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，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，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，他們之間是正相關的關系。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，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)濟效益和處理結果，上述的處理方式是值得推廣和應用的一種高濃度氨氮廢水超聲處理方案。( >
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