超聲波破解剩余污泥的研究

【摘 要】超聲波處理法是機(jī)械破解污泥細(xì)胞的一種，屬于物理方法。該法操作簡(jiǎn)單、污泥破解速度快、適用范圍廣，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。本文采用超聲波技術(shù)破碎城市污水處理廠的剩余活性污泥，研究了不同作用時(shí)間超聲處理后污泥微觀結(jié)構(gòu)的變化，以及上清液中COD的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，超聲波破碎污泥絮體結(jié)構(gòu)及細(xì)胞的效果明顯，使其有機(jī)物質(zhì)釋放進(jìn)入液相中，COD隨超聲作用時(shí)間增加而增加。

【關(guān)鍵詞】超聲波；污泥

Research on Ultrasonic Disintegration of Sludge

Xu yu Zhu guang-feng Tang yi-zheng Lou cheng-gan

（Hangzhou Applied Acoustic Research Institute Zhejiang Hangzhou 310012）

【Abstract】Ultrasound is a physical process has been used for sludge cell rupturing.The method has advantages of simple operation，sludge distintegration speed，wide application range，will not cause secondary pollution to the environment.This study was based on ultrasonication equipment used for pretreatment thickened waste activated sludge.The experimental was observed the change of floc structure，COD，TN and TP at different ultrasonic time.As a result，the ultrasonic rupture the cell wall in evidence and facilitate the release of intracellular matter to the aqueous phase.The COD，TN and TP release was proportion of sonication duration.

【Key words】Ultrasonic；Sludge

0.引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市污水排放量日益增多，污泥產(chǎn)量也隨之提高，對(duì)污泥處置成為各國(guó)的難點(diǎn)。剩余污泥的處理方法主要有露天堆放、填埋、投海等手段，這些方法的特點(diǎn)成本低，但容易造成二次環(huán)境污染；污泥焚燒技術(shù)處置剩余污泥是最徹底的污泥處理方法，它能使有機(jī)物全部碳化，殺死病原體，可最大限度地減少污泥體積，但是其缺點(diǎn)能耗高。現(xiàn)在國(guó)外許多國(guó)家都采用超聲波方法對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，減少污泥的排放量，提高TN、TP的去除率，縮短污泥消耗時(shí)間，減少泡沫和提高產(chǎn)氣量等，此方法完全是一種物理的方法，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

1.超聲波污泥處理的機(jī)理

超聲波設(shè)備應(yīng)用于污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的生物污泥（活性污泥）處理，其原理是污泥在超聲波的作用下產(chǎn)生共振氣穴泡，且不斷膨脹，在微觀環(huán)境里氣穴泡內(nèi)產(chǎn)生超高溫高壓（5000℃、500bar），最終共振內(nèi)爆，產(chǎn)生的強(qiáng)力水噴射流形成巨大的水力剪切力，實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥絮體結(jié)構(gòu)與污泥中微生物細(xì)胞壁的巨大破壞，使細(xì)胞質(zhì)和酶從細(xì)胞中溶出，當(dāng)其作為催化劑和補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)回流到生化系統(tǒng)時(shí)，有效的補(bǔ)充了生化階段所需的碳源，使生化系統(tǒng)的降解效率和降解度大大提高，更多的污染物將會(huì)被轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，使污泥排放量得到消減。

2.超聲波污泥處理設(shè)備的構(gòu)成

超聲波污泥處理系統(tǒng)由大功率超聲波換能器、大功率超聲波智能電源、反應(yīng)釜和采水單元組成。超聲波換能器把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能作用于污泥，對(duì)污泥進(jìn)行破碎；超聲波電源由單片機(jī)或DSP產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大、經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)輸入到換能器上，為換能器提供激勵(lì)信號(hào)，并時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)換能器的運(yùn)行狀態(tài)；反應(yīng)釜是超聲波污泥處理的容器，使污泥在容器內(nèi)得到充分空化處理。超聲波設(shè)備工作頻率20kHz，功率0～2kW（可調(diào)）。

3.污泥實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)污泥取于富陽(yáng)污水處理廠的貯泥池，前后兩次使用超聲波設(shè)備對(duì)污泥在燒杯中進(jìn)行破碎實(shí)驗(yàn)，破碎后檢測(cè)污泥COD、TN、TP和TC等指標(biāo)的變化規(guī)律。富陽(yáng)污水處理廠污泥的基本性質(zhì)如表1所示。MLVSS是混合液中可揮發(fā)性的懸浮固體濃度，它代表活性微生物的量。MLSS一般是指生物池里混合液懸浮固體顆粒的濃度，簡(jiǎn)稱(chēng)污泥濃度。超聲波設(shè)備工作頻率20kHz，超聲功率500w，處理500ml污泥。

從圖1可以看出，60s的超聲作用后，污泥絮體變得有些松散，但絮體骨架仍然保持著，經(jīng)1min、2min、3min超聲作用以后絮體則大大減少。2min后絮體顏色變淡、尺寸變小，到3min后絮體被完全打碎。由此可以看出，超聲作用時(shí)間對(duì)污泥絮體的變化有很大影響，超聲波時(shí)間越長(zhǎng)破碎效果越好。

3.2不同超聲時(shí)間污泥COD的變化

由圖2可知，上清液中的COD是隨著超聲波處理時(shí)間的增加而增加的，超聲波處理時(shí)間越長(zhǎng)，污泥釋放出的有機(jī)物就越多，處理10 min，COD增加了1400mg/L左右。從圖中數(shù)據(jù)來(lái)看，上清液中COD的量與超聲處理時(shí)間之間符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。

COD隨處理時(shí)間增加而增加，因?yàn)槌暡▽?duì)污泥絮體結(jié)構(gòu)與污泥中微生物細(xì)胞壁的破壞逐漸加大，使細(xì)胞質(zhì)和酶從細(xì)胞中溶出，溶液中可利用的溶解性有機(jī)物增加，這對(duì)后續(xù)的厭氧消化是非常有利的。

4.結(jié)論

污泥上清液COD、污泥擊破率隨超聲處理時(shí)間的增加而增大，但結(jié)合運(yùn)行成本分析考慮，超聲波處理污泥的最佳工程處理時(shí)間為60～120秒。

【參考文獻(xiàn)】

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