稳定化高级氧化技术（高级氧化技术连载系列）

本号近期安排连载系列，首先介绍高级氧化法中的“水力空化”技术。

书接上回，第一回是空化的分类，以及水力空化的发展历史、机理概述。第二回说明了不同水力空化反应器，并对不同类别的反应器进行了性能比较。本部分是最终章，说明了水力空化装置参数的影响，以及联合其它高级氧化技术的发展情况。

3.HC运行参数的影响

3.1. HC反应器入口和出口压力的影响

空化装置的入口压力是最重要的操作参数，它可以显著改变气泡或空化行为以及空化强度。空化泡的坍塌强度主要取决于孔口下游部分的湍流压力的变化率和孔口下游恢复压力的最终大小。孔口上游压力的增加会导致下游压力、液体流速以及进入系统的能量耗散率的增加，从而导致孔口的永久压降增加，每单位液体质量的功率输入增加。随着速度和液体流量的增加，空化泡的数量也会减少。Gogate和Pandit报道，空化泡的最终坍塌压力随着入口压力的增加而增加。Kumar和Pandit通过对文丘里管入口压力影响的简化统一模型得出了类似的结论。在给定的压降下，随着入口压力的增加，空化泡团簇的崩塌强度增加。这是由于在高入口压力和文丘里管压降较大的情况下，能量耗散率和湍流强度导致的，从而导致空化泡更剧烈地坍塌。其它文献的HC模拟结果表明，随着入口压力的增加，Cv减小。然而，Cv的降低通常伴随着单位时间内产生和塌陷的空化泡数量的增加。因此，入口压力对空化率的总体影响将是Cv的综合影响，Cv影响空化强度和产生的空化数量。

同时，随着入口压力的增加，相同处理时间下的液体通过次数增加，从而延长了污染物在空化区的停留时间，增强了污染物的降解程度。然而，需要注意的是，当压力增加到一定值时，会发生超空泡，这是不可取的。许多报告都证实了存在一个最佳压力，降解程度通常表现出先增加，然后随着压力增加而减少的趋势。Patil和Gogate研究了在1–8 Bar的工作范围内入口压力对使用单孔降解甲基对硫磷的影响。研究发现，随着压力从1 Bar增加到4 Bar的最佳值，压力增加的程度增加，然后在更高的超过4 Bar压力下降低。当压力从1 Bar增加到3 Bar时，观察到的降解增加归因于较高工作压力下的空化活动增强。在较高的工作压力下，空化泡的塌陷变得更加剧烈，导致空化泡塌陷时产生更高的压力脉冲。反过来，水分子的离解程度会增强，从而产生更多的羟基自由基。然而，一旦压力增加到4 Bar的最佳值以上，降解程度就会降低。这可能是由于超空化条件的出现，这降低了降解的程度，因为气泡在收缩的下游不加选择地增长，导致水流飞溅和蒸发。因此，考虑到各方面的综合影响，可能存在最佳压力，许多研究也证实了这一点。对于孔板，我们可以总结出最佳的孔板压力范围为0.3-0.5 MPa。孔板的最佳压力范围要宽得多，这可能与不同的孔数或孔的形状和尺寸有关。

除了HC装置的入口压力外，HC反应器的出口压力也会在一定程度上影响空化行为。Jin等人研究了当微通道入口和出口之间的压差保持不变时，出口压力对空化的影响。结果表明，空化强度随出口压力的降低而增大。当压差保持在50 kPa时，出口压力较低（50 kPa）时出现空化泡，而出口压力较高（100 kPa）时未发现空化泡。两种情况下的不同压力比（高出口压力为1.5，低出口压力为2）表明，空化起始与入口和出口之间的压力比之间可能存在相关性。虽然本工作利用计算流体力学方法分析了各种参数对压力的影响，并通过对比实验结果验证了数值模型，但有必要对空化装置入口和出口之间的压力比进行更细致的解释和讨论。现有的研究大多集中在HC反应器入口压力或入口和出口之间压降的影响上。关于出口压力影响的报道很少。这可能和出口与大气连接时的恒定出口压力有关。当排放物未进入大气时，下游压力随着入口压力的增加而增加，在这种情况下，有必要研究出口压力对空化行为的影响。

3.2. 污染物初始浓度的影响

污染物分子的初始浓度是影响污染物降解速率的另一个重要参数。根据研究报道，就减少百分比而言，降解效率与污染物的初始浓度成反比。这主要是因为HC效应产生的自由基在某些条件下受到限制。随着污染物浓度的增加，产生的羟基自由基（·OH）的数量可能不足以完全破坏有机物，从而导致较低的去除率。对于实际的工业废水，污染物或COD的浓度通常很高。为了获得更高的去除效率，通常需要稀释。然而，稀释会显著增加废水总量，消耗更多能源，并占据更大的体积，从而导致处理成本增加。因此，有必要确定适当的初始浓度或稀释比，许多研究报告了污染物初始浓度的影响。Rajoriya等人研究了罗丹明6G（Rh6G）初始浓度对脱色率的影响，并使用狭缝文丘里管在10-50 ppm范围内进行了研究。据报道，脱色率随着初始浓度的增加而降低，这是因为·OH自由基的生成不足以降解染料，这表明·OH自由基总量与染料分子的相关比例是一个重要因素。Malade和Deshannavar观察到了类似的结果，活性红120的降解速率常数随着其初始浓度从10毫克/升增加至25毫克/升而降低。一方面，染料分子的总量随着初始浓度的增加而增加，而·OH的总浓度在体系中保持不变。另一方面，脱色过程中形成的中间体与染料本身竞争·OH，导致速率常数降低。

有时，并非污染物的初始浓度越低，降解率越高。一些文献报道存在污染物初始浓度的最佳值。Panda和Manickam对三氯杀螨醇的初始浓度（20–100 mg/L）进行了一系列实验，以确定三氯杀螨醇的初始浓度对降解速率的影响。他们发现，当三氯杀螨醇的初始浓度高于50 mg/L的最佳值时，降解程度会降低。观察到的高于最佳值的降解下降归因于三氯杀螨醇浓度较高时空化泡界面区域的饱和，并且HC诱导的自由基不足以氧化所有污染物。总之，可以得出结论，浓度也应根据工艺要求和降解物质的性质来确定。

3.3. 工作温度的影响

温度对降解率的作用是影响空化率进而影响降解效率的另一个关键因素。它在许多方面影响污染物的降解效率。最佳工作温度在很大程度上取决于污染物和介质的沸点和蒸汽压。高工作温度可能有助于形成空化泡，因为液体转化为蒸汽空化泡的转化率较高，蒸发液体所需的压力较低。同时，溶解在溶液中的气体会随着温度的升高而减少，从而为空化的形成提供较少的空化核。此外，在更高的温度下，空化泡将充满更多的水蒸气，从而增强缓冲效果并削弱空化效应。相比之下，在低温条件下，转化率较低，因此降解效率较低。然而，如果温度过高，水蒸气将填充空化泡，并缓冲内爆现象。此外，温度还会影响液体的粘度、表面张力和密度等特性，这些特性可能会改变空化行为并影响空化泡的动力学过程。此外，更高的温度消耗更多的热能，这将增加运行成本。所有这些研究都表明，最佳温度可以确定，但这在很大程度上取决于特定的污染物。因此，有各种关于工作温度影响的报告。Lu等人观察到双酚A的去除率最初随着温度的升高而增加，直到达到35°C的最佳值，然后在40°C时降低。首先，温度越高，越容易形成空化。随着温度进一步升高，水和汽化核中的溶解气体含量降低，导致空化效应降低。Panda和Manickam分别在20℃、30℃和40℃下进行实验，研究了工作温度的影响。结果表明，30℃是降解率最高的最佳温度。然而，Patil等人发现工作温度对吡虫啉降解程度的影响可以忽略不计。由于吡虫啉的沸点高于水的沸点，坍塌空化泡中污染物的存在不会对其产生主要影响。因此，温度对不同污染物降解的影响没有统一的规律，应根据水和待降解物质的沸点差异来判断。

3.4. 初始pH值的影响

采用HC技术处理废水时，废水的初始pH值是一个至关重要的因素，对污染物的降解有很大影响。一方面，它影响溶液中污染物分子的形式，从而确定它们是疏水性还是亲水性。如果它以分子状态存在，则倾向于疏水，主要集中在空化泡-水界面。在这种情况下，它更容易受到·OH自由基的攻击，因为·OH自由基在空化泡的核心以及空化泡与水之间的界面的浓度更高。如果它以离子状态存在，它本身就是亲水的。因此，它主要分布在体相溶液中，其中·OH受到限制，因为生成的自由基总量中只有10%可以扩散到体相中，而剩余的自由基由于半衰期短而被重组为H2O2。另一方面，溶液中，酸性pH值有利于·OH自由基的生成，也提供了更高的氧化电位和更低的·OH自由基复合速率。考虑到这两种影响，可以观察到最佳pH值，优化HC对污染物的有效降解。许多研究报告了pH值对废水中污染物降解程度的影响。此外，一些研究已经证明，酸性pH更有利于污染物的降解。Innocentzi等人研究了溶液pH值对甲基橙（MO）降解的影响。结果表明，随着溶液pH值的降低，MO的降解率增加，在pH=2时，MO的脱色达到最大值。结果表明，酸性介质有利于水力空化降解MO。他们从两个方面解释了这一结果：（1）在酸性介质中，生成的·OH自由基的重组受到不利影响，因此有更多的自由基可用于降解MO；（2） 在酸性介质中，染料物质将由离子形式转变为分子形式，亲水性降低。Jawale和Gogate观察到，随着pH值从10降至2，KSCN（硫氰化钾）的降解程度显著增加近5倍。文献中也报告了类似的结果，其中研究了溶液pH值对喷射回路HC系统中橙II钠盐溶液（OR2）脱色的影响，并使用硫酸将pH值调整在2到10之间。OR2溶液在pH值等于2时脱色率最高。然而，酸性pH值并非在所有情况下都有利，pH值的影响也可能与污染物的特性有关。例如，Rajoriya等人发现，如果溶液的pH值从2.0增加到最佳值10，罗丹明6G（Rh6G）的脱色程度和一级速率常数会先增加，然后降低。Rh6G以分子状态存在，在碱性条件下变得疏水，因此碱性介质中的脱色率高于酸性条件下的脱色率。Wang和Zhang观察到，随着pH值从2增加到12，速率常数增加了近30%（从4.45×10-2 min−1增至5.77×10-2 min−1). 他们从两个方面解释了这一点。首先，溶液中更多的氢氧根离子会导致·OH自由基的产生，这是空化过程中主要的氧化物种。此外，随着pH值的降低，质子（h ）和·OH自由基可以相互重组，从而减少降解率。然而，上面已经讨论过，酸性pH有利于·OH自由基的生成，也提供了更高的氧化电位和更低的·OH自由基复合速率。因此，哪种影响占主导地位需要进一步探讨。Musmarra等人选择初始pH值2、6和9来研究布洛芬（IBP）的降解，并发现在酸性介质中，IBP的降解率只有轻微下降，其顺序如下：pH=9>pH=6>pH=2。这是因为pH值决定了IBP的形式，从而影响了反应机理，并且在反应途径中观察到了IBP的阴离子形式。总的来说，pH值对污染物降解的影响主要体现在它对污染物分子存在形式的影响上。应根据污染物分子的性质和可能的降解途径，确定酸性或碱性条件是否有利于降解。

值得注意的是，虽然可以通过将pH值调整到适当的数值来提高废水中污染物的去除效率，但必须认识到，废水的pH值必须在一定范围内（通常为6–9），才能排放。因此，在最终排放之前，需要重新调整pH值。同时，用于调节废水pH值的无机酸种类也会影响污染物的降解。在研究HC降解过程的pH值时，硫酸是酸化废水最常用的无机酸。Gągol等人研究了无机酸对有机污染物降解的特殊影响。据报道，所用酸的种类严重影响有机污染物氧化自由基过程的有效性以及有害二次污染物的形成。硫酸是最有利、最有效的处理方法，与硝酸和盐酸相比，硫酸不会形成水质监测类的二次污染物。然而，添加酸可能有助于降解污染物，但也会引入杂质离子，不可避免地导致废水的pH值偏离废水排放标准。此外，酸性操作条件要求设备和仪器具有耐腐蚀性。

3.5. 处理时间的影响

处理时间确定在液体流量不变的情况下液体通过空化装置的次数。通过次数越多，污染物分子暴露在空化区的时间越长。因此，许多研究人员报道，污染物去除程度随着处理时间的增加而增加，他们通常使用伪一级动力学反应模型来描述运行条件对污染物降解的影响。在这些报告中，通过调整处理时间来改变空化装置内液体的停留时间。但是，当液体流量变化时，由于通过数和液体流量都会影响结果，因此可能会得到不同的结果。通过改变液体通过空化装置的出口流量，研究了空化装置内液体停留时间对空化降解效率的影响。结果表明，当出水阀处于半开启状态(通道数195个)时，COD 的降低率(56%)高于其它情况(1/3通道，通道数160个，通道数270个)。解释了在1/3开口式出口阀条件下，液体总流量减小，难以产生空化泡现象。因此，总的空化率减少，COD 去除程度降低。此外，由于流量的减小，整个空化装置充满了水，从而导致较高的静压，造成空化泡的不完全或早期塌陷。当出口阀门完全开启时，液体可能暴露于过多的空化发生率中，从而降低了塌陷的程度。这类似于超空泡。

然而，尽管许多研究人员已经报道了处理时间对各种污染物降解和空化效率的影响。由于污染物的降解或矿化是通过多步不稳定的有机自由基形成进行的，因此使用空化装置的通过次数被认为更有意义，并且适合于理解HC的性能。它不是时间的函数，而是通过HC装置的次数的函数。Sarvothaman等人开发了一种新的反应工程模型，该模型基于单次通过空化装置时发生的降解程度来解释降解行为。每程降解系数与影响空化产率的各种参数有关，例如·OH的生成速率、通过空化装置的流速、污染物的化学性质和污染物的浓度。因此，该模型更全面，更适合用于讨论降解行为。此外，作者还证明，这种单程降解模型很好地描述了所有三种污染物和两种不同尺度的实验数据。Ranade等人还使用扩展的每程降解因子来描述二氯苯胺（DCA）降解的实验数据，并证明它比使用伪一级速率常数更合适。

需要注意的是，增加废水处理时间以获得更高的污染物去除效率将消耗更多的能源。因此，处理时间的优化应基于去除率和能源效率的结合，以实现资源的最大利用。

4. 基于HC的混合技术

虽然HC技术在废水处理方面具有独特的优势，但仅HC本身的效率和成本效益不足以提供令人满意的目标化合物降解程度。通过将HC与其他AOP相结合，可以大大提高混合技术的降解效率。许多文献报道了HC与其他AOP的联合，包括Fenton（芬顿）、photo Fenton（光芬顿）、Fenton-like（类芬顿）工艺、UV（紫外）处理和氧化剂。这些氧化剂包括空气、H2O2、peroxone（臭氧）等。

为了评价混合工艺的有效性，通常确定协同指数(SI)值如下式(3)所示。

其中，k（HC AOP）表示组合过程的反应速率常数，k（HC）和k（AOP）分别表示HC单独过程和AOP单独过程的反应速率常数。有时，协同指数的值也表示为其降解程度的比率。通常，如果SI值大于1，则表明混合工艺是协同的，混合工艺对污染物的去除效率大于单个工艺的总和。在相关工作中，概述了使用HC和AOP组合降解污染物的早期工作。在此，我们根据近年来单独运行的HC应用以及与其他氧化工艺结合使用的相关文献，进一步补充了更详细的比较。

过氧化氢(H2O2)是一种弱酸，具有较高的氧化电位，依赖于pH (在pH = 0时是1.80 V; 而在pH = 14时是0.87 V)。它不会自发分解，在反应介质中生成·OH自由基。在HC条件下，H2O2分解为氧化电位为2.8 V的·OH，导致污染物的降解。

虽然添加H2O2可以通过增加羟基自由基（·OH）的数量来强化HC处理的过程降解，但并不是H2O2越多越好，因为过量的H2O2也可以作为羟基清除剂来减弱污染物的降解。因此，优化H2O2的添加量或H2O2与污染物含量的摩尔比是非常关键的。此外，HC与Fenton的结合也得到了广泛的研究。Fenton是废水处理厂常用的技术，Fenton试剂是亚铁盐和H2O2的混合物。Fenton法处理废水过程中，Fe2 催化H2O2生成高活性·OH，可与大部分有机物相互作用而引发降解。通过HC与Fenton试剂的组合，H2O2也可以在空化作用下分解成·OH，并通过混合工艺减少Fenton试剂的用量。然而，Fenton处理废水的过程中会产生大量污泥，这已成为其应用中的一个主要缺陷。此外，芬顿法要求在较低的pH值下进行，但仅当污水的pH值接近中性时才允许排放。这些限制了芬顿法的应用。

与H2O2相比，臭氧氧化具有非选择性和环境友好性，因为它不会产生副产物并造成二次污染。它在碱性溶液中具有很强的氧化性能，氧化电位为2.07 V。它可以由臭氧发生器产生，以空气或氧气为原料气体来源。然而，臭氧的反应性仅对芳香环和不饱和烃等具有特定官能团的有机化合物有效。它对饱和烃、醇、醛、酮和羧酸等物质不起作用。此外，臭氧在溶解到溶液中之前很容易分解为氧气，并起到有效氧化的作用。HC与臭氧的组合过程表现出良好的协同效应。一方面，该混合系统可以在臭氧较少的情况下显著提高污染物的去除效率。另一方面，它们可以节省能源并降低运营成本。当与文丘里管HC型组合时，通常将臭氧从文丘里喉部注入废水中，以获得更好的性能。更重要的是，湍流和微射流将提高传质速率，促进臭氧的溶解。在HC条件下，O3分解成氧化电位较高的·OH。例如，Rajoriya等人采用了一种基于HC和高级氧化试剂（包括空气、氧气、臭氧和芬顿试剂）的混合工艺来处理纺织印染行业废水。气体（空气、氧气和臭氧）通过喷嘴直接注入狭缝文丘里管的喉部，因此气体可以直接暴露在空化效应中。Boczkaj等人研究了通过额外氧化过程（O3/H2O2/peroxone）辅助HC的使用，以减少沥青生产废水中的总污染负荷。在臭氧辅助HC过程中，化学需氧量（COD）下降幅度最大，达39.7%，协同指数为1.2。而HC和过氧化氢联合处理的总体效果最差，协同指数为0.5。值得注意的是，HC与过氧化氢（O3和H2O2）耦合的COD降低率为24.8%，比臭氧辅助的HC工艺降低15%。作者将这种现象归因于H2O2分子对臭氧活性形式的消耗。然而，在Thanekar等人的工作中获得了不同的结果。他们研究了HC和AOPs混合技术对卡马西平的降解，包括H2O2、臭氧和UV处理。比较了HC单独和HC/H2O2、HC/O3、HC/UV、HC/O3/H2O2混合工艺的空化率和处理成本。结果表明，单独使用HC对卡马西平在100 min内的降解率为38.7%，而使用HC/H2O2/O3处理方法对卡马西平的降解率为100%。总的来说，HC与O3和H2O2的最佳组合方法是以完全降解卡马西平的最佳方法。产生不同结果的原因可能与污染物类型、反应器参数和操作条件有关。Saxena等人研究了使用HC和O3、HC和H2O2以及HC和芬顿试剂等混合工艺降解制革废水（TWE）中的有机污染物。结果表明，HC和H2O2是最有效的组合。

此外，过硫酸盐（PS），如过硫酸钠、过硫酸单钠或过硫酸钾，由于其成本适中、稳定性高和水溶性好，在污水处理中很受欢迎。更重要的是，它在环境温度下以固体形式存在，这有利于其运输和储存。Choi等人采用HC/过硫酸盐（HC/PS）工艺降解双酚A（BPA）。结果表明，速率常数随PS加入浓度的增加而增大。结果表明，HC/PS工艺中·OH和·SO4对BPA氧化的贡献率分别为10.3%和89.7%。

Joshi和Gogate在一个70升的中试工厂中，将HC和AOP结合起来处理工业废水。采用H2O2、芬顿试剂、空气和氧气等氧化剂辅助HC强化废水处理。实验证明，芬顿和氧气联合HC是最有效的方法，COD的最大降低率为63%。还可以注意到，HC与O2的联合过程表现出良好的协同作用，协同系数为5.67。这突出了混合技术的优异性能。Jung等人研究了使用石墨电极对酸性橙7（AO-7）进行脱色的电场辅助HC的方法。电场辅助HC反应器的示意图如图8所示。当入口压力为3.5 kgf·cm2，初始pH值为2.0，外加电压为50 V，反应时间为22.5 min时，脱色率达到95.39%。这是利用HC基混合技术降解有机污染物的新尝试。

图8： 电场辅助HC反应器示意图

除此之外，许多报告还研究了两种常见空化协同效应：AC和HC。Wu等人通过高速摄影研究了水力 声空化（HAC）中空化泡团的动力学，并分析了HAC的周期性特征和强度分布。结果表明，与HC或AC工艺相比，HAC工艺的空化范围和空化强度都有显著提高。此外，作者开发了一个初步的物理模型来描述HAC中空化泡的动力学，并提出了一种机制来解释HAC中空化泡强度的增强。这项工作可以帮助人们更好地了解HAC增强空化强度的机理。然而，如果结合HAC、AC和HC在实际废水处理中的应用研究，这项工作将更加全面和有价值。在Yi等人的工作中，他们研究了HC、AC以及这些单独方法的组合对罗丹明B（RhB）的降解。结果表明，在超声功率为220 W、处理时间为30min的条件下，联合方法的转化率最高，在HAC中的协同效应为119%。

综上所述，HC与其他AOP相结合的混合技术在污水高效节能处理方面具有广阔的应用前景。然而，很难判断哪种混合工艺最有效，因为它在很大程度上取决于污染物的类型或性质。Barik和Gogate比较了不同组合处理方法（HC和H2O2、HC和O3、O3和H2O2、HC、O3和H2O2）对2,4,6-三氯酚（2,4,6-TCP）降解的影响。HC、O3和H2O2的联合处理方法被证明是最有效的方法，能够完全降解2,4,6-TCP，几乎完全去除TOC，而HC和H2O2的协同效应最差。Rajoriya等人报告称，与其他工艺（HC和空气、HC和O2、HC和O3）相比，HC和芬顿试剂的组合工艺在处理纺织印染行业废水时，TOC和COD的降解率最高。然而，Barik和Gogate以及Rajoriya等人的工作忽略了这些组合工艺的能效和成本的比较。如果能考虑能源效率和成本，将进一步促进其方法的应用。Boczkaj等人使用HC和外加氧化剂（O3/H2O2/Peroxone）处理沥青生产废水。结果表明，HC和O3工艺是最有效的处理工艺，与HC和H2O2（COD减少20%，BOD减少49%）以及HC和O3和H2O2（COD减少25%，BOD减少32%）相比，COD减少40%，BOD减少50%。Barik和Gogate以及Boczkaj等人的研究发现，对于不同的目标污染物，最有效的处理方法各不相同。因此，根据废水中所含污染物的特性，选择合适有效的混合技术和操作参数，可以事半功倍。关于哪种协同过程是最好的，没有具体的结论。污染物可以根据其结构和性质进行分类。然后，从降解、能效和运营成本等方面，全面系统地比较各种协同运营过程在处理特定类型污染物方面的优缺点。最后，可以根据污染物的类型确定最有效的工艺。为此，需要作出更多努力，进一步探索HC和其他AOP的合理有效组合，以实现针对污染物类型的特定效果。

5. 结论及对未来工作的建议

HC无论是单独使用还是与其他高级氧化工艺有效结合使用，在降低各种废水的污染负荷方面都具有很好的应用前景。由于不同类型空化反应器的操作和几何参数不同，很难确定哪种空化反应器是最佳的。对于特定的HC反应器，HC装置的水力特性或降解效率是各种运行参数综合作用的结果。因此，有必要进一步探索每种HC配置的最佳操作条件。响应面法（RSM）是一种同时考虑的可行选择，它同时考虑了对反应性能的相关重要决策因素。

与单独使用HC相比，基于HC的混合工艺具有更好的降解效率。将HC与其他AOP结合使用，不仅可以促进污染物分子的降解，而且可以减少处理时间和氧化剂的用量。此外，降解程度与反应物的结构和类型有关。对于不同种类的污染物，AOP的最佳组合也不同。仍有必要探索各种目标污染物降解的最佳组合。

虽然HC或其他基于HC的混合技术在废水处理或消毒方面具有良好的前景，但它还有很长的路要走。最重要的瓶颈问题是如何实现HC技术的真正大规模应用。从现有的已发表文献中，我们可能会发现HC装置的放大研究结果不够令人满意。Sarvothaman等人使用两个几何相似的基于涡流的空化装置（放大系数为4，特征尺寸比为2），研究了反应器规模对降解性能的影响。结果表明，较小器件的降解性能和每程降解因子明显优于较大器件，尽管它们在几何上相似，并且在相同的特征喉道速度下运行。他们将这一现象归因于空化程度和坍塌强度的变化，这是由于不同压力过程和空化泡在两个不同尺度上经历的波动造成的。结合轨道模拟和坍塌条件预测，提出了对HC装置中空化流的重要理解。Ranade等人报告了使用四个几何相似的HC装置放大涡旋HC装置的情况，放大倍数接近200倍。研究还发现，降解性能随着器件规模的增加而降低，但对于无限放大，其极限值是有限的。他们还开发了单程降解和喉道直径倒数之间的简单指数关系，以描述放大规模的影响。我们认为这是一次有意义的尝试，可以为今后的研究提供一些指导。

综上所述，HC是一种适用于低浓度废水处理和消毒的方法，但在工业应用之前还有很长的路要走。为此，我们对进一步的工作提出了一些建议：（1）有必要研究HC的微观机理和污染物的分解途径，将HC的过程与污染物的降解机理结合起来，进一步提高HC的去除率和矿化率。（2） 当使用CFD建模方法优化反应器的各种几何参数或操作条件时，必要的实验验证将更有说服力。（3） 由于HC装置的出口压力也会影响空化行为，因此在研究运行参数时，应明确说明出口压力值是否恒定。此外，还应进一步研究出口压力或进口压力与出口压力的比值。（4） 水力空化与其他高级氧化工艺相结合的协同效应和机理有待进一步探索和阐明。（5） 不同HC反应器或混合技术的性能比较应基于相同的基础。（6） 大多数研究仍处于实验室规模，只有少数中试规模的尝试，尽管HC工艺很容易进行大规模放大。因此，有必要找到合适的方法将HC体系扩大到工业规模。（7） 为了探索限制HC系统放大效应的确切因素，需要使用不同尺度但几何相似的HC装置进行一系列实验和数值模拟。（8） 模型废水不应仅限于一种污染物，鼓励对实际废水或含有各种污染物的模型废水进行研究，以更好地评估HC工艺的空化率和成本。（9） 有必要开发更精确的空化数表达式，因为空化行为与各种参数有关，包括HC装置的几何形状、流速、温度、流量、粘度、气体含量等。（10）需要更有效地优化不同类型反应器的设计参数。总体而言，空化行为的优化通常通过设计实验和数值模拟进行。有必要利用各种先进的工具和软件，如CCD摄像机、光谱仪、气相色谱-质谱（GC-MS）、液相色谱-质谱（LC-MS）、CFD、Fluent，数学模型应有效地作为优化HC反应器性能的科学工具，为HC在实际中的应用提供更多的理论支持。（11） 由于节流孔、文丘里管、涡流二极管等HC装置结构简单，操作维护方便，建立分布式HC处理系统，实现废水的高效处理是可能的。这可以描述为在污水流经的任何地方安装简单的HC装置，例如家庭污水管。安装在污水管道中的HC装置是废水处理的第一步。之后，初步处理后的废水送至污水处理厂进行进一步处理。这样，在一定程度上降低了废水中污染物的含量，减轻了后续处理的工作量。然而，要实现这一愿景，还需要解决许多问题，如HC装置的安装、污水管的设计、反应器入口压力的控制等。（12） 为了实现HC工艺的实际应用，有必要根据污染物的浓度和类型进行能效和经济性评估。经济评估应考虑多个方面，包括电费、剂量支出、维护成本和HC系统的建设成本。（13） 可以优化HC反应器废水处理系统的设计，以降低施工成本。（14） 可以尝试使用相同或不同类型的HC反应器串联或并联处理废水。为了实现这一点，了解如何控制每个HC反应器的入口压力至关重要。（15） 为了有效减少HC效应对设备表面的损坏，可以采取适当的措施，例如引入涡流组件，使用设计更好的管道和空化装置。

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