超聲波處理污泥技術(shù)的研究進(jìn)展

水處理網(wǎng)訊:隨著人口的增加和對(duì)環(huán)保的日益重視，污水處理廠迅速增加，伴隨產(chǎn)生的污泥量也與日俱增。工業(yè)廢水與生活污水處理后產(chǎn)生的污泥含水量接近98%、容易腐爛、有強(qiáng)烈的臭味，并且還含有多種污染物質(zhì)。此種污泥的處理費(fèi)用很高，按現(xiàn)有的處理工藝技術(shù)一般約占污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的15%~30%，占總投資10%~25%，致使一些污水處理廠將污泥直接排放，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅。所以，開發(fā)新的預(yù)處理工藝，提高污泥脫水率、促進(jìn)后續(xù)生物處理成為解決污泥問題的關(guān)鍵。利用超聲波對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理可改變污泥性質(zhì)，提高污泥的穩(wěn)定性，從而提高污泥的脫水性能，并促進(jìn)污泥吸收氮磷，以實(shí)現(xiàn)污泥資源化。

1.超聲波可改變污泥結(jié)構(gòu)和提高污泥活性

超聲波能夠改變污泥絮體結(jié)構(gòu)，使胞內(nèi)物質(zhì)釋放出來，增加污泥的可降解性。曹秀芹等[1]研究了超聲波對(duì)細(xì)胞分解的程度，結(jié)果表明，聲能密度為0.5 W/mL的超聲處理后污泥性質(zhì)發(fā)生變化，污泥絮體被分解，胞內(nèi)物質(zhì)被釋放出來，污泥上清液中的溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）、N、P等大幅上升，同時(shí)胞內(nèi)釋放物質(zhì)具有良好的生化降解性能。另外，利用超聲與堿耦合的方法結(jié)合破解污泥，可能進(jìn)一步破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，使污泥胞內(nèi)外物質(zhì)進(jìn)入水相，從而取得比單獨(dú)使用超聲波更好的效果[2]。超聲波對(duì)污泥活性的作用與超聲波的輻照時(shí)間有關(guān)。在對(duì)污泥進(jìn)行短時(shí)間的超聲波輻照中，由于超聲波所引起的機(jī)械切應(yīng)力對(duì)細(xì)胞造成了微傷，使其自身產(chǎn)生本能的防御效應(yīng)，表現(xiàn)為酶的分泌增多，細(xì)胞繁殖加快，于是微生物的新陳代謝活性增強(qiáng)。超聲波輻照8 h后污泥活性達(dá)到最大，24h后逐漸降低到對(duì)照水平[3]。

2.超聲波可提高污泥穩(wěn)定性

未經(jīng)處理的污泥很不穩(wěn)定,在放置過程中會(huì)產(chǎn)生物理和化學(xué)方面的變化,細(xì)菌和藻類繁殖快,出現(xiàn)污泥上浮,變黑等現(xiàn)象。高強(qiáng)度的超聲波可以殺死污泥中的細(xì)菌,消除病毒,分解產(chǎn)生臭氣的物質(zhì),從而消除臭氣的根源,殺死藻類,消除懸浮物,提高COD 的可溶解性。與化學(xué)法消毒相比,不但可以避免化學(xué)累積效應(yīng),同時(shí)還提高污泥長時(shí)間放置的穩(wěn)定性,而且可以有效地防止病原菌的傳播。中國臺(tái)灣Jean[4] (2000) 認(rèn)為在0. 11 W/ mL 和0. 33 W/ mL 之間存在一個(gè)閾值,超過此閾值,超聲波可以把細(xì)菌分解,并使相當(dāng)一部分固態(tài)COD 轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)。J ean 通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在0. 33 W/ mL 聲能密度下,經(jīng)40 分鐘超聲波處理后,異養(yǎng)菌和大腸桿菌分別減少了82 %、99 % ,并且溶解性COD 經(jīng)1 h 作用后提高了12 倍,而在0. 11 W/ mL 聲能密度下,作用時(shí)間較短時(shí),異養(yǎng)菌和大腸桿菌變化不大,只有在1 h 以上才有明顯減少, 而且不管作用時(shí)間長短, 溶解性COD 幾乎保持不變。中國臺(tái)灣Chu[5] (2001) 通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),超聲波聲能密度為0.11 W/ mL 時(shí)經(jīng)1 h 后,異養(yǎng)菌和大腸桿菌分別減少了30 %、59 % ,2 h 分別減少了40 %、64 %;聲能密度為0. 33 W/ mL 時(shí),僅僅經(jīng)20 min 后,異養(yǎng)菌和大腸桿菌分別減少了56 %、97 %。同時(shí)他們也對(duì)細(xì)菌分解釋放出的有機(jī)物進(jìn)行了考察,原始污泥中BOD/COD = 0. 66 ,而且SCOD/ TCOD 不足1 %。當(dāng)聲能密度為0.11 W/ mL 時(shí),經(jīng)超聲波作用2 h 后SCOD 增加了40 倍,而且BOD/ COD 在0. 66～0. 8 之間,這說明細(xì)菌分解釋放出的COD 絕大部分是可生物降解的。

3.超聲波可改變污泥流變性和提高污泥脫水性能

超聲作用可改變污泥的流變性，其影響程度與超聲條件有關(guān)，低聲能密度、短時(shí)間超聲處理可降低污泥比阻，增強(qiáng)污泥的流變性和脫水性能。但高聲能密度、長時(shí)間處理反而使污泥比阻增大，流變性變差[6]。

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而污泥流變性反映了污泥的脫水性能，流變性的改變?yōu)槲勰嗝撍实脑黾犹峁┝艘粭l便捷的途徑。

高強(qiáng)度、短時(shí)間處理的污泥顆粒粒徑約80μm 左右, 污泥脫水性能提高, 沉淀性好。

較小聲強(qiáng)的超聲波（600 W/m2以下）處理較短時(shí)間有利于減少污泥的結(jié)合水含量，有利于促進(jìn)污泥脫水，但是加大聲強(qiáng)及延長處理時(shí)間效果變差；超聲波頻率在20 kHz，平均聲強(qiáng)為400 W/m2 左右，超聲處理2～4 min，可以使污泥的結(jié)合含水量由原來的16.7 g/g 干基降到2.0 g/g 干基以下。殷絢等超聲處理使污泥結(jié)合水含量大大降低,污泥的脫水能力提高, 含泥率提高5%~10%, 最終污泥量減少。

利用超聲結(jié)合絮凝劑處理污泥的方法，進(jìn)行污泥板框壓濾實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，超聲可使污泥含水率從近98%減少到81%，污泥的體積減少為最初的1/10，超聲聲強(qiáng)為410 W/m2，超聲處理2.5 min為較優(yōu)處理?xiàng)l件，同時(shí)絮凝劑的使用量從0.7%干基降低到0.6%干基。楊金美等的研究顯示，超聲處理7 s 后濾餅含水率降低2.9%，超聲10 s 時(shí)粘度和比阻值最小，比原污泥分別減少29.4%和24.2%，15 s 后污泥沉降速率是原污泥的3.7 倍；超聲與絮凝劑聯(lián)用可以改善污泥脫水性能和沉降性能，減少絮凝劑的量達(dá)一半以上。

4.超聲波可促進(jìn)污泥中氮、磷量的增加,有利于污泥資源化

北京建筑工程學(xué)院曹秀芹、陳王君研究表明 ,隨著超聲波作用時(shí)間的延長,污泥清液中的有機(jī)氮含量提高迅速,原因在于超聲空化產(chǎn)生的剪切力使細(xì)胞破碎,釋放出胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和氨基酸。而氨氮和硝態(tài)氮的含量也隨超聲時(shí)間的延長而提高,應(yīng)該是由于超聲空化使一部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮與硝態(tài)氮。上述研究還發(fā)現(xiàn),污泥在超聲波作用下,磷化合物的含量與氮也有相似的變化。氮磷含量的增加有利于污泥資源化。城市土壤與自然形成的土壤相比,有機(jī)質(zhì)含量低、有效養(yǎng)分含量低。超聲波處理后的污泥可用于農(nóng)林耕地和牧業(yè)草地的增肥。據(jù)文獻(xiàn)[12]報(bào)道,污泥施于土地表面一年后,土壤上表面20 cm 中的全氮、速效氮、全磷的含量都明顯增加,土壤的容重、持水量和孔隙度也有一定程度改善。如果能將經(jīng)超聲波無害化處理的污泥用于干旱、半干旱、鹽堿地、礦山廢棄地或沙漠地區(qū)的改良,更是保護(hù)生態(tài)、造福當(dāng)代之舉。

結(jié)論：

采用超聲波技術(shù)處理污泥,有利于污泥減量化、無害化、資源化,具有重大的社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)意義。低頻率低劑量的超聲波處理污泥能夠加強(qiáng)污泥的活性，改變污泥絮體結(jié)構(gòu)，使污泥菌膠團(tuán)中的結(jié)合水釋放出來，提高污泥的脫水性能；高強(qiáng)度的超聲波可以殺死污泥中的細(xì)菌,消除病毒, 提高COD 的可溶解性。目前，國內(nèi)外關(guān)于污泥超聲減量化的研究主要在于超聲條件對(duì)促進(jìn)污泥厭氧和好氧減量化的影響，以及超聲對(duì)污泥的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的影響。

原標(biāo)題:超聲波處理污泥技術(shù)的研究進(jìn)展