超声波技术在污泥处理中的应用

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1、超声波技术在污泥处理中的应用　　【摘要】本文对超声波污泥处理机理进行了较详细的阐述，对国内外超声波污泥处理技术的实例进行了客观的分析和评价，并对超声波在污泥中的应用前景进行了展望。【关键词】超声波；污泥减量；预处理　　　　0引言　　超声波是指频率为20～106kHz的声波。自从1880年Curie发现压电效应，及1917年Langevin发现反压电效应，半个多世纪以来，超声技术及其应用获得了极为广泛而令人瞩目的成就。超声波用于工业较早。低强度的超声波通常用于测量流量，而超声波技术在环境工程中的研究和应用还处于早期发展阶段，在国外，早在1993年超

2、声波技术就作为一种新的技术引入到水处理中[1]，到目前为止已有大量实验室的基础研究成果，并有部分进入实际应用。而国内，这方面开展的工作还非常有限。　　将超声波用于污泥减量是一个全新的领域。当一定强度的超声波作用于某一液体时，一般是在很高的声强下，特别是在低频和中频范围内，产生交替的压缩和扩张作用从而进一步产生空穴作用，在溶液中这个作用以微气泡的形成、生长和破裂来体现，以此压碎细胞壁，释放出细胞内所含的成分和细胞质，以便进一步降解。超声波细胞处理器能加快细胞溶解，用于污泥回流系统时，可强化细胞的可降解性，减少了污泥的产量；用于污泥脱水设备时，有利于

3、污泥脱水和污泥减量。　　随着我国城镇污水处理行业近年来的快速发展，到XX年我国城镇污水厂已经有3000多座，按80%含水率计算，预计我国每年污泥的产生量会达到3000多万吨，污泥处理是污水处理的一项重要部分，通常泥量约为水量的1%-2%，但污泥处理在整个污水处理厂投资中约占40%-50%。不仅投资大，传统厌氧消化工艺还存在负荷低、安全性要求高、运行管理难度大、运行经验缺乏等问题，这就使得部分运行管理水平较低的污水处理厂索性将消化池闲置，造成很大浪费。　　所以污泥的处理任重道远，改善污泥处理技术，减少污泥产量迫在眉睫。作为一项新的污泥处理技术，超声

4、波具有无污染、高效率、操作简便等特点。常见的超声波设备有两种：探头式反应器与槽式反应器。探头式反应器声强高，反应容器可以做成各种形状，但作用体积较小，适宜于实验研究或小规模操作。槽式反应器则更适于大规模生产。　　1超声波在污泥处理中的应用现状　　国外对超声波污泥处理技术研究较多，如德国巴姆堡市污水厂，由于管网扩充和改造等原因，每天的污泥量相应增加，考虑到节约资金和提高效率等方面的问题，引进3台超声波污泥反应器对污泥进行预处理。一期两台运行3个月后，沼气产量增加30%，污泥停留时间从25天降到18天，从而满足了在不建造新的污泥罐的情况下保证消化深度

5、的要求。其流程见图3。　　超声波预处理破坏菌胶团强度结构后，大量被挟裹在菌胶团内的有机物被释放到水中，从而易于为微生物所用。使用112W/mL的低频处理可以将可溶性COD占总COD的比值从36%提高到89%，可溶性N的比值从34%提高到42%[2]。由于厌氧发酵的关键步骤是水解，将不溶性的有机颗粒变为溶解性的有机物，水解十分缓慢，造成厌氧处理周期长。超声波预处理可以相当程度地取代水解过程，而时间大大缩短。　　除了对污泥结构的破坏外，超声波还能改变微生物活性。一定强度的超声波可以促进酶活，加快微生物生长，提高其对有机物的分解吸收能力。线性超声波处理

6、45min可以使啤酒酵母细胞生长对数期提前6h，而且细胞数提高近一倍，细胞干重也有较大提高，其可能原因是超声波产生的微冲击流改进了细胞内外的传质作用，从而加快有机质进入细胞和代谢产物排出细胞的进程。超声波加快膜传递的现象也被其他研究所证实。可溶性有机物的增加和细胞活性的增加共同作用，极大地加快了厌氧发酵速率，而且促进效应在超声波停止后数小时内依然存在。30―120min的超声波处理使厌氧发酵时间从22d降到8d，而且挥发性有机物的去除率从%提高到%，同时沼气的产率提高了倍[3]。也就是说短时间的超声波预处理可以大大缩短发酵时间，提高沼气产率，从而

7、极大地降低投资和运行费用，并提高处理效率。　　然而过高强度的超声波可以破坏微生物细胞壁，使细胞内的有机物释放出来，例如/mL下处理120min后污泥中64%的大肠杆菌被杀死[4]，由于超声波效应在声波停止后数小时内依然存在，微生物的灭活给后续的生物处理造成很大困难。　　目前，国内将超声波应用于污泥处理中的实例并不是很多，取得进展的主要有以下几个方面。　　河北科技大学祁梦兰，郑自保等利用H2O2声化学氧化法处理靛蓝染料废水，并与Fenton氧化法进行比较，发现两种方法可以达到大致相同的处理效果，但H2O2声化学氧化法处理时间较短，仅10-20min

8、，而Fenton氧化法反应时间则需120-140min；H2O2声化学氧化法的H2O2投加量为/L，而Fenton氧化法的H2O2投加量