超声预处理对污泥破解特性实验研究

超声预处理可以破坏污泥菌胶团结构，改变污泥中水份存在形式，将难去除细胞结合水为容易去除的游离水，从而降低整个干燥过程的能耗。本实验针对建昌县污水管理处的剩余污泥进行超声波预处理，考察辐射时间、超声密度。
   
  1 实验工况
   
  本实验采用功率600w，频率28khz的超声波发生器对污泥进行预处理，污泥含水率：84.7%、86%、88.5%；超声波密度：6w/mL、4w/mL、3w/mL；超声辐射时间：1min、2min、3min、4min。
   
  2 实验结果与讨论
   
  2.1超声辐射时间对污泥含水率的影响
   
  污泥细胞经超声波破碎后，内部的细胞水成为自由水。提高污泥干燥速度，超声处理后，空化引起的强大水力剪切力破坏污泥絮体结构和微生物细胞，使水分存在形式发生变化，自由水分相对增多，有利于水分的蒸发和污泥的进一步干燥；实验表明，超过一定的超声作用时间，污泥含水率的下降速度减慢。原因是如果超声处理时间过长，胞外聚合物和微生物被破碎为更微小的结构，反而不利于污泥中水分的蒸发。
   
  2.2超声密度对污泥含水率的影响
   
  不同超声密度对污泥的破解程度不同，超声密度是影响破解效果的另一个重要因素，随着密度的提高，污泥的破解程度也更彻底。这与王芬，季民[4]等的研究结果一致。含水率为84.7%的污泥在6 w/mL的超声波密度处理下，污泥的含水率变化很快；含水率为86%的污泥在不同的声能密度下破解效果也比较明显。
   
  2.3污泥含水率对干燥速率的影响
   
  同一超声破解时间，不同含水率的污泥在相同的超声处理条件下，干燥速率变化很大，含水率为84.7%的污泥干燥速率明显优于其他两个。在6w/mL的超声密度下，随着污泥含水率的增大，含水率变化越来越慢。当干燥时间超过一个小时，干燥速率明显加快，到130min时，含水率为84.7%、86%、88.5%的污泥含水率分别降至18%、25%、39%。
   
  2.4超声密度对污泥pH的影响
   
  超声空化作用产生大量的热，使污泥温度上升，导致pH值波动。含水率为86%的污泥在声能密度为12w/mL条件下，pH最大上升值为0.29。但pH的上升和下降幅度不会太大，原因是破解污泥过程生成蛋白质为一种两性电解质，由于蛋白质的缓冲酸碱的作用，所以pH值上升不会太大，而整个污泥体系的pH值维持在7.22-7.81。由于污泥破解后溶解的物质的成份很复杂，因此，同一含水率的污泥体系的pH值变化并无明显规律。
   
  2.5含水率对污泥pH值的影响
   
  三个不同含水率的污泥在不同的超声条件作用下，pH均有比较明显的变化，其中率88.5%的污泥经过1min、2min、3min、4min的超声波作用，其上清液的pH值均有明显改变
   
  3 结论
   
  （1） 辐射时间和声能密度是影响污泥破解效果的两个重要因素，在一定时间和密度范围内，破解效果随时间和声能密度的增大而增大，超过这个范围，破解速率反而下降。
   
  （2）污泥的含水率也是影响破解效果的另一个因素，例如，含水率84.7%的破解效果明显好与86%和88.5%的两个泥样，干燥130min后，84.7%的污泥含水率已经降至18%，而其他两个仍在40%左右，在实际生产中，可以继续适当的降低含水率以达到较好的干燥效果。
   
  （3）从处理效果和节约能源角度来看，工况组合为含水率为84.7%，在2min和6w/mL作用下，污泥的含水率变化效果最佳。所以选择这个工况有利于提高污泥的干燥速率，缩短干燥时间，节省能源。
   
  （4）由于超声的空化作用产生大量的热，导致污泥温度升高，所以经过超声处理后，pH值会有所波动。（辽宁省葫芦岛市建昌县环境监测站）
   
  参考文献：
   
  [1] 王芬.剩余污泥超声破解的性能与机理研究 [D].天津大学.2004
   
  [2] 王永霞,樊建军,莫卫松.超声波技术在污泥处理中的应用[J].重庆建筑大学学报.2007.3
   
  [3] 霍贞,王芬,季民.污泥破解技术的研究与进展 [J].工业水处理.2005.9

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