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조회수: 136 작성자: 사이트 편집자 게시 시간: 2019-08-13 출처: 대지
인구가 증가하고 환경보호에 대한 중요성이 높아짐에 따라 하수처리장도 급증하고 있으며, 슬러지 발생량도 나날이 증가하고 있습니다. 산업폐수 및 생활폐수 처리 시 발생하는 슬러지는 수분함량이 98%에 가까워 부패하기 쉽고 냄새가 강하며 다양한 오염물질을 함유하고 있습니다. 이런 종류의 슬러지 처리 비용은 매우 높습니다. 기존 처리기술에 따르면 일반적으로 하수처리장 전체 운영비의 15~30%, 전체 투자액의 10~25%를 차지한다. 그 결과 일부 하수처리장에서는 슬러지를 직접 배출해 생태환경에 심각한 위협을 가하는 곳도 있다. 따라서 새로운 전처리 기술 개발, 슬러지 탈수율 향상, 후속 생물학적 처리 촉진이 슬러지 문제 해결의 핵심이 됩니다. 잉여 슬러지의 초음파 전처리는 슬러지 특성을 변화시키고 슬러지 안정성을 향상시켜 슬러지 탈수 성능을 향상시키고 슬러지의 질소 및 인 흡수를 촉진하여 슬러지 재활용을 실현할 수 있습니다.
1. 초음파는 슬러지 구조를 변경하고 슬러지 활동을 향상시킬 수 있습니다.
초음파는 슬러지 플록의 구조를 변화시키고, 세포 내 물질을 방출하며, 슬러지의 분해성을 증가시킬 수 있습니다. Cao Xiuqin 등은 초음파에 의한 세포 분해 정도를 연구했습니다. 결과는 0.5 W/mL의 음향 에너지 밀도로 초음파 처리 후 슬러지의 특성이 변화하는 것을 보여주었습니다. 슬러지 플록이 분해되고, 세포 내 물질이 방출되었으며, 슬러지 상청액의 용존 화학적 산소 요구량(SCOD), N 및 P가 크게 증가했습니다. 동시에 세포 내 방출도 관찰되었습니다. 품질은 좋은 생화학적 분해 성능을 가지고 있습니다. 또한, 초음파와 알칼리의 조합은 슬러지의 플록 구조를 더욱 파괴하고 슬러지의 세포외 및 세포외 물질이 수상으로 들어가게 하여 초음파만 단독으로 사용하는 것보다 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 슬러지 활성에 대한 초음파의 영향은 초음파 조사 시간과 관련이 있습니다. 슬러지에 대한 단기 초음파 조사에서는 초음파에 의한 기계적 전단 응력으로 인해 세포에 약간의 손상이 발생하여 세포 자체의 본질적인 방어 효과가 나타났습니다. 효소의 분비가 증가하고 세포의 증식이 촉진되어 미생물의 대사활성이 증가하는 것으로 나타났다. 슬러지 활성도는 초음파 조사 8시간 후에 최대에 도달하였고, 24시간 후에는 점차적으로 대조 수준으로 감소하였다.
2. 초음파는 슬러지 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
처리되지 않은 슬러지는 매우 불안정하며 저장 과정에서 물리적, 화학적 측면의 변화가 발생합니다. 박테리아와 조류가 빠르게 증식하고, 슬러지가 부유하여 검게 변합니다. 고강도 초음파는 슬러지 속의 박테리아를 죽이고, 바이러스를 제거하고, 냄새 생성 물질을 분해하여 냄새의 원인을 제거하고, 조류를 죽이고, 부유 물질을 제거하고 COD의 용해도를 향상시킬 수 있습니다. 화학적 소독과 비교하여 화학적 축적 효과를 피할 수 있을 뿐만 아니라 장기간 슬러지의 안정성을 향상시키고 병원균의 확산을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 중국 대만의 Jean(2000)은 0.11W/mL에서 0.33W/mL 사이의 임계값이 있으며, 이 임계값을 초과하면 초음파가 박테리아를 분해하고 상당 부분의 고체 COD를 용해된 상태로 변환할 수 있다고 믿습니다. Jean은 0.33W/mL 음향 에너지 밀도에서 40분 초음파 처리 후 종속영양세균과 대장균이 각각 82%와 99% 감소하고, 용해성 COD가 1시간 후에 12배 증가한 반면, 0.11W/mL 음향에너지 밀도에서는 작용시간이 더 짧아지고 종속영양세균과 대장균의 변화는 1시간 이내에 유의미하지 않다는 것을 발견했습니다. 수용성 COD는 작용 기간에 관계없이 거의 변하지 않았습니다. 중국 대만의 Chu(2001)는 초음파 에너지 밀도 0.11W/mL에서 1시간 후 종속영양세균과 대장균이 각각 30%, 59%, 40%, 64% 감소하고, 20분 후에 종속영양세균과 대장균이 각각 56%, 97% 감소함을 발견하였다. 동시에 그들은 박테리아 분해에 의해 방출되는 유기물도 조사했습니다. 원래 슬러지의 BOD/COD = 0.66이었고, SCOD/TCOD는 1% 미만이었습니다. 음향에너지밀도가 0.11 W/mL인 경우, 초음파 처리 2시간 후 SCOD는 40배 증가하였고, BOD/COD는 0.66~0.8로 세균 분해에 의해 방출되는 COD의 대부분이 생분해성인 것으로 나타났다.
3. 초음파는 슬러지 유변학을 변화시키고 슬러지 탈수 성능을 향상시킬 수 있습니다.
초음파는 슬러지의 유변학을 변화시킬 수 있으며 그 영향 정도는 초음파 조건과 관련이 있습니다. 낮은 음향 에너지 밀도와 단시간 초음파 처리는 슬러지의 비저항을 감소시키고 슬러지의 유변학 및 탈수 성능을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 높은 음향에너지 밀도와 장기간의 처리는 슬러지의 비저항을 증가시키고 유변학적 특성을 악화시킬 수 있습니다. 슬러지의 유변학적 특성은 슬러지의 탈수 성능을 반영합니다. 유변학적 특성의 변화는 슬러지의 탈수율을 높이는 편리한 방법을 제공합니다. 고강도, 단시간 처리된 슬러지의 입자크기는 약 80 마이크론이다. 슬러지의 탈수 성능이 향상되고 침전이 양호합니다.
낮은 음세기(600W/m2 이하)로 초음파 처리 시간을 단축하면 슬러지의 결합수분 함량을 줄이고 슬러지 탈수를 촉진하는 데 유리하지만 음세기를 높이고 처리 시간을 연장하는 효과는 더 나빠집니다. 초음파 주파수는 20kHz이고, 평균 소리 강도는 약 400W/m2이며, 2~4분 동안 초음파 처리를 하면 슬러지의 결합수 함량을 만들 수 있습니다. 수분 함량은 16.7g/g 건조 염기에서 2.0g/g 건조 염기 미만으로 감소했습니다. Yin Huan과 같은 초음파 처리는 슬러지의 결합수 함량을 크게 감소시키고, 슬러지의 탈수 능력을 향상시키며, 슬러지 함량을 5%~10% 증가시켜 최종적으로 슬러지 부피를 감소시킵니다.
슬러지 처리를 위해 응집제와 결합된 초음파를 사용하여 슬러지 판틀형 가압여과 실험을 수행하였다. 결과에 따르면 초음파는 슬러지의 수분 함량을 거의 98%에서 81%로 줄이고 슬러지의 부피를 처음 1/10로 줄일 수 있으며 초음파 강도는 410W/m2이며 2.5분 동안 초음파 처리 조건이 더 좋으며 응집제 사용은 0.7% 건조 기반부터입니다. 건조염기를 0.6%로 줄입니다. Yang Jinmeiet al. 7초 초음파 처리 후 필터케이크의 수분함량이 2.9% 감소하였고, 초음파 처리 10초에 점도와 비저항이 각각 29.4%, 24.2% 감소하였으며, 15초 후 슬러지 침강속도는 원래 슬러지의 3.7배인 것으로 나타났다. 초음파와 응집제의 조합은 슬러지 탈수 및 침전 성능을 향상시키고 응집제를 줄일 수 있습니다. 절반 이상.
4. 초음파는 슬러지 내 질소와 인의 증가를 촉진하여 슬러지 재활용에 도움이 됩니다.
베이징 건축 공학 연구소의 Cao Xiuqin과 Chen Wangjun은 초음파 처리 시간이 길어짐에 따라 슬러지 투명 액체의 유기 질소 함량이 급격히 증가한다는 것을 보여주었습니다. 그 이유는 초음파 캐비테이션에 의해 생성된 전단력이 세포를 파괴하고 세포 내 단백질과 아미노산을 방출하기 때문입니다. 암모니아성 질소와 질산성 질소의 함량은 초음파 시간이 길어질수록 증가하는데, 이는 초음파 캐비테이션에 의해 유기 질소의 일부가 암모니아성 질소와 질산성 질소로 전환되기 때문입니다. 또한 슬러지 내 인 화합물과 질소 함량도 초음파 작용 하에서 유사하게 변하는 것으로 나타났습니다. 질소와 인 함량을 높이면 슬러지 재활용에 도움이 됩니다. 자연적으로 형성된 토양과 비교하여 도시 토양은 유기물 함량이 낮고 이용 가능한 영양분 함량도 낮습니다. 초음파로 처리된 슬러지는 농지, 임업, 목초지의 비옥도를 높이는 데 사용될 수 있습니다. 문헌에 따르면, 슬러지를 토양 표면에 시비한 지 1년 후, 토양 표면 20cm 내 총질소, 유효질소, 총인 함량이 크게 증가했으며, 토양의 용적밀도, 보수력, 다공성도 어느 정도 향상됐다. 초음파로 처리한 하수슬러지를 건조, 반건조, 염알칼리성 토지, 광산 황무지, 사막지역 개선에 활용할 수 있다면 생태계를 보호하고 현대사회에 이로운 대책이 될 것입니다.
5. 결론
초음파 기술을 사용하여 슬러지를 처리하는 것은 슬러지 감소, 무해성 및 자원 활용에 도움이 되며 사회적, 환경적, 경제적 중요성이 큽니다. 슬러지의 저주파 및 저용량 초음파 처리는 슬러지의 활성을 향상시키고, 슬러지 플록의 구조를 변경하고, 슬러지 미생물 미셀에서 결합수를 방출하고, 슬러지 탈수 성능을 향상시킬 수 있습니다. 고강도 초음파는 슬러지의 박테리아를 죽이고 바이러스를 제거하며 COD의 용해도를 향상시킬 수 있습니다. 현재 초음파 슬러지 감소에 관한 국내외 연구는 주로 혐기성 및 호기성 슬러지 감소 촉진에 대한 초음파 조건의 영향과 슬러지의 물리적, 화학적, 생물학적 특성에 대한 초음파의 영향에 있습니다.
