（环境工程专业论文）超声化学综合处理线路板有机废水的研究与用.pdf

论文题目 学科、专业 研究生姓名 导师姓名及 专业技术职务 答辩委员会主 中南大学 2 0 11 年5 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期：斗年上月上日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：塑楚导师签名：j 司逮乏日期：址年月立日 中南大学硕士学位论文摘要 摘要 近年来，由于电子行业的高速发展，线路板需求量大增。线路板 有机废水的排放量也随之而增大。线路板有机废水是一种高c o d ， 难生化降解，成分复杂的有机废水。线路板有机废水含有高毒性有机 物，处理不当而排入环境当中，将造成水体的严重污染。超声是近年 来研究比较多的一种集高温热解，高级氧化技术于一身，易于协同其 他技术的一种水处理技术。本文以线路板有机废水为处理对象，分别 做了三部分的工作，一是对以对苯二酚和苯并三氮唑为目标物的模拟 废水进行超声研究；二是进行超声化学处理线路板有机废水的工艺参 数研究；三是研发超声化学水处理一体化设备并应用于实际废水的处 理。 利用超声进行对对苯二酚、苯并三氮唑模拟废水降解的研究，结 果表明超声对含有对苯二酚、苯并三氮唑的模拟废水均有一定的处理 效果。超声处理6 0 m i n ，对苯二酚的降解率可达到9 7 ；对含苯并三 氮唑超声1 2 0 m i n 后，也可以实现基本去除。超声对处理两种物质的 降解率均随着超声功率的增大而增大，随着p h 值的减小而增大。超 声频率存在一个最佳值。超声降解对苯二酚、苯并三氮唑的反应机理 以自由基的氧化为主，且都遵循拟一级反应动力学。通过正交试验极 差分析结果表明，各因素对超声降解苯并三氮唑降解率影响程度大小 依次为超声频率 超声功率 p h 值。通过g c m s d 结果分析表明， 对苯二酚经过超声降解后，其转变为小分子物质，苯环被开裂。 利用超声对实际线路板有机废水进行处理的探索，得出单独超声 处理废水的最佳工艺条件为：超声频率f = - 2 0 k h z ，p h = 3 ；单独f e n t o n 处理废水的最佳工艺条件：h 2 0 2 浓度为1 0 m m o l l ，亚铁离子浓度为 8 m m o l ；超声和f e n t o n 处理废水具有协同作用，试验工艺条件为： f = 2 0 k h z ，p 肛3 ，h 2 0 2 浓度为l o m m o l l ，亚铁离子浓度为8 m m o l 。 研发一套超声化学水处理一体化设备应用于工厂处理实际废水。 对比现今线路板厂处理有机废水的工艺，针对所存在的弊端，设计了 一套超声水处理设备。确定了该套设备的工艺流程为废水- - - p h 值调 节寸超声氧化( 可协同其他氧化技术) 专送生化处理。 运用超声化学水处理一体化设备处理实际废水的研究结果表明： 最佳的超声处理线路板有机废水方法为超声协同f e n t o n 处理线路板 中南大学硕士学位论文 摘要 有机废水。废水经过超声化学水处理一体化设备处理后，其c o d 值 减少了至少7 0 5 以上，b o d 5 c o d 的比值最大达到了0 2 31 ，可生 化性提高明显。 关键词线路板废水，超声，环状有机污染物，超声f e n t o n ，设 备研发 h 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，d u et ot h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i c s i n d u s t r y , t h ed e m a n df o rp r i n t e dc i r c u i tb o a r d ( p c b ) i si n c r e a s i n g t h e h i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e rd i s c h a r g e df r o mp c bi s a l s o i n c r e a s i n g t h eo r g a n i c w a s t e w a t e ro fp c bi sak i n do f h i g h c o n c e n t r a t i o nc o d o r g a n i cw a s t e w a t e rw h i c hh a r dt ob i o d e g r a d a t i o na n d c o m p l e xc o m p o s i t i o n o n c e i ti s d i s c h a r g e d i n t oe n v i r o n m e n tb y i m p r o p e rh a n d l i n g ，i t w o u l dc a u s e ds e r i o u s p o l l u t i o n u l t r a s o n i c i r r a d i a t i o ni so n eo fa d v a n c e do x i d a t i o nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y w h i c hc a np y r o l y s i s i tc a np r o c e s sw a s t e w a t e rw i t ho t h e rt e c h n o l o g y e a s i l y t h i ss t u d yi st oa p p l yu l t r a s o u n dt od e a lw i t ht h ep c bo r g a n i c w a s t e w a t e r t h r e ep a r to ft h ew o r kw e r ed o n e f i r s t ，t h es i m u l a t e d w a s t e w a t e rc o n t a i n i n gh y d r o q u i n o n ea n db e n z o t r i a z o l ew e r er e m o v e db y u l t r a s o n i c ；s e c o n d ，t h ep r o c e s sp a r a m e t e r sw e r es t u d i e di nt h ep a r to ft h e u l t r a s o n i ct r e a t m e n tw i t hc h e m i c a lf o r d e a l i n g w i t hp c bo r g a n i c w a s t e w a t e r ；t h i r d ，t h et r e a t m e n te q u i p m e n tw a si n v e n t e da n dw a sa p p l i e d t ot h et r e a t m e n to fp c bo r g a n i cw a s t e w a t e ri nt h ep c bw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t t h es i m u l a t e dw a s t e w a t e rc o n t a i n i n gh y d r o q u i n o n e ，b e n z o t r i a z o l e r e s p e c t i v e l yw e r ei n v e s t i g a t e du s i n gu l t r a s o n i ci r r a d i a t i o n t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h eu l t r a s o n i cd e g r a d a t i o no ft h es i m u l a t e dw a s t e w a t e r c o n t a i n i n gh y d r o q u i n o n e ，b e n z o t r i a z o l er e s p e c t i v e l yh a v ec e r t a i ne f f e c t s u n d e rt h ec o n d i t i o no fu l t r a s o n i ct i m e6 0 m i n ，t h ed e g r a d a t i o nr a t eo ft h e s i m u l a t e dw a s t e w a t e rc o n t a i n i n gh y d r o q u i n o n ew a s9 7 b yu l t r a s o n i c t r e a t m e n t ；t h es t u d yo ft h ed e g r a d a t i o no ft h es i m u l a t e dw a s t e w a t e r c o n t a i n i n gb e n z o t r i a z o l e ( b t a ) w a sa l s os h o w nt h a tt h eb t a h a db e e n r e m o v e di nt h es i m u l a t e dw a s t e w a t e ra f t e ru l t r a s o u n d12 0 m i n t h er a t e s o fs o n o l y s i sd e g r a d a t i o no ft h et w os u b s t a n c e sp r o m o t e sw h e nt h e u l t r a s o n i cp o w e ri se n h a n c e d ，t h ep hv a l u ed e c r e a s e s h o w e v e r , t h e u l t r a s o n i cf r e q u e n c ye x i s t sa no p t i m u mv a l u ef o rt h er a t e so ft h et w o s u b s t a n c e s t h ed e g r a d a t i o no fh y d r o q u i n o n e ，b t ab yu l t r a s o n i c t r e a t m e n tw e r ep r e d o m i n a n t l ye l i m i n a t e db ym e a n so fo h o x i d a t i o n i i i 中南人学硕士学位论文 a b s t r a c t a n dt h es o n o d e g r a d a t i o n so fh y d r o q u i n o n e ，b t aw e r ef o u n dt of o l l o wa p s e u d o - f i r s t - o r d e r k i n e t i cm o d e l 1 1 1 er a n g ea n a l y s i so fo i r t h o g o n a l e x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h ei n f l u e n c ed e g r e e so fu l t r a s o n i cf a c t o r so nt h e d e g r a d a t i o nr a t eo fb e n z o t r i a z o l eb yu l t r a s o n i cd e g r a d a t i o ni na s c e n d i n g o r d e r ：u l t r a s o u n df r e q u e n c y u l t r a s o n i cp o w e r p hv a l u e mr e s u l t sb y g c m s da n a l y s i ss h o w e dt h a th y d r o q u i n o n ew a st r a n s f o r mi n t os m a l l m o l e c u l e st h r o u g hu l t r a s o n i ci r r a d i a t i o n t h es t r u c t u r eo ft h eb e n z e n e r i n go fh y d r o q u i n o n ei sd a m a g e d i nt h er e s e a r c ho fm a n u f a c t u r ef o rt h eu l t r a s o n i ct r e a t m e n t e q u i p m e n t ，b a s e do n t h e p r e v i o u s r e s e a r c hr e s u l t sa n dt h e o r g a n i c w a s t e w a t e rt e c h n o l o g yh a n d l i n gp c bw a s t e w a t e r , w ed e s i g nas e to f u l t r a s o n i ct r e a t m e n t e q u i p m e n t f o r t h ew a s t e w a t e r c o n s i d e r i n g t h e e x i s t e n c ed e f e c t so ft h et r e a t m e n tf o rt h ep c bo r g a n i cw a s t e w a t e r 乃e p r o c e s so ft h ee q u i p m e n tf o rt h ew a s t e w a t e rw a sd e s i g n e db yc o n s u l t i n g t h er e l e v a n tl i t e r a t u r e a n dt h ep r o c e s si st h a t ：w a s t e w a t e r 哆a d j u s t e dp h f o rt h ew a s t e w a t e r o x i d a t i o nb yu l t r a s o n i ci r r a d i a t i o n ( i tc a nb ei n c o l l a b o r a t i o nw i t ho t h e ro x i d a t i o nt e c h n o l o g y ) 专b i o l o g i c a lt r e a t m e n t n ec a d e q u i p m e n t c h a r tw a ss e n tt oaf a c t o r yf o rp r o d u c t i o n t h eu l t r a s o u n dt r e a t m e n te q u i p m e n tw h i c hm a n u f a c t u r ei nt h es t u d y w a sa p p l i e dt ot h ep c bw a s t e w a t e rp l a n t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r e m o v a lo ft h ec o do fs o n o d e g r a d a t i o nw a sl o w e rt h a nf e n t o n t r e a t m e n to fw a s t e w a t e r a n dt h eu l t r a s o n i cw i t hf e n t o nh a sac e r t a i n s y n e r g yf o rt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h eo p t i m a lt r e a t m e n tm e t h o df o r p c bo r g a n i cw a s t e w a t e rw a su l t r a s o n i ct r e a t m e n tw i t hf e n t o n t h e r e m o v a lr a t eo fc o dw a s7 0 5 a tl e a s t t h ed e t e r m i n a t i o no ft h ev a l u e o fb o d sa n dc o do ft h ew a s t e w a t e rs h o w e dt h er e s u l tt h a tt h ev a l u eo f b o d f l c o d c rw a sg r e a t l ye n h a n c e d k e yw o r d sp r i n t e dc i r c u i tb o a r d w a s t e w a t e r , r i n go r g a n i c p o l l u t a n t s ，u l t r a s o u n d f e n t o n ，e q u i p m e n tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t i v 中南大学硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i 第一章文献综述l 1 1 线路板有机废水的来源及特点1 1 1 1 线路板有机废水来源l 1 1 2 线路板有机废水的特点2 1 2 线路板有机废水处理方法3 1 2 1 线路板有机废水处理传统工艺：3 1 2 2 线路板有机废水处理工艺的不足4 1 3 超声降解有机物的研究进展4 1 3 1 超声降解有机物的基本机理4 1 3 2 超声降解有机物的影响因素7 1 3 3 超声降解有机物的应用8 1 4 课题研究目的及意义1 0 1 5 课题研究的路线1 1 第二章材料与方法l3 2 1 模拟废水部分13 2 1 1 试剂二一l3 2 1 2 主要仪器13 2 1 3 实验方法13 2 1 4 分析方法1 4 2 2 实际废水部分15 2 2 1 试剂15 2 2 2 主要仪器15 2 2 3 分析方法一16 第三章超声处理模拟线路板有机废水的研究1 7 3 1 引言17 3 2 超声处理废水中对苯二酚1 8 3 2 1 影响因素与降解效果。18 3 2 2 反应机理与反应速率方程2 0 3 2 3 降解产物2 4 v 中南人学硕士学位论文 目录 3 3 超声处理废水中苯并三氮唑2 5 3 3 1 最佳反应时问的确定2 5 3 3 2 影响因素与降解效果2 6 3 3 3 正交试验2 9 3 3 4 反应机理与反应速率方程3 1 3 4 本章小结3 4 第四章超声处理实际线路板有机废水的研究3 6 4 1 引言3 6 4 2 试验结果与讨论3 7 4 2 1 单独超声处理工艺参数3 7 4 2 2f e n t o n 处理工艺参数3 8 4 2 3 超声强化f e n t o n 处理工艺参数4 l 4 3 本章小结4 2 第五章超声化学水处理一体化设备的研制及应用4 3 5 1 引言4 3 5 2 超声水处理设备的研发4 3 5 2 1 工艺概况4 3 5 2 2 工艺流程4 4 5 3 超声化学水处理一体化主体部件的研发4 5 5 4 超声化学水处理一体化设备的应用4 8 5 4 1 应用过程4 8 5 4 2 应用结果讨论。4 9 5 5 本章小结5 1 第六章结论5 2 6 1 结论5 2 6 1 1 超声降解模拟线路板废水的研究5 2 6 1 2 超声处理线路板有机废水工艺参数的研究。5 2 6 1 3 超声水处理设备的研发及应用5 3 6 2 建议5 3 参考文献一5 4 致谢5 8 攻读硕士期间发表论文及获奖情况5 9 v l 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 线路板有机废水的来源及特点 1 1 1 线路板有机废水来源 随着时代的发展，电子产品在人们的日常生活中变得越来越重要。印制电路 板( p r i m e dc i r c u i tb o a r d ，p c b ) 作为组装电子零件用的基板，是电子产品的核 心部分。近几年，我国电子行业的产值每年以2 0 的速度增长，2 0 0 6 年以近1 3 0 亿美元的产值居世界第一f 1 埘。至l j 2 0 1 0 年，总产值2 9 0 亿美元左右，占全球线路板 行业产值比重达到4 2 。 线路板的生产工艺极其复杂，分为单面板、双面板、多面板生产工艺，并在 不同的生产阶段中均会有废水的产生。p c b 废水主要来自于p c b f l t 作过程中的镀 铜、显影、蚀刻、剥膜、防焊绿漆、黑化、c o v e rl a yf i l m 贴合，喷锡前后处理、 除胶渣、镀通孔等工序。 根据线路板生产过程中所产生的废水主要分为以下几类： ( 1 ) 磨板废水。此类废水是在p c b 害j 、磨过程中产生的。主要含有铜粉、 火山灰等； ( 2 ) 含铜废水。此类废水是自是蚀刻、化学沉铜工序产生的。主要含有络 合剂、络合态铜离子、氨氮、少量有机物。 ( 3 ) 油墨废水。此类废水来自于显影、脱膜、湿磨工序。主要含有大量感 光膜，防焊绿油等。 ( 4 ) 化学镀镍废水。此类废水来自于化学镀镍工序。主要含有络合态镍离 子，磷酸盐和少量有机物。 ( 5 ) 含氰废水。此类废水来自于电镀金、化学沉金、化学沉银清洗工序。 主要含有氰化物、络合态的金离子，络合态的银离子等。 一般线路板企业中各生产线排放的废水及污染物成份见表1 1 ，各种生产废 液及母液见表1 2 。 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 序号设施名称 废液、母液 1 1 2 线路板有机废水的特点 线路板中有机废水不同于其它类线路板废水，它是一种高c o d c r 浓度废水， 2 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 通常达n s o o o 1 0 0 0 0 m g l ，甚至有的高达2 0 0 0 0 m g l ，铜离子大约在1 0 m g l 左右， 固体悬浮物s s 约为8 0 0 1 2 0 0 m g l 。p h 值一般呈碱性，有时和高浓度的酸性废液 混合呈酸性，颜色为深蓝色。该类废水的主要成分为树脂、填料、颜料、助剂和 各种溶剂等组成。其中所含的大量树脂可以在酸性条件下析出。 此类废水约d i p c b 废水总排水量得5 左右，但是因其所含成分复杂，难降 解有机物多，难以处理。可以说，对p c b 废水的处理而言，废水c o d e r 能否达标 排放( 1 6 k h z 。在1 9 世纪初，由j p l o u l e 发 4 中南人学硕士学位论文第一章文献综述 现超声的磁弹性探伤和j p - c u r i e 兄弟发现的超声压电效应促进了超声技术的发 展【4 1 。1 9 2 7 年，p d c h a r d s 和l o o m i 【5 l 发表了有关于超声波化学效果的报告，首次 提出了在超声空化时的两种作用过程：加速传统反应的过程和水溶液中的氧化还 原反应过程。在他们的倡导下，形成了声化学( s o n o c h e m i s t r y ) 学科。到2 0 世 纪5 0 年代，超声波探测技术已经应用于实际生活当中【引。到8 0 年代后期，超声 物理化学效应开始被人们重视，并利用此技术进行降解有机污染物方面的研究。 现在的研究表明，超声波是一种集高温热解、高级氧化及超临界氧化等多种技术 于一身，具有降解效率高、用途广，可联合其它技术使用的特点【_ 7 1 。 当前，国内外普遍公认的超声波化学效应机理为空化效应。空化效应是在一 定强度的声场作用下，溶液中的微小气泡发生振动并被迅速地压缩和扩展，当声 波强度达到一定值时，部分气泡迅速膨胀，然后以极高的速度闭合最终崩溃的一 系列动力学过程。其中，在空化效应中的微小气泡为空化泡。在该过程中，空化 泡由于在极短时间内( 仅仅数微秒或纳秒) 振动、生长、收缩、崩裂，而在液体 环境中产生了局部异常的高温和高压环境，形成“热点”【8 , 9 , 1 0 , 1 1 】。n o l t i n g k - n a p p r a i s 方程所推导出来的空化泡崩灭时泡内温度公式见公式1 1 。有些空化泡的不均匀 崩裂还可能产生高强度的冲击波效应。超声正是以这种特殊的形式来产生特殊的 物理化学环境来强化降解或降解有机污染1 1 2 1 。 嘲( 铲n m t ， 其中，r o 是液体的温度，r 是空化泡的初始半径，r 是空化中止时的半径， 1 ，是空化泡内气体的比热容( c p 西) 。由此方程计算出来的“热点温度最高可 达到1 0 0 0 0 k 。空化效应所产生的热点温度变化率可以达到1 0 9 k s ，由此形成的 极端条件可以破坏有机分子的结构【1 3 l 。 水溶液中发生超声空化时，物系可划分为空化气泡、空化气泡表面层和液相 主体三个区域，见图1 2 所示1 1 4 j 。 有机物 图1 - 2 超声空化示意图 5 有机物 中南大学硕上学位论文 第一章文献综述 超声波的降解机理主要是通过以下几个方面实现的： ( 1 ) 高温热解效应 通过空化泡的剧变所产生的高温高压使进入到泡内的液体介质和溶解于液 体中的挥发性物质蒸汽发生化学键断裂。其主要作用的物质为疏水性、易挥发到 空化泡内的有机物。 ( 2 ) 自由基氧化效应 由空化泡崩裂时把物质分子裂解为自由基，生成o h 、h 和h 2 0 2 。羟基自 由基是一种很强的氧化剂，其标准氧化还原电位为2 8 e v ，两个羟基自由基结合 生成一个过氧化氢分子。羟基自由基的反应途径：a 羟基加成；b 羟基夺氢反应； c 羟基电子转移。其中，羟基自由基的电子转移反应通常发生在羟基自由基与无 机物反应之间。其具体的反应过程见图1 - 3 ”】。 伽! 兰一二 e 转移 、1 ，p o x i d j 图卜3 羟基自由基反应途径 ( 3 ) 超临界氧化效应 在空化泡与液相主体之间的气液表面具有很高浓度的o h 和h ，由于空化 产生的高温高压足使空化泡表层的水分子超过临界点而成为超临界水( s c w ) ， 可能存在瞬态超临界水加速氧化和水解，使在常规条件下难以处理的大分子有机 物得到降解。 ( 4 ) 机械效应 空化泡的崩裂产生的巨大的冲击力可以使溶解在液体中的分子化学键断裂。 另外，空化泡崩灭时产生的高速射流可以有效地再液相中的不溶性有机物表面形 成凹坑1 1 6 , 1 7 1 ，破坏其结构。高速射流还可以活化固体表面催化剂，强化质量与能 量的传递过程【1 8 1 。 6 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 由以上分析可以得出，在空化泡内部，有机物主要通过高温热解和自由基氧 化降解；在气液临界表面处，有机物主要被自由基、超临界瞬态氧化和水解得到 去除；在溶液中，有机物主要被自由基氧化降解。在固液多相体系中，有些颗粒 较大的有机物则被高速射流所碎化。 1 3 2 超声降解有机物的影响因素 超声降解有机物的影响因素有很多，在研究超声时要涉及到许多方面的条件 因素，如液体性质，声功率等。在一般的研究过程中，主要考虑的影响因素分为 两大类：声场因素和反应体系因素。 ( 1 ) 声场因素 a 声能强度。超声在单位面积、单位时间辐射到系统中的总能量叫声能强度。 通常情况下，超声波强度越强其所产生的声化学效应也就越强。比如在某一超声 频率的条件下不能够产生空化泡，提高声能强度后就有可能形成空化泡。但是， 声能强度并不是越大越好，当声能强度达到一定值时，声波的振动面与溶液间会 发生退藕现象，使得能量的利用率降低【1 9 1 。另外，过高的声能强度在振动面处 会产生气泡屏，会使声波发生衰减。 b 超声频率。在低频时，超声所产生的空化泡少，振荡周期长，在气泡崩灭 时产生的冲击强度到。在高频时，空化泡多，振荡周期短，空化泡的形成和崩灭 比较快，空化泡可能来不及崩灭。在一定范围内增大超声频率有助于提高超声降 解速率 2 0 , 2 1 , 2 2 1 ，但是并不是所有的高频率都是有利于超声降解的，还要考虑到被 降解物的结构、性质、降解机理等。 ( 2 ) 反应体系影响因素 a 溶液p h 值。溶液p h 值可以影响溶液中有机物的存在形态。由于超声降 解主要是发生在空化泡内及空化泡的气液界面上，而离子形式存在的有机物则不 能够接近于空化界面处，难以进入空化泡内，导致降解率的降低。在一定条件下， 以自由基氧化为主要途径的超声降解，有机污染物以中性分子的形式存在的比例 越高，则超声降解率越大。 b 溶液温度。溶液的温度对于超声降解有机物是有一定的影响的。温度越高 其超声空化阈值越低。空化阈值是引起超声空化现象产生的最低的声压值。温度 过高，大量的介质挥发进入空化泡，导致空化泡中蒸汽压升高，缓冲了气泡闭合 期间的作用力，导致气泡无法发生崩灭，从而减弱了空化效果【i 训。 c 溶液粘度。溶液粘度大的液体发生空化较困难。这是因为粘度越大，超声 所要克服的液体分子间的作用力就越大，空化阈值也就越大，严重地影响了超声 反应的进行。 7 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 此外，超声降解有机物的影响因素还有空化气体【2 3 】，添加物【2 4 】，反应器结 构和辐射时间等1 2 5 1 。 1 3 3 超声降解有机物的应用 ( 1 ) 在处理水体中有机污染物的研究方面 超声技术所处理有机污染物主要有：含单环芳香族化合物、多环芳烃、酚类、 氯化烃、氯代烃、有机酸、染料、醇类、酮类等。超声对这些物质的降解已经取 得不错的效果【2 6 1 。 氯代烃类：陈伟等【2 7 】利用超声降解水中氯苯的研究，发现随着超声功率的 增大，氯苯降解率得到提高，确定了超声处理氯苯的反应机理为直接高温热解。 k r i s h i n a m o h a ng a d d a m 等【2 3 】利用2 0 k h z 的超声波对三氯乙烷进行超声降解，处 理6 0 m i n ，结果发现其降解率为9 8 0 旷9 9 8 ，1 ，l ，1 三氯乙烷基本去除。l i a n gj 等1 2 9 1 利用超声降解水中氯代芳香烃，研究发现本体溶液中的固体颗粒可以有效 地促进超声声化学降解速率。在其论文中所作出的解释为：固体颗粒的存在，一 方面打破了纯液体环境，降低了溶液的空化阈值，使得空化效应容易了。另一方 面固体表面的不均匀性有助于机械效应破坏大的颗粒和分子，使有机物降解。 对芳香族化合物：v i s s c h e r 等【3 0 l 用5 2 0 k h z 的超声波分别对苯、乙苯等溶液进 行研究，结果发现其降解反应均为一级反应，且在分析时发现甲苯主要转化为稳 定的无机物和非挥发性或难挥发性物质。j a m e s 等【3 1 1 运用2 0 k h z 的超声进行了降 解水体中间二甲苯的研究，得出在超声功率为1 7 3 w 的条件下，降解反应速率常 数为0 0 3 3 0 0 0 2 m i n 。谢炜平等【3 2 】采用高频超声降解活性红m x 5 b 模拟废水， 分别考察了不同p h 值，超声功率，超声频率，二价铁离子对超声降解过程中的 影响，其结果发现，高频超声降解水体中活性红m x 5 b 在酸性条件下，经过 1 8 0 m i n 后，活性红m x 5 b 模拟废水完全脱色，其芳香结构大部分遭到了破坏。 它是通过自由基氧化作用进行降解的，并遵循拟一级反应动力学。 酚类：j i a n gy 掣3 3 】进行了超声降解4 c p 的研究，发现o h 对4 c p 的氧化 作用主要是在气液界面上，并观察到在低温是的反应速率比在4 5 时要快的多。 其给出的解释为：高温下水蒸气进入空化泡中，使空化泡内气体的饱和蒸汽压降 低了，从而空化强度也随之降低，导致热点处得温度和压力下降。j i h - g a wl i n 等1 3 4 1 利用超声强度在0 , - - 2 6 5 w c m 2 ，频率为2 0 k h z 的超声降解水体中的2 二氯 苯酚，结果表明其降解遵循拟一级反应动力学。z h a o b i n gg u o 等1 3 5 】利用2 0 k h z 的超声降解初始浓度为2 0 m g a z 的2 ，4 二硝基苯酚溶液，超声4 h ，结果发现，随 着功率的提高，其降解率不断增加，最高的降解率为2 3 5 。 ( 2 ) 在处理高浓度有机实际废水研究方面 8 中南大学硕上学位论文 第一章文献综述 其超声波所处理的废水有：处理造纸废水、印染废水、制革废水、焦化废水、 制药废水、垃圾渗滤液等，并取得较好的效果。 祁梦兰等【3 6 1 运用超声处理染料废水，提高了此废水的可生化性，b o d 5 c o d 由原来的0 2 2 - 0 2 8 提高到o 4 4 枷5 1 ，废水的可生化性得到极大的提高。 李志建等1 3 7 】运用了超声波，后经厌氧发酵的方法来处理碱法草浆黑液。其 结果表明，与单独厌氧发酵处理相比，加入超声波处理后，c o d 去除率提高了 2 0 ，总的去除率达到5 7 6 9 ，且处理后污泥的活性增加了，综合毒性降低。 胡学伟【3 8 1 用超声波处理垃圾渗滤液，结果发现，在一定值p h = 7 和温度5 5 c 下，超声处理了2 4 0 m i n ，渗滤液c o d 由3 7 0 5 0 m g l 降低到1 4 1 4 0 m g l ，c o d 去除率达到6 1 9 6 。 李国英等【3 9 l 用超声超声波与混凝沉淀法进行了制革废水的处理研究。结果 表明单独超声作用6 0 s ，其c o d 去除率为4 0 6 ；先施加超声6 0 s 后投加混凝剂 比不用超声波处理c o d 去除率提高了1 0 以上。超声技术用于混凝沉淀法处理 制革废水有明显的强化作用。 o s c h l a f e r 等【4 0 j 使用超声与生物技术联用处理食品废水。观察到，在超声频 率为2 5 k h z ，超声强度为1 5 w l 的超声作用下，其生物降解率降解完全。这表 明超声促进了生物的降解。 马晓利等【4 i l 使用超声辐照活性污泥法处理焦化废水。研究发现，超声处理 一段时间后，废水中的一部分有机物彻底矿化，一部分难降解有机物转变成易生 化降解的有机物，其c o d 去除率比单独采用活性污泥法明显提高，总的c o d 去除率由4 5 提高到了8 l 。 ( 3 ) 超声与其他技术组合处理废水 a k i n o r i 等1 4 2 l 利用超声波与光催化氧化结合处理染料废水，超声波与光催化 的协同作用大大提高了废水污染物的降解率。陈芳艳等【4 3 j 采用u s ( 超声波) 协同 f e n t o n 试剂氧化法处理焦化废水，研究表明在相同条件下，u s f e n t o n 试剂协同 法的处理效率比单独f e n t o n 试剂氧化法的处理效率提高了约2 0 ，且反应时间 显著缩短。v s v i t e l s k a 等1 4 4 1 研究了超声与双氧水联用降解凝缩单宁酸，分别对 两种处理技术作了对比。结果表明，两种技术联用降解凝缩单宁酸的降解率相对 于单独超声、单独双氧水氧化要大2 0 3 0 。w e a v e r s 等利用超声波与臭氧结合 降解芳烃化合物，取得了一定的效果，其在论文中所作出的解释为：在超声的作 用下，臭氧发生分解，产生原子氧与空化泡内的水蒸气作用产了羟基自由基。羟 基自由基对有机物进行降解。吴国枝等【4 5 】采用超声、臭氧、光催化三种技术组 合处理苯酚废水，三者单独对废水处理的的降解率分别为8 ，3 6 和3 5 ，而 总降解率则达到8 5 。其给出的解释是超声的机械作用对促进了臭氧的在废水中 9 中南大学硕上学位论文 第一章文献综述 的扩散，加上声光催化作用，产生过氧化氢，从而促进了更多羟基自由基的产生。 1 4 课题研究目的及意义 现代信息社会离不开电子技术，而电子技术的核心部分是集成电路。印制电 路板( p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ，p c b ) 是组装电子零件用的基板。在全球的p c b 市 场中，中国所扮演的角色日趋重要。现今，中国已经是世界第一大印制电路板 ( p c b ) 生产基地。随着线路板厂售量的增大，线路板厂所排放的废水量也逐渐 增大。目前，印刷线路板废水在污染物总量控制和再生利用方面还没有行之有效 的新型高效净化工艺。排放的废水虽然在污染物浓度控制方面满足了各个行业标 准要求，但是其污染物在总量控制上并没有实质性的达标。废水中的有毒有害、 难降解物质并没有真正去除，只是浓度减少而已。 超声处理废水是最近几十年发展起来的深度氧化新兴技术，是一种绿色、环 保、无二次污染的废水处理方法。它克服了传统的废水处理技术中存在的问题， 能更好的修复日益恶化的水体环境，主要优点是可以使大多数污染物的分子结构 破坏而形成易于生物降解的产物。其作用原理是通过超声产生的机械效应、热效 应、声空化效应、热解效应、自由基效应、声流效应等作用，使废水中的有机物 直接间接转变成易降解物质，甚至可以使某些物质直接转变成水和二氧化碳，从 而达到去除废水中有毒有害、难降解有机物的目的。 线路板有机废水虽然只占有线路板废水总排水量的5 左右，但是该废水所 含成分复杂，难降解有机物多，污染物难以去除，c o d 值相当高。线路板废水 达标排放( c o d c r b a 最优方案 a lb 2c l 从表3 5 的极差分析结果可知