超声波/絮凝剂联用于净水污泥脱水机理研究

采用超声波和絮凝剂共同作用于净水污泥脱水,通过设计正交试验得出两者协同作用下最优污泥脱水组合,在声能密度0.1 W/m L、超声作用时间30 s、絮凝剂投加量0.06 mg/g时,比阻去除率达到84%左右。同时对比单一絮凝剂调理和复合调理(超声+絮凝剂)的污泥脱水性能,考察上清液浊度、污泥沉降速度、污泥比阻以及泥饼含水率,综合评价两者的脱水效能。分别从超声作用机理和絮凝剂作用机理分析污泥脱水机理,同时通过热力学原理分析两者协同作用机理。     

超声波溶胞预处理对污泥溶出物和分形结构的影响

为了强化好氧系统中污泥隐性生长对污泥减量的作用,研究了超声波溶胞预处理后污泥溶出物和微观分形结构的变化。探讨了污泥上清液溶解性化学需氧量(SCOD)和污泥粒径(d_(0.5))、比表面积(SSA)、分形维数(D2、D3)等随超声时间和声能密度的变化特征。结果表明,SCOD随声能密度和超声时间增加而增加,能较好地反映污泥的溶解状态。在超声时间5 min、超声脉冲比1∶1的固定条件下,声能密度0.6 W/m L为d_(0.5)和SSA变化的转折点,当声能密度小于0.6W/m L时对d_(0.5)和SSA作用明显,而大于0.6 W/m L时对d_(0.5)和SSA作用微弱。在声能密度0.6 W/m L、超声脉冲比1∶1的固定条件下,1~5 min内SCOD溶出明显提高,超声对污泥溶胞效果较好,5 min后污泥溶胞效率很难进一步提高。皮尔逊相关性分析表明,SSA和D3分别与SCOD呈现显著的相关性。SSA和D3反映了污泥结构的密实程度和溶出状况,因此,可以在线监测微观结构参数SSA和D3来间接反映污泥溶胞效果,从形态学角度为污泥后续处理处置提供前期指导。     

曝气及搅拌强化超声预处理污泥试验研究

超声是一种具有很大研究价值的污泥预处理技术,但超声波能耗较大,限制了其大规模应用。曝气和搅拌作为辅助技术可以使超声技术在较低的能耗下达到较高的破解效率。以污泥破解后上清液中SCOD增加值为主要评价指标,探究在曝气及搅拌辅助下超声预处理污泥的最佳条件,进一步考察在最佳条件下曝气及搅拌对超声破解污泥效率的提高和能耗的降低作用。结果表明,曝气最有效的超声声能密度为0.9 W/mL,最佳曝气量为20 mL/min,最有效的曝气时间为10 min,在超声10 min的后5 min曝气、前5 min不曝气比在整个超声过程中曝气破解溶出的SCOD更高。在最有效的条件下对污泥进行超声加曝气处理后的SCOD为388.45 mg/L,而相同条件下仅超声溶出的SCOD为196.5 mg/L,溶出的SCOD增加了97.7%,污泥经超声加曝气处理后SCOD溶出率为3.85%,比达到近似SCOD的仅超声处理方式的能量消耗降低了25%。搅拌作为另一个辅助技术,转速为600 r/min时对提高超声破解污泥的SCOD最有效,超声加搅拌比相同条件下仅超声破解污泥溶出的SCOD增加了83.8%,超声加搅拌破解污泥的SCOD溶出率为1.98%。在超声加曝气和搅拌的条件下,污泥SCOD溶出率为4.38%,污泥破解产生的SCOD比相同条件下仅超声破解的污泥SCOD增加了120.8%,比达到近似SCOD的仅超声处理方式的能量消耗降低了12.5%。     

超声波预处理城市水厂剩余污泥的研究

利用超声波处理剩余污泥,通过离心作用模拟污水厂污泥脱水过程,以离心后含水率表征剩余污泥的脱水性能,最终确定最佳超声条件为:超声时间10 min,超声声能密度0.8 W/m L;另外分别研究了单独超声作用、单独絮凝剂作用以及超声-絮凝联合作用对剩余污泥脱水性能的影响。结果表明,单独超声处理或絮凝调理均可降低剩余污泥离心后含水率,超声波与絮凝剂共同作用能更好地提高剩余污泥的脱水性能,并对剩余污泥脱水性能改善的机理进行了理论分析。     

超声预处理对污泥电脱水特性的改进

探讨超声波预处理对污泥电脱水性能的影响,并找到超声波预处理能够对电脱水产生促进作用的最佳工况。以天津市纪庄子污水处理厂的污泥为研究对象,采用自制的超声预处理电渗透污泥脱水装置进行试验,考察超声波声强和作用时间等因素对污泥电脱水效果的影响。试验开始前对污泥在0.1 MPa压力下进行机械预压0.5min,使污泥挤压密实,以保证电流和超声波在污泥介质中能够均匀平稳地流通。在整个脱水过程中机械压力恒定在0.1 MPa,总作用时间为5.5 min;电脱水过程中电压控制在60 V(泥饼厚度为2 cm),总作用时间为5 min。结果表明,在固定频率20 k Hz、相同电场和压力场作用下,适当的超声波声强和预处理时间能够对电渗透脱水产生积极作用,且超声预处理的最佳作用工况为声强0.510 W/cm2(功率40 W),超声预处理3.5 min。在最佳作用工况下,污泥脱水率达到24.35%,同时减缓了电流的衰减速率,增强了电脱水的效果。     

超声预处理剩余污泥水解试验研究

通过改变超声时间、超声密度和水解时间,研究污泥厌氧水解过程中SCOD,NH3-N和TP释放量,最终确定最佳的剩余污泥预处理条件和水解时间。得到的试验结果如下:当剩余污泥超声预处理频率为20~25 k Hz,超声密度为1.6 W/m L,超声时间为15 min,污泥水解1 h时,污泥的释放达到最佳,此时SCOD溶出率高达45.55%,而NH3-N和TP释放量较低,该预处理条件下获得的污泥水解上清液为污水厂提供了有利的补充碳源。     

超声强制作用下的污泥膨胀控制研究

为了解决活性污泥法处理废水过程中控制污泥膨胀的措施没有从根本上控制丝状菌导致延误了污泥膨胀治理的问题,研究利用超声波穿透力强和均匀的特点作用于膨胀的活性污泥。结果表明,经过多组参数优化,当超声功率为0. 035 W/cm~2、作用时间为15 min时,SVI指数可从475 mL/g降至183 mL/g。通过污泥表面电荷、污泥粒径分布和扫描电镜图等表征,表明超声对控制污泥膨胀的作用与污泥表面电荷无相关性;而超声作用前后的冻干污泥扫描电镜显示,丝状菌有明显的断裂迹象且菌丝变短萎缩,超声对丝状菌具有机械折断作用和显著的抑制作用。由于超声法属于绿色的非化学方法,通过调整较优的工艺参数可以快速、有效地控制污泥膨胀,随后续深入研究其作用机理,该方法具有较大的应用空间。     

新型空化器及其在污泥细胞破解中的应用

研究开发了一种新型空化器用来破解剩余污泥,它具备通气调节和孔板旋转的功能。这样的设计可以防止堵塞和节约能耗。该空化器工作时可以产生直径2~5μm的"气核",从而提高空化初生的空化数,降低能耗。孔板旋转产生的轴向推力可使小孔中的堵塞物脱落,有效防止小孔堵塞。在实验室内应用该装置破解剩余污泥的生物细胞,并通过测定细胞内可溶性COD的溶出率来评价污泥破解效果。研究制造了空化作用破解污泥细胞系统,该系统可以利用新型空化器连续处理剩余污泥,并且可以根据研究需要改变通气比和调节管道流速等运行工况。在实验室内应用该系统破解剩余污泥生物细胞,通过调整通气比和管道流速,探索最优运行工况。根据正交试验结果,系统运行的最优工况为通气比1.4%、空化数1.8,此时可溶性COD(SCOD)的溶出速率为0.06%/s。在最优运行工况下,破解1 kg剩余污泥的功率为560 W,采用该系统处理30 min后,95%以上的污泥生物细胞可被破解。按处理时间30 min计算,处理1 m3剩余污泥的耗能约1 000 MJ,比超声空化法低40%左右。该系统还具有装置简单、无二次污染等优点,可为污泥细胞破解提供更为经济、有效的技术和方法。     

低强度超声波强化混凝技术中试应用试验

依托天津外环河500 m~3/d人工快渗污水处理工程,在混凝沉淀段开展了低强度超声波强化混凝除藻技术的中试应用试验。试验结果表明,采用频率为80 kHz且功率小于90 W的低强度超声波对混凝沉淀工艺除藻效果的提升作用显著,其中藻细胞去除率可提高18. 52%～20. 32%,浊度去除率可提高9. 27%～21. 60%;超声波发生器最佳功率为60 W,最佳放置位置为絮凝池前端。试验结论为低强度超声波强化混凝除藻技术的工程应用提供参考。     

不同预处理方法对剩余污泥厌氧发酵产氢的影响

为了寻求适宜的预处理方法,提高剩余污泥发酵产氢率,通过间歇式试验考察了热、酸、碱和高温好氧4种预处理方法对剩余污泥发酵产氢的影响.结果表明4种预处理方法均能有效抑制耗氢菌括性,同时促进污泥中微生物胞内物质的释放,使可溶性糖类物质和蛋白质质量浓度增加.其中高温好氧预处理的溶胞效果最好,可溶性糖类物质和可溶性蛋白物质质量浓度均最高,分别为878 mg/L和15 606mg/L,分别为原剩余污泥的10.58倍和58.45倍.4种方法预处理后的污泥发酵均获得了氢气,其中高温好氧预处理污泥产气率最高,为10.68 mL/g TS;其次是热预处理污泥,产气率为6.58 mL/g TS;碱预处理污泥产气率为3.63 mL/g TS;酸性预处理污泥产气率最低,仅为1.41 mL/g TS.