随着科学技术的发展和进步, 产生了多种污泥减量技术。目前的污泥减量技术主要有强化隐性生长、生物捕食、微生物强化、代谢解偶联、投加酶等, 其中促进污泥溶胞技术、解偶联技术和通过食物链里面微型动物捕食是目前国内外对污泥减量技术的主要研究方向[3]。所谓强化隐性生长, 利用各种物理化学方法促进细胞溶解, 将细胞物质释放到水里面, 形成自底基质, 能够让细胞进行吸收, 实现了微生物对自底基质的重新利用, 在促进隐性生长的同时, 降低污泥量。该技术涉及热处理、超声波、机械压力、臭氧、氯气酸碱处理等处理方法。本文主要针对超声波破解污泥促使污泥减量, 进行详细介绍。
1. 超声波处理污泥的原理
超声波 (Ultrasound、超声波) 是指任何声波或振动, 其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20k Hz (千赫) , 只透过具有弹性与惯性介质, 如空气, 当空气本身一旦产生膨胀或压缩时, 透过其分子的运动而有波动的传拨产生。超声波的频率一般为2×103~10×106Hz, 具备频率高、方向恒定、穿透力强和能量集中等优势。某一液体体系受到较强超声波作用后, 将形成大量空化气泡, 发生“超声空化”的情况, 当气泡瞬间破灭后, 形成极为短暂的强压力脉冲, 这样气泡四周微小空间中将产生局部瞬间热点, 温度高达5000k, 压力达到100MPa, 并形成冲击力较强的微射流, 在将细胞壁压碎的同时, 将细胞中含物释放出来。在未加入化学药剂、酶和其他物质的条件下, 连续高频率超声波能够将微生物细胞溶解, 对菌胶团结构造成破坏, 从而让其内的水被溶解。这样既让污泥脱水性能得到增强, 还有效减少了污泥量。
2. 超声波效果的影响因素
很多研究表明, 超声波处理能有效促进系统污泥减量和污泥稳定, 通过改变不同的影响因素可以找出相对最优的超声波破解污泥效果。
2.1 对超声时间的研究
童文锦等人研究发现, 超声时间越长, 处理前后污泥温度之差ΔT越大, 污泥中被微生物溶出的SCOD越大, 而ΔSOUR则先上升后下降;而p H值在6.55~6.85随时间变化不明显。童文锦解释为超声时间越长, 输入的能量越大, 转化为热量的能量就越大在适当的超声时间内, 通过超声波预处理, 能够显著提升污泥破解量, 让污泥生物活性得到提升, 不过要控制好超声波处理时间, 若是过长将抑制污泥活性。
2.2 对污泥超声波处理比例的研究
邓金川等人研究发现, 30%的处理比例使污泥的表观产率和挥发性悬浮固体/悬浮固体 (VSS/SS) 较对照处理分别减少28%和5.1%但处理系统出水水质轻微下降, 30%和40%的处理比例使系统出水COD去除率较对照处理分别下降了9.5%和12.3%, 出水浊度也出现了轻微增加而污泥的沉降性能并没有产生明显影响。
2.3 对声能密度的研究
童文锦等人研究发现, 声能密度越大, 处理前后污泥温度之差ΔT就越大, 解释为声能密度越大, 输入能量越大, 就会转化更多热量的能量。声能密度越大, 污泥中被微生物溶出的SCOD越大;ΔSOUR峰值随声能密度的增加而变大。在高声能密度下, ΔSOUR将快速提升, 但随超声时间的增加, 将出现快速下降的情况;低声能密度下的ΔSOUR提升速度较慢, 同时随超声时间的增加, 下降也比较缓慢。
3. 国内外超声波破解污泥的比较研究
国外早在20世纪70年代就有学者通过超声波进行微生物表面特性的, 而在之后技术研究和技术实验发展, 到1998年德国汉堡工业大学奈斯教授等研究人员改进了能量投入产出比问题后, 超声波污泥减量技术投入商业化应用。近几年国外对超声波作用下污泥资源化利用进行研究, 探索了超声波对污泥中除沼气之外其他成分的资源利用;还研究了影响超声波空穴作用与污泥降解因素, 由于污泥内有气体或气体分子的量、污泥的外部压力、污泥的粘度、污泥中的水汽压力、超声波的应用频率、超声密度、声强等因素, 都将影响污泥中超声波造成的影响。
国内对超声波的研究起步慢, 但发展快。污泥的超声预处理, 超声波强化一次污泥沉降与脱水性能和不同的前处理作用的结合对污泥减量的效果的研究也十分成熟, 但大都停留在理论实验室阶段, 如何走出实验室, 投入实际应用还经验尚浅, 任重而道远。
张骥对此提出5项建议:探索在超声处理产沼的最优条件实验中方法和实验条件标准的统一;开展污泥资源化利用研究;加深对空穴作用的影响因素进行分析;分析超声处理程度对消化控制与表现提升的每个降解步骤的影响;鼓励污水厂与研究机构合作自主研发。
4. 结语
超声波破解污泥达到污泥减量化的技术众多污泥减量技术中一种相对一种有效、环保、经济的技术。有效减少污泥产生, 减少对环境的二次污染, 可以降低污泥处理与处置费用, 满足了现代对污泥处理处置稳定化、无害化、减量化、资源化的要求。通过对超声波效果的影响因素的研究, 可以从中选择出最优条件, 达到经济效应, 环境效应的最大化。在比较国内外的超声波破解污泥技术后, 可以从中吸取国外优秀技术, 找出我国污泥处理产业的不足, 改革发展方向, 使超声波破解污泥技术更加成熟经济。
摘要：污泥减量已经成为污水处理不可忽视的一项重要环节, 本文阐述超声波破解污泥的作用机理和影响因素, 分析了超声时间、污泥超声波处理比例、声能密度对污泥减量和水质的的影响, 进行了国内外超声波破解污泥技术的比较研究, 表达了对超声波处理技术的乐观态度。
关键词：超声波,污泥减量,影响因素,比较
参考文献
[1] 杨倩茜.超声破解预处理对剩余污泥厌氧消化的适应性研究[D].华中科技大学, 2011.
[2] 苏洪敏, 李梅, 孔祥瑞, 张克峰, 顾婧.超声波污泥减量化技术研究进展[J].山东建筑大学学报, 2013, (02) :154-157.
[3] 张雷, 余光.浅谈污泥减量技术[J].中国资源综合利用, 2005, (06) :24-28.
[4] 童文锦, 孙水裕, 郑莉, 姚炜婷.城市污水污泥超声波预处理的研究[J].环境科学与技术, 2010, (05) :133-135+139.