超声波预处理污泥研究进展

就近年来超声波技术在污泥预处理方面的研究成果进行了综述，介绍了超声波处理的机理、效果以及已取得的研究成果，并讨论了该技术存在的问题和今后的发展趋势，提出超声波预处理技术不但能解决城市污泥的处理问题．而且经济高效，具有重大社会、环境和经济效益。     

低频超声波预处理污泥的实验研究

污泥水解是污泥厌氧消化过程中的限速步骤,为提高污泥厌氧消化效率,采用低频超声波技术对污泥进行预处理,考察超声波作用时间以及声能密度对污泥预处理效果的影响.结果表明,低频超声波预处理可分散污泥絮体,使污泥内有机物大量溶出,提高污泥的厌氧消化性能.延长超声波作用时间或增加声能密度均有助于污泥中有机物、氮、磷等物质的释放.当超声波声能密度为0.138 W/mL时,超声波作用20 min后,上清液溶解性COD(SCOD)、TN、TP分别为初始的11.7、4.1、9.9倍.挥发酸(VFA)的增加量取决于超声波频率,低频超声波对VFA无显著影响.超声波预处理对污泥絮体有很强的破碎作用,使胞外聚合物(EPS)溶解释放,当声能密度为0.034、0.069、0.138 W/mL时,超声波作用20 min后,污泥上清液中的蛋白质质量浓度由初始的28.3 mg/L分别增加到79.4、108.7、142.9 mg/L;糖类质量浓度由初始的41.2 mg/L增加到142.7、175.8、240.4 mg/L.     

正交实验优化超声波预处理污泥的工况研究

在污泥浓度为9 915 mg/L时,选取超声频率、超声声强和超声时间3个因素设计正交实验,以污泥破解度(DDSCOD)、污泥好氧率(SOUR)和脱氢酶(DHA)活性作为指标,对超声波预处理的工况进行了优化。研究结果表明,最佳的超声预处理参数组合为:超声频率28 kHz,声能密度0.15 W/mL,超声时间10 min。此外,研究还发现不同浓度的污泥,对应的最佳超声组合参数也不同。     

超声波预处理提高污泥好氧消化性能研究

为评价超声波预处理对提高污泥生物消化的作用,采用超声波预处理与好氧消化衔接,测试了污泥消化的溶解性有机物(SCOD)、TSS及蛋白酶变化过程.结果表明,污泥超声波预处理效果较好的能量密度与时间分别为12 kW/L和10 min,此时有机物释放与能量输入之比较优;在此条件下,经预处理后的污泥好氧消化性能明显比未处理的高.消化时间为10.5 d时,经超声波预处理的污泥TSS减量42.7%,而未处理的污泥仅减量20.9%.经超声波预处理后,污泥中的蛋白酶活性明显提高;同时,超声波预处理释放出较多的可溶性物质.因此,增加的可溶性物质与蛋白酶活性使得污泥迅速降解,提高了污泥好氧消化效率,缩短了污泥好氧消化时间.     

超声波预处理对污泥好氧/缺氧消化的效果

为评价超声波预处理对城市污泥好氧/缺氧消化效果的影响,将超声波-好氧/缺氧消化工艺与传统的好氧/缺氧消化工艺进行了对比研究。结果表明,经25 d消化处理,引进超声波后的好氧/缺氧消化效果显著提高,污泥的VSS去除率达到51.98%,高于传统好氧/缺氧消化的42.98%。2种工艺消化的污泥TCOD以及污泥上清液中的SCOD、TP和NH3-N的变化趋势相似;而经超声波-好氧/缺氧消化的污泥上清液中硝态氮和亚硝态氮浓度较传统好氧/缺氧的高,说明经超声波处理后的污泥中的硝化细菌的活性增强,硝化反应加快。     

工业化规模超声波预处理对不同固体浓度污泥厌氧消化性能的影响

针对活性污泥厌氧消化水解速率慢的问题,通过工业化规模超声波反应器对不同固体浓度污泥开展了破解研究。采用粒径分析及溶解性COD、蛋白质和多糖浓度监测的方法研究了超声波破解前后污泥物理化学特性的变化;评估了超声波破解对污泥厌氧消化产甲烷潜力及有机物降解规律的影响。结果表明：工业化规模超声波破解不同固体浓度污泥后,污泥粒径均有所降低,而溶解性COD、蛋白质和多糖的浓度均有增加;超声波对污泥的破解程度与破解时间和固体浓度有关,其随破解时间增加而增加,随污泥固体浓度增加而减弱;超声波破解固体浓度2%和4%的污泥30 min后,累积甲烷产率分别提升41.2%和30.2%,当破解时间和固体浓度进一步增加时,污泥甲烷产率无明显变化。本研究结果可为超声波破解污泥技术的工业化应用提供参考。     

超声波对污泥水解的促进作用

以超声波预处理城市污水处理厂剩余污泥,考察不同功能密度下的超声波对污泥水解释放碳源过程的影响。结果表明,污泥经超声波预处理,可缩短污泥水解时间,促进VFA释放,且声能密度越大,促进作用越显著;当声能密度为0.138 W/mL、作用时间为1 min时,污泥水解4~5 d后,释放VFA达到800 mg/L,VFA/TN由初始的1.98提升至4.15,VFA/TP由初始的24.78提升至42.35。同时,超声波不仅破坏污泥絮体结构,而且提高了微生物中蛋白酶和辅酶F420的活性,更有利于污泥水解。     

热水解超声组合预处理对污泥厌氧消化产气潜力的影响研究

针对城市污泥厌氧消化由于融胞困难所导致的消解速率低、产气量低等问题,采用热水解与超声组合的方法对污泥进行预处理,考察经预处理后污泥融胞效率的变化及对厌氧消化产气潜力的影响.结果显示,热水解与超声波组合工艺对污泥的破胞作用明显,在30 min热水解与0.53 W/mL超声声能密度组合工艺反应60 min条件下,相对于处理前污泥,预处理后污泥溶解性COD(SCOD)溶出率可提高41.6％,蛋白质增加值达282.7 mg/L,污泥厌氧消化的产气潜力显著增加;30 min热水解分别与0.53、0.33 W/mL超声声能密度组合工艺对污泥破胞效率的差异不大;随着超声时间的延长,在组合预处理工艺前20 min内SCOD的溶出速率较慢,20260 min时溶出速率逐渐提高.试验结果可为城市污泥厌氧消化预处理工艺的选择提供一定的理论依据.     

泡沫化预处理对污泥干燥特性的影响

采用泡沫化预处理与污泥干燥相结合的方法提高脱水污泥的干燥效率。采用密度变化的间接测定法,研究了脱水污泥的起泡性能和泡沫稳定性。采用薄层干燥实验法探讨泡沫化污泥的干燥特性,并引入干燥曲线,深入分析泡沫化污泥快速干燥的机理。结果发现,脱水污泥中加入一定量CaO后经搅拌可以形成泡沫化污泥,且泡沫的稳定性很强。当泡沫化污泥的质量和表面积相同时,在不同的干燥温度下,密度为0.70 g/cm3的泡沫化污泥均表现出最好的干燥性能。泡沫化处理后污泥与干燥空气的接触面积增大,泡沫化污泥中自由水含量增多以及干燥过程中泡沫化污泥内部形成的大量孔洞使得水分迁移和热量传递的阻力减小,这些是泡沫化污泥干燥速率得以加快的主要原因。     

电化学预处理污泥的机制研究

采用电化学方法对含固宰为2％(质量分数)的污泥进行预处理.不仅可去除污泥中10.5％的挥发性悬浮固体(VSS),而且还可使后续的污泥好氧消化时间由20 d缩短为16 d.为了探讨电化学预处理提高污泥好氧消化性能的机制,对预处理前后的污泥性质进行了研究,发现污泥经电化学预处理后,上清液中可溶性有机物(SCOD)、TN、T...     

超声预处理对剩余污泥酶活性的影响

为了研究不同工况下超声波预处理对剩余污泥酶活性变化的影响,对剩余污泥进行不同输入能量、频率的超声预处理,测定了预处理后污泥蛋白酶和脱氢酶的变化规律。结果表明：1）超声预处理在低能量输入条件下对污泥蛋白酶和脱氢酶活性存在促进作用,而随着超声能量的进一步增加,酶活性逐渐降低直至出现抑制现象;2）超声频率对污泥酶活性影响较为显著,其中20 kHz超声频率对蛋白酶和脱氢酶活性的促进效果最高,其次分别为25和33 kHz;3）当输入能量高于8 000 kJ·（kg TS）-1后,25和33 kHz频率超声预处理对污泥蛋白酶和脱氢酶活性存在抑制效应,引起该现象的原因分析可能是高频超声空化现象及伴随的热化学效应引起的生物酶失活导致的。     

超声与次氯酸钠耦合预处理剩余污泥的中温厌氧消化效果

以某城市污水处理厂剩余污泥为对象,通过实验研究了超声与次氯酸钠预处理对污泥的溶胞效果,以及对后续厌氧消化的影响。结果表明,超声与次氯酸钠耦合作用最优操作条件为超声声能密度1.0 W/mL,作用时间50 min。在此条件下,次氯酸钠投加量为4.023 mg/g SS时,对污泥厌氧消化改善效果最明显,剩余污泥产气率及甲烷含量较对照组分别提高了69.73%和10%。同时污泥VSS去除率由11.11%提高到21.24%,在一定程度上实现了污泥减量。     

低强度超声波预处理对污泥自热式高温好氧消化的影响

以0.3 W·cm-2的低强度超声波对调配好的污泥进行5、10和20 min的辐照,再经过12 d的自热式高温好氧消化（ATAD）。结果表明,适当的低强度超声预处理能够有效地加快稳定化进程,其中超声波辐照10 min后的实验组效果最好,在第8.5天时,温度升高至58.3℃,VSS去除率达到42.1%,比未经超声预处理的实验组提前2 d达到稳定状态。在消化过程中脱氢酶的活性与VSS去除率有着很好的相关性（R2>0.86）,它能有效地表征VSS的高温好氧降解规律及有机物去除程度。稳定后的污泥上清液中TP浓度降至初始浓度的40%以下,TOC浓度升高至初始浓度的3~4倍。然它们的浓度仍很高,仍会给后续处理增加一定的负担。     

剩余污泥超声预处理后水解酸化特性

为探讨剩余污泥超声预处理后的水解酸化特性,考察了0.6 W/mL、5 min和1 W/mL、5 min 2种超声预处理条件下污泥水解酸化过程有机质、氮、磷的释放情况。实验结果表明,2种超声预处理均可促进污泥水解酸化,并且0.6 W/mL比1 W/mL的超声预处理更有利于SCOD的释放、VFAs的产生以及氮和磷的释放;水解酸化初期,超声预处理比未经超声预处理的污泥在有机质、氮、磷释放率上差异非常明显,随着水解酸化的进行,有机质和氮释放率差异仍很明显,而磷释放程度逐渐接近;经0.6 W/mL超声预处理,污泥水解酸化3 d后,SCOD释放率、VFAs浓度、TN释放率和NH4+-N释放率分别是未经处理污泥的1.85、2.63、1.85和1.41倍,而TP和PO43--P释放率较未经处理污泥仅分别多2.44和1.23个百分点。研究表明,控制适宜的声能密度、超声时间和水解酸化进程是超声预处理强化剩余污泥水解酸化效果的关键。     

臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响

研究了臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响,考察了臭氧投加量对污泥特性的影响,并进行了预处理后污泥厌氧消化产气的实验。结果表明,当臭氧处理时间为15 min时,污泥上清液中SCOD含量达到最高为1 006.08 mg·L-1,较未处理污泥提高了420.85%。污泥上清液中蛋白质和多糖含量在臭氧处理时间为10 min时达到最高。氨氮的含量在15 min时达到最大值。三维荧光结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的富里酸类物质有不同程度的减少,在臭氧处理时间为20 min时富里酸类物质减少量最为明显。显微镜和扫描电镜结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的微生物细胞结构受到了不同程度破坏。厌氧消化结果显示当臭氧处理时间为10 min时,污泥产甲烷率达到最高为318.39 mL·（g·VS）-1,较空白对照组提高了396.00%。     

焦化废水预处理系统中高效好氧污泥的培养驯化

为了改善焦化废水在生化系统中的处理效果,驯化高效好氧活性污泥,研究焦化废水的预处理效果。研究表明,活性污泥驯化时间为2个月。进水量为150 L/d,容积负荷达到2 kg COD/(m3·d),SS浓度为2 000 mg/L,SV30达到20%,COD去除率为85%,挥发酚和氰化物去除率分别为100%和95%,对氨氮没有去除效果。