Anvendelse af ultralydsteknologi i slambehandling 

---

Med stigningen i befolkningen og den stigende vægt på miljøbeskyttelse stiger rensningsanlæggene hurtigt, og mængden af ​​genereret slam stiger også dag for dag. Slammet produceret af industrispildevand og husspildevandsrensning har et fugtindhold tæt på 98%, er let at rådne, har en stærk lugt og indeholder også en række forurenende stoffer. Behandlingsomkostningerne for denne slags slam er meget høje. Ifølge den eksisterende renseteknologi tegner den sig generelt for 15% ~ 30% af de samlede driftsomkostninger for spildevandsrensningsanlæg og 10% ~ 25% af den samlede investering. Som følge heraf udleder nogle rensningsanlæg slam direkte, hvilket udgør en alvorlig trussel mod det økologiske miljø. Derfor bliver udvikling af ny forbehandlingsteknologi, forbedring af slamafvandingshastigheden og fremme af efterfølgende biologisk behandling nøglen til at løse slamproblemet. Ultralydsforbehandling af overskydende slam kan ændre slammets egenskaber og forbedre slamstabiliteten, hvilket forbedrer slamafvandingsydelsen og fremmer slam til at absorbere nitrogen og fosfor for at realisere slamgenanvendelse. 

1. Ultralyd kan ændre slamstruktur og forbedre slamaktivitet.

Ultralyd kan ændre strukturen af ​​slamflokke, frigive intracellulære stoffer og øge slammets nedbrydelighed. Cao Xiuqin og andre studerede graden af ​​celledbrydning ved ultralyd. Resultaterne viste, at slammets egenskaber ændrede sig efter ultralydsbehandling med akustisk energitæthed på 0,5 W/mL. Slamflokke blev nedbrudt, intracellulære stoffer blev frigivet, og det opløste kemiske oxygenbehov (SCOD), N og P i supernatanten af ​​slam steg markant. Samtidig blev intracellulære frigivelser også observeret. Kvaliteten har god biokemisk nedbrydningsevne. Derudover kan kombinationen af ​​ultralyd og alkali yderligere ødelægge slammets flokstruktur og få slammets ekstracellulære og ekstracellulære stoffer til at gå ind i vandfasen og dermed opnå bedre resultater end at bruge ultralyd alene. Effekten af ​​ultralyd på slamaktivitet er relateret til bestrålingstiden for ultralyd. Ved kortvarig ultralydsbestråling af slam forårsagede den mekaniske forskydningsspænding forårsaget af ultralyd en lille skade på cellerne, hvilket resulterede i den iboende defensive effekt af selve cellerne. Den viste, at udskillelsen af ​​enzymer steg, og celleproliferationen accelererede, så mikroorganismernes metaboliske aktivitet steg. Slamaktiviteten nåede maksimum efter 8 timers ultralydsbestråling og faldt gradvist til kontrolniveauet efter 24 timer.

2. Ultralyd kan forbedre slamstabiliteten

Det ubehandlede slam er meget ustabilt, og der vil ske ændringer i fysiske og kemiske aspekter under lagringsprocessen. Bakterier og alger formerer sig hurtigt, og slam flyder og bliver sort. Ultralyd med høj intensitet kan dræbe bakterier i slam, fjerne vira, nedbryde lugtproducerende stoffer og dermed eliminere lugtkilden, dræbe alger, fjerne suspenderede stoffer og forbedre opløseligheden af ​​COD. Sammenlignet med kemisk desinfektion kan det ikke kun undgå kemisk akkumuleringseffekt, men også forbedre stabiliteten af ​​slam i lang tid og effektivt forhindre spredning af patogener. Jean (2000) fra Taiwan, Kina, mener, at der er en tærskel mellem 0,11 W/mL og 0,33 W/mL, ud over hvilken ultralyd kan nedbryde bakterier og omdanne en betydelig del af fast COD til opløst tilstand. J ean fandt ud af, at under 0,33 W/mL akustisk energitæthed efter 40 minutters ultralydsbehandling faldt heterotrofe bakterier og Escherichia coli med henholdsvis 82 % og 99 %, og opløselig COD steg 12 gange efter 1 time, mens under 0,11 W/mL var den akustiske og virkningstidsændringen kortere, energitætheden. heterotrofe bakterier og Escherichia coli var ikke signifikante, kun inden for 1 time. Den opløselige COD forblev næsten uændret uanset virkningens varighed. Chu (2001) i Taiwan, Kina, fandt, at efter 1 time med ultralydsenergitæthed på 0,11 W/mL, faldt heterotrofe bakterier og Escherichia coli med henholdsvis 30 %, 59 %, 40 % og 64 %, og efter 20 minutter faldt heterotrofiske bakterier med 5 % og Escherichia 5 % og Escherichia med 9 %. når den akustiske energitæthed var 0,33 W/mL. Samtidig undersøgte de også det organiske stof, der frigives ved bakteriel nedbrydning. BOD/COD = 0,66 i det oprindelige slam, og SCOD/TCOD var mindre end 1%. Når den akustiske energitæthed var 0,11 W/mL, steg SCOD 40 gange efter 2 timers ultralydsbehandling, og BOD/COD var mellem 0,66 og 0,8, hvilket indikerede, at det meste af COD frigivet ved bakteriel nedbrydning var biologisk nedbrydeligt.

3. Ultralyd kan ændre slammets reologi og forbedre slamafvandingsydelsen

Ultralyd kan ændre slams reologi, og dets indflydelsesgrad er relateret til ultralydstilstanden. Lav akustisk energitæthed og korttids ultralydsbehandling kan reducere slams specifikke modstand og forbedre slammets rheologi og afvandingsydelse. Høj akustisk energitæthed og langvarig behandling kan dog øge slams specifikke modstand og forværre de rheologiske egenskaber. Den rheologiske egenskab af slammet afspejler slammets afvandingsevne. Ændringen af ​​rheologisk egenskab giver en bekvem måde at øge afvandingshastigheden af ​​slam. Partikelstørrelsen af ​​slam behandlet med høj styrke og kort tid er omkring 80 mikron. Slams afvandingsevne er forbedret, og nedbøren er god.

Kortere tid med ultralydsbehandling med lavere lydintensitet (mindre end 600 W/m2) er gavnligt til at reducere bundvandsindholdet i slam og fremme slamafvanding, men effekten af ​​at øge lydintensiteten og forlænge behandlingstiden bliver værre; ultralydsfrekvensen er 20 kHz, den gennemsnitlige lydintensitet er omkring 400 W/m2, og ultralydsbehandlingen i 2-4 minutter kan få det bundne vandindhold i slam til at indeholde. Vandindholdet faldt fra 16,7 g/g tør base til mindre end 2,0 g/g tør base. Ultralydsbehandling såsom Yin Huan reducerer slamets bundne vandindhold i høj grad, forbedrer slammets afvandingskapacitet, øger slamindholdet med 5% ~ 10% og reducerer endelig slamvolumenet.

Slamplade-og-ramme trykfiltreringseksperiment blev udført ved at bruge ultralyd kombineret med flokkuleringsmiddel til behandling af slam. Resultaterne viser, at ultralyd kan reducere vandindholdet i slam fra næsten 98% til 81%, mængden af ​​slam til den første 1/10, intensiteten af ​​ultralyd er 410 W/m2, behandlingstilstanden for ultralyd i 2,5 minutter er bedre, og brugen af ​​flokkuleringsmiddel er fra 0,7% tør base. Reducer til 0,6 % tør base. Yang Jinmei et al. viste, at vandindholdet i filterkagen faldt med 2,9 % efter 7 sekunders ultralydsbehandling, viskositeten og den specifikke modstand faldt med henholdsvis 29,4 % og 24,2 % ved 10 sekunders ultralydsbehandling, og slamsedimentationshastigheden efter 15 sekunder var 3,7 gange den oprindelige slam. Kombinationen af ​​ultralyd og flokkuleringsmiddel kan forbedre slamafvanding og sedimenteringsydelse og reducere flokkuleringsmiddel. Mere end halvdelen.

4. Ultralyd kan fremme stigningen af ​​nitrogen og fosfor i slam, hvilket er befordrende for slamgenanvendelse.

Cao Xiuqin og Chen Wangjun fra Beijing Institute of Architectural Engineering har vist, at med forlængelsen af ​​ultralydsbehandlingstiden stiger det organiske nitrogenindhold i slam klar væske hurtigt. Årsagen er, at forskydningskraften produceret af ultralydskavitation nedbryder celler og frigiver proteiner og aminosyrer i celler. Indholdet af ammoniak-kvælstof og nitrat-kvælstof stiger med forlængelse af ultralydstiden, hvilket skyldes omdannelsen af ​​en del af organisk kvælstof til ammoniak-kvælstof og nitrat-kvælstof ved ultralydskavitation. Det viste sig også, at indholdet af fosforforbindelser og nitrogen i slam ændrede sig tilsvarende under påvirkning af ultralyd. Øget indhold af kvælstof og fosfor er gavnligt for slamgenanvendelse. Sammenlignet med naturligt dannede jorder har byjord lavere indhold af organisk stof og lavere tilgængeligt næringsstofindhold. Slam behandlet med ultralyd kan bruges til at øge frugtbarheden af ​​landbrugsjord, skovbrug og græsgange. Ifølge litteraturen steg indholdet af totalkvælstof, tilgængeligt kvælstof og totalfosfor i 20 cm af jordens overflade et år efter, at slammet blev påført jordoverfladen, markant, ligesom jordens rumvægt, vandholdende kapacitet og porøsitet til en vis grad blev forbedret. Hvis spildevandsslam behandlet med ultralydsbølger kan bruges til forbedring af tørre, semi-tørre, saltholdige-alkaliske jorder, mineødemarker eller ørkenområder, vil det være en foranstaltning til at beskytte økologien og gavne nutiden.

5. Konklusion

Brug af ultralydsteknologi til behandling af slam er befordrende for slamreduktion, harmløshed og ressourceudnyttelse og har stor social, miljømæssig og økonomisk betydning. Lavfrekvent og lavdosis ultralydsbehandling af slam kan øge slammets aktivitet, ændre strukturen af ​​slamflokke, frigive bundet vand fra slammikrobielle miceller og forbedre slammets afvandingsydelse; høj-intensitet ultralyd kan dræbe bakterier i slam, eliminere vira og forbedre opløseligheden af ​​COD. På nuværende tidspunkt ligger indenlandsk og udenlandsk forskning i ultralydsslamreduktion hovedsageligt i indflydelsen af ​​ultralydsforhold på fremme af anaerob og aerob slamreduktion og indflydelsen af ​​ultralyd på slams fysiske, kemiske og biologiske egenskaber.