超声波技术在高浓度氨氮废水处理中的应用

潘卫福 胡笑妍 金扬旸

摘要：高浓度氨氮废水是常见的化工和工业生产废水，对水体环境污染非常严重，很容易造成水体的富营养化，破坏生态环境。超声波处理技术是高浓度氨氮废水的常见处理方法之一，本文主要介绍了超声波处理高浓度氨氮废水的作用机理，并通过实验分析了超声波处理高浓度氨氮废水在不同的pH值、氨氮浓度、曝气时间以及超声波辐射事件的条件下的效果，以此来找到最佳的超声处理条件。希望通过本文的阅读，能够给高浓度氨氮废水处理相关领域的研究工作者提供一定的帮助和启发。

关键词：超声波技术;高浓度;氨氮废水

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）04-0-01

Abstract：High-concentration ammonia-nitrogen wastewater is a common chemical and industrial production wastewater. It has serious environmental pollution to the water body， which can easily cause eutrophication of the water body and damage the ecological environment. Ultrasonic treatment technology is one of the common treatment methods for high-concentration ammonia nitrogen wastewater.This paper mainly introduces the mechanism of ultrasonic treatment of high-concentration ammonia nitrogen wastewater.The experimental analysis of ultrasonic treatment of high-concentration ammonia nitrogen wastewater at different pH values，The effect of the gas time and ultrasonic radiation event conditions to find the best ultrasonic treatment conditions.It is hoped that the reading of this article can provide some help and inspiration to researchers in the field related to high-concentration ammonia nitrogen wastewater treatment.

Key words：Ultrasonic technology;High concentration;Ammonia nitrogen wastewater

随着工业水平的发展和经济的进步，人们逐渐发现很多的工业生产过程中都会向附近河流排放大量的工业废水，高浓度氨氮废水常见于化工、食品、炼焦等行业的生产过程中。排放到水体中，不仅伴有十分浓烈的刺激性气味，还可能造成水体的富营养化，造成水体中的微生物大量繁殖，氧气稀缺，让其他生物难以生存，严重的破坏生态平衡并对人们生活的饮用水安全造成了威胁，直接影响到人们的健康，因此急需对其进行有效的处理。

1 超声波废水处理的机理

超声波废水处理设备主要包括超声波发生器、换能器以及水槽三个部分组成，超声波发生器是将正常频率的电信号转换成符合要求的高頻电信号（一般频率在20KHz以上），高频电信号通过换能器，由电信号转化成超声波信号，直接作用于盛放在水槽中的废水。

超声波在传播的过程中，存在波峰和波谷，振动过程可以看作是波的膨胀和压缩的过程，在超声波膨胀期间，对水体产生负压，负压作用于水体，就会暂时的割裂水体，并迅速在空隙中形成气泡，我们称这种现象为“空化”。空化形成的小气泡在水体中存续的时间很短，瞬间就会破裂，但是在破裂的过程中，其表面的爆裂不仅会对周围产生一个瞬时的冲击波和超高速的微射流，还能产生高温。当水体中在各处都会形成高温高压的局部环境，就非常有利于化学污染物降解。

此外，在上述的过程中，水分子也会产生撕裂，裂解成·H、·HO、·HO2、以及H2O2等强氧化性的自由基，这些自由基会与水体中的污染物发生化学反应，生成二氧化碳和水，也就是说，在这个过程中，将污染物分解成了无毒无害的物质，实现了废水的净化。

此外，针对高浓度的氨氮废水来讲，空化气泡破裂时产生的高热环境，能够使自用氨发生热解反应，再加上水体中的各种氧化性自由基，水体中就会生产各种氨酸盐，或者生成氮气和一氧化氮排到空气中。

2 影响超声波废水处理效率的因素试验

2.1 试验装置

试验采用ZQ-25-2A超声波发生器，工作电压220V，工作频率50Hz，超声波输出功率25KHz，功率为100w，有两个振子。

2.2 试验水源

实验水源来自某化工厂排水口附近采集的水源，为典型的高浓度氨氮废水。

2.3 实验测试

用玻璃电极法对pH值进行测试，用纳氏试剂光度法对氮离子浓度进行测量。

3 影响超声波废水处理效率的因素

3.1 pH值

控制水体为未曝气原水，室温25℃，超声波频率25KHz，处理时长1h。在这样的前提下通过向废水中加入氢氧化钠调节水体的pH值，测试不同pH值条件下的水体内的氨氮降解率，得到以下结论：当pH值为7时，氨氮降解率为5.61%，当pH值为11时，氨氮降解率为44.66%，根据测试结果可以发现，当pH升高时，氨氮降解率会随之升高，他们之间是正相关的关系。因此，在进行超声波废水处理工作时，可以适当增加水体的pH值。值得一提的是，虽然提高pH值有助于废水的处理，但是当pH值到达一定程度后，降解率的提升开始变得不明显，考虑到成本问题，一般不会调节水体的pH超过11。