近年來，在美國(guó)、日本、法國(guó)、加拿大和德國(guó)等大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和研究所紛紛致力于超聲空化降解有機(jī)污染物的研究。

超聲波是一種高頻機(jī)械波，具有波長(zhǎng)較短，能量集中，沿直線傳播的特點(diǎn)。而超聲波技術(shù)具有簡(jiǎn)便、高效、無污染或少污染的特點(diǎn)，是近年來發(fā)展的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)。它集高級(jí)氧化、熱解、超臨界氧化等技術(shù)于一體，且降解速度快、能將水體中有害有機(jī)物轉(zhuǎn)變成CO₂ 、H₂O、無機(jī)離子或比原有機(jī)物毒性小易降解的有機(jī)物，因而利用超聲加速化學(xué)反應(yīng)，在處理難生物降解有機(jī)污染物方面具有顯著的優(yōu)越性。

超聲化學(xué)機(jī)理

1.超聲催化。

超聲催化反應(yīng)其主要作用：

一是高溫高壓條件有利于反應(yīng)物裂解成自由基和二階炭，形成更為活潑的物種，二是沖擊波和微射流對(duì)固體表面有吸解和清洗作用，三是沖擊波可破壞反應(yīng)物結(jié)構(gòu)，分散反應(yīng)物系，四是超聲空化導(dǎo)致金屬品格的變形和內(nèi)部應(yīng)變區(qū)的形成，從而提高金屬化學(xué)反應(yīng)活性。超聲條件下的反應(yīng)速率比沒有超聲時(shí)增加了10萬倍，反應(yīng)時(shí)間大且反應(yīng)時(shí)間大大縮短。

2.超聲降解。超聲處理可以降解大分子，尤其是處理高分子量聚合物的降解效果更顯著。超聲降解源于超聲的機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)。

應(yīng)用一，超聲波廢水處理

超聲技術(shù)可用于各種難降解的廢水，主要用于單環(huán)芳香族化合物、多環(huán)芳烴、酚類、氯化烴、氯代化烴、有機(jī)酸、染料、醇類、酮類等多種物質(zhì)的研究，并取得良好的效果。

科學(xué)家試驗(yàn)研究超聲波-好氧生物接觸法處理制藥廢水CODCr去除效果。結(jié)果表明:在超聲波處理時(shí)間60s，功率200w時(shí)，制藥廢水單獨(dú)經(jīng)超聲波處理，CODCr去除率僅為13%–16%;對(duì)好氧生物接觸反應(yīng)器中零時(shí)刻的混合液澄清水，直接進(jìn)行好氧生物接觸處理，CODCr去除率僅30%左右;而經(jīng)超聲波預(yù)處理后再好氧生物接觸處理CODCr總?cè)コ蔬_(dá)到96 %以上。經(jīng)超聲波預(yù)處理后，好氧生物接觸最佳反應(yīng)時(shí)間為12H。

應(yīng)用二，超聲波污泥處理

采用高強(qiáng)度的超聲波可使污泥得到分解，活性污泥為顆粒懸浮凝聚體，其中含有嵌在高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的不同微生物群落。當(dāng)超聲波通過有微小絮體顆粒的流體介質(zhì)時(shí)，其中的顆粒開始與介質(zhì)一起振動(dòng)，但由于大小不同的粒子具有不同的振動(dòng)速度，顆粒將相互碰撞、粘合，體積和質(zhì)量均增大。當(dāng)粒子變大己不能隨超聲振動(dòng)時(shí)，只能做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)碰撞粘合、變大，最終沉淀。

研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于城市污水處理廠含水率為98.44%的濃縮污泥，超聲波的作用頻率為68KHz，聲能密度為0.36w /CM²的條件下，超聲波的作用10秒左右，污泥比阻出現(xiàn)極小值，隨著超聲時(shí)間的加長(zhǎng)污泥比阻逐漸降低，污泥脫水性能得以改善；這是由于超聲波的海綿效應(yīng)促使水從波面?zhèn)鞑ギa(chǎn)生的通道轉(zhuǎn)移到污泥絮體的外部成為自由水。隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)污泥比阻反而升高，污泥脫水性惡化，由于長(zhǎng)時(shí)間超聲波的聲空化及機(jī)械破碎作用，污泥絮體的顆粒粒徑達(dá)到十幾個(gè)微米的級(jí)別，污泥的比表面積增大，水緊密地吸附在顆粒的表面，脫水性能反而降低。