功率—超声波

功率超声-超声波污泥处理

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作者:张家港睿能科技有限公司来源:张家港睿能科技有限公司网址:http://wenku.baidu.com/view/973b3670a417866fb84a8e1e.html
文章附图

  工业化与城市化的快速发展导致了污水处理系统的污泥产量达到了不可管理的数量。污泥的管理是污水处理系统的主要问题,它占了系统运行总费用的60%,而且关于污泥处置的法律法规变得越来越严格。随着全球变暖和气候变化的加剧,来自废弃物处理领域的温室气体排放获得了更多的关注。

  污水厂主要分为两部分,即污水处理和污泥处理。根据我国现行做法,污水处理厂一般要包含生物处理工艺。这步工艺的目的是通过微生物的生命活动实现对污染物的降解和去除,达标的上清液经消毒后排放,同时,形成的污泥进入污泥处理系统。从消除污染物角度看,只有对污泥也进行了彻底的处理后,污水处理的目的才真正达到,否则只能看作是污染从液相到固相(或半固相)的转化。由于各种原因,我国现有许多污水厂对污泥的处理不象对污水处理那样重视,致使有的地方污泥处理成为污水厂运行的头号难题,甚至导致污水厂成为新的大污染源。为解决污泥污染问题,人们进行了各种相关研究。本文就超声波处理剩余污泥技术进行一些讲述。

  超声波处理剩余污泥减量技术在国外具有很多工程实例,工程实例以欧洲居多,其中德国居首位,日本、新加坡、美国、加拿大也有部分工程实例。在国内研究试验也非常多,但大多是院校的研究课题,其中杨顺生教授的超声波强化生物除磷脱氮技术在工程得到实际应用。通过本人对之前超声波在污泥应用了解,以及一些论文的阅读,对超声波在污泥方面进行一些简单的总结。

超声波技术解读:

1、超声化学(简称声化学)是一门新兴的交叉学科,主要是利用超声波来加速化学反应,提高化学反应产率。声化学反应是通过声空化过程实现的。声空化把声场能量集中起来,然后伴随空化泡崩溃而在极小的空间内将其释放出来,使之在正常温度与压力下的液体环境中产生异乎寻常的高温(高于5000K)和高压(高于5X107Pa),形成“热点”,从而开辟化学反应通道,增强化学反应速率。

2、污泥的超声波破解机理是:

(a)水的机械剪切力;

(b)在超声辐射下产生的OH、H、N和O等自由基的氧化作用;

(c)污泥中挥发性疏水物质的热分解;

(d)活性污泥破解过程中温度的升高。

3、超声波处理中产生的空穴导致了大量微气泡的破裂,使得气泡周围的液相中产生了巨大的机械剪切力。气泡破裂所产生的高温使水分解为性质活跃的氢离子和氢氧自由基,在低温区域这些粒子会重新结合成过氧化氢和氢气。由于挥发性疏水物质在污泥中的含量非常低,因此其作用也常可忽略。考虑到温度对于溶解的影响,污泥在高温下的溶解速度非常缓慢。因此,我们可以认为,污泥的破解主要通过两个途径实现,水的机械剪切力和氢氧自由基的氧化作用。

  利用超声波技术处理污泥,其原理是选择一定频率和振幅的超声波,利用其在液体中产生的“空穴”(cavitation)作用,形成极端的物理和力学条件,局部可达摄氏5000度高温,500帕高压,以及剪切力。这就是空穴“内爆”(implosion)产生的所谓“热点”(hot spot),将微生物细胞壁击破,同时释放出酶。酶的作用使其余未被击破的微生物细胞失去对污泥罐中发酵环境的适应能力,迅速成为厌氧微生物的营养物而被消耗,从而突破瓶颈,大大加速发酵过程。

超声波对污泥絮体尺寸的影响

超声波对活性污泥超声波对不同细菌的影响

   在0.33 w/mL 声能密度下, 经40 min超声波处理后,异养菌减少了82 %,而大肠杆菌减少了99 %以上,并且溶解性COD 经60 min作用后提高了12 倍;而在0.11 w/mL 声能密度下,作用时间较短时, 异养菌和大肠杆菌变化不大, 只有在60 min以上才有明显减少,而且不管作用时间长短,溶解性COD 几乎保持不变,这种现象揭示在较高声能密度作用下,超声波可以把细菌分解,并使相当一部分固态COD 转变为溶解态。同时, 在0.11 w/mL和0.33 w/mL 之间存在一个阈值,超过此阈值,细菌的分解才会发生。

超声波分解污泥温度上升的现象  

    声能密度为0.44 w/mL 时,2 min 内污泥温度超过了55 ℃。为了考察温度对污泥分解的影响,他们把反应器的温度控制在15 ℃左右,实验结果显示声能密度为0.11 w/mL 时,没有出现固态COD 转变为溶解状态;如果不进行温度控制,大约有2% 固态COD 转变为溶解态。这种效应在声能密度为0.33 w/mL 时更为明显。为此他们考虑了究竟是超声波还是超声波引起的热效应对溶解性COD 释放的作用。结果表明单独在温度高的情况下,不足以破坏絮体结构,所以他们认为超声空化和由此引起的温度上升对于污泥分解是同样重要的。

   目前,超声波应用于污泥处理及减量存在的主要问题是超声处理运行参数优化、超声效率有待提高以及超声反应器的合理设计等。而且在进一步研究中应注意与污水处理工艺的合理组合,这样才能发挥超声波的特点,并为其在实际工程的应用打下基础。


功率超声波运用