Aplicarea tehnologiei cu ultrasunete în tratarea nămolului 

---

Odată cu creșterea populației și accentul tot mai mare pe protecția mediului, stațiile de epurare cresc rapid, iar cantitatea de nămol generată crește și ea pe zi ce trece. Nămolul produs de tratarea apelor uzate industriale și a apelor uzate menajere are un conținut de umiditate apropiat de 98%, putrezește ușor, are un miros puternic și conține, de asemenea, o varietate de poluanți. Costul de tratare a acestui tip de nămol este foarte mare. Conform tehnologiei de tratare existente, aceasta reprezintă în general 15% ~ 30% din costul total de funcționare al stațiilor de epurare și 10% ~ 25% din investiția totală. Ca urmare, unele stații de epurare deversează direct nămol, ceea ce reprezintă o amenințare gravă pentru mediul ecologic. Prin urmare, dezvoltarea unei noi tehnologii de pretratare, îmbunătățirea ratei de deshidratare a nămolului și promovarea epurării biologice ulterioare devin cheia pentru rezolvarea problemei nămolului. Pretratarea cu ultrasunete a nămolului în exces poate modifica proprietățile nămolului și poate îmbunătăți stabilitatea nămolului, îmbunătățind astfel performanța de deshidratare a nămolului și promovând absorbția nămolului de azot și fosfor pentru a realiza reciclarea nămolului. 

1. Ultrasunetele pot schimba structura nămolului și pot îmbunătăți activitatea nămolului.

Ultrasunetele pot modifica structura flocurilor de nămol, pot elibera substanțe intracelulare și pot crește degradabilitatea nămolului. Cao Xiuqin și alții au studiat gradul de descompunere a celulelor prin ultrasunete. Rezultatele au arătat că proprietățile nămolului s-au schimbat după tratamentul cu ultrasunete cu o densitate de energie acustică de 0,5 W/mL. Flocurile de nămol au fost descompuse, substanțele intracelulare au fost eliberate, iar cererea chimică de oxigen dizolvat (SCOD), N și P din supernatantul nămolului a crescut semnificativ. În același timp, au fost observate și eliberări intracelulare. Calitatea are o bună performanță de degradare biochimică. În plus, combinația de ultrasunete și alcalii poate distruge și mai mult structura floc a nămolului și poate face ca substanțele extracelulare și extracelulare ale nămolului să intre în faza apoasă, obținând astfel rezultate mai bune decât utilizarea ultrasunetelor singure. Efectul ultrasunetelor asupra activității nămolului este legat de timpul de iradiere al ultrasunetelor. În iradierea cu ultrasunete pe termen scurt a nămolului, efortul mecanic de forfecare cauzat de ultrasunete a cauzat o ușoară deteriorare a celulelor, ceea ce a dus la efectul defensiv intrinsec al celulelor în sine. A arătat că secreția de enzime a crescut și proliferarea celulelor s-a accelerat, astfel încât activitatea metabolică a microorganismelor a crescut. Activitatea nămolului a atins maximul după 8 ore de iradiere cu ultrasunete și a scăzut treptat la nivelul de control după 24 de ore.

2. Ultrasunetele pot îmbunătăți stabilitatea nămolului

Nămolul netratat este foarte instabil, iar în timpul procesului de depozitare vor apărea modificări ale aspectelor fizice și chimice. Bacteriile și algele se înmulțesc rapid, iar nămolul plutește și devine negru. Ultrasunetele de mare intensitate pot ucide bacteriile din nămol, pot elimina virușii, descompune substanțele care produc mirosuri, eliminând astfel sursa de miros, uciderea algelor, eliminarea solidelor în suspensie și îmbunătățirea solubilității COD. În comparație cu dezinfecția chimică, poate nu numai să evite efectul de acumulare chimică, ci și să îmbunătățească stabilitatea nămolului pentru o lungă perioadă de timp și poate preveni eficient răspândirea agenților patogeni. Jean (2000) din Taiwan, China, consideră că există un prag între 0,11 W/mL și 0,33 W/mL, dincolo de care ultrasunetele pot descompune bacteriile și pot transforma o parte considerabilă a COD solidă în stare dizolvată. J ean a constatat că sub 0,33 W/ml densitate de energie acustică, după 40 de minute de tratament cu ultrasunete, bacteriile heterotrofe și Escherichia coli au scăzut cu 82% și, respectiv, 99%, iar COD solubil a crescut de 12 ori după 1 oră, în timp ce sub 0,11 W/ml, timpul de acțiune a bacteriilor heterotrofice a fost mai scurt. și Escherichia coli nu au fost semnificative, doar în decurs de 1 oră. COD solubil a rămas aproape neschimbat, indiferent de durata de acțiune. Chu (2001) din Taiwan, China, a constatat că, după 1 oră de densitate de energie ultrasonică de 0,11 W/ml, bacteriile heterotrofe și Escherichia coli au scăzut cu 30%, 59%, 40% și, respectiv, 64%, iar după 20 de minute, bacteriile heterotrofe și Escherichia coli au scăzut cu 97%, respectiv energia cu 9756%, respectiv cu 9756% densitatea a fost de 0,33 W/mL. Totodată, au investigat și materia organică eliberată prin descompunerea bacteriană. BOD/COD = 0,66 în nămolul original, iar SCOD/TCOD a fost mai mic de 1%. Când densitatea energiei acustice a fost de 0,11 W/mL, SCOD a crescut de 40 de ori după 2 ore de tratament cu ultrasunete, iar BOD/COD a fost între 0,66 și 0,8, ceea ce a indicat că cea mai mare parte a COD eliberată prin descompunerea bacteriană a fost biodegradabilă.

3. Ultrasunetele pot schimba reologia nămolului și pot îmbunătăți performanța de deshidratare a nămolului

Ultrasunetele pot modifica reologia nămolului, iar gradul de influență al acestuia este legat de starea ultrasonică. Densitatea scăzută a energiei acustice și tratamentul cu ultrasunete de scurtă durată pot reduce rezistența specifică a nămolului și pot îmbunătăți reologia și performanța de deshidratare a nămolului. Cu toate acestea, densitatea ridicată a energiei acustice și tratamentul pe termen lung pot crește rezistența specifică a nămolului și pot înrăutăți proprietățile reologice. Proprietatea reologică a nămolului reflectă performanța de deshidratare a nămolului. Modificarea proprietății reologice oferă o modalitate convenabilă de a crește rata de deshidratare a nămolului. Dimensiunea particulelor nămolului tratat cu rezistență ridicată și timp scurt este de aproximativ 80 microni. Performanța de deshidratare a nămolului este îmbunătățită, iar precipitațiile sunt bune.

Un timp mai scurt de tratament cu ultrasunete cu intensitate mai mică a sunetului (mai puțin de 600 W/m2) este benefic pentru reducerea conținutului de apă legată al nămolului și promovarea deshidratării nămolului, dar efectul creșterii intensității sunetului și prelungirea timpului de tratament devine mai rău; frecvența ultrasonică este de 20 kHz, intensitatea medie a sunetului este de aproximativ 400 W/m2, iar tratamentul cu ultrasunete timp de 2-4 minute poate face ca conținutul de apă legat al nămolului să conțină. Conținutul de apă a scăzut de la 16,7 g/g bază uscată la mai puțin de 2,0 g/g bază uscată. Tratamentul cu ultrasunete, cum ar fi Yin Huan, reduce foarte mult conținutul de apă legată al nămolului, îmbunătățește capacitatea de deshidratare a nămolului, crește conținutul de nămol cu ​​5% ~ 10% și, în final, reduce volumul nămolului.

Experimentul de filtrare sub presiune pe placă și cadru de nămol a fost efectuat prin utilizarea ultrasunetelor combinate cu floculant pentru tratarea nămolului. Rezultatele arată că ultrasunetele pot reduce conținutul de apă al nămolului de la aproape 98% la 81%, volumul nămolului la primul 1/10, intensitatea ultrasunetelor este de 410 W/m2, starea de tratament cu ultrasunete timp de 2,5 minute este mai bună, iar utilizarea floculantului este de la 0,7% bază uscată. Reduceți la 0,6% bază uscată. Yang Jinmei și colab. a arătat că conținutul de apă al turtei de filtru a scăzut cu 2,9% după 7 secunde de tratament cu ultrasunete, vâscozitatea și rezistența specifică au scăzut cu 29,4% și, respectiv, 24,2% la 10 secunde de tratament cu ultrasunete, iar rata de sedimentare a nămolului după 15 secunde a fost de 3,7 ori mai mare decât cea a nămolului original. Combinația de ultrasunete și floculant ar putea îmbunătăți performanța de deshidratare și sedimentare a nămolului și ar putea reduce floculantul. Mai mult de jumătate.

4. Ultrasunetele pot promova creșterea azotului și fosforului în nămol, ceea ce este favorabil reciclării nămolului.

Cao Xiuqin și Chen Wangjun de la Institutul de Inginerie Arhitecturală din Beijing au arătat că odată cu prelungirea timpului de tratament cu ultrasunete, conținutul de azot organic din lichidul limpede a nămolului crește rapid. Motivul este că forța de forfecare produsă de cavitația ultrasonică descompune celulele și eliberează proteine ​​și aminoacizi în celule. Conținutul de azot amoniac și azot azotat crește odată cu extinderea timpului ultrasonic, care se datorează conversiei unei părți din azot organic în azot amoniac și azot azotat prin cavitație ultrasonică. S-a constatat, de asemenea, că conținutul de compuși de fosfor și azot din nămol s-a modificat în mod similar sub acțiunea ultrasunetelor. Creșterea conținutului de azot și fosfor este benefică pentru reciclarea nămolului. În comparație cu solurile formate în mod natural, solurile urbane au un conținut mai scăzut de materie organică și un conținut mai scăzut de nutrienți disponibili. Nămolul tratat cu ultrasunete poate fi folosit pentru a crește fertilitatea terenurilor agricole, forestiere și pășuni. Conform literaturii de specialitate, la un an după ce nămolul a fost aplicat la suprafața solului, conținutul de azot total, azot disponibil și fosfor total în 20 cm de suprafață a solului a crescut semnificativ, iar densitatea în vrac, capacitatea de reținere a apei și porozitatea solului s-au îmbunătățit într-o anumită măsură. Dacă nămolul de epurare tratat prin undă ultrasonică poate fi folosit pentru ameliorarea terenurilor aride, semi-aride, salino-alcaline, deșerturi miniere sau zone deșertice, va fi o măsură de protejare a ecologiei și de a beneficia epoca contemporană.

5. Concluzie

Utilizarea tehnologiei cu ultrasunete pentru tratarea nămolului este favorabilă reducerii, inofensiunii și utilizării resurselor și are o mare importanță socială, ecologică și economică. Tratamentul cu ultrasunete cu frecvență joasă și cu doze mici a nămolului poate îmbunătăți activitatea nămolului, poate schimba structura flocurilor de nămol, poate elibera apa legată din miceliile microbiene nămolului și poate îmbunătăți performanța de deshidratare a nămolului; ultrasunetele de mare intensitate pot ucide bacteriile din nămol, pot elimina virușii și pot îmbunătăți solubilitatea COD. În prezent, cercetările interne și externe privind reducerea nămolului cu ultrasunete constă în principal în influența condițiilor ultrasonice asupra promovării reducerii anaerobe și aerobe a nămolului și influența ultrasunetelor asupra proprietăților fizice, chimice și biologice ale nămolului.