随着工业现代化的大力发展,国民经济和人民生活水平得到了显着提高,但是产生的废水越来越多,废水是造成环境污染的原因之一。工业废水是指含有生产原料、中间产物和产品以及在生产过程中能够产生污染物的废水、污水和废液。下面是工业废水处理毕业论文6篇，供大家参考阅读。
工业废水处理毕业论文第一篇：高级氧化技术处理工业园区废水的研究及应用
摘要：近年来工业园区废水对生态环境的威胁逐渐受到人们的关注。这种废水成分复杂，通常需要在生化处理后接高级氧化单元对废水进一步处理，以使尾水满足排放要求。本文首先对工业园区废水的特点及处理现状进行介绍，然后阐述了在实际工程中常用的几种高级氧化技术的机理，通过对调研的列举部分工程实例进行简述，对各项技术的优缺点进行对比分析，总结了工业园区废水高级氧化技术的现状，最后对高级氧化技术处理工业园区废水治理中的发展趋势进行了展望，以期为今后的工程应用提供参考。
关键词：工业园区; 废水; 高级氧化; 臭氧氧化; Fenton氧化;
Research and Application of Advanced Oxidation Technology for Wastewater Treatment in Industrial Park
Xu Chaojiang Xu Jiangjun Pan Jie Chen Xunxian
Shangyu District Shaoxing Municipal Water Group Co., Ltd. Foshan Water Industry Group Co., Ltd.
Abstract：In recent years, the threat of wastewater from industrial parks to the ecological environment has gradually attracted people's attention. The composition of this kind of sewage is complex, and it is usually necessary to connect the advanced oxidation unit after the biochemical treatment to further treat the sewage to make the tail water meet the discharge requirements. This article first introduces the characteristics and treatment status of wastewater in the industrial park,and then expounds the mechanism of several advanced oxidation technologies commonly used in actual engineering. By briefly describing some engineering examples listed in the survey, the advantages and disadvantages of each technology are described. A comparative analysis was carried out, and the status quo of advanced oxidation technology for wastewater in the industrial park was summarized. Finally, the development trend of advanced oxidation technology in wastewater treatment in the industrial park was prospected, hoping to provide a reference for future engineering applications.
1 绪论
工业园区是指在一定的地域空间范围内，通过集中配置基础设施以及政府制定相关的优惠政策，吸引或引导工业企业及相关配套产业进驻本地区。[1]。在这样一个工业共同体中，每个成员单位通过集体化管理，共同承担部分生产、运行成本，同时也可以获得更大的经济和社会效益。然而，随着工业园区规模的扩大，其内部各行业的企业随之增加，在创造经济价值的同时，各企业排放的废水也给当地资源和环境带来了巨大压力。所以工业园区废水处理对我国生态文明建设和绿色发展战略的实施具有重要意义。
2 工业园区水污染问题
2.1 工业园区废水的特点
工业园区的废水主要来自园区内各企业产生的废水和废液。据《工业园区废水处理管理政策研究报告》统计，截止至2018年9月，我国已有省级及以上工业园2411家，市县级工业园则达到了40000多家。而在省级及以上工业园中，废水处理设施建成率为97%，仅工业废水和生活废水两项的年处理总量就高达971亿吨。而近年来，多地出现工业园区水污染事件的报道，表现出该方面政策及管理的不完善。随着《水污染防治行动计划》的出台，工业园区的废水处理也面临着更高的处理要求。
由于园区内各企业客观上存在行业、生产条件、产品类型、设备性能和管理水平等的差异，导致各企业流入废水处理厂的废水的水质、水量会有很大差别，因此，与城市废水处理厂的废水相比，工业园区所接纳的废水的水量和水质变化巨大，且具有污染物浓度高、种类多、毒性高、难生物降解等特点。正因如此，使得工业园区废水处理厂的处理系统通常缺乏针对性的设计和缺乏管理经验，常规物理+生化处理也难以使其出水达标排放[2]。
2.2 工业园区废水排放要求
在一般情况下，根据企业所属行业类别，国家制定了各行业的具有针对性的排放标准。而由于工业园区内企业所属行业不定，且工业园废水往往统一流入废水厂，经废水厂处理后外排，其排放要求往往由工业园所在地的排放条件来决定。若园区废水厂将废水处理后纳入市政管网，则其处理后的废水各指标需达到《废水综合排放标准》(GB 8978-1996)的三级标准和《废水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343-2010)的要求。若园区废水厂的进水成分复杂，生物难降解且含有有毒有害物质，则执行GB 8978-1996的一级或二级标准来控制。
2.3 工业园区废水处理概况
目前常见的工业园区废水处理厂的主要工艺为“预处理-生化处理”三级处理模式。近年来，随着园区内各行各业企业工艺的迭代升级，在企业的生产过程中往往会产生更复杂的难生物降解有机物，随管网进入园区废水厂，导致废水中的COD更难以降至达标排放。大量研究及应用表明，在生化处理后接深度处理的三级处理模式能有效降低印染废水中的COD，是使废水达标排放的有效方法。深度处理过程主要包括物理吸附、曝气生物滤池、高级氧化技术、膜生物反应器等，主要目的是将生化阶段的尾水进行进一步处理，使其能达标排放或外排。在实际应用中，主要是通过组合工艺，综合各处理单元的优缺点，进一步提高各处理单元的处理能力。在上述深度处理工艺中，以高级氧化技术及其与其他技术的组合应用最为广泛。
3 高级氧化技术简介
高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes,AOPs)是通过化学反应产生羟基自由基(?OH)，并利用?OH的强氧化性对有机污染物进行处理的一种处理技术[3,4]。废水中高级氧化处理的机理大致分为以下两步：(1)?OH的产生：O3、H2O2等氧化剂在一定条件下产生氧化能力极强的?OH。?OH的氧化电位为2.80 e V，氧化性仅次于氟(2.87 e V)，具有能有效地降解和去除有机污染物的能力；(2)有机污染物的分解：?OH在极短时间内将大分子有机物氧化分解成小分子有机物，甚至能够矿化为CO2、H2O。因此，经过高级氧化过程后，废水的可生化性往往在一定程度上有所提高。正因如此，高级氧化技术具有反应速度快、适用范围广、二次污染小等优点，且一般具有良好的处理效果。随着近年来排放标准的提升，该技术也逐渐应用于各行业的废水深度处理过程中。根据高级氧化技术中使用的不同的氧化剂或反应形式，该技术主要分为臭氧氧化、光化学氧化、电化学氧化与芬顿氧化等，而实际工程中以臭氧氧化和芬顿氧化最为常见。下面对工业园区废水处理厂的常见的几种高级氧化技术进行概括，并对其应用现状与发展趋势进行分析，以期为相关研究人员和工程技术人员提供有益参考。
3.1 臭氧氧化工艺
O3作为一种强氧化剂，在任何p H条件均可与水中的污染物成分进行反应，其产物为小分子有机物、H2O、CO2，故其不会造成二次污染。臭氧分子与污染物成分的反应方式主要包含两种：(1)缓慢且有选择性的直接氧化作用；(2)O3分子在废水中经过一系列反应生成?OH，生成的?OH与有机污染物分子反应从而对其进行去除[5]。两种反应方式中，后者具有更强的氧化性，反应速率更快，且具有无选择性。
然而，常规臭氧氧化工艺在实际应用中也有一定的局限性：?OH的生成速率低，在实际工程中难以达到所需处理量的要求；此外，该工艺的运行维护成本高，对废水水质的要求较高，无法应对实际运行过程中水质水量骤变的情况；此外，运行过程中臭氧对设备的腐蚀也不可忽视。
为了提升臭氧催化过程的处理效率，目前主要有如下三种改进方法：
(1)臭氧催化氧化：使用Fe2+、Mn2+、Na OH等催化剂促进?OH的生成，通过?OH将难生物降解的大分子有机物分解为小分子甚至矿化为H2O、CO2而排出体系[6]。
(2)H2O2/O3:H2O2是废水处理过程中常用的氧化剂。H2O2可以与O3反应，产生无选择性的?OH进而与污染物分子反应。O3/H2O2的反应条件温和、设备简单，运行成本低，且可以一定程度上增加水的可生化性[5]。
(3)UV/O3：在UV/O3过程中，紫外光在水存在下将臭氧转化为氧分子和原子氧。原子氧进一步生成H2O2，在UV作用下，H2O2分解形成羟基自由基。UV/O3对COD的去除效率工艺通常比单独的臭氧或UV的效率更高，但是其在能源效率上不如H2O2/UV或H2O2/O3，因为与H2O2相比，O3在水中的溶解度低，抑制了反应的进行。因此，如果污染物浓度较高，运行成本也可能会随之升高。目前，已有部分关于UV/H2O2/O3组合工艺的研究[7]。
3.2 Fenton氧化工艺
芬顿氧化法的原理是通过Fe2+与H2O2反应生成的?OH与废水中的有机污染物反应，从而达到降解有机污染物的目的[8,9]。
Fenton反应的机理起源于1934年Harber和Weiss提出的自由基氧化机理[10]，即?OH氧化有机污染物生成CO2和H2O，其中包含了一系列的复杂反应[11]。
影响Fenton氧化反应的因素主要包含停留时间、反应温度、药剂的投加量以及废水的p H。芬顿反应能有效去除多种有机污染物，且对反应条件要求不高[19]。
此外，也有部分基于Fenton工艺的改进型工艺，例如电芬顿[4]、光芬顿[12]、超声芬顿[13]及各种改进Fenton的组合技术[28]，这些技术已被证明具备一定的研究和实践价值。
3.3 光化学氧化
光化学氧化技术是在通过光催化剂在紫外或可见光照下发生电子的跃迁，产生?OH、?O、h+来对有机污染物进行氧化还原降解的技术[14]。光催化氧化技术的优点如下：反应条件温和；可以应用于大多数难降解有机废水的处理；对微生物、部分无机物均有一定的处理效果；处理后的产物无二次污染。
光化学氧化法具有反应条件温和，运行成本低而且易于与其他高级氧化技术联用等优点，但应用中也有一些不足，比如催化剂的制备成本高，光利用效率不高，且有可能产生毒素更大的中间产物，催化剂回收存在很大的难度等，所以还需要继续深入的研究，才能够推动其在实际水处理中的应用和推广。
3.4 电化学氧化工艺
电化学氧化技术是在常温常压下，通过阳极放电产生?OH而对有机污染物进行去除的技术[15,16]。电化学氧化法的优点是几乎不会产生二次污染，且反应条件温和、装置简单，建造成本低。目前，国外已发展出阳极氧化工艺(anodic oxidation)[17]、电芬顿(electro-Fenton)[18]、光电芬顿(photoelectro-Fenton)[19]、太阳光电芬顿(solar photoelectro-Fenton)[20]等工艺并有一部分应用实例[21,22,23]。但电催化在实际运行中存在氧化效率低，耗电量大，稳定性不高，装置运行维护费用高等缺陷[34]，所以目前电化学氧化法仍处于实验研究和应用摸索阶段，要大规模应用到工业中，还需要进一步的优化工艺参数，提高电化学氧化法的反应效率。
4 工业园区废水的高级氧化处理工程应用
由以上分析可知，在工业废水处理的实际工程中使用较多的仍是臭氧(催化)氧化和Fenton(催化)氧化，而光、电氧化技术往往作为辅助组合工艺使用。
4.1 臭氧氧化深度处理应用及分析
刘兴静等[5]使用“水解酸化/A2O/MBR/臭氧氧化”工艺对天津某工业园区内废水处理厂进行扩容与提标改造，处理规模10000m3/d。该工程设计臭氧接触池2座，有效容积162 m3，臭氧产生浓度60 kg/h；总投资9889万元，运行成本4.03元/m3，出水满足排放标准。茹星瑶等[24]以Cu负载活性炭为催化剂，使用微气泡催化臭氧深度处理化工园区废水。结果表明，该工艺可以将出水COD降至20 mg/L以下，臭氧利用率为97.5%，催化臭氧氧化反应效率为0.554 mg COD/mg O3；何锐等[25]对江苏省某化工园区废水处理厂进行技术改造，设计规模10×104 m3/d，臭氧催化氧化段将COD从A2O出水的60 mg/L降低至45 mg/L，出水水质满足GB 18918-2002中的一级A标准；陈金灿等[26]对某50 000 m3/d工业区废水厂进行提标改造，在原有二级处理工艺的基础上，采用“超滤+臭氧催化氧化(辅以活性炭吸附)”工艺，其中臭氧催化氧化接触池单池水力停留时间为1 h，单池催化剂接触时间为0.5h，正常滤速为5.13 m/h，强制滤速为6.16 m/h，投产后三年的达标运行表明臭氧催化氧化工艺能有效去除难降解有机物。
臭氧催化氧化工艺具有广阔的应用前景，今后应针对新型材料的研发，加大臭氧和催化剂接触面积、防止催化剂流失、降低运行成本等方面进行研究，为工业废水处理提供新的途径。目前也已经有大量工程案例选择臭氧高级氧化作为深度处理工艺，但需要注意的是，在实际运行中，由于O3的不稳定性，需要现制现用，投资成本和运行成本较高。此外，O3对设备的腐蚀和操作人员的潜在危害也不可忽视。
4.2 Fenton氧化深度处理应用及分析
韩小刚等[27]针对某市工业园区5 000 m3/d焦化废水处理出水水质难以稳定达标的问题，首次采用“前端各厂A/O预处理—后端园区OAO+Fenton深度处理”的工艺模式，工程调试运行表明，COD去除率高达99%，达到GB 16171-2012直排标准。潘兴华等[28]使用“Fenton+BAF”组合工艺对化工园区生化出水进行深度处理，其中Fenton工艺可以将COD从140 mg/L降低至84 mg/L左右，经过BAF后出水COD约42 mg/L，系统运行费用约2.94元/t。周鹏飞等[29]对使用“Fenton+混凝+磁分离沉淀”技术对工业园区综合废水处理设施进行提标改造。该项目进水中含大量难生物降解有机物，二沉池出水COD为55～120 mg/L，经深度处理后出水能满足排放需要。主要设计参数：总停留时间为1 h、加药量硫酸120 mg/L、Fe SO4 200 mg/L、H2O2 100 mg/L、石灰350 mg/L。曹国民等[30]使用Fenton工艺对某化工企业园区的集中式废水处理厂进行升级改造，相应的处理后出水COD和TP分别稳定在60mg/L和0.4 mg/L以下，可达标排放，核算每吨废水的Fenton药剂成本约为0.9元。陈思莉等[31]采用“UASB+A/O+Fenton”工艺处理某工业园废水进行处理，该废水的主要来源为精细化工企业经过预处理后的废水。经该工艺处理后，废水的COD从500 mg/L左右降至90 mg/L以下，BOD5从300 mg/L左右降至20 mg/L以下。
Fenton氧化工艺作为一项成熟的高级氧化深度处理技术，在全国范围内已经得到了广泛的应用。然而，Fenton工艺对水力条件、污染物性质的要求较高，工程设计上长期没有相应设计规范指导，导致部分设施在实际运行中常需投入更高的运行成本才能满足达标排放的需要。2020年，随着《芬顿氧化发废水处理工程技术规范》的实施，对常规Fenton及各种改进Fenton工艺的设计、运行维护的技术要求做出指导性意见。
4.3 工业园区废水高级氧化技术对比分析
Fenton氧化工艺操作较简便且污染物去除效果好，但是其反应要求p H为酸性，且污泥产量高，对p H的中和和污泥的处理处置是其制约因素。此外，实际工程案例表明，臭氧氧化对COD的去除效果要低于Fenton氧化工艺，主要原因是对某些COD成分复杂且去除要求高的工业废水处理效果不理想，要达到去除目标需要相当高的臭氧投加量，也就意味着较高的建设成本和运行成本。而电化学氧化和光催化氧化，由于其材料制备复杂或者反应器复杂、能耗高、效率有待提升等问题阻碍了其工程应用。
随着日趋严格的环保要求，很多废水处理厂的工业废水处理线也要求提标至《城镇废水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准(COD≤50mg/L)。而不同工业废水水质差异很大，COD成分差异也很大，有时需要几种深度处理工艺的组合才能达到如此高的排放标准。例如某以精细化工废水为主的工业废水处理厂，常规生化处理无法去除其中的难降解部分COD，传统的高级氧化技术也难以将COD去除至排放限值，或者所需药剂量非常大以致于工程上很难实施。该厂最终选择了Fenton催化氧化和臭氧催化氧化的组合工艺，必要时还可辅以活性炭/焦吸附。
由于工业园区水质的复杂性与差异性，建议工业废水处理工程选择工艺方案时，进行前期试验研究以获得最佳的工艺路线与工艺参数。
5 展望
与传统废水处理技术相比，高级氧化过程能把难生物降解的有机污染物分解成小分子有机物或直接降解为CO2和H2O，同时提高废水的可生化性，便于在后续工艺中使用曝气生物滤池等工艺，保证废水中的COD能得到进一步去除而达标排放，满足日益严峻的排放标准需求，已然成为近年来水处理的热点研究方向。
然而由于目前各种高级氧化过程存在建设成本高，且例如O3氧化、Fenton氧化等过程，需要在运行过程中不断投入反应药剂和催化剂以保证处理效率，而这也造成了高级氧化过程的运行成本也居高不下，因此还需要继续深入的研究，以在降低运行费用的同时提高处理效率。已有研究与工程实践表明，使用催化剂的臭氧催化氧化和Fenton催化氧化相比传统氧化的效果显着提升，可进一步研究开发新型高效催化装置。另外，研究各处理单元之间的组合应用，进一步的优化工艺参数提高氧化速率和效率，充分发挥高级氧化技术的优势，以及在实际应用过程中结合其他生化处理和深度处理工艺等方式，提高工业废水的处理效率，实现废水零排放处理目标。
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工业废水处理毕业论文第二篇：超声波除沫在工业废水处理中的应用
摘要：在工业废水处理过程中，泡沫消除一直是很棘手的问题。虽然市面上已有很多物理或化学的除沫方法，但效果都不是很理想。根据超声波的特性设计试验，研究了超声波装置侧装和顶装的除沫效果，并对超声波频率、超声波与泡沫的距离以及溶液温度对泡沫消除速率的影响展开了试验研究，得到了良好的效果。
关键词：超声波; 废水处理; 除沫;
Application of Ultrasonic Defoaming in Industrial Wastewater Treatment
LI Wei-zheng LIU Bao WANG Hai-bo CHEN Xiao-qing LI Jian LI Ya-xian
Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd.
Abstract：In the course of industrial wastewater treatment, the removal of the bubble has been a very difficult question. Although many physical or chemical methods of defoaming are available,they didn't work out so well. In this paper, according to the ultrasonic characteristics, a test was designed,the defoaming effect of the side and top mounting of the ultrasonic device was studied. The effect of ultrasonic frequency, the distance between ultrasonic wave and foam, and solution temperature on foam removal rate was studied, and good results were achieved.
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[1]。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[2]。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。
1 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。
1.1 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。
1.2 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。
1.3 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。
1.4 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。
2 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20 000 Hz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。
2.1 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[3]。
2.2 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[4]。
2.3 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[5]。
3 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，均得到了显着的效果。
3.1 超声波侧装除沫试验
侧装试验是将超声波装置固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，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，试验示意图如图1所示。
图1 侧装示意图
根据试验数据作出图像如图2,3条虚线表示自然除沫的图像，3条实线表示超声波除沫的图像，从图像中可以看出，超声波除沫的速率短时间内明显快于自然除沫的速率，超声波在除沫上的应用必然会有显着的效果。
图2 自然除沫与超声波除沫对比图
3.2 超声波顶装除沫试验
顶装试验是将超声波装置固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沫效果的影响分别进行试验，试验示意图如图3所示。
图3 顶装示意图
3.2.1 超声波频率对除沫影响的试验
超声波是频率为2×104～5×108 Hz范围内的声波，本次试验取20～40 k Hz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20～40 k Hz之间选定频率跟踪范围±4 k Hz，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。
根据试验数据作出图像如图4，从图像中可以看出，超声波频率在24 k Hz以上都可以达到满意的效果，但再增大频率虽然可以缩短除沫时间，缩短的并不明显，出于节能考虑，超声波频率设置在24 k Hz最为合适。
图4 不同频率超声波除沫试验对比图
3.2.2 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10～50 cm的距离作为研究范围。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10～50 cm之间选定距离范围±10 cm，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。
根据试验数据作出图像如图5，从图像中可以看出，超声波与泡沫的距离在20 cm以下都有明显的效果，但再增大距离虽然与自然除沫相比也可以缩短除沫时间，但由于超声波的方向性，距离再加大效果与自然除沫效果差别已不大。
图5 超声波与泡沫不同距离除沫试验对比图
3.2.3 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。
根据试验数据作出图像如图6，从图像中可以看出，随着溶液温度的增加，泡沫消除的效率更快，但差别并不是很大。
图6 不同溶液温度除沫试验对比图
4 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24 k Hz时除沫效果最为合适，超声波与泡沫的距离在20 cm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。
参考文献
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[5] 曾宇，张庆文，刘永垒，等.工业发酵中泡沫控制方法探讨[J].中国酿造, 2011(9):234.
