超声破解促进污泥两相厌氧消化产气性能研究

以超声波对城市污水处理厂剩余污泥进行超声破解。试验结果表明,超声破解能提高污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)、总挥发性固体(VS)去除率、生物产气量、产气率和甲烷含量,促进两相厌氧消化产气性能。声能密度和破解时间是影响污泥破解效应的主要因素,超声频率是影响污泥破解效应的次要因素。     

剩余污泥的超声破解与影响因素程度分析

采用超声波技术破解污泥絮体及污泥微生物细胞壁结构 ,可使固体性有机物与胞内物质变为溶解性有机物(SCOD)。SCOD溶出率随超声作用时间、声强及声能密度的增加而增加 ,在一定声能密度下 ,SCOD溶出率随时间延长呈线性增长趋势 ,即污泥破解反应遵从一级反应动力学规律。VSS的变化规律同SCOD溶出率的变化规律相似。利用多元统计学中t分布检验方法分析诸因素对破解效果所产生的影响 ,得出各因素影响程度从大至小顺序为 :超声作用时间 >声能密度 >声强     

超声处理对剩余污泥的粒径和溶出物的影响

为了有效地发挥微型动物摄食对剩余污泥的减量作用,研究了超声声能密度和超声时间对剩余污泥的粒径和溶出物(蛋白质、多糖、DNA、COD及BOD)溶出的影响.在脉冲比2:1和超声时间10min的条件下,声能密度为0.2W·mL-1时出现一个污泥粒径变化的转折点,当小于转折点时污泥粒径随声能密度增加明显下降,而当大于转折点时污泥粒径几乎不受声能密度影响.在脉冲比2:1和声能密度0.8W·mL-1的条件下,超声时间5min是个转折点.上清液中溶出物的浓度随超声波声能密度或超声时间的增加而增加,各溶出物指标之间存在显著的相关关系.溶出物指标中蛋白质指标可以较好地反映出污泥破解状态.为了得到既能使污泥粒径变小到微型动物可摄食的程度又能使污泥中溶出物的溶出量最少的效果,建议声能密度或超声时间取上述转折点为限值.个数平均粒径(Dn)和重量平均粒径(Dw)分别反映了污泥的几何粒径变化和溶出物的溶出状况,因此,在超声破解污泥-微型动物摄食污泥的污泥减量工艺中可通过Dn和Dw的并用来决定剩余污泥超声处理的工艺参数.     

以超声波破解剩余污泥为碳源强化污水脱氮

针对污水厂生物脱氮碳源不足和剩余污泥难以处置的问题,探讨了利用超声波处理后的剩余污泥作为生物脱氮外加碳源的可行性。研究采用三因素三水平的响应曲面分析法,考察了超声波声能密度、时间和pH对剩余污泥可生化性(BOD_5)的影响,确定了超声波破解剩余污泥的最佳工艺条件。结果表明:在超声波声能密度为2. 0 W/m L,超声波时间为40 min和pH=7. 0的条件下,剩余污泥ρ(BOD_5)为2195 mg/L,增加为原来(88 mg/L)的24. 9倍,大大增强了其可生化性。超声波破解前后剩余污泥的大肠菌群检测结果证明,超声波破解也可将致病菌灭活,使剩余污泥无害化。在以3种剩余污泥产物为外加碳源的反硝化实验中,利用最佳参数条件下处理的剩余污泥为碳源时反硝化效果最好,反应仅进行14 h,ρ(NO_3~--N)从108 mg/L迅速降至3 mg/L,去除率达到95%以上,NH_4~+-N几乎无积累,整个反硝化过程完成仅需24 h,表明采用优化后的超声波预处理条件可以有效提升以剩余污泥为碳源的反硝化效果。     

基于Matlab的超声空化场测量与可视化分析

为探究超声空化机理、明确超声条件对空化效应的影响,采用铝箔腐蚀法,测量了不同条件下槽式与探头式超声装置中空化场分布,在Matlab平台实现了超声空化场的二维可视化,并通过超声基础试验进行分析验证,.结果表明:槽式超声场分布不均匀,随着超声频率的增加,铝箔腐蚀面积减小,空化效应减弱;空化效应在波腹处最明显,高效区面积最大.探头式超声空化场的高效区主要分布在探头轴线附近,随着铝箔与探头距离的增加,空化效应逐渐减弱,低效区面积增加;空化效应随超声波声能密度的增加而增强,声能密度5W/mL时,腐蚀面积可达80%以上.相同条件下,槽式超声波反应器中超声空化效应较强.超声波声能密度越大,处理后的污泥上清液SCOD越高,破解效果好;随着超声频率的增加,污泥破解程度下降,空化效应减弱.     

超声波-缺氧/好氧消化过程污泥胞外聚合物和溶出物的变化研究

为研究超声波促进污泥缺氧/好氧消化的机制,采用均匀试验得到的最佳超声波参数与缺氧/好氧消化衔接进行间歇试验,通过生物化学分析法研究了消化过程污泥EPS指标(多糖、蛋白质、DNA和总量)和相应溶出物的变化趋势,同时以未经超声处理的消化过程作对照.均匀试验结果表明,在超声波声能密度0.1 W/mL,超声处理时间15 min...     

污泥碱解和超声破解预处理的效果研究

为提高污水厂污泥的厌氧消化速率,采用多频率多功率槽式超声发生器,研究了超声波、碱解、以及两者的组合作用对污泥破解预处理效果的影响.结果表明,碱和超声波的组合预处理方式,对污泥溶解性COD的释放效果和VSS减少效果明显优于单独的超声波和单独的碱处理.单独超声预处理,污泥VSS的最大减少率为15.98%;单独碱解(NaOH/TS=0.04)时为22.12%;先碱解(NaOH/TS:0.04,24 h),再超声(60 min)以及碱(NaOH/TS=0.04)和超声(60 min)同时作用的预处理方式,可将污泥VSS减少率分别提高到51.45%和54.45%.破解作用引起污泥的水解分为快速水解和缓慢水解2个阶段,对快速水解阶段进行动力学分析可知,同时采用碱和超声的预处理方式不但可以获得最高的水解速率,而且降低了碱的投加量,缩短了超声破解的时间.     

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.     

超声波参数对剩余污泥中SCFAs和EHCs释放的影响

考察了不同超声处理参数下剩余污泥中短链脂肪酸SCFAs和易水解组分EHCs的释放特性。结果表明:超声波作用下SCFAs的最大释放量为197.0 mg/L,超声时间对SCFAs释放影响显著;在超声时间为100 min内,声能密度小于0.6 W/mL时,EHCs释放随超声时间和声能密度的增加而提高;在相同能耗下,长超声时间、低声能密度的超声处理条件更有利于获得较高的EHCs,超声时间对EHCs释放的贡献度高于声能密度;释放的EHCs以糖类为主,经短时间水解酸化可生成较高浓度的SCFAs。     

超声预处理对污泥破解特性实验研究

加水将机械脱水污泥配成不同的含水率,再以不同超声密度、不同破解时间对污泥进行顸处理,通过分析污泥含水率和pH值的变化。探索超声破解污泥特性。研究结果表明,超声波可以破坏污泥絮体结构及细胞。使其中的水分和有机物质释放进入液相。从而能提高污泥的干燥速率。实验得出含水率为84．7％的污泥在超声波密度为6w／mL,时间为2min的条件下,干燥的效果最佳。     

Combined alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before aerobic digestion

Alkaline and ultrasonic sludge disintegration can both be used as pretreatments of waste activated sludge (WAS) for improving the subsequent anaerobic or aerobic digestion. The pretreatment has been carried out using different combination of these two methods in this study. The effect was evaluated based on the quantity of soluble chemical oxygen demand (SCOD) in the pretreated sludge as well as the degradation of organic matter in the following aerobic digestion. For WAS samples with combined pretreatment, the released COD was in high level than those with ultrasonic or alkaline treatment. When combined with the same ultrasonic treatment, NaOH treatment resulted in more solubilization of WAS than Ca(OH)2. For combined NaOH and ultrasonic treatments with different sequences, the released COD were in the order: simultaneous treatment > ultrasonic treatment following NaOH treatment > NaOH treatment following ultrasonic treatment. For simultaneous treatment, low NaOH dosage (100 g/kg dry solid), short duration (30 min) of NaOH treatment, and low ultrasonic specific energy (7 500 kJ/kg dry solid) were beneficial for sludge disintegration. Using combined NaOH and ultrasonic pretreatment with the optimium parameters, the degradation efficiency of organic matter was increased from 38.0% to 50.7%, which is much higher than with ultrasonic (42.5%) or with NaOH pretreatment (43.5%) in the subsequent aerobic digestion at the same retention time.     

污泥超声处理及其在好氧消化中的应用

污泥好氧消化工艺可以有效实现污泥的稳定和减量,为了进一步提高好氧消化的效率,促进有机质的降解,在对污泥超声处理性能研究的基础上,考察了不同超声辅助处理手段对污泥好氧消化的影响.结果表明,经1.0 W/mL超声处理10 min后,污泥上清液中溶解性COD增加了5.4倍,污泥总悬浮固体减少了16%;而经0.05 W/mL超声处理10 min后,污泥比耗氧速率可提高29%.用这2种超声预处理好氧消化的进泥时,污泥有机质降解率没有明显改变,但用1.0 W/mL超声处理好氧消化的回流污泥时,污泥有机质降解率提高了15%,而且消化污泥的沉降性能良好,上清液中有机质含量增加很少,因此,后者可以用于改善污泥好氧消化工艺.     

Enhancement of ultrasonic disintegration of sewage sludge by aeration

Sonication is an effective way for sludge disintegration,which can significantly improve the efficiency of anaerobic digestion to reduce and recycle use of sludge.But high energy consumption limits the wide application of sonication.In order to improve ultrasonic sludge disintegration efficiency and reduce energy consumption,aeration was introduced.Results showed that sludge disintegration efficiency was improved significantly by combining aeration with ultrasound.The aeration flow rate,gas bubble size,ultrasonic density and aeration timing had impacts on sludge disintegration efficiency.Aeration that used in later stage of ultrasonic irradiation with low aeration flow rate,small gas bubbles significantly improved ultrasonic disintegration sludge efficiency.At the optimal conditions of 0.4 W/m L ultrasonic irradiation density,30 m L/min of aeration flow rate,5 min of aeration in later stage and small gas bubbles,ultrasonic sludge disintegration efficiency was increased by 45% and one third of ultrasonic energy was saved.This approach will greatly benefit the application of ultrasonic sludge disintegration and strongly promote the treatment and recycle of wastewater sludge.     

An executive review of sludge pretreatment by sonication

Ultrasonication (US), which creates hydro-mechanical shear forces in cavitation, is an advanced technology in sludge pretreatment. However, there are many factors affecting the efficacy of cavitation and ultrasonication disintegration of sludge as a consequence. The objective of this work is to present an extensive review of evaluation approaches of sludge US pretreatment efficiency. Besides, optimization methodologies of related parameters, the differences of optimum values and the similarities of affecting trends on cavitation and sludge pretreatment efficiency were specifically pointed out, including ambient conditions, ultrasonic properties, and sludge characteristics. The research is a prerequisite for optimization of sludge US pretreatment efficiency in lab-scale and practical application. There is not-yet a comprehensive method to evaluate the efficiency of sludge US pretreatment, but some main parameters commonly used for this purpose are degree of sludge disintegration, proteins, particle size reduction, etc. Regarding US parameters, power input P_US, intensity I_US, and frequency F_S seem to have significant effects. However, the magnitude of the effect of P_US and probe size in terms of I_US has not been clearly detailed. Investigating very low F_S seems interesting but has not yet been taken into consideration. In addition, static pressure effect has been marginally studied only and investigation on the effect of pH prior to US process has been restricted. Their effects therefore should be varied separately and simultaneously with other related parameters, i.e. process conditions, ultrasonic properties, and sludge characteristics, to optimize sludge US pretreatment process.     

污泥的超声破解及其对微生物活性的影响

同步测定了超声处理过程中污泥破解程度、微生物活性、颗粒大小等参数的变化,并分析了不同参数之间的内在联系及超声参数对污泥微生物活性的影响.结果表明,污泥颗粒的超声处理过程可以分为2个阶段:首先絮体破碎为直径十几μm的小凝集体,胞外有机质溶出,微生物游离出来,活性增强;随后小凝集体被进一步破坏,污泥颗粒直径降至10μm以下,微生物胞内有机质溶出,活性明显下降.由于污泥的不均匀性,2个阶段并非截然分开,短时间内,污泥破解程度低于20%时,以絮体破碎为主,污泥活性提高20%以上;当污泥破解程度在20%~40%之间时,部分微生物开始受到损伤,污泥活性提高不到20%;当污泥破解程度高于40%时,大部分微生物受到损伤,污泥活性迅速下降.低强超声可以在较长处理时间内使大部分污泥颗粒停留在絮体破碎阶段,有效避免微生物的破坏,因此适用于增强污泥微生物活性.     

超声波对污泥蚯蚓堆肥有机质和重金属的影响

联合超声波破解技术、好氧堆肥技术及蚯蚓处理技术,对污水处理厂剩余污泥进行处理,探讨超声波预处理对污泥蚯蚓堆肥有机质降解和重金属的影响.结果表明：超声波预处理技术对污泥腐殖化程度表现出协同效应,最优TOC反应动力学常数为0.0084d-1,是对照组的2.1倍;胡敏酸和HA/FA平均增长率分别为97.4%和191.5%,是对照组的1.26倍和1.37倍;可轻度减少污泥堆体重金属含量,同时对蚯蚓处理阶段重金属富集存在缓减效应,但对各阶段重金属形态影响不显著;蚯蚓处理可明显降低重金属生物有效性,至处理结束Zn、Cu、Pb、Ni、Cd、Cr、Hg、As非稳定态平均占比较好氧堆肥结束时下降28.3%、29.5%、29.1%、35.2%、3.3%、25.3%、36.4%、21.9%.     

低温热水解和超声联合破解污泥优化工艺的参数研究

针对国内低温热水解和超声联合技术应用于低有机质剩余污泥厌氧消化预处理领域的实验研究和工艺参数缺陷问题,探讨了低于100℃的低温热水解和超声波技术联合破解剩余污泥的技术可行性及工艺参数的优化.以热水解温度和超声能量为控制参数,以污泥破解度、溶解性蛋白质和多糖浓度为分析指标,通过Box-Behnken设计实验,并根据响应曲面法(RSM)构建了污泥破解的二次多项式预测模型,进而得到各影响因素作用下的最佳破解工艺参数.结果表明,温度对污泥破解的影响较超声能量明显.低温热水解和超声联合作用下,最佳工艺组合为温度80℃和超声能量12000kJ/kgTS,该工艺下的污泥破解结果为污泥破解度39.01%,溶解性蛋白质1360.59mg/L和多糖334.52mg/L,该结果与预测值吻合度较高,表明响应曲面模型所得参数较为可靠,能够为实际应用和推广提供参考.     

超声波预处理对污泥干燥特性的影响

城市污泥的高含水率对其处理处置带来了各种不便.超声波由于功率大、穿透能力强、可引起空化作用等特性而在污泥干燥方面具有独特的优势.针对超声波对污泥干燥特性的影响进行实验研究,通过污泥干燥实验研究了超声处理时间、超声波功率、超声水温和干燥温度4种因素对污泥干燥特性的影响.结果表明,超声处理能够加速污泥表面自由水分蒸发和快速结束平稳干燥阶段,有效提高污泥干燥效率;超声处理对污泥干燥特性的改善随超声波功率(100~250 W)、超声水温和干燥温度的升高而更加明显.在低温105℃下干燥时,短时间的超声处理3 min对污泥干燥特性的改善效果最好.超声处理对污泥干燥整体效率的提高使其有望成为污泥低成本干化的有效方法,并为污泥干燥工艺的优化提供参考.