低频超声波预处理污泥的实验研究

污泥水解是污泥厌氧消化过程中的限速步骤,为提高污泥厌氧消化效率,采用低频超声波技术对污泥进行预处理,考察超声波作用时间以及声能密度对污泥预处理效果的影响.结果表明,低频超声波预处理可分散污泥絮体,使污泥内有机物大量溶出,提高污泥的厌氧消化性能.延长超声波作用时间或增加声能密度均有助于污泥中有机物、氮、磷等物质的释放.当超声波声能密度为0.138 W/mL时,超声波作用20 min后,上清液溶解性COD(SCOD)、TN、TP分别为初始的11.7、4.1、9.9倍.挥发酸(VFA)的增加量取决于超声波频率,低频超声波对VFA无显著影响.超声波预处理对污泥絮体有很强的破碎作用,使胞外聚合物(EPS)溶解释放,当声能密度为0.034、0.069、0.138 W/mL时,超声波作用20 min后,污泥上清液中的蛋白质质量浓度由初始的28.3 mg/L分别增加到79.4、108.7、142.9 mg/L;糖类质量浓度由初始的41.2 mg/L增加到142.7、175.8、240.4 mg/L.     

低声能密度超声波破解污泥的效果研究

以生活污水处理厂污泥为研究对象,采用超声波技术进行污泥破解,研究不同声能密度和超声作用时间对污泥预处理效果的影响。结果表明,低声能密度超声波在120min内可破碎污泥絮体,分解细胞壁,使胞内有机物溶出;延长超声作用时间、增加声能密度均有助于污泥中有机物、氮、磷等物质的释放,当声能密度为0.10 W/mL、超声作用时间为120 min时,溶解性COD(SCOD)、可溶性蛋白质、可溶性多糖、TN、氨氮、TP、正磷酸盐的浓度较破解前分别提高了29.99、44.49、17.31、14.06、3.19、1.35、1.00倍;破解污泥释放出的氮以有机氮为主,磷的释放作用不明显。利用Pearson相关性分析得知,在声能密度变化条件下,除TP外,SCOD、可溶性蛋白质、可溶性多糖、TN、氨氮、正磷酸盐之间均呈极显著相关(p0.01);在超声作用时间变化条件下,各指标间均呈极显著相关(p0.01)。     

超声波处理、热处理及酸碱调节对剩余污泥溶解效果的对比研究

以高含磷剩余污泥为对象,采用超声波处理、热处理和酸碱调节3种减量化技术,研究了细胞物质溶解过程中COD、氮、磷的释放规律.结果表明,在超声最大时间为1.0 h、声能密度为0.167～0.500 W/mL的实验条件下,超声波处理中污泥减量和细胞物质的释放效果随超声时间延长而提高,声能密度对释放效果的影响较小;在热处理中,污泥减量和细胞物质的释放效果随热处理温度的升高和热处理时间的延长而提高,但热处理温度的贡献大于热处理时间;在超声波处理和热处理(除热处理温度为50 ℃外)中,污泥上清液TN中均以有机氮为主,NH3-N次之;在酸碱调节处理中,只有在初始pH为12.0时,处理4.0 h后才会有一定的污泥减量和溶解效果,但污泥浓度下降不明显.3种减量化技术中,超声波处理最为经济、有效.     

超声波对污泥水解的促进作用

以超声波预处理城市污水处理厂剩余污泥,考察不同功能密度下的超声波对污泥水解释放碳源过程的影响。结果表明,污泥经超声波预处理,可缩短污泥水解时间,促进VFA释放,且声能密度越大,促进作用越显著;当声能密度为0.138 W/mL、作用时间为1 min时,污泥水解4~5 d后,释放VFA达到800 mg/L,VFA/TN由初始的1.98提升至4.15,VFA/TP由初始的24.78提升至42.35。同时,超声波不仅破坏污泥絮体结构,而且提高了微生物中蛋白酶和辅酶F420的活性,更有利于污泥水解。     

超声波工作参数对污泥中磷释放的影响

若能有效释放与回收污泥中的磷,对缓解磷资源短缺有重要意义.为获得较好的磷释放效果,本研究以剩余污泥为研究对象,考察了超声波法处理污泥过程中超声波作用时间和声能密度对磷释放的影响.实验结果表明,在超声波作用60 min内,污泥中的磷释放量随超声波作用时间的延长而明显增加;磷释放随声能密度的提高呈现先快后慢的上升趋势,声能密度在0.2～1.2 W/mL范围时,其对磷释放的贡献度随超声波作用时间的提高而降低;污泥所释放的磷以PO3--P为主,占所释放TP的59.5％ ～87.2％;污泥中磷的释放量随超声能量增大而提高,上升趋势为先快后慢,在相同超声能量下,低声能密度长超声波作用时间下的磷释放效果优于高声能密度短时间下的释放效果.     

超声处理对活性污泥系统污泥减量效果的研究

在活性污泥系统采用超声波处理剩余污泥以考察污泥减量效果及其对系统处理效果的影响.结果表明:在声能密度0.25～0.50 W/mL范围内,经过1～30 min的超声波处理,系统表观产率显著下降,剩余污泥的产量可以减少20%～50%左右.同时发现,污泥的沉降性能指标SVI有所下降,而污泥的稳定性有所提高,活性污泥系统的出水水质略有不同程度的下降.     

超声波促进城市生活污泥缺氧/好氧消化的研究

本研究将超声波预处理引入城市生活污泥缺氧/好氧消化工艺中，自主设计了容积为30 L的生活污泥超声波-缺氧/好氧消化中试系统并用以实验研究。超声波预处理的参数为超声频率28 kHz，声能密度0.15 W/mL，超声时间10 min，超声间隔12 h，污泥超声比例30%。结果表明，引入超声预处理后，缩短了污泥的稳定时间，提高了污泥的消化效率。污泥消化10 d就已经达到了稳定标准，比未引入超声预处理时缩短了12 d，而MLVSS最大去除率提高了11%，达到了55.10%。超声波的引入，对污泥缺氧/好氧消化系统中污泥上清液溶解性COD（SCOD）的变化趋势影响比较明显，而对上清液的pH、氨氮和TP的变化趋势没有明显影响。     

超声处理对活性污泥系统污泥减量效果的研究

在活性污泥系统采用超声波处理剩余污泥以考察污泥减量效果及其对系统处理效果的影响.结果表明：在声能密度0.25～0.50 W/mL范围内,经过1～30 min的超声波处理,系统表观产率显著下降,剩余污泥的产量可以减少20%～50%左右.同时发现,污泥的沉降性能指标SVI有所下降,而污泥的稳定性有所提高,活性污泥系统的出水水质略有不同程度的下降.     

超声联合热碱预处理对剩余污泥厌氧消化的影响

以不同含固率剩余污泥为研究对象,在超声联合热碱预处理条件下,考察了污泥在厌氧消化过程中的减量以及细胞物质释放的特性。厌氧消化阶段,经过预处理作用的预处理泥挥发性悬浮固体(VSS)、溶解性COD(SCOD)的去除率均高于原泥,且VSS、SCOD去除率均随污泥含固率的增加而减少,SCOD去除率(X_(SCODr),%)和产气量(Y_(QY),mL/g)存在定量函数关系,即Y_(QY)=-0.148 7 X~2_(SCODr)+24.771 X_(SCODr)-775.68,同时SCOD去除率与VSS去除率(X_(VSSr),%)存在线性关系X_(SCODr)=0.533 3 X_(VSSr)+43.411。预处理对污泥在厌氧消化阶段氨氮、磷酸根磷的影响也随含固率的增大而减小,含固率为1.5%的预处理泥氨氮、磷酸根磷浓度相较原泥增幅最大,依次增长了97.3%、166.0%。     

剩余污泥超声预处理后水解酸化特性

为探讨剩余污泥超声预处理后的水解酸化特性,考察了0.6 W/mL、5 min和1 W/mL、5 min 2种超声预处理条件下污泥水解酸化过程有机质、氮、磷的释放情况。实验结果表明,2种超声预处理均可促进污泥水解酸化,并且0.6 W/mL比1 W/mL的超声预处理更有利于SCOD的释放、VFAs的产生以及氮和磷的释放;水解酸化初期,超声预处理比未经超声预处理的污泥在有机质、氮、磷释放率上差异非常明显,随着水解酸化的进行,有机质和氮释放率差异仍很明显,而磷释放程度逐渐接近;经0.6 W/mL超声预处理,污泥水解酸化3 d后,SCOD释放率、VFAs浓度、TN释放率和NH4+-N释放率分别是未经处理污泥的1.85、2.63、1.85和1.41倍,而TP和PO43--P释放率较未经处理污泥仅分别多2.44和1.23个百分点。研究表明,控制适宜的声能密度、超声时间和水解酸化进程是超声预处理强化剩余污泥水解酸化效果的关键。     

超声与碱预处理低有机质剩余污泥特性分析

以某城市污水处理厂低有机质剩余污泥（VSS/SS为0.42）为对象，通过实验研究了超声与碱（NaOH和CaO）预处理对其特性的影响，分析了加碱和未加碱时污泥上清液中pH值、ORP（氧化还原电位）、SCOD、TP和NH₃-N等随超声处理时间的变化规律。结果表明，在超声处理30～120 min范围内，超声加碱处理可使污泥上清液中ORP明显下降；超声加碱处理可明显提高污泥上清液中的SCOD释放量，且加NaOH比加CaO更为明显；NaOH加超声处理可促进污泥中TP的释放，但CaO加超声处理则与此相反；无论是否加碱，超声处理对污泥上清液中NH₃-N释放影响较小；超声加碱处理剩余污泥可明显改善污泥絮体，使其更为紧密。     

超声波处理回流剩余污泥对SBR工艺的污泥减量效能

在SBR中试系统中,采用较高声能密度较短时间的超声波处理剩余污泥后回流至系统连续运行20 d的方式进行污泥减量,通过分析测定系统MLSS、累计排泥量以及系统出水水质指标,考察了系统污泥减量效果及污泥回流对系统污水处理效果的影响。结果表明,对SBR系统2/3的剩余污泥用声能密度为1 W/mL的超声波预处理6 min后回流至SBR系统。SBR系统最终需处置的污泥量减少了45.64%,获得了理想的污泥减量效果。污泥回流后SBR系统对SS、COD、TN以及NH4+-N的去除效果均无明显变化,仅出水TP含量略高于对照的SBR,出水水质仍能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。     

接种比对碱超声波耦合溶胞污泥水解酸化的影响

以城市污水生物处理过程中的剩余污泥减量化为研究背景,通过实验研究了经碱超声波耦合溶胞后的剩余污泥在不同接种比下水解酸化的效果,分析了污泥上清液中pH、SCOD、VFAs、NH4+-N和PO34--P等参数随时间的变化趋势。结果表明,溶胞污泥经过72 h的水解酸化反应,20%接种比下的水解酸化COD溶出率和VFAs增长率最高,分别为75.5%和177%。蛋白质水解程度为16.9%,也高于50%和70%两组接种比。此外,COD、NH4+-N和PO34--P等主要溶出物均在12 h后达到基本稳定状态。     

超声波强化给水污泥沉降和脱水性能的研究

就超声波强化给水污泥沉降和脱水性能进行了研究.通过对SV、比阻和滤饼含水率等指标的分析发现,短时间的超声预处理可以明显改善污泥的沉降和脱水性能,且低频(25 kHz)比高频(147.9 kHz)时效果更好.当超声波声密度0.25 W/mL,超声时间3 s时,污泥滤饼含水率比原污泥下降4.7%.最佳超声波声密度0.45 W/mL.短时间超声条件下,超声波与絮凝剂的联用可以进一步降低污泥滤饼含水率,且达到相同滤饼含水率时可减少絮凝剂用量约80%,投资费用大大减小.超声波可以取代絮凝剂促进污泥的沉降性能.     

超声波强化给水污泥沉降和脱水性能的研究

就超声波强化给水污泥沉降和脱水性能进行了研究.通过对SV、比阻和滤饼含水率等指标的分析发现,短时间的超声预处理可以明显改善污泥的沉降和脱水性能,且低频（25 kHz）比高频（147.9 kHz）时效果更好.当超声波声密度0.25 W/mL,超声时间3 s时,污泥滤饼含水率比原污泥下降4.7%.最佳超声波声密度0.45 W/mL.短时间超声条件下,超声波与絮凝剂的联用可以进一步降低污泥滤饼含水率,且达到相同滤饼含水率时可减少絮凝剂用量约80%,投资费用大大减小.超声波可以取代絮凝剂促进污泥的沉降性能.     

超声与次氯酸钠耦合预处理剩余污泥的中温厌氧消化效果

以某城市污水处理厂剩余污泥为对象,通过实验研究了超声与次氯酸钠预处理对污泥的溶胞效果,以及对后续厌氧消化的影响。结果表明,超声与次氯酸钠耦合作用最优操作条件为超声声能密度1.0 W/mL,作用时间50 min。在此条件下,次氯酸钠投加量为4.023 mg/g SS时,对污泥厌氧消化改善效果最明显,剩余污泥产气率及甲烷含量较对照组分别提高了69.73%和10%。同时污泥VSS去除率由11.11%提高到21.24%,在一定程度上实现了污泥减量。     

基于剩余污泥的超声法提取微生物絮凝剂

通过超声系列实验,对超声法从剩余污泥中提取微生物絮凝剂(MBF)进行了系统研究。从剩余污泥中提取的MBF在碱性条件下表现出较好的絮凝活性。提高污泥浓度有利于提取出较高絮凝活性的MBF。由于超声波的破解作用,超声频率或功率过高均不利于MBF的提取。在20 kHz的超声频率下,连续超声比脉冲为1、4或8 s超声时的提取效果均要好。经过工艺优化,采用20 kHz、120 W的超声波对剩余污泥(19.4 g/L)连续超声30 s,所提取的MBF对高岭土悬浊液的絮凝率接近70%。结果表明,超声法可用于从剩余污泥中直接提取MBF,在降低MBF生产成本的同时实现污泥的资源化利用。