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超声技术降解水中有机污染物研究摘要：本文简要地回顾了利用超声技术降解水中有机污染物的基本原理和近年来研究状况。根据实验探讨了具有不同物化性质有机物的降解特性和降解机理以及主要影响因素。此外本文还探讨了超声—紫外、超声—过氧化氢联用技术降解水中有机物的效果。关键词：超声紫外过氧化氢降解有机污染物前言随着边缘学科声化学的建立和超声技术的发展超声技术用于水处理的研究愈来愈受到人们重视。80年代末开始英国、法国、比利时、美国、加拿大、德国、日本、韩国、印度等国有关专家纷纷致力于超声降解水中有机物的研究。我国大陆和台湾省的一些大学也开始了这方面研究。本课题组于1996年开始研究了US以及US－UV和US－H2O2技术降解水中苯酚、氯仿、四氯化碳、4一氯酚、氯苯、丙酸、丁酸、戊酸的研究[12]。目前超声技术用于水处理的研究主要还限于实验室范围。如何将实验室研究向应用方面发展是今后研究的重点。限于篇幅本文仅根据1996年以来的研究成果重点介绍超声降解水中有机物的基本原理、不同物化性质有机物的降解效果及其主要影响因素和US—UV、US—H2O2联用技术的效果。1超声降解有机物的基本原理超声降解有机物是水处理中高级氧化(AOPs)技术的一种。但它又与其它AOPs技术有所区别。即在超声空化过程中除了能产生具有强氧化能力的自由基以外还存在高温热解作用还可能存在瞬态超临界水(SCW)加速氧化。超声空化是指液体中微小泡核在超声波作用下被激化表现为泡核的振荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程。空化泡瞬间崩溃时会产生高温(5000℃以上)和高压(50～1OOMPa)[3]。空化泡内(气相)的水蒸汽在高温、高压下裂解为·0H、·H自由基以及次级自由基·OOH等。部分自由基又会结合形成H2O2空化泡崩溃产生的冲击波和射流使这些自由基和H2O2进入本体溶液。声化学反应如图1所示。在空化泡内(气相)有机物降解主要依靠高温热解和较高浓度的自由基氧化：在气—液界面的液壳区内有机物被自由基、H202及SCW氧化并部分被热解；在本体溶液中有机物主要被自由基和H2O2氧化。图1只是大体的反应位置实际声化学反应比图1所示要复杂得多。对于不同物化性质的有机物质主要作用机理也会有所不同见后文。2不同物化性质有机物超声降解效果由于超声降解有机物的机理不仅有氧化作用还有热解作用因此有机物的挥发性和被氧化性对超声降解效果影响很大。图2表示三种类型有机物——易挥发有机物(三氯甲烷)、挥发性差但易氧化有机物(苯酚)、非挥发且难氧化有机物(三氯乙酸)超声降解效果的比较[12]。由图2可知：(1)挥发性三氯甲烷极易被超声降解而且降解速率受起始浓度影响很小在10min内降解率均达到95％以上；(2)挥发性较差但易被氧化的苯酚超声降解效果较差而且降解率受到起始浓度影响较大；(3)非挥发难氧化三氯乙酸超声降解效果最差。图3为氯苯和4-氯酚超声降解效果对比。由图3可知虽然超声频率和声强与图2不同但所反映的超声降解规律与图2相似即较易挥发的氯苯降解速率远大于难挥发的4—氯酚。挥发性有机物之所以易被超声降解是由于它易于进入空化泡内从而在空化泡崩溃时所产生的高温下热解。自由基氧化作用虽然存在但由于自由基产率较低故氧化作用不明显。而难挥发有机物不易进入空化泡内其降解机理主要是自由基氧化热解作用较小故在自由基产率较低情况下降解速率也较低。3自由基清除剂对不同物化性质有机物超声降解效果的影响正丁醇是有效的自由基清除剂水中C1-和HCO3-对自由基也有清除作用。图4为正丁醇对氯苯降解效果的影响[2]图5为正丁醇对4—氯酚降解效果的影响[2]；图6为Cl-和HCO3-对氯酚降解效果的影响[1]。由图4～图6可知对于氯苯、氯仿两种挥发性有物自由基清除剂对超声降解效果几乎无影响说明挥发性物质的降解主要是高温热解自由基氧化作用极微。自由基清除剂对难挥发的4—氯酚降解效果影响很大正丁醇投量增加降解率下降。例如：经240min超声处理不加正丁醇时4-氯酚降解率为51.8%正丁醇投量为2.5mmol/L时4-氯酚降解率降至9.6％说明难挥发的4-氯酚的超声降解主要是自由基氧化的结果。4pH值对不同物化性质有机物超声降解效果的影响pH值影响水中有机物存在形态。当水PH值低时水中有机物以分子形态为主；当pH值高时水中有机物以离子形态为主。分子容易接近空化泡的气液界面继而蒸发到气泡中进行热解和自由基反应；离子则不易接近气液截面也很难进入空化泡内故有机物降解主要靠本体溶液中自由基氧化。图7为pH值对难挥发的4-氯酚超声降解效果的影响[2]。由图7