Application de la technologie ultrasonique au traitement des boues 

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Avec l'augmentation de la population et l'importance croissante accordée à la protection de l'environnement, les stations d'épuration se développent rapidement et la quantité de boues générées augmente également de jour en jour. Les boues produites par le traitement des eaux usées industrielles et domestiques ont une teneur en humidité proche de 98 %, sont faciles à pourrir, ont une forte odeur et contiennent également une variété de polluants. Le coût de traitement de ce type de boues est très élevé. Selon la technologie de traitement existante, elle représente généralement 15 à 30 % du coût total d'exploitation des stations d'épuration et 10 à 25 % de l'investissement total. En conséquence, certaines stations d’épuration rejettent directement des boues, ce qui constitue une menace sérieuse pour l’environnement écologique. Par conséquent, développer une nouvelle technologie de prétraitement, améliorer le taux de déshydratation des boues et promouvoir un traitement biologique ultérieur devient la clé pour résoudre le problème des boues. Le prétraitement par ultrasons des boues en excès peut modifier les propriétés des boues et améliorer leur stabilité, améliorant ainsi les performances de déshydratation des boues et favorisant l'absorption de l'azote et du phosphore par les boues afin de réaliser le recyclage des boues. 

1. Les ultrasons peuvent modifier la structure des boues et améliorer leur activité.

Les ultrasons peuvent modifier la structure des flocs de boues, libérer des substances intracellulaires et augmenter la dégradabilité des boues. Cao Xiuqin et d'autres ont étudié le degré de décomposition cellulaire par ultrasons. Les résultats ont montré que les propriétés des boues changeaient après un traitement par ultrasons avec une densité d'énergie acoustique de 0,5 W/mL. Les flocs de boues ont été décomposés, des substances intracellulaires ont été libérées et la demande chimique en oxygène dissous (SCOD), N et P dans le surnageant des boues ont augmenté de manière significative. Parallèlement, des libérations intracellulaires ont également été observées. La qualité a de bonnes performances de dégradation biochimique. De plus, la combinaison des ultrasons et des alcalis peut détruire davantage la structure du flocage des boues et faire entrer les substances extracellulaires et extracellulaires des boues dans la phase aqueuse, obtenant ainsi de meilleurs résultats que l'utilisation des ultrasons seuls. L'effet des ultrasons sur l'activité des boues est lié à la durée d'irradiation des ultrasons. Lors de l'irradiation ultrasonique à court terme des boues, la contrainte de cisaillement mécanique provoquée par les ultrasons a provoqué de légers dommages aux cellules, ce qui a entraîné un effet défensif intrinsèque des cellules elles-mêmes. Il a été démontré que la sécrétion d’enzymes augmentait et que la prolifération des cellules s’accélérait, ce qui entraînait une augmentation de l’activité métabolique des micro-organismes. L'activité des boues a atteint son maximum après 8 heures d'irradiation ultrasonique et a progressivement diminué jusqu'au niveau témoin après 24 heures.

2. Les ultrasons peuvent améliorer la stabilité des boues

Les boues non traitées sont très instables et des changements dans leurs aspects physiques et chimiques se produiront au cours du processus de stockage. Les bactéries et les algues se multiplient rapidement et les boues flottent et noircissent. Les ultrasons de haute intensité peuvent tuer les bactéries présentes dans les boues, éliminer les virus, décomposer les substances produisant des odeurs, éliminant ainsi la source d'odeur, tuant les algues, éliminant les matières en suspension et améliorant la solubilité de la DCO. Par rapport à la désinfection chimique, elle peut non seulement éviter l’effet d’accumulation de produits chimiques, mais également améliorer la stabilité des boues pendant une longue période et empêcher efficacement la propagation d’agents pathogènes. Jean (2000) de Taiwan, Chine, estime qu'il existe un seuil compris entre 0,11 W/mL et 0,33 W/mL, au-delà duquel les ultrasons peuvent décomposer les bactéries et transformer une partie considérable de la DCO solide à l'état dissous. J ean a découvert que sous une densité d'énergie acoustique de 0,33 W/mL, après 40 minutes de traitement par ultrasons, les bactéries hétérotrophes et Escherichia coli diminuaient respectivement de 82 % et 99 %, et que la DCO soluble augmentait de 12 fois après 1 heure, tandis qu'en dessous de 0,11 W/mL de densité d'énergie acoustique, le temps d'action était plus court et les changements de bactéries hétérotrophes et d'Escherichia coli n'étaient pas significatifs, seulement en 1 heure. heure. La DCO soluble est restée quasiment inchangée quelle que soit la durée d'action. Chu (2001) à Taiwan, Chine, a constaté qu'après 1 heure de densité d'énergie ultrasonique de 0,11 W/mL, les bactéries hétérotrophes et Escherichia coli diminuaient respectivement de 30 %, 59 %, 40 % et 64 %, et qu'après 20 minutes, les bactéries hétérotrophes et Escherichia coli diminuaient de 56 % et 97 %, respectivement, lorsque la densité d'énergie acoustique était de 0,33 W/mL. Parallèlement, ils ont également étudié la matière organique libérée par la décomposition bactérienne. DBO/COD = 0,66 dans les boues d'origine, et SCOD/TCOD était inférieur à 1 %. Lorsque la densité d'énergie acoustique était de 0,11 W/mL, la SCOD augmentait 40 fois après 2 heures de traitement par ultrasons, et le rapport DBO/DCO était compris entre 0,66 et 0,8, ce qui indiquait que la majeure partie de la DCO libérée par la décomposition bactérienne était biodégradable.

3. Les ultrasons peuvent modifier la rhéologie des boues et améliorer les performances de déshydratation des boues

Les ultrasons peuvent modifier la rhéologie des boues et leur degré d'influence est lié à l'état des ultrasons. Une faible densité d'énergie acoustique et un traitement ultrasonique de courte durée peuvent réduire la résistance spécifique des boues et améliorer la rhéologie et les performances de déshydratation des boues. Cependant, une densité d'énergie acoustique élevée et un traitement à long terme peuvent augmenter la résistance spécifique des boues et aggraver leurs propriétés rhéologiques . La propriété rhéologique des boues reflète les performances de déshydratation des boues. La modification des propriétés rhéologiques constitue un moyen pratique d’augmenter le taux de déshydratation des boues. La taille des particules des boues traitées avec une résistance élevée et un temps court est d'environ 80 microns. Les performances de déshydratation des boues sont améliorées et les précipitations sont bonnes.

Une durée plus courte de traitement par ultrasons avec une intensité sonore plus faible (moins de 600 W/m2) est bénéfique pour réduire la teneur en eau liée des boues et favoriser la déshydratation des boues, mais l'effet de l'augmentation de l'intensité sonore et de la prolongation du temps de traitement s'aggrave ; la fréquence ultrasonique est de 20 kHz, l'intensité sonore moyenne est d'environ 400 W/m2 et le traitement ultrasonique pendant 2 à 4 minutes peut contenir la teneur en eau liée des boues. La teneur en eau a diminué de 16,7 g/g de base sèche à moins de 2,0 g/g de base sèche. Le traitement par ultrasons tel que Yin Huan réduit considérablement la teneur en eau liée des boues, améliore la capacité de déshydratation des boues, augmente la teneur en boues de 5 % à 10 % et réduit enfin le volume des boues.

Une expérience de filtration sous pression sur plaques et cadres de boues a été réalisée en utilisant des ultrasons combinés à un floculant pour traiter les boues. Les résultats montrent que les ultrasons peuvent réduire la teneur en eau des boues de près de 98 % à 81 %, le volume des boues au premier 1/10, l'intensité des ultrasons est de 410 W/m2, les conditions de traitement par ultrasons pendant 2,5 minutes sont meilleures et l'utilisation de floculant est de 0,7 % de base sèche. Réduire à 0,6% de base sèche. Yang Jinmei et coll. ont montré que la teneur en eau du gâteau de filtration diminuait de 2,9 % après 7 secondes de traitement par ultrasons, que la viscosité et la résistance spécifique diminuaient respectivement de 29,4 % et 24,2 % à 10 secondes de traitement par ultrasons, et que le taux de sédimentation des boues après 15 secondes était 3,7 fois supérieur à celui des boues d'origine. La combinaison des ultrasons et du floculant pourrait améliorer les performances de déshydratation et de sédimentation des boues et réduire le floculant. Plus de la moitié.

4. Les ultrasons peuvent favoriser l'augmentation de l'azote et du phosphore dans les boues, ce qui favorise le recyclage des boues.

Cao Xiuqin et Chen Wangjun de l'Institut d'ingénierie architecturale de Pékin ont montré qu'avec la prolongation du temps de traitement par ultrasons, la teneur en azote organique dans le liquide clair des boues augmente rapidement. La raison en est que la force de cisaillement produite par la cavitation ultrasonique brise les cellules et libère des protéines et des acides aminés dans les cellules. La teneur en azote ammoniacal et en azote nitrate augmente avec l'allongement du temps ultrasonique, ce qui est dû à la conversion d'une partie de l'azote organique en azote ammoniacal et en azote nitrate par cavitation ultrasonique. Il a également été constaté que la teneur en composés phosphorés et en azote des boues changeait de la même manière sous l’action des ultrasons. L'augmentation de la teneur en azote et en phosphore est bénéfique au recyclage des boues. Comparés aux sols formés naturellement, les sols urbains ont une teneur en matière organique et une teneur en nutriments disponibles plus faibles. Les boues traitées par ultrasons peuvent être utilisées pour augmenter la fertilité des terres agricoles, forestières et des pâturages. Selon la littérature, un an après l'épandage des boues à la surface du sol, les teneurs en azote total, en azote disponible et en phosphore total dans 20 cm de la surface du sol ont augmenté de manière significative, et la densité apparente, la capacité de rétention d'eau et la porosité du sol se sont également améliorées dans une certaine mesure. Si les boues d'épuration traitées par ultrasons peuvent être utilisées pour l'amélioration des terres arides, semi-arides, salines-alcalies, des friches minières ou des zones désertiques, ce sera une mesure de protection de l'écologie et bénéficiera à l'époque contemporaine.

5. Conclusion

L'utilisation de la technologie ultrasonique pour traiter les boues favorise la réduction des boues, leur innocuité et l'utilisation des ressources, et revêt une grande importance sociale, environnementale et économique. Le traitement par ultrasons à basse fréquence et à faible dose des boues peut améliorer l'activité des boues, modifier la structure des flocs de boues, libérer l'eau liée des micelles microbiennes des boues et améliorer les performances de déshydratation des boues ; les ultrasons de haute intensité peuvent tuer les bactéries présentes dans les boues, éliminer les virus et améliorer la solubilité de la DCO. À l'heure actuelle, la recherche nationale et étrangère sur la réduction des boues par ultrasons réside principalement dans l'influence des conditions ultrasoniques sur la promotion de la réduction des boues anaérobies et aérobies, et dans l'influence des ultrasons sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques des boues.