Safety-related conclusions for the application of ultrasound in explosive atmospheres

International safety regulations such as EN 1127-1 consider ultrasound to be an ignition source. Currently, applications of ultrasound in explosive atmospheres have to comply with a threshold value of 1 mW/mm². However, it is unclear as to how this intensity has to be measured and, therefore, this threshold value is poorly defined. Moreover, it is based on theoretical estimations in analogy to other ignition sources and there are no publications or significant records on these estimations. Within a research project at PTB, it has now been investigated experimentally in relation to worst-case considerations including airborne ultrasound, focused MHz ultrasound in liquids and acoustic cavitation. On the basis of the results of the research it is now possible to revise the current regulations and to specify measures for safe operation of ultrasonic applications in explosive atmospheres. In this context, for ultrasound coupled directly to gaseous atmospheres a new threshold value of 170 dB (re. 20 μPa) can be suggested, and for ultrasonic applications in liquids, an augmentation can be made to the threshold to 400 mW/mm².     

低强度超声波强化SMBR处理中的超声波参数优化研究

研究了利用低强度超声波强化低温一体式膜生物反应器（SMBR）污水生物处理中最优超声波参数的选择。结果表明,功率密度为0.27 W/L、辐照时间为20 min时,超声波对低温SMBR中COD去除的强化效果最佳。SMBR对NH3-N去除效果达到最佳时,超声波功率密度和辐照时间分别为0.27 W/L和15 min。综合考虑,选择更有利于低温时NH3-N去除的超声波参数：功率密度0.27 W/L、辐照时间15 min。经此超声波处理后COD、NH3-N的强化效果在24 h均能保持,故可设置超声波处理的时间间隔为24 h。     

污染土壤中重金属的超声波强化EDTA洗脱及形态变化

以EDTA为洗脱剂,对重金属污染土壤进行超声波强化洗脱正交实验,并用Tessier连续提取法研究了洗脱前后Cd、Cu、Pb、Zn的形态变化.结果表明,在EDTA浓度20 mmol·L-1、固液比1∶20、超声波作用时间16 min、超声波功率54%、洗脱次数4次的条件下,对4种重金属洗脱率最大,分别为:Cd 83.6%、Cu 58.8%、Pb 98.0%、Zn 43.0%.在实验所设浓度范围内,随着EDTA浓度的升高,重金属洗脱率均有降低.形态分析结果显示,超声波强化EDTA洗脱能显著降低土壤重金属的残渣态含量.除土壤中Zn残渣态去除率只有5.7%以外,超声波强化EDTA洗脱对土壤中Cd、Cu、Pb的残渣态去除率都很高,分别为81.6%、62.3%、93.8%.     

水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

超声波辐射能够破坏蓝藻气囊,在水处理工艺中达到强化蓝藻混凝沉淀的效果.然而不适当的超声处理会进一步破坏蓝藻细胞,导致胞内毒素大量释放,加重水质污染负荷.本研究为获得水质安全的超声波强化混凝沉淀蓝藻水处理方法,采用频率40~120 k Hz的超声波辐射蓝藻水,考察处理后蓝藻混凝沉淀去除效果及藻毒素释放情况.结果表明,频率68~120 k Hz、能量密度59.1~186.4 W·L-1的静态超声波作用10~15 s后进行混凝沉淀,藻类去除率达98%以上,且频率越高效果越好;然而各频率静态超声波作用5 s以上均会导致藻细胞内藻毒素释放.采用内衬吸声棉及动态超声方式,频率120 k Hz、能量密度38.5~196.6 W·L-1超声波作用7.5~30 s后,可避免胞内藻毒素释放,且能去除水中溶解性藻毒素18.7%~30.7%,混凝沉淀后藻类去除率97.0%以上,其它有机物也降低.     

考虑松动圈影响的钻孔瓦斯抽放合理封孔长度确定研究

以王行庄矿11071工作面为工程试验地点,通过超声波和钻孔窥视现场测试,结合理论计算,开展了瓦斯抽采煤巷松动圈范围和瓦斯抽放钻孔合理封孔长度确定的研究。确定了王行庄11071工作面二1煤层围岩卸压区宽度为8.87 m,极限平衡区宽度为9.87 m,合理封孔深度为10 m;通过极限平衡法理论计算得到的结果与超声波法、钻孔窥视法的测试结果基本相符。     

超声-Fenton高级氧化降解染料工业废水的研究

采用超声与Fenton高级氧化技术联合处理染料废水,取得了满意的效果。同时考察了初始浓度、初始pH值、超声时间、超声频率、超声功率、H2O2和FeSO4初始浓度等因素对其COD去除效果的影响,当超声波频率为45 kHz,功率为200 W,初始pH值为2.63,超声时间为150 min,H2O2浓度为60 mmol/L,FeSO4浓度为12 mmol/L时,染料废水COD去除率达到91.8%。     

超声波促进城市生活污泥缺氧/好氧消化的研究

本研究将超声波预处理引入城市生活污泥缺氧/好氧消化工艺中，自主设计了容积为30 L的生活污泥超声波-缺氧/好氧消化中试系统并用以实验研究。超声波预处理的参数为超声频率28 kHz，声能密度0.15 W/mL，超声时间10 min，超声间隔12 h，污泥超声比例30%。结果表明，引入超声预处理后，缩短了污泥的稳定时间，提高了污泥的消化效率。污泥消化10 d就已经达到了稳定标准，比未引入超声预处理时缩短了12 d，而MLVSS最大去除率提高了11%，达到了55.10%。超声波的引入，对污泥缺氧/好氧消化系统中污泥上清液溶解性COD（SCOD）的变化趋势影响比较明显，而对上清液的pH、氨氮和TP的变化趋势没有明显影响。     

超声波对微电解处理硝基苯的协同效应研究

以硝基苯为目标污染物,考察超声波对微电解技术的协同效应.结果表明,无机械搅拌条件下,硝基苯溶液初始质量浓度为50 mg·L~(-1)、超声波功率密度为200 W·L~(-1)、溶液初始pH值为3.0时,超声波/微电解协同体系降解效果显著高于超声波与微电解单独作用之和,降解过程超声波和微电解间存在显著协同效应,比较3者的降解速率常数可知超声波与微电解间的协同因子达4.875.研究表明,超声波能有效防止铁屑表面钝化和板结现象,超声波促进微电解体系中·OH生成是超声波对微电解降解硝基苯产生明显协同效应的主要原因.