超聲波處理對污泥的獨特作用

　　超聲波處理的主要目的是提高污泥在厭氧消化中的可降解性以及在低HRT條件下增加其產(chǎn)甲烷量。數(shù)十年來，許多研究者都在評價超聲波處理參數(shù)對污泥可降解性及提高產(chǎn)甲烷量的作用。對于提高產(chǎn)甲烷量的預(yù)處理效率的順序是超聲溶化>自動窯熱預(yù)處理>水浴熱預(yù)處理>冷凍.污泥中細胞內(nèi)聚合物的溶化和水解轉(zhuǎn)化為更低分子量物質(zhì)的過程是一個速率限制步驟，復(fù)雜有機物的水解是通過胞外酶的催化實現(xiàn)的。

　　超聲波處理會誘發(fā)空穴，空穴能夠使細胞壁溶化并向液相中釋出胞內(nèi)物質(zhì)。所以影響空穴形成的聲處理參數(shù)將會影響到污泥的消化。在厭氧消化過程中提高VS的減少量可以直接轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)甲烷量的提高。

　　許多人研究了聲波密度、強度和處理時間對污泥粉碎及可消化能力提高的影響作用。國外專家在研究超聲波處理對于連續(xù)式消化反應(yīng)器中厭氧消化污泥的影響作用時發(fā)覺，在較短的HRT條件下經(jīng)超聲波處理的污泥的產(chǎn)氣率提高了。在2.5天的停留時間條件下，可消解性提高到60%，氣體轉(zhuǎn)化效率提高到40%?；钚晕勰嗟南俾屎途酆衔锏乃馑俾识甲裱浑A動力學(xué)，其速率常數(shù)分別是0.16/天和1.2/天。和單相厭氧消化系統(tǒng)相比，兩相厭氧消化中活性污泥轉(zhuǎn)化為甲烷氣體的效率更高。

　　國外專家Tiehm利用不同HRT（22天，26天，12天和8天）條件下的批式實驗研究超聲波處理對厭氧消化污泥的影響。經(jīng)過預(yù)處理后，厭氧消化中的VS減少百分比較之未經(jīng)預(yù)處理的要高出不少，分別為50.3%和45.8%。出水中VS濃度比傳統(tǒng)的厭氧消化出水要低10%左右。有研究發(fā)覺污泥經(jīng)超聲波處理后，可以提高其VS的減少量和厭氧消化中的產(chǎn)氣量。

　　超聲波處理能夠提高污泥的可降解性，也就縮短了停留時間。Nels等研究發(fā)覺可以講停留時間從16天縮短為4天。和參照組相比較發(fā)覺，4天停留時間的VS降解率提高了30%。

　　Tiehm等分析了處理時間和超聲波頻率的影響作用指出，隨著二者在預(yù)處理中的增加，消化污泥的VS減少量也逐漸增加。例如，空白組樣品的VS減少量為21.5%，而經(jīng)30分鐘超聲處理的樣品中此數(shù)據(jù)提高到27.3%，相對于空白組提高了27%。隨著處理時間的延長，污泥的產(chǎn)氣量和氣體中甲烷的含量同時上升。提高聲波頻率會使得粉碎度降低并降低VS的可降解性。

　　有關(guān)專家研究了單位輸入功率對產(chǎn)氣量的影響。隨著單位輸入功率的升高，生物氣體產(chǎn)量也隨之升高。然而，對于更高的輸入功率條件（7000和15000kJ/kgTS）下，二者的產(chǎn)氣量幾乎是相同的。對于未處理的污泥，其97%的生物氣體產(chǎn)量來自于微粒物質(zhì)，而在超聲處理污泥中此比例僅為60%。生物氣總量的增加是由于污泥中的固體微粒在超聲波的作用下溶化，更便于細菌的利用。

　　有歐美國家的專家研究了超聲波處理對于水解。酸化和甲烷化及其關(guān)系的影響。超聲波處理和酸化反應(yīng)速率并沒有什么關(guān)系，但是它可以為酸化反應(yīng)提供緩沖作用。經(jīng)過不同聲波密度處理的污泥其水解速率分別提高19~75%。所以，超聲波處理對于水解酸化的促進作用主要是表現(xiàn)在其對于水解復(fù)雜有機物的促進上。這一促進作用可以增加消化過程中可產(chǎn)甲烷的生物質(zhì)量，從而減輕在反應(yīng)初期對產(chǎn)甲烷化的限制。
　　
　　

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