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随着我国城市化进程的加快,市政剩余污泥急剧增加。剩余污泥中含有大量病原微生物、重金属及氮磷营养物,若不合理处置,会引发严重的二次污染。因此发展经济有效的处置方式,使其达到“四化”（即稳定化、资源化、无害化和减量化）要求具有重要意义。但是,污泥中存在的大量微生物细胞降低了其生物降解速率,限制了厌氧消化等经济高效污泥处置方法的应用。为破除污泥中的微生物细胞,提升厌氧消化降解效率,污泥的预处理技术研究得到了广泛关注。超声波预处理可有效破解污泥中的微生物细胞,是一种经济环保的污泥预处理方式,本文从超声机理出发,通过理论模拟和实验验证探究了基于超声波空化效应在污泥预处理方面的基本特殊和变化规律。主要研究内容及结论如下:（1）在Rayleigh-Plesset理论模型基础上推导出超声空化泡的运动方程,采用Matlab软件迭代不同影响参数（超声频率、声压幅值、空化气泡的初始半径及污泥粘度）求解空化泡运动方程,模拟分析这些影响因素对超声空化效应的影响。同时采用Fluent软件进一步来表达空化气泡从膨胀到收缩最后到溃灭的这一系列空化过程使模拟更加可视化。结果表明,低超声频率和高超声功率时超声的空化效果最强,其中超声频率为20 kHz时、超声功率为1000 W空化效果最强,当提高空化泡初始半径和污泥粘度时,空化泡的振幅会变弱,空化效应减弱,其中当初始半径R0=5×10-66 m时、污泥粘度在1.0×10-33 Pa·s-11×10-33 Pa·s范围之间时,超声空化效果最好。（2）自建实验装置,采用热探头来验证数值模拟的准确性。结果表明,其他条件不变的情况下,超声频率为20 kHz时空化效果最强,与数值模拟结果相吻合,但是功率值越大时并不代表超声空化效应就越强,这与模拟结果有所不同,出现这样的原因是数值模拟没有考虑到其它因素的影响。（3）在得出的最佳工艺条件下对剩余污泥进行超声破解实验,通过观察污泥的微观的变化及生化分析来研究污泥的破碎效果。结果表明,超声过程中温度产生的热效应对污泥破解的影响程度较小,可以忽略不考虑;在实际破解污泥实验中,超声功率与超声时间的大小是影响超声波破碎剩余污泥程度的重要因素,污泥中各值随超声功率及超声时间的增加呈明显增长趋势,在超声功率为900 W时,污泥上清液中SCOD值明显升高,且在超声30 min后,破解后污泥上清液的SCOD值从96 mg/L增高到最高4070 mg/L;蛋白质溶出值从112.26 mg/L升高到258.52 mg/L;多糖溶出值从49.95 mg/L升高到186.87 mg/L;TSS减少率从13.6%升高到54.2%。说明超声处理污泥可以实现污泥的资源化和稳定化。综上所述,超声是一种有效破解污泥的方法,通过本课题的模拟研究和实验结果可为后期研究超声空化的条件作出指导及理论基础,同时还为今后设计超声处理污泥的化学反应器提供相关的实践知识。图[33]表[15]参[105]