1污泥減量化

目前污泥常用的最終處置方法有：土地利用、衛(wèi)生填埋和焚燒等。但是這三類污泥處置方法都各有其缺陷。由于剩余污泥中含有重金屬離子、呋喃等有害物質(zhì)，長(zhǎng)期將剩余污泥施于土地，有害物質(zhì)在土壤和植物體內(nèi)長(zhǎng)期積累而影響人體的健康，在美國，污泥投放遠(yuǎn)洋已被禁止，污泥的土地利用受到越來越嚴(yán)格的限制；衛(wèi)生填埋需要占用大量土地，花費(fèi)大量運(yùn)輸費(fèi)用，而且填埋場(chǎng)周圍的環(huán)境也會(huì)惡化，遭受滲濾液、臭氣的困擾等；焚燒能耗大，所需的費(fèi)用很高，而且還存在煙氣污染問題，一直難以推廣應(yīng)用。此外，美國國家環(huán)保局一直在準(zhǔn)備按1990年制定的清潔大氣修改法（CAAA）來更加嚴(yán)格地控制生物固體焚燒爐煙氣的排放，給剩余污泥的焚燒提出更高的要求。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格使得常規(guī)處置方法變得非常困難，而且隨著城市化進(jìn)程的加快，無論是填埋還是焚燒，選址也成為一大難題，所以對(duì)污泥處理采用減量化技術(shù)就至關(guān)重要。

2超聲波處理污泥技術(shù)

超聲波技術(shù)具有能量密度高，分解速度快，去除效率高，破壞分解污泥中的絲狀菌，殺滅病原微生物（大腸桿菌、結(jié)核菌等），防止污泥對(duì)環(huán)境造成二次污染，設(shè)施簡(jiǎn)單，占地面積小等特點(diǎn)，而且有很好的污泥減量效果。

自1993年超聲波技術(shù)被引入污泥研究中以來，十多年里已有美國、英國、德國、瑞士、日本、西班牙、我國臺(tái)灣國立大學(xué)、天津大學(xué)、清華大學(xué)、南京大學(xué)等的科學(xué)家積極利用該技術(shù)進(jìn)行污泥處理。目前我國基本還處于實(shí)驗(yàn)階段，德國已經(jīng)全面使用超聲波技術(shù)處理廢水污泥，英國、瑞典、美國、澳大利亞、新加坡等國家也在測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)。

超聲波處理污泥的原理主要有以下三點(diǎn)：一是利用超聲波擊破污泥物質(zhì)結(jié)構(gòu)中相當(dāng)數(shù)量的微生物細(xì)胞壁，使細(xì)胞質(zhì)和酶得以釋放，胞內(nèi)物質(zhì)作為自產(chǎn)底物供微生物生長(zhǎng)，即利用隱性生長(zhǎng)的原理，從而提高生物系統(tǒng)的降解效率，減少系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量；二是將被釋放出來的細(xì)胞質(zhì)作為補(bǔ)充碳源從厭氧段進(jìn)入生物系統(tǒng)，不但提高脫氮除磷效果，而且為后段的好氧過程提供更多的碳源，使硝化和反硝化同時(shí)進(jìn)行，提高整個(gè)生物系統(tǒng)去除COD的能力；三是將常規(guī)工藝中難降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易降解物質(zhì)，提高生物降解率，減少剩余污泥量。

3超聲波技術(shù)對(duì)污泥處理的效應(yīng)

3.1超聲波改善污泥的活性

經(jīng)超聲作用不同時(shí)間后，污泥先是被粉碎，尺寸變小，比表面積加大，活性增加，繼而污泥中的細(xì)胞被殺死，污泥活性顯著降低，污泥穩(wěn)定化程度隨之提高超聲波對(duì)污泥的作用紅等人研究活性污泥在超聲波強(qiáng)度0￣1.2W／cm2、輻照時(shí)間在0￣40min后的污泥活性的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用超聲強(qiáng)度0.3W／cm2，輻照10min，對(duì)提高污泥活性的效果最為顯著，并且研究了強(qiáng)度0.3W／cm2，輻照時(shí)間10min，超聲波輻射處理后0￣48h中污泥活性的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)超聲輻照8h后污泥活性達(dá)到最大值。楊金美等人［10］研究了超聲波對(duì)污泥活性的影響，研究表明超聲波頻率為25kHz，輸出聲密度為0.2W／mL，作用60s后，污泥活性比原污泥提高30.49％；相同條件超聲3s后，污泥活性比原污泥提高20％。曹秀芹等人研究了超聲處理后污泥活性發(fā)生變化，污泥好氧速率OUR隨著超聲時(shí)間的增加短時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值，然后開始顯著下降，至20min后1gMLSS耗氧速率值為0￣3mg／h。

3.2超聲波促進(jìn)污泥消化

超聲波預(yù)處理可以破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，使污泥中微生物的細(xì)胞壁破裂，細(xì)胞內(nèi)含物泄出，可加速污泥的水解過程。如果污水處理廠有污泥消化設(shè)施，將超聲波處理設(shè)備安裝在生污泥進(jìn)口，污泥消化過程中有機(jī)物的降解率提高30％￣45％，可同步實(shí)現(xiàn)消化污泥減量20％以上，污泥設(shè)施容積減小50％以上，污泥消化停留時(shí)間縮短50％以上，消化沼氣產(chǎn)量提高30％￣45％。薛向東等人對(duì)污泥的超聲破解效應(yīng)及污泥的厭氧消化性能做了研究，研究表明超聲破解產(chǎn)生的溶解性有機(jī)物易于被生物降解，這改善了污泥的厭氧消化性能；污泥經(jīng)超聲頻率25kHz、比能耗2.0W／mL、作用時(shí)間30min條件下破解，其厭氧消化累計(jì)產(chǎn)氣量為473mL，此時(shí)TCODCr去除率、VS去除率分別為54.3％、61.7％，而未破解污泥消化后各相應(yīng)指標(biāo)則分別為268mL、39.1％、33.5％，說明利用超聲破解污泥以提高其厭氧消化性能是可行的。許龍等人對(duì)超聲波輻射促進(jìn)污泥的需氧消化做了研究，結(jié)果表明，可以使消化時(shí)間縮短5￣7d，相應(yīng)的TVSS去除率較傳統(tǒng)需氧消化提高30％￣50％。另外楊潔對(duì)超聲波促進(jìn)污泥厭氧消化做了研究，表明生物產(chǎn)氣量隨破解時(shí)間和投配率的增加而增加。王芬等人研究發(fā)現(xiàn)超聲破解污泥后，溫度會(huì)升高，破解兩種含固率（0.5％和1％）污泥的溫度升高基本相同，為后續(xù)進(jìn)行厭氧消化提供了熱量。曹秀芹等人研究發(fā)現(xiàn)在超聲頻率為18kHz，超聲處理前10min，污泥減量較明顯，污泥減量約20％￣50％。超聲波預(yù)處理的污泥使微生物細(xì)胞破解增進(jìn)了剩余活性污泥的厭氧消化，在增加沼氣量的同時(shí)有機(jī)物的降解也增加了。

3.3超聲波促進(jìn)污泥脫水

超聲波作用主要是破壞污泥的菌膠團(tuán)的物理結(jié)構(gòu)，促使污泥結(jié)構(gòu)重組，改變污泥中水的存在形態(tài)，從而使污泥體系中的易去除水含量提高，改善污泥的脫水性能，提高污泥的脫水率。高強(qiáng)度、短時(shí)間處理的污泥顆粒粒徑約80μm左右，污泥脫水性能提高，沉淀性好。殷絢等人研究發(fā)現(xiàn)，超聲波頻率在20kHz，聲強(qiáng)在400W／m2左右，處理2￣4min，可以使污泥的結(jié)合水含量從16.7g／g（干基）降到2g／g（干基）以下。超聲處理使污泥結(jié)合水含量大大降低。污泥的脫水能力提高，含泥率提高5％￣10％，最終污泥量減少。齊建等人研究發(fā)現(xiàn)59kHz、160W的超聲波作用下，污泥的SRF的作用時(shí)間為10￣15s時(shí)，出現(xiàn)極小值，CST的作用時(shí)間為10s左右出現(xiàn)極小值。

4超聲技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)合效應(yīng)

4.1超聲波與水處理工藝的聯(lián)合效應(yīng)

周健等人針對(duì)AB法A段剩余污泥量大的問題，采用超聲波對(duì)A段污泥減量效能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。采用超聲波對(duì)A段進(jìn)水作用0.5h，其平均污泥產(chǎn)率系數(shù)為0.0246kgMLSS／kgCODd.A段污泥減量后幾乎無剩余污泥產(chǎn)生，同時(shí)對(duì)A段反應(yīng)器中的污泥活性和出水水質(zhì)的影響較小。

4.2超聲波與藥劑的聯(lián)合效應(yīng)

超聲波與堿耦合作用對(duì)剩余污泥預(yù)處理時(shí)，楊虹等人研究發(fā)現(xiàn)，加堿調(diào)節(jié)pH為12時(shí)，破解30min后，污泥溶液SCOD的溶出率從3.96％增加到27.88％。加堿后污泥經(jīng)超聲破解，其pH值有所下降，污泥溶液氨氮值會(huì)有所增加，變化幅度不大。污泥溫度隨破解時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯提高，有利于后續(xù)的厭氧消化。沈勁峰等人［21］將超聲波與CPAM聯(lián)合作用處理剩余污泥，采用28.7kHz超聲處理時(shí)，最佳處理時(shí)間為2min左右，聲強(qiáng)約為470W／m2，CPAM添加量約為0.5％（污泥干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。污泥濾餅含水率降低約2％，污泥對(duì)CPAM的最大吸附量降至0.5％，節(jié)約CPAM約30％。