PPT分享|超声波污泥处理——源头减量 强化脱水 高级厌氧消化三部分

张光明：谢谢主持人郝老师，非常高兴今天有这样一个机会到这个会场来跟各位同行汇报一下我的课题组在污泥领域做的一些工作。我这个报告题目是《超声波污泥处理——源头减量、强化脱水、高级厌氧消化三部分》，我来自中国人民大学。

首先非常简单说一下背景，因为是污泥会议，来的各位都是行家，所以特别细的地方我就不讲了。

现在城市污水处理厂整体来说面临三大问题：第一是大量剩余污泥无处可去，它的处理处置成本非常高。第二是总氮难以达标，总氮难以达标的一个根本问题是进水的COD太低、碳源不足。第三个是问题我们的能耗过高。在城市污水处理厂面临的三大问题中，我们的超声波技术都能找到自己的用武之地。

剩余污泥的特点，大家都知道，产量非常高，含水率非常高，同时也含有大量有机物，就是它的内含碳很高，从另一个角度来说，它可以作为我们污水厂反硝化时候的一个内生碳源使用。

针对这三个问题我刚才说到超声波都有用武之地，分别是什么呢?针对污泥剩余产量高的问题可以从两个角度来看，一个是它产生太多，就让它少产生一点。这就是我接下来要汇报的，超声波污泥溶胞隐性生长、从而实现源头减量这样一个方式。这就是让剩余污泥少出厂，整个产生就要变少。第二是大家都很熟悉的强化脱水，就是把它的体积给减下来。总氮不达标这一块，刚才我们也分析到，这个污泥是可以作为内碳源用的，我们用超声波把它内在的碳给释放出来作为碳源使用。能耗高这一部分能做的就是以超声波做污泥预处理，从而促进高级厌氧消化，可以回收部分的能源。有个非常类似的技术，就是昨天天大的季民教授说到的超声解耦合，而我这里是没有耦合，是一个纯粹的超声。

说的半天超声波能干这个、能干那个，我们来看一下超声波是怎么回事?从定义来看，就是功率超过16kHz咱们的耳朵听不见，超声波是一个纵波，它的传递就是在水里或者是污泥里面是这样一个传递的方式，我们所利用的是功率超声。超声波有两种，一种叫做检测超声，比如说家里女同志怀孕去做B超，那叫检测超声。我们用的是功率超声。功率超声顾名思义就是它的功率比较大，在水中就可以带来一系列的作用。首先是一个直接强化传质，因为它快速压、张，16千赫兹，也就是每秒钟有1.6万次，带来一个非常大的加速度。在功率达到一定的功率之后，就会产生一个空化这样一个现象，我们就叫做超声空化现象。这个现象非常常见，空化泡瞬间破裂，会带来一个强烈的冲击波。这个冲击波和空化现象就可以用污泥的絮体打破，也就是后面说的一系列它在污泥里面应用的基础，就来自这样一个工作原理。

超声设备有很多种，这几种是比较常见的，槽式、探头式和浸没式的，功率超声，这三种设备在污泥处理中都可以找到自己的用处。

(详见PPT) 首先我讲一下剩余污泥源头减量，就是超声波污泥溶胞耦合隐性生长，这个技术原理非常简单，大家看就是我们在二沉池出来有一个回流污泥，有这样一条线，我们在这条线把一部分的回流污泥进行超声溶胞，大家注意这是部分回流污泥进行超声溶胞。超声溶胞的第一步是絮体的破坏，细胞的破壁。左边这几张图是我们放大的照片，大家可以清楚地看到，随着超声波作用它整个絮体结构被打破了，里面的物质被释放出来。污泥首先变小了，粒径大概从平均100个微米可以平均降到10个微米，变小之后架桥离子被释放，直接带来的结果就是，我们固相的物质被释放到水里面去，变成一个溶解态的COD。固态的SS相应就减少了，VSS也相应减少。

(详见PPT)释放的物质里面有多糖、蛋白质，尤其注意最后一张DNA。因为DNA是细胞遗传物质，它的释放就说明里面的微生物被彻底破坏掉、被释放出来了，这里非常典型的就是溶解性COD，就是SCOD，就是水里面的COD，不过在污泥里面另外起来一个名字叫SCOD，就有一个极大地提高。

其实这个就跟昨天的季老师的图很像，就是一个溶胞，我们做了一些溶胞机理的分析，里面更多是来自胞外聚合物EPS剥离的贡献。

(详见PPT)在这张ppt里面，我们做了一个光谱学的研究，就发现蛋白质、多糖是被剥离下来了，但是它的基本性质不变，什么意思呢?说明我们这是一个机械和物理的作用，没有发生化学作用。所以它整个的光谱学的特性是没有变化，就是一个纯机械和物理的作用。

(详见PPT)这是我们测的剥离下来的物质里面荧光光谱的一些图，结论和上一张图是一样的，所以就不细讲了。

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