【文章內(nèi)容簡介】 目的就是在恒定輸出功率條件下盡可能提高混響場強度,增強空化效果。反應器可以是間歇的或連續(xù)的工作方式,超聲波發(fā)生元件可以置于反應器的內(nèi)部或外部,可以是相同頻率的或不同頻率的組合。與雙頻系統(tǒng)相比,三軸對稱的聲場能極大地提高聲能效率 。（7）催化劑因素添加少量催化劑,如氧化性物質(zhì)、Fenton 試劑、鐵粉等,可促進空化過程中氣泡界面上氫氧自由基、過氧化氫等氧化性物質(zhì)的產(chǎn)生,提高超聲波降解污染物的氧化強度,加快反應速率,促進有機污染物的降解 ?6?。 研究的目的及內(nèi)容 超聲波在染料廢水處理中的應用概況 已經(jīng)研究過的超聲降解物系很多,包括鹵代脂肪烴[25,26,36] 、單環(huán)和多環(huán)芳哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）12烴[11 —13,37]等眾多有機物,另外也有結(jié)構(gòu)復雜的農(nóng)藥類物質(zhì)[20] 、染料、天然有機物類[30 ,31,38]以及酚類物質(zhì)[39—41]等。盡管超聲降解是一種比較通用的降解方法,但在相同的降解條件下各種有機物的響應程度不同,這與被降解分子的性質(zhì),如結(jié)構(gòu)和化學穩(wěn)定性以及降解機理有關(guān),因此,必須根據(jù)具體物系來研究相應的優(yōu)化降解條件。實驗過程中通過測定可滴定的氯含量增加,pH 降低,UV/可見光吸收光譜的變化,水溶液電化學性質(zhì)的變化以及聲解產(chǎn)物的形成或目標物的分解等實驗,發(fā)現(xiàn)很多化合物在溫和的超聲波條件下即可發(fā)生分解或轉(zhuǎn)化。在超聲降解的工業(yè)化應用方面,毒性中間體或毒性產(chǎn)物的回避也是一個需要研究解決的重要問題。實驗表明,選擇合適的工藝條件,這個問題是可以得到解決的。超聲降解技術(shù)對各類有機物具有廣泛的適應性,它可以單獨使用也可與其他水處理技術(shù)聯(lián)合應用。而且只要條件合適,有機物可以被徹底礦化為二氧化碳和無機離子,是一種環(huán)境友好的水處理技術(shù),具有良好的發(fā)展和應用前景。超聲降解技術(shù)要實現(xiàn)工業(yè)化,需要解決的主要問題是:提高聲能的利用效率。提高聲解的速率和程度。避免有毒中間體或產(chǎn)物的產(chǎn)生,而這些效果的獲得在很大程度上是與超聲波反應器的合理設計有關(guān)的。另外將超聲降解與其他降解技術(shù)耦合,也具有很大的發(fā)展?jié)摿??！　　　　?立題的意義及主要研究內(nèi)容用超聲波降解水中的化學污染物,尤其是難降解的有機污染物,是一項新型水處理技術(shù)。由于在理論和技術(shù)上還存在許多問題,如pH值，時間，功率W ，超聲波頻率，曝氣充氧與否，初始濃度，催化劑因素等因素影響超聲對染料廢水降解率,本課題的目的就是研究這些因素對超聲波降解染料廢水到底有何影響，近而確定最佳工藝條件，使降解率最大。本課題將通過應用正交試驗法對反應體系pH 值、反應時間、輸出功率W 、處理廢水的初始濃度四種影響因素研究。在我國，隨著染料合成、印染等工業(yè)廢水的不斷排放和各種染料的不斷使用,造成環(huán)境污染日趨嚴重。因此優(yōu)化工藝條件，提高超聲波降解染料廢水的效率，對我國的環(huán)境保護事業(yè)意義深遠。哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）132 實驗材料、儀器設備及實驗方法 主要試驗試劑和儀器藥品出廠廠家表[實驗藥品采用分析純級試劑]藥品 廠家 羅丹明 天津市雙船化學試劑廠 高錳酸鉀 天津市博迪化工有限公司 亞硫酸氫鈉 天津市雙船化學試劑廠 氫氧化鈉 天津市天新精細化工開發(fā)中心 過氧化氫 沈陽市東陵精細化學公司 鹽酸 哈爾濱市新達化工廠 濃硫酸 天津市雙船化學試劑廠 硫酸亞鐵 哈爾濱市新達化工廠 硫酸銀 哈爾濱市新春化學試劑廠 重鉻酸鉀 天津市雙船化學試劑廠 硫酸亞鐵銨 哈爾濱市新達化工廠 試亞鐵靈 實驗室提供儀器一覽表儀器及型號 廠家電子天平 上海精密科學儀器有限公司天平儀器廠 DK8D型酸度計 上海精密科學儀器有限公司雙頻數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司PHS3C型紫外分光光度計 上海光譜儀器有限公司電爐 實驗室提供哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）14 實驗方法 羅丹明染料廢水配制 用電子天平準確稱取 1g羅丹明固體，溶于 500mL的燒杯中，再倒入 1000mL的容量瓶中，加蒸餾水至刻度線，均勻溶解后待用。 重鉻酸鉀法測 COD 重鉻酸鉀溶液的配制：，先溶于500mL的燒杯中，然后置于1000mL的容量瓶中，標定后待用。 硫酸硫酸銀溶液的配制：用電子天平準確稱取5g硫酸銀固體，溶于事先倒入少量濃硫酸的500mL的燒杯中，然后置于500mL的容量瓶中，再加濃硫酸至刻度線，放置一天后待用。 硫酸亞鐵銨溶液的配制： 硫酸亞鐵銨固體,溶于500mL的燒杯中,加20濃硫酸于燒杯中，然后倒入1000mL的容量瓶，加蒸餾水至刻度線，待用。 取20mL待測水樣于250mL磨口錐形瓶中，加幾粒沸石，再加10mL重鉻酸鉀溶液和30mL硫酸硫酸銀溶液，加熱回流2小時，加90mL蒸餾水，冷卻后滴加三滴試亞鐵靈指示劑，最后用硫酸亞鐵銨溶液滴定。 水合二氧化錳的制備 ?4?實驗中水合二氧化錳生成的四種方法如下：方法一：用硫酸錳、次氯酸鈉及氫氧化鈉反應制備二氧化錳，反應方程式如下：MnSO4+NaClO+2NaOH=MnO2+H2O+NaCl+Na2SO4方法二：用高錳酸鉀和亞硫酸氫鈉反應制備二氧化錳，反應方程式如下：哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）152KMnSO4+3NaHSO3=2MnO2+NaHSO4+Na2SO4+K2SO4+H2O方法三：用高錳酸鉀和過氧化氫反應制備二氧化錳，反應方程式如下： 2KMnSO4+3H2O2=2MnO2+3O2+2KOH+2H2O方法四：3S 2O32 +8MnO14 +H2O =8MnO2↓+ 6SO 42 + 2OH1（注：本實驗主要用第四種方法。）3 結(jié)果與討論 超聲波單獨作用試驗 處理廢水的初始濃度對 COD 去除率的影響 實驗條件:`39。 ,擬廢水,pH值調(diào)節(jié)到3左右,在超聲頻率45KHz,超聲功率為100%，超聲時間50min的條件下，測定出水的化學需氧量,并計算其COD去除率. 實驗結(jié)果見圖31.圖 31初 始 濃 度 對 COD去 除 率 的 影 響05101520253035COD去除率%初 始 濃 度 哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）16 從圖31 可看出,進水濃度越大,其去除率明顯下滑,超聲波的作用在濃度高的有機廢水中很難體現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)降解速度(或速率常數(shù))隨溶液初始濃度的升高而下降,廢水中有機物濃度越高,廢水在物理化學性質(zhì)上偏離純水就越大,例如比重、粘度和蒸汽壓及表面張力等都發(fā)生了顯著的變化,從而導致超聲波在水中的空化效應大為減弱. 因此,在超聲波降解羅丹明廢水實驗中,初始濃度較低即初始負荷較低與高濃度負荷相比,處理效果要好。 反應體系 pH 值對 COD 去除率的影響 ,COD為324mg/L,調(diào)節(jié)不同的pH值,反應溫度控制在20℃～30℃,在超聲頻率45KHz,超聲功率為100%，超聲時間50min的條件下，測定出水的化學需氧量,并計算其COD去除率。實驗結(jié)果見圖32圖 32pH 值 對 COD去 除 率 的 影 響0510152025303540 pHCOD去除率%pH 由圖32 可知,羅丹明廢水處理結(jié)果隨著pH值增大而呈現(xiàn)出下降趨勢,然而在pH,有所上升,但不如在酸性條件下。每次超聲處理完后測其pH值,都有不同程度的增大,經(jīng)比較,在酸性條件下其pH值增大的幅度較大, 時的COD去除率最大。哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）17 超聲強度對 COD 去除率的影響 實驗條件為,采用不同的輸出功率40%,60%,80%,100%.,COD為324 mg/L,反應溫度控制在20℃～30℃,在超聲頻率45KHz,超聲時間50min的條件下，測定出水的化學需氧量,并計算其COD去除率。實驗結(jié)果見圖33圖 33聲 強 度 對 COD去 除 率 的 影 響051015202530354040% 60% 80% 100%輸 出 功 率COD去除率%輸 出 功 率 由圖33可知,隨著超聲功率的增大，羅丹明廢水COD的去除率就越大，總體來看,在超聲波降解羅丹明廢水過程中,用高功率更有利于有機物的降解,但能耗增大。 反應時間對 COD 去除率的影響 ,反應溫度控制在20℃～30℃,在超聲頻率45KHz,超聲功率為100%，超聲時間50min的條件下,測定不同反應時間出水的水質(zhì)指標,考察反應時間對COD去除率的影響。實驗結(jié)果見圖34哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）18圖 34反 應 時 間 對 COD去 除 率 的 影 響051015202530354010 20 30 40 50 60 80反 應 時 間COD去除率%反 應 時 間 由圖34可知,羅丹明廢水在超聲波輻射初期,COD去除率逐步上升,一直到50min達到最高點,隨后大幅度下降,羅丹明發(fā)生降解,而且與COD的測定方式有關(guān)。在超聲波作用下,一部分染料發(fā)生降解,使COD去除率上升,而降解中間產(chǎn)物不斷積累。這部分中間產(chǎn)物大部分成為可以被重鉻酸鉀氧化的有機物使染料分子中原來隱性的COD可以被檢測出來,而這種現(xiàn)象可能會有利于以后的生物處理,但卻導致出水COD值增加,COD去除率大幅下降。這種,超聲波輻照羅丹明染料廢水的最佳反應時間應為50min。 設計正交實驗，確定超聲降解羅丹明染料廢水的最佳工藝參數(shù) 根據(jù)單因素實驗確定影響超聲降解羅丹明染料廢水的主要因素為初始濃度、pH、超聲強度以及反應時間。為此進行四因素三水平L 9(34)正交實驗，探討超聲降解羅丹明染料廢水的影響。正交分析實驗的因素和水平如表31 所示：表 31水平因素表因素水平A濃度 g/LBpHC超聲強度%D時間 min哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）191234070100405060表 32正交試驗設計與結(jié)果試驗編號 A B C D 降解率%哈爾濱商業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）20123456789K1K2K3極差R優(yōu)水平27225A1217B2407010070100401004070172811C34050606040505060