水力空化降解水中有机污染物的机理与效能研究

Water shortages and water pollution have become the two major issues facing the global water resources. The energy generated by the use of cavitation effect of hydrodynamic cavitation technology is utilized to wastewater treatment, which is a green, environmental protection and new water treatment technology. Using the combining methods of numerical simulation, experimental research and theoretical analysis, the project will systematically research constraint mechanism impacting water treatment performance and its organic pollutants degradation mechanism. With computer numerical simulation, the design of cavitation reactor structure is optimized, and the relationship of cavitation reactor structure with cavitation effectiveness and organic pollutants degradation is studied, which will establish theoretical basis and provide technical support for the structure design of cavitation reactor. By constructing a reasonable oOH detection method, the degradation mechanism, material balance and reaction kinetics of organic pollutants will be deeply studied. Meanwhile the influence of oOH generated by hydrodynamic cavitation and physic-chemistry relationship of organic pollutants degradation influenced by cavitation effectiveness and oOH will be researched, the reaction kinetics equation of oOH generation will also be established, which will lay the theoretical laws of degradation rule and mechanism of organic pollutants. This study will prompt hydrodynamic cavitation in water treatment field, improve the utilization of water resources, reduce the harm caused by the water pollution to the environment and human health, and alleviate the problems faced by the water shortage and water pollution.

水源短缺和水源污染已成为全球水资源面临的两大问题。水力空化利用空化效应产生的物理化学作用处理污水，是一种绿色环保的新型水处理技术。本项目是对制约水力空化水处理技术广泛应用的有机污染物降解机理和效能进行系统研究，采用数值模拟、实验研究与理论分析相结合的方法，借助计算机辅助设计，进行空化反应器结构优化设计，探索反应器结构对空化强度、有机污染物降解效能的影响规律，为空化反应器结构设计奠定理论基础并提供技术支撑；通过构建合理的羟基自由基检测方法，对难降解有机物在降解机理、物质平衡、反应动力学等方面进行系统研究，研究空化作用产生羟基自由基的影响规律，探讨空化强度与羟基自由基以及有机物降解效能之间的物理－化学构效关系，建立空化反应产生羟基自由基的反应动力学方程，确定水力空化对有机污染物的降解机理及影响规律，以促进水力空化在水处理领域的应用，这对提高水资源利用率、减轻水污染对环境和人体健康造成的危害具有重要现实意义。

水源短缺和水源污染已成为全球水资源面临的两大问题。水力空化利用空化效应产生的物理化学作用处理水中污染物，是一种绿色环保的新型水处理技术。项目主要研究内容是采用数值模拟、实验研究与理论分析相结合的方法，对水力空化有机污染物降解机理及其效能进行系统研究，包括空化反应器优化设计，水力空化强度影响因素及影响规律建立，以及有机污染物空化降解效能及机理研究。. 建立了单孔孔板空化器孔径、板厚、进口压力与空化强度之间的关系，以及多孔孔板空化器结构参数与空化效果之间的关系。水力空化对水中有机污染物降解效果主要与空化器入口压力、污染物初始浓度、溶液温度以及空化时间有关，在一定范围内，增加入口压力、提高温度、延长反应时间，均有利于提高有机污染物降解效果。此外，通过添加氧化剂，可以强化水力空化效果，大大提高有机污染物降解效果。水力空化降解有机污染物反应符合一级动力学反应。. 水力空化对水中微生物也有很好去除效果，水力空化/次氯酸钠强化水力空化技术可以进一步提高微生物的氧化灭活效果，在相同水力条件下，强化氧化效果是水力空化单独作用的2.2倍，是相同次氯酸钠浓度下单独作用的2.3倍。建立了水力空化/次氯酸钠强化氧化大肠杆菌效果的二次回归方程，可用于大肠杆菌去除效果的预测。.水力空化有机物降解机理研究结果表明，水力空化过程产生了羟基自由基，水中有机物和微生物受到·OH的强氧化性的攻击，形成开环反应和脱去环上的官能基团，大分子变成小分子，部分或全部降解成CO2和H2O，说明水力空化降解有机物机理主要是羟基自由基的氧化作用。. 通过项目研究，确定了水力空化强度的影响因素及其影响规律，探明了水力空化技术对水中有机污染物的降解机理，揭示了水力空化强度与有机物降解效能之间的关系，为促进水力空化在水处理领域的应用步伐奠定了坚实基础。