论文部分内容阅读
【摘 要】超声波处理法是机械破解污泥细胞的一种，属于物理方法。该法操作简单、污泥破解速度快、适用范围广，不会对环境造成二次污染。本文采用超声波技术破碎城市污水处理厂的剩余活性污泥，研究了不同作用时间超声处理后污泥微观结构的变化，以及上清液中COD的变化规律。研究结果表明，超声波破碎污泥絮体结构及细胞的效果明显，使其有机物质释放进入液相中，COD随超声作用时间增加而增加。
【关键词】超声波；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
随着世界经济的发展，城市污水排放量日益增多，污泥产量也随之提高，对污泥处置成为各国的难点。剩余污泥的处理方法主要有露天堆放、填埋、投海等手段，这些方法的特点成本低，但容易造成二次环境污染；污泥焚烧技术处置剩余污泥是最彻底的污泥处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积，但是其缺点能耗高。现在国外许多国家都采用超声波方法对污泥进行预处理，减少污泥的排放量，提高TN、TP的去除率，缩短污泥消耗时间，减少泡沫和提高产气量等，此方法完全是一种物理的方法，不会对环境造成二次污染。
1.超声波污泥处理的机理
超声波设备应用于污水处理过程中产生的生物污泥（活性污泥）处理，其原理是污泥在超声波的作用下产生共振气穴泡，且不断膨胀，在微观环境里气穴泡内产生超高温高压（5000℃、500bar），最终共振内爆，产生的强力水喷射流形成巨大的水力剪切力，实现对污泥絮体结构与污泥中微生物细胞壁的巨大破坏，使细胞质和酶从细胞中溶出，当其作为催化剂和补充营养回流到生化系统时，有效的补充了生化阶段所需的碳源，使生化系统的降解效率和降解度大大提高，更多的污染物将会被转化为水和二氧化碳，使污泥排放量得到消减。
2.超声波污泥处理设备的构成
超声波污泥处理系统由大功率超声波换能器、大功率超声波智能电源、反应釜和采水单元组成。超声波换能器把电能转换为机械能作用于污泥，对污泥进行破碎；超声波电源由单片机或DSP产生信号，经过功率放大、经匹配网络输入到换能器上，为换能器提供激励信号，并时时监测换能器的运行状态；反应釜是超声波污泥处理的容器，使污泥在容器内得到充分空化处理。超声波设备工作频率20kHz，功率0～2kW（可调）。
3.污泥实验
实验污泥取于富阳污水处理厂的贮泥池，前后两次使用超声波设备对污泥在烧杯中进行破碎实验，破碎后检测污泥COD、TN、TP和TC等指标的变化规律。富阳污水处理厂污泥的基本性质如表1所示。MLVSS是混合液中可挥发性的悬浮固体浓度，它代表活性微生物的量。MLSS一般是指生物池里混合液悬浮固体颗粒的浓度，简称污泥浓度。超声波设备工作频率20kHz，超声功率500w，处理500ml污泥。
从图1可以看出，60s的超声作用后，污泥絮体变得有些松散，但絮体骨架仍然保持着，经1min、2min、3min超声作用以后絮体则大大减少。2min后絮体颜色变淡、尺寸变小，到3min后絮体被完全打碎。由此可以看出，超声作用时间对污泥絮体的变化有很大影响，超声波时间越长破碎效果越好。
3.2不同超声时间污泥COD的变化
由图2可知，上清液中的COD是随着超声波处理时间的增加而增加的，超声波处理时间越长，污泥释放出的有机物就越多，处理10 min，COD增加了1400mg/L左右。从图中数据来看，上清液中COD的量与超声处理时间之间符合一级反应动力学规律。
COD随处理时间增加而增加，因为超声波对污泥絮体结构与污泥中微生物细胞壁的破坏逐渐加大，使细胞质和酶从细胞中溶出，溶液中可利用的溶解性有机物增加，这对后续的厌氧消化是非常有利的。
4.结论
污泥上清液COD、污泥击破率随超声处理时间的增加而增大，但结合运行成本分析考虑，超声波处理污泥的最佳工程处理时间为60～120秒。
【参考文献】
[1]童文锦，孙水裕，郑莉，等.城市污水污泥超声波预处理的研究.环境科学与技术，2010，33（5）：1120-135.
[2]姚炜婷，孙水裕，郑莉，尹光等.超声波缺氧/好氧消化过程污泥EPS、酶活性及菌落数的变化研究.环境科学学报，2011，Vol.31，No.9：1925-1932.
【关键词】超声波；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
随着世界经济的发展，城市污水排放量日益增多，污泥产量也随之提高，对污泥处置成为各国的难点。剩余污泥的处理方法主要有露天堆放、填埋、投海等手段，这些方法的特点成本低，但容易造成二次环境污染；污泥焚烧技术处置剩余污泥是最彻底的污泥处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积，但是其缺点能耗高。现在国外许多国家都采用超声波方法对污泥进行预处理，减少污泥的排放量，提高TN、TP的去除率，缩短污泥消耗时间，减少泡沫和提高产气量等，此方法完全是一种物理的方法，不会对环境造成二次污染。
1.超声波污泥处理的机理
超声波设备应用于污水处理过程中产生的生物污泥（活性污泥）处理，其原理是污泥在超声波的作用下产生共振气穴泡，且不断膨胀，在微观环境里气穴泡内产生超高温高压（5000℃、500bar），最终共振内爆，产生的强力水喷射流形成巨大的水力剪切力，实现对污泥絮体结构与污泥中微生物细胞壁的巨大破坏，使细胞质和酶从细胞中溶出，当其作为催化剂和补充营养回流到生化系统时，有效的补充了生化阶段所需的碳源，使生化系统的降解效率和降解度大大提高，更多的污染物将会被转化为水和二氧化碳，使污泥排放量得到消减。
2.超声波污泥处理设备的构成
超声波污泥处理系统由大功率超声波换能器、大功率超声波智能电源、反应釜和采水单元组成。超声波换能器把电能转换为机械能作用于污泥，对污泥进行破碎；超声波电源由单片机或DSP产生信号，经过功率放大、经匹配网络输入到换能器上，为换能器提供激励信号，并时时监测换能器的运行状态；反应釜是超声波污泥处理的容器，使污泥在容器内得到充分空化处理。超声波设备工作频率20kHz，功率0～2kW（可调）。
3.污泥实验
实验污泥取于富阳污水处理厂的贮泥池，前后两次使用超声波设备对污泥在烧杯中进行破碎实验，破碎后检测污泥COD、TN、TP和TC等指标的变化规律。富阳污水处理厂污泥的基本性质如表1所示。MLVSS是混合液中可挥发性的悬浮固体浓度，它代表活性微生物的量。MLSS一般是指生物池里混合液悬浮固体颗粒的浓度，简称污泥浓度。超声波设备工作频率20kHz，超声功率500w，处理500ml污泥。
从图1可以看出，60s的超声作用后，污泥絮体变得有些松散，但絮体骨架仍然保持着，经1min、2min、3min超声作用以后絮体则大大减少。2min后絮体颜色变淡、尺寸变小，到3min后絮体被完全打碎。由此可以看出，超声作用时间对污泥絮体的变化有很大影响，超声波时间越长破碎效果越好。
3.2不同超声时间污泥COD的变化
由图2可知，上清液中的COD是随着超声波处理时间的增加而增加的，超声波处理时间越长，污泥释放出的有机物就越多，处理10 min，COD增加了1400mg/L左右。从图中数据来看，上清液中COD的量与超声处理时间之间符合一级反应动力学规律。
COD随处理时间增加而增加，因为超声波对污泥絮体结构与污泥中微生物细胞壁的破坏逐渐加大，使细胞质和酶从细胞中溶出，溶液中可利用的溶解性有机物增加，这对后续的厌氧消化是非常有利的。
4.结论
污泥上清液COD、污泥击破率随超声处理时间的增加而增大，但结合运行成本分析考虑，超声波处理污泥的最佳工程处理时间为60～120秒。
【参考文献】
[1]童文锦，孙水裕，郑莉，等.城市污水污泥超声波预处理的研究.环境科学与技术，2010，33（5）：1120-135.
[2]姚炜婷，孙水裕，郑莉，尹光等.超声波缺氧/好氧消化过程污泥EPS、酶活性及菌落数的变化研究.环境科学学报，2011，Vol.31，No.9：1925-1932.