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超音波與微米氣泡在高級水處理上的應用

超音波與微米氣泡在高級水處理上的應用. 東海大學環境科學與工程系 宋孟浩 副教授. 聲波之頻率 (frequency). C. C = 1500 m/s in water. *Sound cannot travel in vacuum. 超音波 的定義. 70 kHz Bats. 16 Hz – 16 kHz. 20 kHz – 50 kHz. 2 MHz – 10 MHz. Ultrasonic imaging. physiotherapy. 超音波 換能 器 (transducer). Piezoelectric material 可將電能轉換成聲能.

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超音波與微米氣泡在高級水處理上的應用

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Presentation Transcript

  1. 超音波與微米氣泡在高級水處理上的應用 東海大學環境科學與工程系 宋孟浩 副教授

  2. 聲波之頻率(frequency) C C = 1500 m/s in water *Sound cannot travel in vacuum

  3. 超音波的定義 70 kHz Bats 16 Hz – 16 kHz 20 kHz – 50 kHz 2 MHz – 10 MHz Ultrasonic imaging physiotherapy

  4. 超音波換能器(transducer) Piezoelectric material 可將電能轉換成聲能  Lead zirconatetitanate (PZT) 

  5. 超音波音場(sound field)

  6. 空穴氣泡(cavitation bubble) 無法有效吸收能量，液體湧入 當聲波負壓產生之張力大於液體之張力時 (水中存在之微細顆粒會讓水之張力降低有利形成空穴氣泡)

  7. 破裂空穴氣泡之溫度與壓力 • T0 = ambient (experimental) temperature • Pv= pressure in the bubble at its maximum size or the vapor pressure of the solution • Pa = pressure in the bubble at the moment of transient collapse (i.e., acoustic pressure) •  = polytropicindex of the cavity medium=Cp/Cv Rayleigh-Plessetequations Xe = 1.66 Ar = 1.67 O2 = 1.40 N2 = 1.40 PVγ= Constant (a polytropic process) Monoatomic gases has higher Tmax

  8. 氣體特性對空穴之影響 • 熱傳導係數低者，可產生較高之空穴溫度 • 25oC時，He = 155, Ar = 17, Xe = 5.5, N2 = 32, O2 = 32 mW/mK • 溶解度高之氣體可產生較多核心以及較多的空穴

  9. 頻率對空穴之影響 • 頻率太高時，空穴效應降低 • 聲波於膨脹cycle產生負壓之時間太短無法啟動空穴過程 • 聲波於壓縮cycle之時間太迅速以至微米氣泡來不及破裂

  10. 聲化學最佳頻率 標準測試方法： I- I2 I2  I3- Sonochemical yields (a fair parameter for comparisons!) ～300kHz 能量效果最佳

  11. 液體物理特性對空穴之影響 • 具有以下特性之溶劑較易形成空穴： • 高蒸氣壓、低黏滯度、低表面張力 • 然而，低蒸氣壓、高黏滯度、高表面張力以及高密度之溶劑則可增加空穴之強度 • 降低溫度，可增加空穴強度

  12. 空穴化學效應

  13. 聲化學自由基產生量

  14. 自由基分解污染物之機制

  15. 聲化學還原反應 還原自由基之產生： (1) (2) (3) ●

  16. 聲化學分解CCl4 熱分解反應 自由基反應 自由基反應速率非常慢： • 比熱分解反應小105倍 • 自由基捕捉劑不影響其反應速率

  17. 超音波之能源消耗 超音波應扮演輔助角色！

  18. 聲化學強化法-成本比較 Phenol TCE Dye

  19. 超音波強化方法

  20. 雙頻率應用 (1)

  21. 雙頻率應用 (2)

  22. 六角形三頻率反應器 KI

  23. 可調式多頻單一超音波換能器 I3- Design and calibration of a single-transducer variable-frequency sonication system

  24. 聲化學強化法- 顆粒添加 Without UV irradiation!

  25. 聲化學強化法-結合微波

  26. 微米氣泡氧化KI測試

  27. 聲化學強化法-微米氣泡添加

  28. Sludge floc Bacteria Extracellular polymers Inert particles Energy Sludge liquor USon sludge Feed Pipe t=90 s t=0 t=30 s

  29. 超音波應用測試 http://mediacenter.dw.de/english/video/item/397435/

  30. 報告結束敬請指教

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