偶氮染料广泛应用于纺织业和造纸业,环境中的染料主要来源是印染废水,并且一些染料可能有致癌、致畸效应,染料废水的处理成为一个环境问题的焦点。大部份的染料难以化学降解或者光降解,并且具有难生物降解性,普通的生物处理过程很难去除废水中的染料物质。当染料废水的臭氧氧化过程在超声辐射条件下进行时,溶液中产生大量的自由基,另外,超声辐射加快了臭氧向溶液中的传质速率,提高了降解速率;因此超声和臭氧联合体系具有协同效应。 本文采用甲基橙溶液模拟染料废水,在不同实验条件下研究了超声/臭氧体系对甲基橙的脱色效果,通过超声/臭氧体系对甲基橙的脱色研究,建立了甲基橙脱色动力学模式,得到反应速率常数和臭氧传质系数。并且研究了超声辐射时,臭氧在不同溶液pH值、超声功率、气相臭氧浓度和气体流量条件下的传质动力学,建立了相应的数学模型。根据模型可求得超声辐射条件下臭氧在水中的自分解反应速率常数和臭氧向水中的传质系数。通过实验,我们可以得到以下结果和结论: (1) 超声对于臭氧氧化甲基橙脱色具有显著的强化效应,脱色过程符合表观拟一级反应。当染料溶液初始pH值在5.5-9.7范围内变化时,甲基橙脱色速率几乎没有变化,自由基清除剂对于染料脱色效率也没有太大影响,表明臭氧与甲基橙的反应机制是直接反应而非臭氧分解引起的自由基反应。随着超声功率的增大,超声的上述作用增强,甲基橙的脱色效率显著提高;臭氧气体流量升高,甲基橙脱色越快;另外,臭氧气体浓度对甲基橙的脱色也有显著影响,气相臭氧浓度越大甲基橙脱色越迅速,但是甲基橙脱色速率随着染料初始浓度提高而降低。 (2) 在研究超声/臭氧氧化甲基橙脱色的基础上,确定快速反应区域和瞬时反应区域的反应条件,提供了一种确定臭氧吸收反应体系的反应速率常数和传质系数的方法,并进一步验证了超声对于臭氧传质的强化作用,同时考察了超声功率和臭氧气体流量对于其传质的影响。结果表明,超声功率和气流量的增大提高了臭氧传质速率。