1、 空化現(xiàn)象

空化現(xiàn)象是一種當(dāng)液體中壓力受到外力作用而被壓縮到足夠低的臨界壓力時(shí)會(huì)在內(nèi)部形成空腔，這些空腔內(nèi)部充滿(mǎn)了蒸汽以及液體中的溶解氣體。在猛烈的壓縮下，這些充滿(mǎn)蒸汽和氣體的空腔會(huì)內(nèi)爆，從而產(chǎn)生巨大的內(nèi)爆力，引發(fā)局部熱點(diǎn)并釋放大量能量。溫度可高達(dá)500-15000K，壓力范圍是100-5000個(gè)大氣壓。

超聲波空化示意圖

在空化過(guò)程中，除了會(huì)產(chǎn)生高溫高壓之外，還會(huì)引起大量的物理化學(xué)變化。在極端空化條件下，水分子可以分解成多種具有高氧化電位的物種，包括羥基自由基（·OH）、·OOH、H2O2等，與污水中含有的有機(jī)化合物發(fā)生反應(yīng)。同時(shí)，空化泡潰滅所產(chǎn)生的巨大內(nèi)爆力和剪切力可以破壞有機(jī)污染物的分子鍵或使其熱分解，破壞微生物的細(xì)胞壁，從而達(dá)到降解大分子有機(jī)物，破壞污水中微生物的目的。此外空化泡潰滅產(chǎn)生的微射流，局部湍流和微循環(huán)，增強(qiáng)了反應(yīng)物的氣液傳質(zhì)，降低了系統(tǒng)傳質(zhì)阻力。

因此空化被認(rèn)為是一種有效且有前途的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于消毒、細(xì)胞破碎、污泥處理，有機(jī)物降解等領(lǐng)域。在污水處理方面于其他技術(shù)結(jié)合可達(dá)到減少藥劑、提高效率和降低成本的目的。

2、 水力空化

根據(jù)空化現(xiàn)象產(chǎn)生方式的不同，將其分為四種類(lèi)型，分別是：光空化、離子空化、聲空化和水力空化。與其他空化技術(shù)相比，水力空化具有運(yùn)行規(guī)模大、節(jié)能效果好、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是目前十分具有潛力的污水處理技術(shù)。

通常水力空化是通過(guò)液體的流量和壓力的變化所產(chǎn)生，利用節(jié)流閥使流體通道的橫截面變小，通過(guò)壓力降低從而獲取流速和動(dòng)能的增加，與此同時(shí)會(huì)發(fā)生邊界層分離和湍流的發(fā)生，由于局部流體湍流，大量能量以永久壓降的形式損失，液體壓力隨著動(dòng)能的增加而減小，當(dāng)局部壓力降至空化閾值壓力時(shí)便開(kāi)始產(chǎn)生空腔。

而當(dāng)壓力恢復(fù)或上升到空化閾值以上時(shí)，空腔坍縮使微射流在液體收縮的下游產(chǎn)生湍流。這種變化可通過(guò)具有特定結(jié)構(gòu)的裝置引發(fā)，不同裝置的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型不同，但均主要起到節(jié)流閥作用。通常將水力空化裝置分為五種類(lèi)型，分別是文丘里管、孔板型、旋轉(zhuǎn)式、基于渦輪類(lèi)型和其他類(lèi)型。

3、 水力空化與臭氧催化技術(shù)

與單獨(dú)使用水力空化相比，基于水力空化的協(xié)同技術(shù)具有更好的降解效率。將水力空化與其他高級(jí)氧化技術(shù)聯(lián)合使用，不僅可以促進(jìn)污染物分子的降解，還可以減少處理時(shí)間和氧化劑的用量。其中，臭氧催化氧化憑借其非選擇性以及環(huán)境友好性等優(yōu)勢(shì)在全球環(huán)境治理領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。

臭氧，氧化電位為2.07eV，它以空氣或氧氣為氣體來(lái)源，通過(guò)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生，在堿性溶液中具有很強(qiáng)的氧化性能。然而，單獨(dú)的臭氧反應(yīng)僅對(duì)芳香環(huán)和不飽和烴等具有特定官能團(tuán)的有機(jī)化合物有效，對(duì)飽和烴、醇、醛、酮和羧酸等物質(zhì)不起作用。此外，臭氧在溶解到溶液中之前很容易分解為氧氣，并起到有效氧化的作用。

水力空化與臭氧的組合過(guò)程表現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng)，在水力空化條件下，臭氧即可分解為氧化電位較高的·OH（2.8eV），氧化效果僅次于氟（3.0eV）。一方面，該組合系統(tǒng)可以在臭氧較少的情況下顯著提高污染物的去除效率。另一方面，這一運(yùn)行過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物并造成二次污染。節(jié)省能源的同時(shí)降低運(yùn)營(yíng)成本。

結(jié)合水力空化技術(shù)的臭氧高級(jí)氧化裝置應(yīng)用案例

科力邇科技研發(fā)的CDOF(Cyclonic Dissolved Ozone Flotation unit)創(chuàng)造性地將臭氧高級(jí)氧化技術(shù)、空化超臨界催化、旋流技術(shù)和溶氣氣浮技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)各種難處理廢水高效綜合去除，在多個(gè)污水處理工程案例中取得了良好的應(yīng)用效果。