超聲波整治污泥技藝的探討
來源：張家港市港威科凈電子有限公司 閱讀：3807 更新時間：2013-02-27 10:331污泥減量化
目前污泥常用的最終處置方法有：土地利用、衛(wèi)生填埋和焚燒等。但是這三類污泥處置方法都各有其缺陷。由于剩余污泥中含有重金屬離子、呋喃等有害物質(zhì)，長期將剩余污泥施于土地，有害物質(zhì)在土壤和植物體內(nèi)長期積累而影響人體的健康，在美國，污泥投放遠洋已被禁止，污泥的土地利用受到越來越嚴格的限制；衛(wèi)生填埋需要占用大量土地，花費大量運輸費用，而且填埋場周圍的環(huán)境也會惡化，遭受滲濾液、臭氣的困擾等；焚燒能耗大，所需的費用很高，而且還存在煙氣污染問題，一直難以推廣應(yīng)用。此外，美國國家環(huán)保局一直在準備按1990年制定的清潔大氣修改法（CAAA）來更加嚴格地控制生物固體焚燒爐煙氣的排放，給剩余污泥的焚燒提出更高的要求。環(huán)境標準的日益嚴格使得常規(guī)處置方法變得非常困難，而且隨著城市化進程的加快，無論是填埋還是焚燒，選址也成為一大難題，所以對污泥處理采用減量化技術(shù)就至關(guān)重要。
2超聲波處理污泥技術(shù)
超聲波技術(shù)具有能量密度高，分解速度快，去除效率高，破壞分解污泥中的絲狀菌，殺滅病原微生物（大腸桿菌、結(jié)核菌等），防止污泥對環(huán)境造成二次污染，設(shè)施簡單，占地面積小等特點，而且有很好的污泥減量效果。
自1993年超聲波技術(shù)被引入污泥研究中以來，十多年里已有美國、英國、德國、瑞士、日本、西班牙、我國臺灣國立大學、天津大學、清華大學、南京大學等的科學家積極利用該技術(shù)進行污泥處理。目前我國基本還處于實驗階段，德國已經(jīng)全面使用超聲波技術(shù)處理廢水污泥，英國、瑞典、美國、澳大利亞、新加坡等國家也在測試這項技術(shù)。
超聲波處理污泥的原理主要有以下三點：一是利用超聲波擊破污泥物質(zhì)結(jié)構(gòu)中相當數(shù)量的微生物細胞壁，使細胞質(zhì)和酶得以釋放，胞內(nèi)物質(zhì)作為自產(chǎn)底物供微生物生長，即利用隱性生長的原理，從而提高生物系統(tǒng)的降解效率，減少系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量；二是將被釋放出來的細胞質(zhì)作為補充碳源從厭氧段進入生物系統(tǒng)，不但提高脫氮除磷效果，而且為后段的好氧過程提供更多的碳源，使硝化和反硝化同時進行，提高整個生物系統(tǒng)去除COD的能力；三是將常規(guī)工藝中難降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易降解物質(zhì)，提高生物降解率，減少剩余污泥量。
3超聲波技術(shù)對污泥處理的效應(yīng)
3.1超聲波改善污泥的活性
經(jīng)超聲作用不同時間后，污泥先是被粉碎，尺寸變小，比表面積加大，活性增加，繼而污泥中的細胞被殺死，污泥活性顯著降低，污泥穩(wěn)定化程度隨之提高超聲波對污泥的作用紅等人研究活性污泥在超聲波強度0￣1.2W／cm2、輻照時間在0￣40min后的污泥活性的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用超聲強度0.3W／cm2，輻照10min，對提高污泥活性的效果最為顯著，并且研究了強度0.3W／cm2，輻照時間10min，超聲波輻射處理后0￣48h中污泥活性的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)超聲輻照8h后污泥活性達到最大值。楊金美等人［10］研究了超聲波對污泥活性的影響，研究表明超聲波頻率為25kHz，輸出聲密度為0.2W／mL，作用60s后，污泥活性比原污泥提高30.49％；相同條件超聲3s后，污泥活性比原污泥提高20％。曹秀芹等人研究了超聲處理后污泥活性發(fā)生變化，污泥好氧速率OUR隨著超聲時間的增加短時間內(nèi)達到峰值，然后開始顯著下降，至20min后1gMLSS耗氧速率值為0￣3mg／h。
3.2超聲波促進污泥消化
超聲波預(yù)處理可以破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，使污泥中微生物的細胞壁破裂，細胞內(nèi)含物泄出，可加速污泥的水解過程。如果污水處理廠有污泥消化設(shè)施，將超聲波處理設(shè)備安裝在生污泥進口，污泥消化過程中有機物的降解率提高30％￣45％，可同步實現(xiàn)消化污泥減量20％以上，污泥設(shè)施容積減小50％以上，污泥消化停留時間縮短50％以上，消化沼氣產(chǎn)量提高30％￣45％。薛向東等人對污泥的超聲破解效應(yīng)及污泥的厭氧消化性能做了研究，研究表明超聲破解產(chǎn)生的溶解性有機物易于被生物降解，這改善了污泥的厭氧消化性能；污泥經(jīng)超聲頻率25kHz、比能耗2.0W／mL、作用時間30min條件下破解，其厭氧消化累計產(chǎn)氣量為473mL，此時TCODCr去除率、VS去除率分別為54.3％、61.7％，而未破解污泥消化后各相應(yīng)指標則分別為268mL、39.1％、33.5％，說明利用超聲破解污泥以提高其厭氧消化性能是可行的。許龍等人對超聲波輻射促進污泥的需氧消化做了研究，結(jié)果表明，可以使消化時間縮短5￣7d，相應(yīng)的TVSS去除率較傳統(tǒng)需氧消化提高30％￣50％。另外楊潔對超聲波促進污泥厭氧消化做了研究，表明生物產(chǎn)氣量隨破解時間和投配率的增加而增加。王芬等人研究發(fā)現(xiàn)超聲破解污泥后，溫度會升高，破解兩種含固率（0.5％和1％）污泥的溫度升高基本相同，為后續(xù)進行厭氧消化提供了熱量。曹秀芹等人研究發(fā)現(xiàn)在超聲頻率為18kHz，超聲處理前10min，污泥減量較明顯，污泥減量約20％￣50％。超聲波預(yù)處理的污泥使微生物細胞破解增進了剩余活性污泥的厭氧消化，在增加沼氣量的同時有機物的降解也增加了。
3.3超聲波促進污泥脫水
超聲波作用主要是破壞污泥的菌膠團的物理結(jié)構(gòu)，促使污泥結(jié)構(gòu)重組，改變污泥中水的存在形態(tài)，從而使污泥體系中的易去除水含量提高，改善污泥的脫水性能，提高污泥的脫水率。高強度、短時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。殷絢等人研究發(fā)現(xiàn)，超聲波頻率在20kHz，聲強在400W／m2左右，處理2￣4min，可以使污泥的結(jié)合水含量從16.7g／g（干基）降到2g／g（干基）以下。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。齊建等人研究發(fā)現(xiàn)59kHz、160W的超聲波作用下，污泥的SRF的作用時間為10￣15s時，出現(xiàn)極小值，CST的作用時間為10s左右出現(xiàn)極小值。
4超聲技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)合效應(yīng)
4.1超聲波與水處理工藝的聯(lián)合效應(yīng)
周健等人針對AB法A段剩余污泥量大的問題，采用超聲波對A段污泥減量效能進行了試驗研究。采用超聲波對A段進水作用0.5h，其平均污泥產(chǎn)率系數(shù)為0.0246kgMLSS／kgCODd.A段污泥減量后幾乎無剩余污泥產(chǎn)生，同時對A段反應(yīng)器中的污泥活性和出水水質(zhì)的影響較小。
4.2超聲波與藥劑的聯(lián)合效應(yīng)
超聲波與堿耦合作用對剩余污泥預(yù)處理時，楊虹等人研究發(fā)現(xiàn)，加堿調(diào)節(jié)pH為12時，破解30min后，污泥溶液SCOD的溶出率從3.96％增加到27.88％。加堿后污泥經(jīng)超聲破解，其pH值有所下降，污泥溶液氨氮值會有所增加，變化幅度不大。污泥溫度隨破解時間的延長而明顯提高，有利于后續(xù)的厭氧消化。沈勁峰等人［21］將超聲波與CPAM聯(lián)合作用處理剩余污泥，采用28.7kHz超聲處理時，最佳處理時間為2min左右，聲強約為470W／m2，CPAM添加量約為0.5％（污泥干基質(zhì)量分數(shù)）。污泥濾餅含水率降低約2％，污泥對CPAM的最大吸附量降至0.5％，節(jié)約CPAM約30％。
