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超声波污泥处理原理
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【摘要】随着随着水污染的日趋严重,超声波击破污泥技术逐渐被人们所接受。由于
我国市政污水碳氮比偏低的特殊情况,导致生物处理工艺在氮磷去除效果均不佳,为了促进
生物处理工艺的脱氮除磷,需要额外补充碳源。另外,目前国内重点考虑污水的处理而常常
环境污染和水体富营养化问题的尖锐化迫使越来越多的国家和地区制定严格的氮磷排
艺主要有化学脱氮除磷和生物脱氮除磷两种技术路线,其中生物脱氮除磷是目前公认的最经
济的方法。在我国,碳源一直是传统生物脱氮除磷工艺的控制因素。现有研究表明多种物质
都可以作为脱氮除磷过程所需的外加碳源,大体上可以分为两大类:一是以葡萄糖、甲醇、
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乙醇、乙酸等液态有机物为主的传统碳源;二是以一些低廉的固体有机物为主,包括含纤维
素类物质的天然植物以及一些可生物降解聚合物等在内的新型碳源。但是外加碳源费用昂贵,
超声波是指频率从20kHz 到10MHz 波段范围内的声波。不同波段的超声波对污泥产生不
同的作用(见图1)。低频超声波(20kHz-100kHz)尤其适合处理污泥(以下提到的超声波
都是指低频超声波,简称超声波)。污泥在超声波作用下不断被压缩和膨胀,内部产生气穴
泡,且不断成长并最终共振“内爆”,内爆产生超高温(5000℃)、高压(500 bar),同时产
生的强力水喷射流形成巨大的水力剪切力,破坏污泥絮体结构和污泥中微生物细胞壁(见图
2),使细胞质和酶从细胞中溶出。绝大多数城市污水处理厂以生物处理为主,通过
微生物的生命活动实现对污染物的降解和去除。处理达标后的上清液经消毒后排放,有
60%-80%的污染物形成污泥进入污泥处理系统。从消除污染物角度看,只有对污泥进行彻底
的处理,污水处理的目的才真正达到,否则只能看作是污染物从液相转化为固相(或半固相)。
从成分上分析,污泥由水和固体颗粒组成。固体成分中的可降解有机物含量一般在40%,难
降解有机物含量一般在20%,矿物质含量在40%。超声波发挥作用的目标主要是前两部分成
分,使之被摧毁、转化、降解。实践中的常用做法是对一部分剩余污泥进行超声波处理,处
理后的污泥回流到生物工艺的起始端。进入超声波污泥处理设备的污泥含固率以3—6%为佳。
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经发生器变成电磁震荡传到振子前端的转换器,转换器将电磁震荡转换成振子的超声振动,
在设备腔体内形成超声场。污泥从位于下部的污泥入口进入设备,由上部的出口流出。振子
将振动的能量输入到污泥介质中,并形成压缩和膨胀,最终产生很多微小的气穴。设备外部
由隔声降噪的外壳保护。超声波污泥处理设备基本配置是5 个振子,装机功率5 千瓦,主尺
寸为 1300×1200×400mm。可以根据需要减增振子数量,也可以多台并联。设备维护简单,
处理污泥使用的超声波反应器,主要由电磁发生器、转换器和振子组成如图4 所示:
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,
槽式超声波反应器常用作为清洗设备。其主要由一不锈钢水槽和若干固定在水槽底部的
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