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摘要：采用超声处理剩余活性污泥以分析其对污泥沉降性能的影响，运用7个声能量梯度水平进行污泥沉降性能对比研究。结果表明，1000 kJ/kg TS是改善污泥沉降性的最优能量水平，45min时的污泥沉降速度高出原污泥18.6%。另外，超声显著增加小颗粒数量和破解污泥絮体结构，1000 kJ/kg TS是破坏絮体结构的最小能量要求，是破坏污泥絮体结构和细胞膜及释放胞内物质的临界能量水平。超声产生大量的小颗粒，密度几乎与水相同，需长时间才能沉降或悬浮于水中。污泥粒径接近75μm，胞外聚合物（EPS）含量为300（mg/L）时，污泥沉降效果最佳。
关键词：超声；活性污泥；沉降性能
一、研究内容与目的
本研究将高压包电压在负载条件下实行分压测试，并实时记录工作电流，得出工作功率本研究将声能量和声强度作为两个重要的超声参数进行实验设计。采用不同能级和声密度超声波对污泥进行处理，主要是利用声波的能量，在声化学机制和空化机制的作用下，改善活性污泥的沉降效果，从而分析超声对活性污泥沉降性能的影响及其机理。
二、超声波法概述
超声波为声波的一种，是介质（空气和液体）中的一种弹性机械波，频率为20kHz-10MHz，超出人耳听觉上限，如图3示。当一定强度的超声波施于某一液体系统中时。将产生一系列的物理和化学效应，并明显改变液体中溶解态和颗粒态物质的特性，这些反应是由声场条件下大量空化气泡的产生和破灭引起的。超声波作用于污泥时，引起液体内部周期性的压缩与膨胀，在压缩区气泡逐渐扩大，然后突然破灭，在急速的气泡破灭过程中，气泡中产生高温（5000 K）、高压（5100×104 kPa），气泡周边的液体形成局部强烈的激波，由此产生一系列的次级反应。这样污泥就受到力学和化学效应，受到冲击破碎，亦可能导致凝聚和解聚。
三、污泥超声处理方法
本研究将声能量和声强度作为两个重要的超声参数进行实验设计，采用7个声能量梯度水平进行污泥沉降性能对比研究，以研究超声能量和强度对污泥沉降性能的影响。在确定装置的超声发射功率的基础上，试验取500mL预先充分混均的污泥样品置于三角瓶中，再将换能器的探头浸没于污泥液面下1cm处，通过调节作用时间向污泥输入不同的超声能量，以研究最佳超声能量条件以改善污泥沉降性能。超声能量（Specific energy，Es）定义为超声功率（P）与作用时间（t）的乘积再除去污泥体积（V）与总固体浓度（TS0）的乘积，见下式（1），每个梯度水平3次重复。
四、超声对污泥沉降性能的影响
污泥悬浮液的沉降速度（Settling velocity，SV）是监控废水生物处理过程中的重要参数之一。图5是污泥受超声处理前后的沉降速度变化，从图5可知，污泥沉降速度在前1小时内迅速增加，而后下降。在第4-8小时间，所有处理的污泥沉降速度几乎均达到相同的结果。污泥沉降速度的变化可能与沉降污泥密度的增加有关。另一方面，超声前后污泥沉降速度的差异也反应在受超声作用后的污泥絮体大小和形状上的变化（见图7和图10），以及因胞内外物质的释放而产生的污泥再絮凝现象。污泥沉降实验也表明超声对污泥的影响可持续数小时。
不同的超声能量水平对污泥沉降速度有较大的影响。当污泥在500 kJ/kg TS和1000 kJ/kg TS的超声能量下时，45min时的污泥沉降速度分别为51.62 mm/h和57.44 mm/h，这均高于原污泥样在此时间的沉降速度48.44 mm/h。然而当超声能量大于1000 kJ/kg TS，污泥沉降速度均小于对照，而且随能量的进一步增加，沉降速度也明显下降。因而根据沉降速结果，高能量超声（大于5000 kJ/kg TS）不能改善污泥沉性能，这也可通过高能量能有效减少絮体大小和促进有机物质溶解而得到印证。因此，1000 kJ/kg TS是改善污泥沉降性的最优能量水平。Chu等 认为污泥的沉降速度没有受超声作用的影响，然而这与超声改变颗粒大小与絮体结构的研究结论不符，也与以前研究报道中超声影响污泥沉降结果不一致。
污泥处置已经不仅仅是作为污水处理的一个单元，而是发展成了污水处理厂设计、运做中不得不优先考虑的重要环节。要是说污水厂的建设是水环境治理和改善的标志[1]，那么污泥减量排放更是水环境治理和改善的新台阶，而通过超声处理手段更是重要的一步。通过一系列的科学研究，进一步了解和掌握超声对活性污泥沉降性能的影响及其机理，结合工程实例，相信超声波技术在污泥处理会发挥更大的作用，对污泥减量排放的效应也将更为明显。
参考文献：
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[7]应崇福.超声学[M]，北京，科技出版社，1990：8.
论文作者:叶海平,黎增明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/20
标签：污泥论文; 超声论文; 能量论文; 速度论文; 超声波论文; 性能论文; 活性论文; 《基层建设》2019年第8期论文;