超聲對(duì)污泥的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的影響
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)釋放進(jìn)去，增加污泥的可降解性。曹秀芹等[1]研究了超聲波對(duì)細(xì)胞分解的水平，結(jié)果標(biāo)明，聲能密度為0.5W/mL超聲處置后污泥性質(zhì)發(fā)生變化，污泥絮體被分解，胞內(nèi)物質(zhì)被釋放出來(lái)，污泥上清液中的溶解性化學(xué)需氧量（SCODNP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，上海水處理設(shè)備可能進(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)。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，使其自身發(fā)生天性的防御效應(yīng)，表示為酶的分泌增多，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8h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)處置的污泥很不穩(wěn)定,放置過(guò)程中會(huì)發(fā)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,分解發(fā)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可溶解性。與化學(xué)法消毒相比,不但可以防止化學(xué)累積效應(yīng),同時(shí)還提高污泥長(zhǎng)時(shí)間放置的穩(wěn)定性,而且可以有效地防止病原菌的傳達(dá)。中國(guó)臺(tái)灣Jean[4]2000認(rèn)為在0.11W/mL和0.33W/mL之間存在一個(gè)閾值,逾越此閾值,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)。Jean通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),0.33W/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)1h作用后提高了12倍,而在0.11W/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1h以上才有明顯減少,而且不管作用時(shí)間長(zhǎng)短,溶解性COD幾乎堅(jiān)持不變。中國(guó)臺(tái)灣Chu[5]2001通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),超聲波聲能密度為0.11W/mL時(shí)經(jīng)1h后,異養(yǎng)菌和大腸桿菌分別減少了30%59%,2h分別減少了40%64%;聲能密度為0.33W/mL時(shí),僅僅經(jīng)20min后,異養(yǎng)菌和大腸桿菌分別減少了56%97%同時(shí)他也對(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缺乏1%當(dāng)聲能密度為0.11W/mL時(shí),經(jīng)超聲波作用2h后SCOD增加了40倍,而且BOD/COD0.660.8之間,這說(shuō)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，其影響水平與超聲條件有關(guān)，低聲能密度、短時(shí)間超聲處置可降低污泥比阻，增強(qiáng)污泥的流變性和脫水性能。但高聲能密度、長(zhǎng)時(shí)間處置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（600W/m2以下）處置較短時(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(zhǎng)處置時(shí)間效果變差；超聲波頻率在20kHz平均聲強(qiáng)為400W/m2左右，超聲處置24min可以使污泥的結(jié)合含水量由原來(lái)的16.7g/g干基降到2.0g/g干基以下。殷絢等超聲處置使污泥結(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)果標(biāo)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410W/m2超聲處置2.5min為較優(yōu)處理?xiàng)l件，上海水處理設(shè)備同時(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，超聲處置7s后濾餅含水率降低2.9%超聲10s時(shí)粘度和比阻值最小，比原污泥分別減少29.4%和24.2%15s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(zhǎng),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(zhǎng)而提高,應(yīng)該是由于超聲空化使一局部有機(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。鄉(xiāng)村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,污泥施于土地外表一年后,土壤上表面20cm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水平改善。如果能將經(jīng)超聲波無(wú)害化處置的污泥用于干旱、半干旱、鹽堿地、礦山廢棄地或沙漠地區(qū)的改良,更是維護(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(wú)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置污泥能夠加強(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(lái)，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可溶解性。目前，國(guó)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。
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