超聲法在污泥減量技術(shù)中的研究進(jìn)展

王金雙 趙繼紅 劉永德

摘要：指出了隨著社會的發(fā)展，污水處理行業(yè)也在飛速的進(jìn)步，但巨量的剩余污泥治理問題也隨之而來。傳統(tǒng)的污泥處理方法一般采用堆肥的方法處理活性污泥，但是工藝時間較長，且會造成二次污染。利用超聲法處理污泥很好地解決了這些問題，超聲法具有工藝簡單，效果明顯的優(yōu)點。主要闡述了超聲法在污泥減量技術(shù)中的研究進(jìn)展，并對污泥減量進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：污泥減量化;超聲;應(yīng)用進(jìn)展

中圖分類號：X703.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0124-02

1 引言

隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化規(guī)模的擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致污水處理廠處理的污水量急劇增加，而治理污水的過程中產(chǎn)生了大量的剩余污泥。城市污水處理廠剩余污泥的處理費用約占污水處理廠總運行費用的25%～40%，有時甚至高達(dá)60%。傳統(tǒng)的填埋、焚燒和堆肥等污泥減量處理技術(shù)因其需占用大量的土地、產(chǎn)生二次污染等缺點而越來越受限制。而超聲法減量污泥具有無污染和破解速率高等優(yōu)點，很好地解決了傳統(tǒng)處理法的弊端。近年來，越來越多的學(xué)者開始研究超聲波技術(shù)在污泥預(yù)處理領(lǐng)域的應(yīng)用。筆者綜述近幾年超聲波在污泥減量化中的應(yīng)用進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上展望其應(yīng)用前景。

2剩余污泥的特點

剩余污泥是指活性污泥系統(tǒng)中從二次沉淀池（或沉淀區(qū)）排出系統(tǒng)外的活性污泥。剩余污泥具有以下特點：①含水率高，未脫水污泥含水率大于90%，初步脫水污泥含水率也高達(dá)80%，運輸成本高，堆放占地面積大。②污泥中含有多種礦物質(zhì)，并含有較多的氮、磷等植物養(yǎng)分和銅、鋅、鉻、汞等重金屬離子及其鹽類。污泥用于土地用途時，如果施用不當(dāng)，則可能污染土地。③有機(jī)物含量高，因此擁有較高的熱值，干燥后的熱值相當(dāng)于褐煤的水平，但易腐敗并散發(fā)惡臭，影響大氣環(huán)境質(zhì)量。④污泥中含有大量的寄生蟲卵、微生物、病原體，以及多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物質(zhì)。由于剩余污泥具有以上性質(zhì)，所以很難被妥善的減量化。

3 超聲在污泥減量化中的應(yīng)用進(jìn)展

3.1超聲頻率的影響

千夢溪等采用20kHz超聲波，在不同的聲能密度和超聲時問下處理微膨脹活性污泥，研究低能量密度超聲波處理對活性污泥的沉降性能及污泥減量的影響。結(jié)果表明：超聲波處理可改善污泥沉降性能和實現(xiàn)污泥減量。適宜的超聲處理時間為30～40 s。超聲處理后，泥水界面沉降速率可提高52%，污泥容積指數(shù)（SVI）可由202.9 mL/g卞降到151 mL/g左右，污泥減量率為12.5%。在超聲波處理40 s時污泥減少已基本完成，而上清液的溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）在40 s之后還在大幅升高，從絮體中釋放出來的污泥的溶解液化相對滯后。馬繼華等將低能量密度超聲波/堿協(xié)同溶胞與水解酸化耦合用于其污泥預(yù)處理，并以傳統(tǒng)活性污泥工藝進(jìn)行生物降解。研究表明低能量密度超聲波/堿協(xié)同溶胞一隱性生長污泥減量工藝在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是可行的。

3.2超聲時間的影響

喻艷菁等研究了超聲聲能密度和超聲時間對剩余污泥的粒徑和溶出物（蛋白質(zhì)、多糖、DNA、COD及BOD）溶出的影響。在脈沖比2：1和超聲時間10 min的條件下，聲能密度為0.2 W/mL時出現(xiàn)一個污泥粒徑變化的轉(zhuǎn)折點，當(dāng)小于轉(zhuǎn)折點時污泥粒徑隨聲能密度增加明顯下降.而當(dāng)大于轉(zhuǎn)折點時污泥粒徑幾乎不受聲能密度影響.在脈沖比2：1和聲能密度0.8W/mL的條件下，超聲時間 5 min是個轉(zhuǎn)折點。上清液中溶出物的濃度隨超聲波聲能密度或超聲時間的增加而增加，各溶出物指標(biāo)之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系，溶出物指標(biāo)中蛋白質(zhì)指標(biāo)可以較好地反映出污泥破解狀態(tài)。張寧寧等研究了不同超聲時間對污泥破解效果的影響。結(jié)果表明，隨著超聲時間的延長，污泥濾液中的COD、NH₃-N和TP都逐漸增大，但是它們增大的幅度并不一致，并且最佳超聲時間為20 min。

3.2超聲聲能密度的影響

于怡等在20 kHz的超聲頻率下，測試了聲能密度和超聲作用時間對剩余污泥破解的影響，以獲得最佳的超聲破解條件。在此基礎(chǔ)上對污泥進(jìn)行超聲處理，并將超聲處理后的污泥進(jìn)一步厭氧水解，考察將水解產(chǎn)物用作反硝化碳源的可行性。結(jié)果表明，最佳超聲處理條件是：作用時間為10 min，聲能密度為1.2 W/mL。在此條件下超聲預(yù)處理剩余污泥后厭氧水解48 h，MLVSS的減量率為控制樣的2倍，SCOD濃度為控制樣的1. 96倍，總揮發(fā)性有機(jī)酸濃度為控制樣的1.69倍。Zhang等通過固定超聲時間為10 min，研究了不同的超聲聲能密度對污泥超聲破解的影響。結(jié)果表明.當(dāng)超聲聲能密度由0.2 W/mL增加到0.5 W/mL時，污泥的破解率提高4.5%，所以較高的超聲聲能密度可以提高污泥的破解率和細(xì)胞裂解程度，促進(jìn)污泥失去活性。

4超聲在污泥減量化中的前景展望

超聲波技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)、有效、環(huán)保的新型污泥減量技術(shù)，能夠降低污水處理廠污泥處理的費用，可以有效防止對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此超聲波技術(shù)是，是未來污泥減量化研究的重要發(fā)展方向。與此同時·超聲技術(shù)也可以聯(lián)合其他處理技術(shù)（臭氧、磁場耦合、Fenton等）協(xié)同處理剩余污泥，也具有廣闊的發(fā)展前景。