环境工程 2002 年 8 月 第 20 卷第 4 期 23 超 声 波 技 术 在 污 泥 处 理 中 的研 究及 发 展 曹 秀 芹 陈 蹭 ( 北 京 建 筑 工 程 学 院 ， 北 京 100044 ) 摘要 本文 分析 了超 声 波 降解 有机 物 的机 理 ， 并 对超 声 波技 术在 污 泥处 理 中 的研 究现状 进 行 了综述 ， 同时提 出可 以利 用超 声 波分 解 污 泥作 为形 成微 生 物 隐性 生长 的 一种方 法 ， 并 达到 污 泥减 量 的 目的 。 关键 词 超 声 波 超 声 空化 水力剪 切 力 细胞 分解 污泥处 理 污泥 减 量 1 引 言 目前 广 泛 采 用 的 污 泥 处 置 方 法 由 于 各 自存 在 的 问...

　　环境工程 2002 年 8 月 第 20 卷第 4 期 23 超 声 波 技 术 在 污 泥 处 理 中 的研 究及 发 展 曹 秀 芹 陈 蹭 ( 北 京 建 筑 工 程 学 院 ， 北 京 100044 ) 摘要 本文 分析 了超 声 波 降解 有机 物 的机 理 ， 并 对超 声 波技 术在 污 泥处 理 中 的研 究现状 进 行 了综述 ， 同时提 出可 以利 用超 声 波分 解 污 泥作 为形 成微 生 物 隐性 生长 的 一种方 法 ， 并 达到 污 泥减 量 的 目的 。 关键 词 超 声 波 超 声 空化 水力剪 切 力 细胞 分解 污泥处 理 污泥 减 量 1 引 言 目前 广 泛 采 用 的 污 泥 处 置 方 法 由 于 各 自存 在 的 问题 给 污 水 处 理 带 来 了 沉 重 的 负 担 。 污 泥 处 置 已 从 过 去 仅 仅 作 为 污 水 处 理 的 一 个 单 元 发 展 成 了 在 污 水 处 理 厂 设 计 、 运 行 中不 得 不 优 先 考 虑 的 重 要 环 节 。 污 泥 的 处 理 处 置 在 经 过 了无 害 化 和 资 源 化 发 展 阶 段 后 ， 必将 进 入 一 个 新 的 减 量 化 发 展 阶段 。 2污 泥 减 量 与 活 性 污 泥 隐 性 生 长 德 国 在 1996 年 明 确 提 出 了 废 物 减 量 化 、 资 源 化 和 无 害 化 处 置 的 优 先 顺 序 ⋯ 。 关 于 污 泥 减 量 化 是 在 20 世纪 90 年代提 出 的 ， 它 是指 借 助物 理 、 化学 、 生 物 等 手 段 使 整 个 污 水 处 理 系 统 向外 排 放 的生 物 固体 量 达到最少 ， 其 中主要 是依靠 降低 微生物产率或促 进细 胞 溶 解 并 将 其 溶 解 产 物 用 于 微 生 物生 长 这 两 种 措 施 。 目前 研 究 重 点 主 要 针 对 活性 污 泥 增 生 部 分 的 减 量 。 在 好 氧 生 物 处 理 过 程 中 微 生 物 对 有 机 碳 的 新 陈 代 谢 一 方 面 将 其 转 化 为 CO， 等 无 机 物 质 ， 另 一 方 面 将 其 转 化 为 有 机 生 物 体 。 当 生 物 细 胞 溶 解 ， 生 物 体 中 的 有机碳也 作为微生 物 的生 长底 物并 重复 上述 新 陈代 谢 过 程 时 ， 污 水 处 理 过 程 总 的 污 泥 产 量 就会 减 少 。 这 种 微 生 物 基 于 自身 细 胞 溶 解 产 物 的 生 长 方 式 称 为 隐 性 生 长 。 生 物 体 的 分 解 关 键 在 于 微 生 物 细 胞 的 溶 解 ， 使 污 泥 中 颗 粒 态 COD 转 变 为 溶 解 态 的 COD。 目 前 ， 促 进 细 胞 溶 解 的 方 法 有 ： 臭 氧 氧 化 、 热 处 理 、 超 声 波 作 用 等 。 其 中超 声 波 技 术 由 于 具 有 无 污 染 、 能 量 密 度 高 、 分 解 速 度 快 等 特 点 在 污 泥 处 理 领 域 正 引 起 人 们 越 来 越 多 的 关 注 。 3超 声 波 在 污 泥 处 理 中 的研 究 及 应 用 现 状 利用 超 声 波 研 究 污 泥 并 不 算 一 项 新 技 术 ， 早 在 70 年 代 Banks 和 Walker~ 引就 用 超 声 波 产 生 的 微 小 气 泡 来 计 算 细 菌 的 数 量 。 Brown 和 LesterH 用 超 声 波 来 提 取 细胞 壁 上 的 聚 合 物 进 而 研 究 污 泥 中 微 生 物 的 表 面 特 性 ⋯ 。 而 利用超声波 降解 污水 中的污染物 ， 是近年来 发 展 起 来 的 一 项 新 型 水 处 理 技 术 。 目前 ， 研 究 的 重 点 都 集 中在 利用超声波 强化 有机 废水 的降解 或直 接利 用 超声 波降解有机废水 。研究 内容涉 及降解机理 、 降解 动力学 、 中间体 检 测 、 影 响 超声 降解 过 程 的 因 素等 。 但 是 ， 在 利 用 超 声 波 技 术 对 污 泥 处 理 方 面 ， 国 内几 乎 一片 空 白 ， 只 有 国立 台湾 大 学 在 这 方 面 做 了一 些 初 步 的实 验 J 。 国外 ， 德 国 在 这 方 面 走 在 世 界 各 国 前 面 ， 他们 的研究集 中在利 用超声 波 对剩 余 污泥进 行分 解 来 提 高 厌 氧 消 化 的 能 力 。 而 且 据 有 关 报 道 ， 德 国 利 用 超 声 波 进 行 污 泥 减 量 已进 入 实 际应 用 阶 段 。 3 ． 1 3 ． 1． 1超 声 波 分 解 污 泥 的 实验研 究 超 声 波 分 解 污 泥 机 理 的 初 步 分 析 1991 年 ， Harrison 胞 壁的好方法 ， 并且 认 为分子 量超 过40 000的高 分子 物 质 可 以被 由超 声 空 化 引 起 的 强 大 的 水 力 剪 切 力 所 报 道超 声 降 解 是一 种破 碎 细 分 解 。并 且 Portenlanger 于 1999 年 证 实 这 种 水 力 剪 切 力 在 频 率 100 kHz 以下 最 为 有 效 。 超声 空化是指在很 高的声强下 ， 特别是在低频 和 中频范 围内 ， 液体 中将 产生 大 量空 化气 泡 ， 它们 随 着 声 波 改 变 大 小 并 最 终 在 瞬 间 破 灭 。这 种 气 泡 生 长 、 变 大 并 在 瞬 间破 灭 的现 象称 为 空 化 。气 泡 破 灭 时 ， 将 产 生 极 短 暂 的 强 压 力 脉 冲 ， 并 在气 泡 及 其 周 围微 小 空 间 形成 局部热点 ， 产生高温 ( 5 000 K ) 、 高压( 100 MPa) 和 具有 强烈 冲击力 的微射流 。当空 化发生时 ， 液体 中产 生 很 高 的剪 切 力 作 用 于 其 中 的 物 质 上 ， 同 时 伴 随 发 生 的高 温高压并将 产 生 明显 的声化 学 反应 。这种 反应 是 由于高温热解 和高活性 的 自由基引起 的 ， 它是引起 污水 中难生物 降解有机物分解 的主要原 因。 维普资讯

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