、最终生物降解比较困难等问题。 光催化氧化法需要特殊光源, 催化剂成型还有待于研究。因此 , 寻找一种能有效降解水体中的苯酚、二甲苯的治理方法, 一直是人们关注的焦点。水力空化技术是近年来发展起来的一种降解有机污染物的处理方法。它用于治理废水中难降解的有机污染物,具有反应装置简单、处理效果较好、能耗相对少、操作方便、维护费用低、易实现工业化等优点, 具有良好的应用前景。本论文综合比较一些试验的研究结果，将基于水力空化下的降解苯酚试验做出综合比较，以便选用最佳的试验方法
3、及应用条件。1 水力空化1.1 水力空化降解有机物原理水力空化是通过改变流体系统的几何尺寸( 如让流体通过文丘里管、多孔板等 ) 使液体流速突然增大，压强减小而产生的。液体流速在瞬间被加速液体流速在瞬间被加速, 从而产生巨大的压力降 , 当压力降低到工作温度下液体的饱和蒸汽压（或空气分离压） 时, 液体就开始“沸腾” , 迅速“汽化” , 内部产生大量气泡，破坏了液体的连续性，随着压力的降低，气泡不断膨胀， 当压强恢复时气泡瞬时溃灭产生高温（10005000K） 和瞬时高压 （15107Pa） ，同时利用高温高压的条件降解有机物。空化泡在溃灭的同时产生冲击波和射流，产生具有高化学活性的自由基O
4、H和强氧化剂 H2O2，随后与溶液中有机污染物发生氧化反应，可将水中大多数有机污染氧化降解成为无害物质，从而达到净化水质目的. 另外，强大的水力剪切力也可使大分子主链上的碳键断裂，也可以破坏微生物细胞壁，从而达到降解高分子和使微生物失活的作用。1.2 水力空化装置水力空化装置为一闭路循环系统，结构简单，操作方便，主要装置有：离心泵、水箱、空化发生装置（多孔孔板和文丘里管）及管道系统组成除此之外，为了控制条件和测定数据的需要，还可以在系统中加入U形冷却管、温度测量仪、压力表、流量计、不锈钢管件等来控制或测定空化时间、液体温度、浓度、PH值、通气量等参数对空化效果的影响。2 水力空化单独作用降解含
5、苯酚、二甲苯废水2.1 试验准备发生装置采用多孔孔板，另配备温度测量仪、压力表、流量计。在水箱内加入190 L水, 配制成一定浓度的含苯酚、甲苯废水。选取水力空化效果较好的孔板(33,2 ，4), 将进口压力控制在14 mH2O 。开启水泵 ,定取样进行分析，测定流量，水温以及Ph 值。2.2 影响因素及最佳运行条件2.2.1降解时间的控制苯酚、 二甲苯降解率随循环时间逐渐增大, 有明显的一级反应动力学特征, 反应速率方程为:ktc cLn 0。苯酚的初始浓度越大,苯酚的 K值越小 ; 二甲苯的初始浓度越大, 二甲苯的 K值越小。 分析认为 : 当水流产生空化后, 空化泡进入正压区时溃灭。在其
6、周围极小的空化范围内产生出19005200 K 高温和超过5.065 107Pa 的高压 5,会使水溶液产生大量OH和 H等自由基 , 在水溶液本体内部和空化泡的气- 液界面处形成高氧化氛围,易挥发的苯酚和二甲苯易于进入空化气泡内部发生高温热解反应或受OH和H自由基攻击产生易被降解的中间体 ,并进一步被氧化分解成CO2和 H2O等, 从而达到降解的目的。2.2.2有机物初始浓度的控制起初苯酚、 二甲苯的浓度越大, 其降解率越大， 随着苯酚， 二甲基浓度的增加，水力空化的降解速度趋于缓慢。分析认为苯酚和二甲苯是挥发性物质, 挥发性有机污染物容易进入空化泡内 ,空化泡溃灭时所产生的高温容易将其降解
7、, 自由基氧化作用虽然存在, 但自由基产率较低 , 因而氧化作用不明显。 未溶解的气核可存在于憎水性的固体缝隙中, 因为在这样的情况下表面张力将起着减小压力的作用, 因而气体并不是被迫溶解, 而可能还保持气相状态。当苯酚、二甲苯浓度较高时, 降解率变小。 一是由于有机物不能完全进入空化泡内, 不能完全地被氧化或热解。二是由于溶液中氧气的减少, 导致空化过程中气泡核通过热传递损失的能量增加 , 从而使空化效应减小。实验表明，水力空化技术降解含苯酚、二甲苯废水的适宜浓度为苯酚 2838 mg/ L,二甲苯 2.93.6mg/L 。因此，水力空化技术适宜于处理微污染水。2.2.3 其他影响因素的控制
8、其他的影响因素有Ph 值，室温，水温等，其中，Ph值和水温的改变主要是由于实验操作所引起的变化，所以比较难以控制和测定。3 H2O2强化水力空化降解二甲苯的试验研究3.1 实验准备发生装置采用多孔孔板，另外配备测压仪器为U型水银测压计和复式U型测压计。3.2 实验结果与结论实验是将水力空化和H2O2共同作用与水力空化单独作用处理废水，并且将效果进行了对比，根据所得试验数据，水力空化和H2O2联合作用的降解效果优于水力空化单独作用，H2O2和水力空化效应对二甲苯水溶液的降解存在协同作用。联合作用的降解率都要大于水力空化单独作用的降解率28.26%。可以看出，加入H2O2以后明显提高了二甲苯的降解
9、率。另外，实验表明，降解5.0mg/L 的二甲苯废水溶液时，加入10mL 25mg/L 的 H2O2较为合适。4 臭氧强化水力空化降解苯酚的试验研究4.1 实验准备发生装置采用多孔孔板，另配备臭氧发生器。4.2 结果与讨论实验是将水力空化和臭氧共同作用与水力空化单独作用处理废水，并且将效果进行了对比，根据所得试验数据，得到以下结论：水力空化强化臭氧氧化工艺降解苯酚水溶液较单一的水力空化或臭氧氧化工艺效率更高, 且明显高于两者效果之和。水力空化强化臭氧氧化工艺存在协同效应,其增强因子f 为 2.35 。在水力空化强化臭氧氧化降解苯酚的系统中臭氧的通入量、多孔板的参数、多孔板入口压力对该系统均有较
10、大影响。通过对这些影响因素的研究, 可知其强化效果突出, 说明利用水力空化强化臭氧氧化技术在水处理中有着良好的应用前景。5 展望本论文同过综合比较了水力空化技术在单独处理苯酚类废水，以及加入H2O2或者臭氧的强化作用，联合应用时效果更佳，水力空化在污水处理中有很好的前景。参考文献1 闻德荪 . 工程流体力学M. 北京 : 高等教育出版社,2004. a 魏群等 . 水力空化装置试验研究 J.湖南城市学院学报（自然科学版）Vol.15 No.4Dec.2006. b 陈利军水力空化在水处理中的应用研究进展J 生态科学Oct.,2006,25(5):476479 C 乔慧琼等水力空化技术降解含苯酚、二甲苯废水的实验研究J 能源环境保护Vol.21,No.2 Apr.,2007;18-20,24 8 王金刚等 . 空化效应在有机废水处理中的应用研究J.化学进展 ,2005,17(3):549553. d 靳晓存 H2O2强化水力空化降解二甲苯的试验研究J 河南建材 2009,5,99-101
