双频超声波预处理剩余污泥的研究

李玉瑛，曹晨旸，李冰



双频超声波预处理剩余污泥的研究

李玉瑛，曹晨旸，李冰

（五邑大学 化学与环境工程学院，广东 江门 529020）

超声波；剩余污泥；污泥破解

伴随城市污水处理产生的大量剩余活性污泥，其处理费用占全部污水处理费用的60%左右[1]，而随着土地资源的匮乏和环境标准的提高，污泥处理费用将继续上升[2]，这将进一步增加污水处理厂的运行成本. 目前，污泥预处理技术主要有机械法（如超声处理）、化学法（如碱法）、热力学法（如热处理、冻／融处理）和生物法（如生物酶法）等[3-5]. 其中超声预处理由于高效、稳定、无二次污染等优点，越来越受关注. 污泥在超声波作用下不断被压缩和膨胀，产生气穴泡并不断成长，最终在共振下“内爆”而产生超高温、高压，以及强力水喷射流带来的巨大剪切力，足以破坏污泥絮体结构和微生物细胞壁. 研究表明：低频超声波[6]（20～100 kHz）尤其适合于污泥预处理，目前研究者大都采用单频超声波[7]进行相关试验，双频超声波的研究报道较少. 本研究以城市生活污水处理厂的剩余污泥为研究对象，研究了不同频率组合的双频超声波对污泥的破解效果，以期为污泥减量化、稳定化的后续研究奠定基础.

1 实验材料与方法

1.1 污泥来源及装置

超声波装置采用CY-5D型超声波生物促进生长仪，它由超声波发生器和换能器两部分组成.

1.2 正交试验设计

在超声时间、声能密度、双频组合3个因素上各取3个水平进行正交试验设计（见表1）.

1.3 试验方法

表1 正交试验表

2 结果与讨论

2.1 不同超声参数组合对VSS/SS的影响

超声处理后污泥的VSS/SS值结果见表2，方差分析见表3. 由表2、表3的分析结果可知，超声时间、声能密度和双频组合对污泥的VSS/SS值影响的显著顺序为：双频组合第一，声能密度第二，超声时间第三. 即在相同的混合液体积和污泥浓度下，双频组合对污泥VSS/SS值影响最大. 此外，污泥经频率组合为18 kHz/20 kHz、超声时间为50 s、声能密度为0.1 W/mL的超声处理后，VSS/SS值最大，为0.665. 由表2可知，VSS/SS值随着超声时间的延长先减小后增大，VSS/SS值随着声能密度的增大是先增大后减小. VSS/SS的比值在一定程度上可以说明有机物在污泥中所占的比例. 超声破解后VSS/SS的比值变大了，即可生化性的物质增多了，这将有利于提高后续超声回流污泥的可降解性.

表2 污泥VSS/SS正交试验结果

表3 污泥VSS/SS正交试验方差分析

2.2 不同超声参数组合对含量的影响

表4 污泥正交试验结果

表5 污泥正交试验方差分析

2.3 污泥的处理体积对超声波破解污泥效果的影响

图1 VSS/SS值及含量与污泥体积的关系

3 结论

[1] PILLI S, BHUNIA P, YAN Song, et al. Ultrasonic pretreatment of sludge: a review[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2010, 18(1): 1-18.

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A Study of the Pretreatment of Excess Sludge with Dual-frequency Ultrasonics

LIYu-ying, CAOChen-yang, LIBing

(School of Chemistry and Environmental Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

ultrasonic; excess sludge; sludge decomposition

1006-7302（2012）03-0042-05

X703

A

2010-05-04

广东省科技计划项目（2009B030802054）

李玉瑛（1971—），女，山西太原人，副教授，博士，研究方向环境污染控制.