2.3超声波污泥减量机理的进一步的深入研究
污泥减量的前处理技术对菌体细胞的渗透性和分解的影响使其实现了污泥的减量。污泥减量前处理技术中细胞破碎的机理的研究已比较全面,但其对细胞溶解的效应尚未得到深入的研究,这也成为了国外近年来的研究热点。如P. Foladori等人的实验通过流式细胞术对几种前处理技术对污泥中菌细胞的分解结果进行评价[9]。Julien Laurent等人研究了分解活性污泥的重金属的生物吸附等。结果显示,物理的和机械的前处理技术,包括超声波和高压,对菌体细胞分解的只有很温和的影响,且需要一个很高的能量级,而热处理和臭氧处理的效果更好[10]。此外,活性污泥经过超声处理等前处理之后,大部分有机质会被溶解,这使得传统的吸附模型不再适用于对经过超声处理的活性污泥中提取的重金属的平衡的描述。因此,此类研究提出了一种新的模型。这些研究为超声波处理技术应用能量的消耗与产出的平衡提供了借鉴的思路。
2.4超声处理产沼的最优条件的研究
对于不同的超声波参数和污泥的不同特性,除了超声污泥减量的效果也各不相同之外,其产生沼气的条件也会有所变化。国外对这方面的研究已有数10a的历史。近两年的研究主要是关注不同研究之间结果的比较及各种影响因素之间的相关性分析。如国外相关研究主要集中在超声波处理的最优条件的研究,以及碱和超声波前处理的结合对产沼影响进行研究上。
如Sridhar Pilli等人对历年来在超声波处理的最优条件的研究进行总结,并将采用相同研究方法的研究进行了归类比较[11];Dong-Hoon Kim等人对碱和超声波前处理的结合对污泥分解的影响进行研究,实验采用中央组合设计的方法,结果表明碱和超声处理的结合对污泥的减量的效果优于单独一种方法[12];Christophe Dagot也做了类似的研究,并对两种前处理方法的不同序列的效果进行了分析(simultaneous treatment>NaOH treatment followed by ultrasonic treatment>ultrasonic treatment followed by NaOH treatment)[13]。此外,在超声波污泥减量技术的应用上,国外尤其是英美德等发达国家已经比较成熟。早在上世纪90年代,德国和英国的很多大型的污水处理厂都已安装并使用该技术[14]。这种应用也为国外开展污泥减量技术的应用研究提供了条件。近年来在欧美国家,大量的研究都是基于污水处理厂的真实条件下的研究。Barber等人以德国的宾得污水厂的超声处理设施为实验环境,探索了在全应用条件下超声处理对污泥的生物化学特性的影响,结果表明:经过超声处理污泥消化的沼气的生成量有了显著的提供,污泥粘度的降低增加了20%到50%,污泥的水解性能提高了3%到7%[16]。这些立足于应用的研究探索了超声污泥减量技术在应用中出现的问题,并能直接用于污水厂对这一技术的改进上。
3超声波污泥减量技术在我国的研究和应用现状
在我国,将超声波用于污泥减量的研究虽然在上个世纪末就已经开始,但大量的研究还是在近几年才出现。虽然起步晚,但发展速度非常快,尤其是近3a来,中国对超声波污泥减量技术的研究已经占到总体研究的一半以上。然而,我国的超声波污泥减量技术在实际应用领域的现状不容乐观,将超声波用于污泥处理的案例目前在我国还比较少见。
目前我国的研究和实践主要集中在以下几个方面:
3.1污泥的超声预处理
污泥往往是含水量大、稳定性差,传统的预处理方法是进行重力沉降、调节或机械脱水。传统的方法往往占地面积大,耗时长。采用超声波预处理,可以通过提高改变污泥的物理化学结构达到缩短处理时间的效果。我国对超声波处理污泥的绝大部分研究都集中在此方面。如国内的学者曾晓岚等通过试验发现,低强度超声波辐射对污泥活性有显著提高,采用50W/L的功率密度辐射10min后,污泥的OUR值较作用前提高了129%,蛋白酶活性提高了23.7%,脱氢酶活性提高24.6%[17]。王晓霞等通过对比实验探索了不同的超声波强度和实践对污泥中有机质、氮和磷的性状改变的影响[18]。此外,徐桂华[19]、邵黎明[20]及盛宇星[21]等人都通过实验从不同角度探索了超声波的时间和强度对污泥的生物化学特性方面的影响。
类似的研究在我国的相关文献中占到较大的比例。
3.2超声波强化一次污泥沉降与脱水性能
未处理一次污泥含水率高达95%以上,经传统浓缩、脱水处理后含水量仍然很高,后续处理处置问题突出,它们散发臭气,严重影响环境卫生;对其进行填埋会占用大量土地,渗滤液会严重污染地下水;而污泥焚烧的费用比较昂贵,污泥问题将成为今后城市一大环境问题。超声波预处理作为一种新型技术,可以较好地破坏污泥絮状物结构,提高脱水率,缩短厌氧发酵时间,因此成为当前国内相关的研究热点,近年来的研究文献在此方面有较大的提升。如:王关照等人研究超声波预处理对常温厌氧消化中污泥脱水能力和胞外复合物质分解的影响[24]。研究结果显示,经过超声预处理的污泥在厌氧消化中毛细管吸收时间从44.4s/L降到11.1s/L,污泥的水解性能有了极大的提高。杨元元等人研究了在pH值为10的条件下超声波对活性污泥的水解及挥发性脂肪酸的积累的加强。研究指出,在污泥处理中,挥发性脂肪酸的积累往往因为污泥水解过程中酸化的影响而受限,超声波能够加快活性污泥的水解,而pH值的调节能够避免酸化的受限,二者结合就能够既加速水解又加速挥发性脂肪酸的积累[25]。
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