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浅谈超声波技术应用于污泥处理摘要：超声技术在污泥处理方面取得良好效果，本文介绍了超声处理污泥技术及在国外的应用实例。最后指出了超声技术处理污泥今后的发展方向。 关键词：超声波、污泥处理、环境卫生、低强度 1引言  污泥处理处置方法很多，但各种方法均存在弊端，如焚烧法成本较高；海洋倾倒对海洋生态环境影响；厌氧消化时间长，处理过程慢等缺点。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。有必要对污泥处理的途径提出一些新的思路和方法。新开发的超声波处理方法，兼有各种方法的优点，污泥分解速度快，适用范围广，可与其他处理技术结合使用。 2、超声波处理技术基本概述 作为一个研究热点，超声波处理污泥日益受到人们关注。 超声波处理的作用机制分为机械机制、热学机制和空化机制，其中空化作用更容易在2040 kHz的频率范围内发生。研究表明，超声波作用频率在413217kHz范围内的剩余污泥预处理，得出低频41 kHz超声波对污泥分解是最有效的。专家指出：超声波预处理污泥对环境有益而不是有害。 超声波作用对污泥中生物体的影响与超声作用的频率、声强、时间以及生物体对超声波的承受能力有关。在合适参数的超声作用下，可以促进生物体代谢，然而过高能量可能抑制生物体生长，甚至使其分解。 高强度超声波可对生物体产生不利影响，其原因主要是由于瞬态空化产生水力剪切力对细胞壁和细胞膜的机械破坏作用，实验证实超声空化产生的自由基一定程度上可导致微生物死亡。因此，高强度超声波具有显著的破坏作用，对生物体产生不可逆的变化。 低强度超声波作用时，产生细胞原浆微流，改变细胞内溶物的空间位置，这种变化决定了超声波对细胞的刺激作用。细胞原浆微流又可引起细胞半透膜的弥散过程和膜内外电位发生改变。现已发现，低强度的超声波作用可刺激细胞内的蛋白复合物生长合成过程。实验表明，低强度超声波并不破碎细胞壁，只是打散了絮体结构，加快了水解的速度。 低强度超声波处理是基于输人的超声波只破碎污泥微粒之间的紧密连接，减小絮体尺寸至10的数量级，从而改善微生物细胞膜的通透性和水解作用，强化液一固体系传质，从而加速微生物代谢的污泥处理方法。这与当今大多数着眼在直接破碎细胞壁和细胞膜释放生物固体内的有机物至液相不同，而是在较容易发生空化作用的2040kHz频率范围内，输人不能完全破碎污泥絮体和细胞壁，但能改善传质和刺激微生物代谢的超声能量，强化微生物内源呼吸过程，达到污泥减量的目的。 3、超声波设备的组成 超声波反应器，主要由电磁发生器、转换器和振子组成。电磁发生器根据设 定的超声波频率，产生相应的电磁振荡，转换器将这一电磁振荡转换成机械振动，由振子送入污泥，在污泥中形成超声波场。由于振子是浸在污泥中的，而超声波是在整个反应空间分布的，因此振子也处在有“热点”分布的极端物理条件下。为避免振子过速磨损，必须采用高性能材料，如钛合金。 4、超声波技术在国外处理污泥的应用实例 德国巴姆堡市污水厂原设计能力30000m3/d ，包括近一半的工业废水。由于管网扩充和改造等原因，现在实际来水量是40000m3/d ，每天的污泥量相应增加，导致原有三个污泥罐容积不够（发酵时间是25天）。经过讨论，有关机构建议新建造一个容积为3000立方米的污泥罐，以保证污泥的停留时间。建造这个污泥罐的投资将达330万欧元再加上安装费用等。经过方案比较，厂方决定购买三台超声波污泥反应器对污泥进行预处理。一期两台运行3个月后，沼气产量增加30%，污泥停留时间从25天降到18天，从而满足了在不建造新的污泥罐的情况下保证消化深度的要求。由此可知，需要进行超声处理的只是其中的一小股污泥，一般取剩余污泥的30%左右。从运行成本的角度考虑，也不必将其中的微生物细胞全部击破，而只是一小部分，因为被击破的微生物细胞释放出的酶等物质可以使整个水解过程加速。 5、超声波技术的其它效益 5.1、二氧化碳排放权考虑 假设将全国的污水厂污泥经过超声波处理并发酵，可节省一半的污泥罐容积和建造投资，每年产生沼气20亿立方米，可产生5×1016焦耳的能量。用来发电，可以满足一个装机容量60万千瓦的发电厂的需求，而要维持这个热电厂每年需要标准煤近200万吨，排放600多万吨二氧化碳。 5.2、环境卫生效益 超声波处理污泥提高其发酵速度的一个关键因素是污泥中的微生物细胞壁被击破后，酶被释放，后者加速了其余细胞壁的破坏速度。同样，这一机理对有害病菌也适用。传统的污泥发酵罐可以杀灭大多数病菌，但有些顽固的病菌，如结核病菌，是不能被杀死的。而细胞酶的释放，有望解决这一难题。从而使污泥处理不但是污水处理的重要环节，同时是切断病原传播途径的重要环节。 6、超声与其他技术联合应用 国内外对污泥超声破解技术的研究主要集中在污泥破解后固体物质物化、生化特征的变化情况及对加速后续厌氧消化进程或污泥减量的影响。对于大量污泥的处理，超声技术可作为一种预处理技术与其他处理技术联合使用。研究表明，超声与碱解联合破解污泥效果，实验得出投碱和超声波同时作用污泥处理效果更高。超声与其他方法如厌氧、好氧处理，污泥的厌氧处理的联用，然而对于每一种应用，超声能量输入和细胞分解程度及厌氧消化时间都有优化组合。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，而国内在这方面的研究基本上处于初步实验研究阶段，仍需进一步争取进入实用阶段。 7、展望 由于污泥成分的复杂性及影响超声处理的因素多面性，因此，超声处理污泥是一个极其复杂的过程，尤其机理仍有待于进一步研究，污泥破解技术还有待进一步发展、完善。目前，超声波应用于污泥处理其减量化存在的主要问题是超声处理运行参数的优化、超声效率有待提高以及超声反应器的合理设计等。同时应注意与污水处理工艺的合理组合，这样才能发挥超声波的特点，并为其在实际工程的应用打下基础。 今后要做的工作是： 1.进一步研究超声处理污泥的机理和影响因素； 2.不同频率相互作用下的超声处理效果； 3.不同反应器中声场的研究； 4.超声波技术与其他技术联合应用； 5.解决超声处理从实验室走向实际应用中存在的超声反应器的材料、设计、功耗、处理效果、经济成本等关键性问题。 参考文献： 【1】张守君.杜永林.污水处理中污泥处理技术分析【J】云南环境科学，2000,20（4）:40 【2】王芬.季民.污泥超声破解预处理的影响因素分析【J】天津大学学报,2005，38(7)：6496534