双频超声改善剩余污泥的脱水性能研究

为了探索双频超声预处理对剩余污泥脱水性能的影响,选择单独频率17、33 k Hz和双频17+33 k Hz,进行单位总固体(TS)不同超声能量水平(0~12 000 k J·kg~(-1))下的序批式实验,通过测定污泥比阻和泥饼含水率来表征污泥可过滤性和离心脱水性能的变化。结果表明,在低能量水平下,双频超声对污泥脱水性能的改善效果远优于单频超声,17、33和17+33 k Hz 3种频率下污泥比阻较原泥最大降低44.67%、57.30%和80.41%。在双频、超声能量1 000 k J·kg~(-1)条件下泥饼含水率较原泥最大降低20.62%。随着超声能量的增加,污泥平均粒径不断下降,污泥降解度不断增加,表明污泥胞外聚合物和细胞中的有机质不断从固相向液相转移。双频较单频的能量利用效率高,使得双频在更低的能量条件下达到更好的脱水效果,这为超声预处理技术在实际应用中的推广提供了科学支撑。     

超声联合热碱预处理促进剩余污泥中温厌氧消化研究

基于超声联合热碱破解污泥最佳工艺参数,对预处理污泥进行半连续式中温厌氧消化研究。结果表明,预处理污泥日产甲烷量是原泥的1. 94倍,达234 mL·d~(-1)。运用修正的冈珀兹模型进行累计甲烷产量动力学分析,发现预处理污泥和原泥累计产甲烷曲线与修正的冈珀兹模型拟合系数R2分别达0. 998和0. 993。预处理污泥的动力学参数如下:最大累计产气量达5 376. 4 mL,最大产甲烷速率达394. 8 mL·d~(-1),细菌产甲烷的延迟时间为2. 8 d。预处理污泥的甲烷转化率为82. 17%。从有机物浓度变化来看,厌氧消化期间预处理污泥溶解性化学需氧量、溶解性蛋白质和多糖浓度均远高于原泥,最大值分别是原泥的2. 09、3. 94和3. 95倍。预处理污泥在预处理阶段和厌氧消化阶段的总悬浮物和挥发性悬浮物去除率分别达54. 9%和61. 8%。超声联合热碱预处理不仅能促进污泥有机质破解,还能提高破解有机质的生物可利用性,极大改善污泥厌氧消化效率。     

超声联合热碱破解高含固污泥的理化性质变化

为了进一步提高能量利用效率,在前期研究的基础上,采用超声和热碱同步处理方法,在超声能量[以总固体(TS)计]9 551 kJ·kg~(-1)、温度73℃和加碱量(以TS计)0.085 g·g~(-1)处理条件下,研究不同含固率污泥预处理后有机质释放情况及规律。结果表明,含固率w为3%、5%、10%和15%的污泥经预处理后平均粒径分别降低40.14%、58.01%、93.63%和17.46%;含固率10%的污泥预处理后粒径分布中累计体积占10%、50%和90%所对应的粒径值(dp10、dp50和dp90)分别较未处理污泥降低88.38%、93.85%和96.74%。在有机物浓度变化方面,破解后污泥溶解性化学需氧量(SCOD)增量随含固率的增加而上升,而污泥破解度变化趋势则相反,含固率3%的污泥破解度最高达50.3%。在有机物组分方面,含固率10%的污泥预处理后溶解性蛋白质和多糖浓度增量最高,且可降解有机质占溶解性有机质比例最高,达88.94%。以上结论表明,在破解高浓度污泥方面,超声联合热碱处理工艺亦有较好的应用前景。