超聲波破解剩余污泥的研究

【摘 要】超聲波處理法是機械破解污泥細胞的一種，屬于物理方法。該法操作簡單、污泥破解速度快、適用范圍廣，不會對環境造成二次污染。本文采用超聲波技術破碎城市污水處理廠的剩余活性污泥，研究了不同作用時間超聲處理后污泥微觀結構的變化，以及上清液中COD的變化規律。研究結果表明，超聲波破碎污泥絮體結構及細胞的效果明顯，使其有機物質釋放進入液相中，COD隨超聲作用時間增加而增加。

【關鍵詞】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

隨著世界經濟的發展，城市污水排放量日益增多，污泥產量也隨之提高，對污泥處置成為各國的難點。剩余污泥的處理方法主要有露天堆放、填埋、投海等手段，這些方法的特點成本低，但容易造成二次環境污染；污泥焚燒技術處置剩余污泥是最徹底的污泥處理方法，它能使有機物全部碳化，殺死病原體，可最大限度地減少污泥體積，但是其缺點能耗高。現在國外許多國家都采用超聲波方法對污泥進行預處理，減少污泥的排放量，提高TN、TP的去除率，縮短污泥消耗時間，減少泡沫和提高產氣量等，此方法完全是一種物理的方法，不會對環境造成二次污染。

1.超聲波污泥處理的機理

超聲波設備應用于污水處理過程中產生的生物污泥（活性污泥）處理，其原理是污泥在超聲波的作用下產生共振氣穴泡，且不斷膨脹，在微觀環境里氣穴泡內產生超高溫高壓（5000℃、500bar），最終共振內爆，產生的強力水噴射流形成巨大的水力剪切力，實現對污泥絮體結構與污泥中微生物細胞壁的巨大破壞，使細胞質和酶從細胞中溶出，當其作為催化劑和補充營養回流到生化系統時，有效的補充了生化階段所需的碳源，使生化系統的降解效率和降解度大大提高，更多的污染物將會被轉化為水和二氧化碳，使污泥排放量得到消減。

2.超聲波污泥處理設備的構成

超聲波污泥處理系統由大功率超聲波換能器、大功率超聲波智能電源、反應釜和采水單元組成。超聲波換能器把電能轉換為機械能作用于污泥，對污泥進行破碎；超聲波電源由單片機或DSP產生信號，經過功率放大、經匹配網絡輸入到換能器上，為換能器提供激勵信號，并時時監測換能器的運行狀態；反應釜是超聲波污泥處理的容器，使污泥在容器內得到充分空化處理。超聲波設備工作頻率20kHz，功率0～2kW（可調）。

3.污泥實驗

實驗污泥取于富陽污水處理廠的貯泥池，前后兩次使用超聲波設備對污泥在燒杯中進行破碎實驗，破碎后檢測污泥COD、TN、TP和TC等指標的變化規律。富陽污水處理廠污泥的基本性質如表1所示。MLVSS是混合液中可揮發性的懸浮固體濃度，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，簡稱污泥濃度。超聲波設備工作頻率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，超聲作用時間對污泥絮體的變化有很大影響，超聲波時間越長破碎效果越好。

3.2不同超聲時間污泥COD的變化

由圖2可知，上清液中的COD是隨著超聲波處理時間的增加而增加的，超聲波處理時間越長，污泥釋放出的有機物就越多，處理10 min，COD增加了1400mg/L左右。從圖中數據來看，上清液中COD的量與超聲處理時間之間符合一級反應動力學規律。

COD隨處理時間增加而增加，因為超聲波對污泥絮體結構與污泥中微生物細胞壁的破壞逐漸加大，使細胞質和酶從細胞中溶出，溶液中可利用的溶解性有機物增加，這對后續的厭氧消化是非常有利的。

4.結論

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

【參考文獻】

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