什么是超声波污泥减量技术？

01 超声波破解污泥的作用机理

超声波是指频率在20kHz到10MkHz 范围内的声波。超声波作用时，存在于液体中的微小气泡（以下简称空化泡）会发生一系列振荡、扩大、收缩乃至崩溃的动力学过程。

当超声强度较低时，空化泡保持稳定的径向振荡（稳态空化）；而当超声超过一定强度时，空化泡继续增长并随之被压缩至崩溃（瞬态空化），崩溃的瞬间可产生高温高压并引发液体紊流和强烈的剪切力。

因此，超声波可在瞬态空化作用下对污泥进行破解，通过将破解后的污泥回流至生物反应器，作为底物供其他微生物重复代谢，可使得污泥总体产量下降。

超声波过程减量化工艺示意图

02 利用超声波技术处理污泥的3大优势

1）改善污泥脱水性能，减少污泥量

超声可以降解污泥、释放有机物、改善污泥的膨胀特性、提高污泥的沉淀特性和脱水能力、促进污泥脱水，达到减量化的目的。

国外研究者采用超声波技术调理污泥后，污泥总固体含量增加16.2%，絮体平均尺寸在22.3μm左右，体积减小了60.9%，同时污泥粘度降低，导致污泥过滤性能提高，说明超声波调理促进污泥的脱水性。

2）消毒灭菌，提高金属浸出和回收率

超声可有效破坏污泥中的丝状菌，杀灭病原微生物，提高重金属的浸出和回收率等。

高强度（超声密度为0.33W/ml）条件下，超声处理40min后，异养菌减少82%，大肠杆菌总生存率不超过1%。

国外研究人员发现高强度的超声可杀死污泥中部分大肠杆菌，达到部分灭菌的效果，在0.43W/cm3超声强度下处理120min，64% 的大肠杆菌被杀死。

同时，超声还能提高生物活性，促进有机质进入细胞和生物新陈代谢进程，这种促进效应可持续几小时。

利用超声可将电镀污泥中价值较高的重金属 ( 铜、镍、锌) 同价值较低的重金属 ( 铬、铁) 进行有效分离，超声强化酸浸出技术对重金属的分离比传统酸浸出技术更为有效。

此外，两级超声强化酸浸出技术可使电镀污泥中重金属的回收率达98%以上。

3）提高污泥消化性能，促进污泥中氮磷量的释放

超声调理污泥会破坏细胞的胞外聚合物，促进难降解有机物的分解以及有机物、 氮、磷等的释放，改善有机物的生物可利用性，从而提高污泥生物消化效率。

国外研究人员，通过超声调理污后发现，TSS和VSS的减少比率分别为52.6%和55.2%，比未超声调理的减少比率大，说明超声调理可改善污泥的厌氧消化性能。

此外，需要特别说明的是，超声调理后的污泥在生产过程中产生更多的沼气。

03 超声波促进污泥减量化的6大影响因素

1）超声频率的影响

大量实践表明，随着频率升高，声空化过程变得难以发生。

因此，为了提高污泥的破解程度，应采用较低的频率，多采用18～40kHz。

2）超声强度的影响

由于超声波促进污泥的过程减量化主要是基于其强大的破解能力，因此对超声强度有较高的要求，但过高强度的超声又会引起污泥活性下降，污水处理效率降低。

因此，在利用超声波进行污泥过程减量技术中，应针对不同的水质和出水要求，通过实验选择适宜的超声强度。

有研究人员采用SBＲ反应器和实际生活污水进行实验。结果表明：

在不影响生物系统正常运行的前提下，当分别采用超声Es为13.3，20.0，26.7kW·h/kg时，剩余污泥削减率分别为31.6%、55.2%和60.5%，结合超声能耗问题，确定最佳超声Es为20.0kW·h/kg。

3）超声辐射污泥比例的影响

在超声强化污泥隐性生长系统中，只能对部分污泥进行破解，否则将会造成污泥失活而导致生物处理系统崩溃。

超声辐射处理污泥比例的大小决定着超声破解的效果、超声能耗、超声反应器的体积等。

过低的比例会导致溶胞不佳; 过高的比例不仅导致能耗升高，而且还有可能降低污泥活性，影响生物系统的稳定运行。

有人采用20% ～60%的污泥比例进行超声辐射试验，污泥削减率呈线性上升，当辐射比例为60%时污泥削减率可达97%，但与此同时，COD去除率急剧下降。

为了能够使出水满足当地排放标准，建议最佳辐射污泥比例为30%。

4）超声辐射时间的影响

较长的辐射时间可以增强超声破解效果。实践表明：

在相同Es下，超声辐射时间对污泥减量效果的影响较超声功率更为显著，且较高的功率和较短的辐射时间对污泥的溶解和 COD 的处理效果不利。

因此，在相同Es下，可采用相对较小的超声功率和较长的辐射时间。

5）超声辐射频次的影响

一般来说，超声辐射会造成污泥失活，并且过于频繁的溶胞处理所释放的有机物也增加了COD处理负荷，因此会对污水净化过程造成一定影响。

有实验结果表明，随着超声频次的增加，污泥减量效果出现线性下降，而COD的去除却没有规律性变化。

6）反应器结构等其他因素的影响

利用超声波破解污泥还受到温度、溶解性气体、反应器结构和微生物特性等多方面因素的影响。

这里再提一下超声波反应器。常见的超声波反应器主要有连续式与脉冲式两大类。其中脉冲式包括槽式、探头式等类型，连续式包括平行板近场式、管道式等类型。槽式和探头式是实验室比较常用的超声波反应器。

需要别注意的是，由于污泥中总是存在一定比例的无机物，因此采用超声波强化污泥隐性生长的方法无法实现剩余污泥100%的减量化。

来源：环保水圈

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