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工业废水处理超声波除沫技术
来源：广州超禹膜分离技术有限公司
发布时间：2024-01-26 09:04
在大部分工业生产的过程中，都会产生工业废水。国家“十二五”规划明确提出，要深入贯彻节约资源和保护环境基本国策。污水处理是环保领域的重要一环，而工业废水的处理则是污水处理中最难处理的部分。工业废水的蒸发浓缩处理工艺常会用到多效蒸发，多效蒸发是将多个单效蒸发通过串联的方式得到的一种蒸发型式。废水物料在蒸发分离处理过程中经常会产生过多的泡沫，一部分泡沫是物料在蒸发加热过程中产生的气体，由于压力的变化从液体内部溢出产生的，还有一部分泡沫是物料在撞击罐壁的机械力作用下产生的。因工艺前端预处理欠佳或者物料本身含有表面活性剂等原因，导致物料的黏性过高，起泡能力大或泡沫的稳定性高，致使泡沫生长的速度比破溃的速度更快。过多的泡沫携带浓缩液进入蒸汽及冷凝水系统，会破坏系统的稳定运行；造成冷凝水污染，导致排放不达标；会造成动静设备过流部件的结垢、堵塞等一系列问题。因此对除沫方法的研究尤为重要。
一、常用除沫方法：
消除泡沫是采取一定措施破碎已形成的泡沫，或降低泡沫层的厚度。常用的消除泡沫方法有很多，主要可分为物理方法和化学方法。物理方法主要有静置消泡法、减压消泡法、升温消泡法、流体喷射消泡法、机械搅拌消泡法和超声波消泡法等；化学方法主要有添加消泡剂消泡法、添加改变稳泡剂稳定性的物质等。本文将对常用的几种除沫方法进行介绍。
① 热力除沫法：热力除沫法是物理方法中升温消泡法的一种，其除沫的原理是在温度升高时把液体从泡膜中蒸发掉，在泡沫与加热器接触下或者蒸汽气流作用下使泡沫破裂。加热器的温度在泡沫破裂区应高于表面活性剂溶液的沸点。热力除沫作用是液体蒸发、表面活性剂的温度和表面张力改变以及液体黏度减小的共同结果。热力法除沫有很多的优点，特别是不会导致重复发泡，而且结构简单，成本较低。但也有缺点，如加热器中严重结垢，结果会大大降低其消泡效率，且能耗增大。
② 除沫器除沫法：除沫器除沫法是物理方法中机械除沫法的一种，当带有细小泡沫的气体上升通过丝网时，泡沫与丝网上的细丝相碰撞从而附着在细丝表面上。由于细丝的可润湿性、毛细管作用以及液体的表面张力，使液滴变得越来越大，直至聚集的液滴大到其自身的重力大于气体的上升力与液体表面张力的合力时，液滴会从细丝上脱坠下落。气体通过丝网除沫器之后，所含细小泡沫将大大减少。除沫器有结构简单体积小；除沫效率高；阻力小；重量轻；安装、操作、维修方便等优点。但实际使用中，对细小泡沫的消除效果不是很好。
③ 消泡剂除沫法：消泡剂除沫法是化学方法中的一种，除沫原理主要是向泡沫溶液中添加化学制剂，改变溶质起泡的性质，降低泡沫的表面张力，破坏膜的弹性，促使液膜排液，达到除沫的目的。消泡剂有消泡快，抑泡性能好，扩散性、渗透性好，无生理活性，无腐蚀、无毒、无不良副作用、不燃、不爆，安全性高等优点。但是对出料要求高的产品，添加消泡剂会改变物料成分及性质，不适合使用。
④ 自然除沫法：自然除沫法是物理方法中的一种，主要是利用泡沫间液膜中的液体沿着膜界面渗出，气泡内的气体向外扩散以及一些单个气泡的液膜破裂达到除沫的效果。泡沫破裂的基本过程是脱水收缩，它主要依赖于重力作用，这一作用使泡沫的液膜逐渐变薄造成泡沫破裂从而实现除沫。能循环利用又可节约成本，除沫时间较长，对于起泡速度较快的环境不适用。
二、超声波除沫：
超声波除沫法是物理方法的一种。超声波是一种频率高于20000Hz的声波，具有波长短，传播方向性好等优点。工业上采用的超声波除沫法的原理在于利用高频声振动的破坏特性促使泡沫破灭。在超声波众多特性中，有几点对于泡沫的消除工作具有积极作用，本文将进行逐一介绍。
超声波除沫法是物理方法的一种。超声波是一种频率高于20000Hz的声波，具有波长短，传播方向性好等优点。工业上采用的超声波除沫法的原理在于利用高频声振动的破坏特性促使泡沫破灭。在超声波众多特性中，有几点对于泡沫的消除工作具有积极作用，本文将进行逐一介绍。
① 较大能量：超声波有着很大的功率，可以产生较大的能量。当超声波到达某一物质表面时，在声波的作用下，泡沫中物质的分子也会随声波的振动而振动。分子的振动频率决定了分子的振动速度，当频率越高时，速度也就越快。物质分子通过振动获得的能量，不仅与分子质量有关系，也与分子振动速度的平方有关系。所以当超声波的频率越高，分子振动速度越快时，分子获得的能量也就越高。超声波产生的机械能量会使物质的分子得到很大的加速度。把超声波作用在带有泡沫的液体中，机械能量使液体分子产生的加速度，可能会比重力加速度大几十万倍，甚至更大。巨大的加速度，能使液体分子产生比较高速的运动，进而使泡沫破裂。
② 声压作用 :超声波具有很大的能量，会使泡沫产生很大的声压作用。当声波到达泡沫时，超声波的高频振动，会使泡沫的物质分子产生压缩或者稀疏的作用，此时泡沫所承受的压力会发生改变。介于超声波具有很大的能量，就会使泡沫产生很大的声压作用。泡沫在没有受到超声波声压作用之前，只受到大气压力的作用，当超声波到达泡沫上后，如果超声波的振动使泡沫分子产生压缩作用，则泡沫所受的压力增大，压力促使泡沫破裂；如果超声波的振动使泡沫分子产生稀疏作用，则泡沫所受的压力小于大气压力，使泡沫膨胀后破裂。
③ 空化效应：超声波起到的声压作用，可产生空化效应。超声波是一种机械纵波，通过介质进行传播，而它在介质中传播的过程中存在一个正负压强的交变周期。液体内局部压力降低时，液体内部蒸气或气体形成空穴，又称为空化气泡。空化气泡在超声波纵向传播形成的负压区域内生长，而后在正压区域内迅速闭合，在交替的正负压强下不断受到压缩和拉伸的交互作用，最终导致气泡崩溃破碎。在液体中存在的微气核空化泡在声波的作用下产生振动，当声压达到一定值时发生的生长、闭合最终崩溃的动力学过程就是空化效应。
三、超声波除沫效果的试验研究：
根据超声波的特性，设计了一系列试验，对超声波除沫的效果进行了研究。试验用两个不锈钢桶模拟分离器作为实验设备；高泡洗衣粉模拟起泡剂作为溶质使溶液起泡，创造消泡环境；超声装置，提供实验所需超声波。分别对侧装和顶装两种方式的除沫效果，以及超声装置的频率、安装距离以及溶液的温度对除沫效果的影响进行了试验研究，并与自然消泡效果进行了对照，均得到了显著的效果。
① 超声波侧装除沫试验：侧装试验是将超声波装置同定在试验装置侧面进行除沫的试验。取甲、乙两个相同的不锈钢桶，注人等量自来水，再加人等量高泡洗衣粉，使洗衣粉充分溶解，搅拌出几乎等量的等液位泡沫，甲桶采用自然消除泡沫，乙桶采用超声波消除泡沫，每半小时记录两桶的泡沫液位，试验重复进行3次。
② 超声波顶装除沫试验：顶装试验是将超声波装置定在试验装置上方，进行除沫的试验。根据不同的测量要求，分别对超声装置的频率、安装距离以及溶液的温度对除沭效果的影响分别进行试验。
③ 超声波频率对除沫影响的试验：超声波是频率为2×104~5×108Hz范同内的声波，本次试验取20～40kHz的频率作为研究范围。取甲、乙两个不锈钢桶，注入等量自来水，再加入等量高泡洗衣粉，使洗衣粉充分溶解，搅拌出几乎等量的等液位泡沫。同一水温，甲桶超声波发生器距离相同，将超声波频率在20～40kHz之间选定频率跟踪范围±4kHz，研究不同频率超声波下的除沫速率，乙桶作为对照组采用自然除沫法除沫，试验重复进行3次。
④ 超声波与泡沫的距离对除沫影响的试验：本次试验取超声波与泡沫10～50cm的距离作为研究范同二同一水温，甲桶同一超声波频率下，超声波发生器与泡沫距离在10～50cm之间选定距离范同±10cm，研究超声波发生器与泡沫不同距离下的除沫速率.乙桶作为对照组采用自然除沫法除沫，试验重复进行3次。
⑤ 溶液的温度对除沫影响的试验：本次试验取溶液的温度30～100℃作为研究范围。超声波发生器距离相同，同一超声波频率下，溶液温度在30~100℃之间选定温度范围±10℃，研究不同温度下的除沫速率，乙桶作为对照组采用自然除沫法除沫，试验重复进行3次。
四、结论：
超声波除沫法作为一种物理方法，与化学方法相比较，能明显降低消泡成本，不影响产品的质量；与同为物理方法的机械除沫法相比较，设备体积更小，功率消耗更少，消泡效率更高。通过上述一系列的试验，发现超声波装置侧装时的除沫效果要比顶装的除沫效果更好一些。将超声波频率设置在24kHz时除沫效果最为合适，超声波与泡沫的距离在20cm以下都有明显的效果，溶液温度的增加虽可以加快除沫速率，但差别并不明显。
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