超声预处理对污泥破解特性实验研究
摘要:加水将机械脱水污泥配成不同的含水率,再以不同超声密度、不同破解时间对污泥进行预处理,通过分析污泥含水率和pH值的变化,探索超声破解污泥特性。研究结果表明,超声波可以破坏污泥絮体结构及细胞,使其中的水分和有机物质释放进入液相,从而能提高污泥的干燥速率。实验得出含水率为84.7%的污泥在超声波密度为6 w/mL,时间为2 min的条件下,干燥的效果最佳。
关键词:超声波;剩余污泥;破解;含水率;pH
中图分类号: X703文献标识码:A文章编号:1007-0370(2011)07-0188-01
超声预处理可以破坏污泥菌胶团结构,改变污泥中水份存在形式,将难以细胞结合水为容易去除的游离水,从而降低整个干燥过程的能耗。本实验针对建昌县污水管理处的剩余污泥进行超声波预处理,考察辐射时间、超声密度。
1实验工况
本实验采用功率600w,频率28khz的超声波发生器对污泥进行预处理,污泥含水率:84.7%、86%、88.5%;超声波密度:6w/mL、4w/mL、3w/mL;超声辐射时间:1min、2min、3min、4min。
2实验结果与讨论
2.1超声辐射时间对污泥含水率的影响
污泥细胞经超声波破碎后,内部的细胞水成为自由水。提高污泥干燥速度,超声处理后,空化引起的强大水力剪切力破坏污泥絮体结构和微生物细胞,使水分存在形式发生变化,自由水分相对增多,有利于水分的蒸发和污泥的进一步干燥;实验表明,超过一定的超声作用时间,污泥含水率的下降速度减慢。原因是如果超声处理时间过长,胞外聚合物和微生物被破碎为更微小的结构,反而不利于污泥中水分的蒸发。
2.2超声密度对污泥含水率的影响
不同超声密度对污泥的破解程度不同,超声密度是影响破解效果的另一个重要因素,随着密度的提高,污泥的破解程度也更彻底。这与王芬,季民等的研究结果一致。含水率为84.7%的污泥在6 w/mL的超声波密度处理下,污泥的含水率变化很快;含水率为86%的污泥在不同的声能密度下破解效果也比较明显。
2.3污泥含水率对干燥速率的影响
同一超声破解时间,不同含水率的污泥在相同的超声处理条件下,干燥速率变化很大,含水率为84.7%的污泥干燥速率明显优于其他两个。在6w/mL的超声密度下,随着污泥含水率的增大,含水率变化越来越慢。当干燥时间超过一个小时,干燥速率明显加快,到130min时,含水率为84.7%、86%、88.5%的污泥含水率分别降至18%、25%、39%。
2.4超声密度对污泥pH的影响
超声空化作用产生大量的热,使污泥温度上升,导致pH值波动。含水率为86%的污泥在声能密度为12w/mL条件下,pH最大上升值为0.29。但pH的上升和下降幅度不会太大,原因是破解污泥过程生成蛋白质为一种两性电解质,由于蛋白质的缓冲酸碱的作用,所以pH值上升不会太大,而整个污泥体系的pH值维持在7.22-7.81。由于污泥破解后溶解的物质的成份很复杂,因此,同一含水率的污泥体系的pH值变化并无明显规律。
2.5含水率对污泥pH值的影响
三个不同含水率的污泥在不同的超声条件作用下,pH均有比较明显的变化,其中率88.5%的污泥经过1min、2min、3min、4min的超声波作用,其上清液的pH值均有明显改变 。
3 结论
(1) 辐射时间和声能密度是影响污泥破解效果的两个重要因素,在一定时间和密度范围内,破解效果随时间和声能密度的增大而增大,超过这个范围,破解速率反而下降。
(2)污泥的含水率也是影响破解效果的另一个因素,例如,含水率84.7%的破解效果明显好与86%和88.5%的两个泥样,干燥130min后,84.7%的污泥含水率已经降至18%,而其他两个仍在40%左右,在实际生产中,可以继续适当的降低含水率以达到较好的干燥效果。
(3)从处理效果和节约能源角度来看,工况组合为含水率为84.7%,在2min和6w/mL作用下,污泥的含水率变化效果最佳。所以选择这个工况有利于提高污泥的干燥速率,缩短干燥时间,节省能源。
(4)由于超声的空化作用产生大量的热,导致污泥温度升高,所以经过超声处理后,pH值会有所波动。
参考文献
[1] 王芬.剩余污泥超声破解的性能与机理研究 [D].天津大学, 2004.
[2] 王永霞,樊建军,莫卫松.超声波技术在污泥处理中的应用[J].重庆建筑大学学报,2007.3.
[3] 霍贞,王芬,季民.污泥破解技术的研究与进展 [J].工业水处理,2005.9.
收稿日期:2011-06-14
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