低强度超声波强化污水生物处理中超声辐照污泥比例的优化选择

通过超声波的SBR反应器与对照反应器处理人工配制生活污水的对比试验,研究了利用低强度超声波强化污水生物处理的另一个重要工艺参数———超声处理污泥比例(即超声处理污泥量占反应器内总污泥量的百分比).设置超声波反应器采用频率35kHz、声强0.3W/cm²超声波每隔8h取反应器中一定比例的活性污泥辐照10min后再返回反应器.结果表明,超声处理污泥比例为10%时,其COD和NH₃-N去除率可分别提高5%和0.5%左右,以好氧呼吸速率(Oxygen Uptake Rate,OUR)表示的污泥活性可提高12%以上.通过对污泥增长率的研究表明,当超声污泥比例为10%,超声波反应器内污泥的增长率比对照反应器降低了11%左右,减轻了后续污泥处理工序的负荷.随着超声处理污泥比例的增加,污泥体积指数SVI持续增大,但是超声污泥比例不超过10%对污泥沉降性能影响不大.因此,在超声强化污水生物处理工艺中,可采用强度0.3W/cm²超声波每隔8h取反应器中的10%的活性污泥辐照10min后再返回反应器,来提高反应器的生物处理效率.     

低强度超声波强化污水生物处理中超声辐照周期的优化选择

为了对低强度超声波强化污水生物处理的重要工艺参数———超声辐照周期进行优化,采用城市污水处理厂的好氧活性污泥为试验材料,以好氧呼吸速率(Oxygen Uptake Rate,OUR)和TTC-脱氢酶活性(2,3,5-triphenyl tetrazoliumchloride-dehydrogenase activity,TTC-DHA)为指标,研究了频率35kHz、强度0.3W/cm²的超声波辐照10min后0～48h污泥活性的变化规律,发现超声辐照处理后8h污泥活性达到最大值,24h后超声波的强化作用基本消失.随后分别以8h和24h为超声辐照周期,进行了反复超声辐照处理试验.结果表明,当采用超声辐照周期为8h时,第2次超声辐照后污泥的活性就开始明显下降,3次辐照后污泥的活性下降到对照的一半;当采用超声辐照周期24h时,每次超声辐照后污泥活性依然有所升高,但是随着超声辐照次数增加,其升高的幅度逐渐降低.考虑到设备投资及处理效果稳定性,应采用8h的超声处理周期,每次只处理反应器内一定比例的污泥以避免反复超声引起的污泥活性下降.根据上述现象分析了低强度超声波改善污泥活性的机理.     

低强度超声波强化SBR处理生活污水

通过设置超声波(ultrasound,US)的SBR反应器(sequence batch reactor,SBR)与对照反应器的对比试验,研究了超声波对SBR处理生活污水的强化效果.结果表明,采用强度0.3 W·cm^-2的超声波,每隔8h取SBR反应器中10%的污泥进行10min辐射处理,对COD的总去除率提高3%～6%,其出水COD与对照反应器的出水相比降低了40%～53%,通过该辐射处理有效提高了SBR反应器对模拟生活污水的高负荷冲击和有毒物质冲击的耐受能力.对于实际生活污水,设置超声强化使污泥耗氧呼吸速率(oxygen uptake rate,OUR)增加14%左右,有效提高了微生物对难降解有机物质的分解能力.对污泥沉降性能的研究表明,超声波强化会引起污泥的SVI值升高,但升高的幅度仅为5%左右,不会对系统的沉降性能造成显著影响.根据电镜观测以及种群结构分析发现,超声波对细胞产生了损伤作用,其表面出现了明显的皱褶,但是活性污泥种群结构并未发生显著变化.通过对2个反应器中活性污泥的呼吸动力学分析表明,设置US反应器中活性污泥对底物具有更高的利用率.     

电解浮选用于活性污泥固液分离的研究

在装有Ti/RuO₂-IrO₂-TiO₂阳极、Ti阴极的电解浮选槽中进行了活性污泥固液分离的研究.考察了影响电解浮选性能的操作参数,这些参数包括水力停留时间、电流密度、进水SS浓度和进水pH值.研究表明,电解浮选是高效的固液分离单元,水力停留时间和电流密度是主要的影响因素.SS的去除率随着水力停留时间和电流密度的增加而增大;污泥负荷增加,SS的去除率下降;pH值影响电解产生微气泡的尺寸和污泥性质,但对SS的去除影响不大,实际应用中可以不调节pH值.进水SS约1 000mg/L时,当水力停留时间为20min,接触室电流密度为5 mA/cm²,分离区电流密度为2.5 mA/cm²,SS的去除率可达97%以上,此时的能耗为0.4～0.5(kW.h)/m³废水.电解浮选产生的浮渣含水率为95.9%,低于溶气气浮和二沉池的污泥含水率,对污泥减量化及其最终处置有较大的意义.     

沉淀时间及生物膜对实际生活污水形成好氧硝化颗粒污泥的影响

利用3个间歇式活性污泥反应器（sequencing batch reactor,SBR,命名为R1、R2、R3）和1个间歇气提式内循环反应器（sequencing batch airlift reactor,SBAR,命名为R4）,处理低碳氮比实际生活污水,系统考察改变沉淀时间的方式及器壁生物膜对快速启动硝化好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge,AGS）反应器的影响.结果表明,R1、R2、R4的沉淀时间骤降为2、4、2 min,由于一次性施加的沉速选择压过强,造成污泥大量流失,反应器崩溃,而后反应器器壁不断长出生物膜,混合液和出水中出现大量絮状、棒状、颗粒状污泥,经过35～40 d的培养,出水NH⁺₄-N小于1 mg/L,这主要是器壁生物膜的作用.反应器中的松软颗粒状污泥并非AGS,但它和AGS周围都有大量的轮虫等原生动物和后生动物,这表明生物膜和AGS同源.根据污泥沉淀的实际情况,逐步降低R3反应器的沉淀时间为8、6、5、4 min,当沉速达到10 cm/min时,污泥开始颗粒化;沉速达到12 cm/min时,污泥颗粒化基本完成,共经历了33 d.AGS与絮状污泥长期共存,以0.3 mm为界,两者质量比约为2∶1,AGS平均粒径在0.5　mm左右, NH⁺₄-N降解速率是污泥未颗粒化之前的5倍.     

低强度超声强化SBR法处理焦化废水的研究

采用低强度超声波强化SBR法处理经超声空化预处理后的焦化废水,通过设置超声波强化的SBR反应器与对照反应器的对比试验,研究了超声波对SBR的强化效果,对超声波参数、作用时间等因素进行了系统优化。试验结果表明,采用适当参数的低强度超声辐照能显著增强污泥活性,提高处理效果。当超声波功率为8 W、频率为25 kHz、辐照时间为10 min、作用周期为12 h时,处理效果达到最佳,COD和氨氮的去除率比未经超声强化的对照组分别高出44.3%和39.8%。     

超声辐照-活性污泥联合处理焦化废水

选取昆明焦化制气厂的实际焦化废水为处理对象,用水质模型对超声辐照-活性污泥法处理焦化废水中有机物的降解进行了研究.实验结果表明,焦化废水初始浓度、曝气方式和声能密度对焦化废水中COD_Cr的降解效果影响显著.对初始浓度为807mg/L的实际焦化废水,选择空气作为曝气气体,向废水中曝气而不超声时,废水中COD_Cr降解率仅为4.5%;在声能强度为119.4kW/m²条件下,超声时其降解率可达65%;采用超声辐照-活性污泥法联合处理焦化废水COD_Cr,与单独采用活性污泥法相比,废水的COD_Cr降解率可由单独采用活性污泥法的45%提高至81%;经超声波预处理后的废水,加活性污泥后,其耗氧速率有明显的降低,说明经超声波预处理后的焦化废水对生物无毒性.     

不同工况的低强度超声波处理对活性污泥活性的影响

采用好氧活性污泥为试验材料,以污泥的比好氧呼吸速率(SOUR)、混合液悬浮固体浓度(MLSS)、COD去除率及污泥产率系数λ(ΔMLSS/ΔCOD)为指标,通过对超声频率、声强和作用时间3个参数设计的均匀试验,研究不同参数组合的超声处理对活性污泥的活性和代谢过程的影响.结果表明,采用28　kHz、20　W/L、2　min这一参数组合的超声处理可以有效增强活性污泥的活性,提高COD去除效果,并减少污泥产量.同时还研究了污泥浓度MLSS对超声处理效果的影响.通过单因素多水平试验,确定了适合于最佳超声参数组合的MLSS值.对于本次试验所用污泥,MLSS为3?000　mg/L时,超声处理达到了理想效果.根据试验结果,还对低强度超声波影响活性污泥活性和代谢过程的机理提出了假说性解释.     

反硝化除磷污泥聚集体内原位除磷活性及有机物浓度的影响

以SBR系统反硝化除磷污泥为对象,利用氧化还原电位、溶解氧和磷酸盐微电极定量研究了污泥聚集体内除磷菌的原位除磷活性及有机物浓度的影响.结果发现,厌氧初期污泥聚集体内最大净体积释磷速率为3.29mg·（cm³·h）^-1,是缺氧初期最大净体积吸磷速率的3倍左右;厌氧末期释磷速率明显降低,最大净体积释磷速率仅为厌氧初期的一半.在缺氧末期,最大净体积吸磷速率降至0.14mg·（cm³·h）^-1,且在1800 μm以下深层区域发生了"二次释磷"现象.随着COD浓度由350 mg·L^-1降至250 mg·L^-1和150 mg·L^-1,反硝化除磷菌的最大净体积释磷速率由3.27 mg·（cm³·h）^-1降至2.44 mg·（cm³·h）^-1和2.01 mg·（cm³·h）^-1,且快速吸磷区域整体向污泥聚集体表层收窄.     

低强度超声波强化SMBR处理中的超声波参数优化研究

研究了利用低强度超声波强化低温一体式膜生物反应器（SMBR）污水生物处理中最优超声波参数的选择。结果表明,功率密度为0.27 W/L、辐照时间为20 min时,超声波对低温SMBR中COD去除的强化效果最佳。SMBR对NH3-N去除效果达到最佳时,超声波功率密度和辐照时间分别为0.27 W/L和15 min。综合考虑,选择更有利于低温时NH3-N去除的超声波参数：功率密度0.27 W/L、辐照时间15 min。经此超声波处理后COD、NH3-N的强化效果在24 h均能保持,故可设置超声波处理的时间间隔为24 h。     

低强度超声波对低温下污水生物处理的强化效果及工艺设计

为了研究低温条件下超声波对污水生物处理的强化效果,采用强度0.3 W·cm-2的超声波对好氧活性污泥进行10 min的辐射处理,然后在4℃条件下进行模拟SBR(sequencing batch reactor)反应.以耗氧呼吸速率(oxygen uptake rate,OUR)、脱氢酶活性(dehydrogenase activity,DHA)和COD为指标,研究了低温条件下超声波对污泥生物活性以及有机物去除效果的改善.结果表明,低温条件下,经超声波处理后污泥活性可提高30%,COD的去除率也可保持常温水平.通过比较可以看出,低温条件下超声波的强化效果较常温条件下更为明显.本研究还以典型的城市二级处理污水处理厂和采用SBR工艺的污水处理厂为例,对低强度超声波在污水处理工艺中的设计和操作进行了说明.     

Low intensity ultrasound stimulates biological activity of aerobic activated sludge

This work aims to explore a procedure to improve biological wastewater treatment efficiency using low intensity ultrasound. The aerobic activated sludge from a municipal wastewater treatment plant was used as the experimental material. Oxygen uptake rate (OUR) of the activated sludge (AS) was determined to indicate the changes of AS activity stimulated by ultrasound at 35 kHz for 0–40 min with ultrasonic intensities of 0–1.2 W/cm². The highest OUR was observed at the ultrasonic intensity of 0.3 W/cm² and an irradiation period of 10 min; more than 15% increase was achieved immediately after sonication. More significantly, the AS activity stimulated by ultrasound could last 24 h after sonication, and the AS activity achieved its peak value within 8 h after sonication, or nearly 100% higher than the initial level after sonication. Therefore, to improve the wastewater treatment efficiency of bioreactors, ultrasound with an intensity of 0.3 W/cm² could be employed to irradiate a part of the AS in the bioreactor for 10 min every 8 h. Translated from Environmental Science, 2005, 26(4): 124–128 [译自: 环境科学]     

低强度超声波辐射对污泥生物活性的影响机制

通过测定超声辐射前后污泥性质的变化,不同处理方式对污泥活性影响以及自由基清除剂NaHCO3加入对超声作用效果影响,初步探讨了低强度超声波辐射对污泥生物活性的影响机制.研究结果表明,低强度超声辐射的机械作用和空化作用,使污泥絮体破碎,强化了固-液对氧的传质,提高了酶活性以及增加了溶液中可利用基质,从而强化了污泥的生物活性;不过,超声辐射同时也产生大量自由基,会对污泥生物活性产生抑制或破坏.因此,低强度超声辐射对污泥活性影响是促进效应和抑制效应共同作用的综合表现.     

低强度超声波强化污水生物处理机制

研究发现低强度的超声辐照可以有效促进微生物的活性,可将其用于强化污水的生物处理,通过增强反应器内微生物的活性来提高污水的处理效率.本文综述了超声波在生物工程和生物学上的国内外研究成果,对低强度超声波的生物效应以及在促进生物活性中的主要作用机制进行了探讨,并分析了其在强化污水生物处理中的应用前景.     

低强度超声对醌介导偶氮染料脱色的影响

厌氧条件下,微生物的代谢速率很缓慢。而低强度超声辐照则可以有效促进微生物的活性,进而增强生化反应速率。基于此,文章采用低强度超声预处理耐盐醌还原菌群,研究在富盐环境下其对醌介导偶氮染料的厌氧生物脱色速率的影响。研究结果表明,低强度超声(辐射频率40 kHz)处理耐盐醌还原菌群的最佳条件为超声强度0.15 W/cm2,超声时间3 min。在50 g/L NaCl存在条件下,处理后的耐盐醌还原菌群能够使蒽醌-2-磺酸钠、蒽醌-2,6-二磺酸钠、2-羟基-1,4-萘醌和2-甲基-1,4-萘醌介导的偶氮染料酸性大红3R脱色速率分别提高8.8%,23.0%,4.2%及20.4%。通过透射电镜分析推测,低强度超声可能是通过增大生物细胞壁的比表面积来提高其传质能力,从而提高醌介导的偶氮染料脱色速率。     

超声对净水沉淀污泥絮体特性及对污泥回流效能的影响

为解决污泥回流强化混凝技术存在的有毒有害物质积累的问题,取净水沉淀污泥经超声预处理后进行回流试验,考察超声作用后净水沉淀污泥絮体特性的变化及其对回流效能的影响.结果表明:超声作用后污泥溶液的温度升高,絮体粒径减小,长时间作用后粒径可降至几个mm,且粒径与声能密度呈现相关性;1,5W/mL的超声处理后,絮体Zeta电位降低,比表面积增大,10,15W/mL的超声处理后絮体Zeta电位升高,比表面积有所下降;低声能密度(1W/mL)超声处理后污泥回流可强化混凝效果,30min超声作用后污泥回流的浊度、UV254和CODMn去除率分别提高了2.7%、23.12%和10.02%,长时间高声能密度(15W/mL)超声波处理污泥回流后混凝效果反而恶化.超声技术对污泥回流后污染物的去除率有一定的提高,但超声时间和声能密度必须很好控制.