（环境工程专业论文）超声波缺氧好氧消化过程中污泥eps及酶活性变化研究.pdf

摘要 摘要 我们的研究表明，将超声波预处理与缺氧好氧消化衔接，应用于污泥减量化处 理是可行的。本论文对污泥超声波一缺氧好氧消化工艺的机理进行了研究，重点分析 了污泥胞外聚合物( e p s ) 、相应溶出物、活菌数、酶活性的变化趋势，旨在为这项工 艺的推广应用提供理论基础。 首先，通过均匀试验研究了超声波预处理条件对污泥缺氧好氧消化效果的影响， 在低频2 8 k i z ，确定了最佳超声条件分别为：声能密度0 1 w m l ，处理时间1 5 m i n ， 超声处理间隔时间1 2 h 。此时，超声污泥s s 和v s s 去除率分别达到3 7 9 7 和4 2 4 5 ， 较对照污泥分别高出1 0 5 和2 0 2 ，表明超声波对污泥消化效率有明显的促进作用。 其次，通过生物化学研究分析了超声波缺氧好氧消化过程中，消化污泥的e p s ( 多糖、蛋白质、d n a 和总量) 和相应溶出物的变化规律。结果表明，e p s 指标在 1 0 d 的消化过程中呈现先增加后减少的变化趋势，其中蛋白质、d n a 以及总量的峰值 均出现在第2 d ，而多糖的峰值出现在第4 d 。消化o “d ，超声污泥的e p s 含量大于对 照。污泥经超声破解后，溶出物浓度大幅度增加，超声污泥的总溶出物最大值比初始 值高出3 4 6 l i n g l 一，约为对照最大值所增加浓度的3 5 倍，表明超声波使e p s 和胞内 有机物大量释放到上清液中。超声污泥和对照的多糖，蛋白质以及d n a 占总量的比 例基本相同，表明超声波促进污泥缺氧好氧消化不会引起各组分所占比例的改变。 接着，研究了消化污泥酶活性( 蛋白酶，脱氢酶) 的变化趋势。污泥的酶活性随 消化天数增加呈现先增加后减小的变化趋势。消化前5 d ，超声污泥的蛋白酶活性大于 对照。而脱氢酶活性变化趋势不能用于表征超声波对消化过程的促进作用。 最后，通过傅立叶红外光谱研究了超声污泥和对照污泥e p s 的官能团结构。结果 表明，蛋白质、多糖以及d n a 是消化污泥e p s 的主要成分，超声波不会改变e p s 中 多糖、蛋白质等有机物的结构。 e p s 大量破解释放和可溶性物质增加，与蛋白酶活性提高和生物反应速度加快的 联合作用，使污泥有机物降解比例提高，从而导致超声污泥的v s s 去除率大于对照。 关键词：剩余污泥；超声波处理；缺氧好氧消化；胞外聚合物；溶出物；酶活性， 活菌数；红外光谱 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t o u rr e s e a r c hh a sc o n f i r m e du l t r a s o n i cp r o m o t i o nf o rs l u d g ea n a e r o b i c a e r o b i ci sf e a s i b l e t h i sp a p e rs t u d i e dt h em e c h a n i s mo fu l t r a s o n i c a n a e r o b i c a e r o b i cs l u d g e ，a n a l y z e dt h et r e n d o fi n d e xo fe p s ( p o l y s a c c h a r i d e ，p r o t e i n , d n aa n dt o t a lc o n t e n t ) ，d i s s o l v e ds u b s t a n c e s ， p r o p o r t i o no fe p sa n dd i s s o l v e ds u b s t a n c e s ( p o l y s a c c h a r i d e s ，p r o t e i na n dd n a ) ，e n z y m e a c t i v i t i e s ( p r o t e a s ea c t i v i t y , d e h y d o r g e n a s ea c t i v i t y ) a n db a c t e r i ad e n s i t y , p r o v i d e dt h e p o p u l a r i z a t i o na n da p p l i c a t i o no ft h e o r e t i c a lb a s i s f i r s t l y , b yu s i n gu n i f o r md e s i g nt e s t i n gt h ee f f e c to fu l t r a s o n i cp r e t r e a t m e n tc o n d i t i o n s o no x y g e n a e r o b i cd i g e s t e ds l u d g e i nt h ec o n d i t i o n so f2 8 心 z ，t h eo p t i m a lu l t r a s o n i c c o n d i t i o n sw a s ：15 m i nu l t r a s o n i ct i m e ，o 1w m l d e n s i t ya n d12 hu l t r a s o n i ci n t e r v a lt i m e ，t h e p e r f o r m a n c e so fa n a e r o b i c a e r o b i cd i g e s t i o nw e r eg r e a t l yi m p r o v e d ，t h er e m o v a lr a t eo fs s a n dv s sr e a c h e d3 7 9 7 a n d4 2 4 5 a f t e r1 0 dd i g e s t i o n , w h i c hi sh i g h e rt h a n1 0 5 a n d 2 0 2 o fc o n t r o ls l u d g e u l t r a s o n i cp r e t r e a t m e n to fs l u d g ed i g e s t i o ne f f i c i e n c yi so b v i o u s s t i m u l a t i v ee f f e c t s e c o n d l y , t h ev a r i a t i o n a lt r e n do fe p si n d e xi ns l u d g ew a ss t u d i e dt h r o u g ht h e b i o c h e m i c a la n a l y s i s 耶1 er e s u l t so fs l u d g ea n a e r o b i c a e r o b i c d i g e s t i o np r o m o t e db y u l t r a s o n i ct r e a t m e n ts h o w e dt h a tt h ev a r i a t i o n a lt r e n do fe p si n d e xi ns l u d g ei n c r e a s e df i r s t l y a n dt h e nf e l lo f fd u r i n g10 dd i g e s t i o n , t h em a x i m u mo fp r o t e i n , d n aa n dt o t a lc o n t e n tw e r e a p p e a r e di nt h e2 d ，w h i l et h em a x i m u mo fp o l y s a c c h a r i d e sw a sc a m eo u ti nt h e4 d t h et o t a l c o n t e n to fe p si nu l t r a s o n i cs l u d g ew a sm o r et h a nt h ec o n t r o ls l u d g ed u r i n g0 6 dd i g e s t i o n , a n dt h e nl e s st h a nc o n t r o li n6 - 10 db e c a u s eo fal a r g ea m o u n to fe p sa n dc e l l u l a rs u b s t a n c e s h a db e e nr e l e a s e do u t 砀cd i s s o l v e ds u b s t a n c e sc o n c e n t r a t i o n sw e r eh i g h l yi n c r e a s e da f t e r u l t r a s o n i ct r e a t m e n t t h em a x i m u mo ft o t a lc o n c e n t r a t i o n si nu l t r a s o n i cs l u d g ew a s3 4 6 1 m g 。l h i g h e rt h a nt h eb e g i n n i n g ，i tw a sa b o u t3 5m u l t i p l eo ft h ei n c r e a s e dc o n c e n t r a t i o n so f c o n t r o l sm a x i m u m , i n d i c a t e dt h a tu l t r a s o n i ct r e a t m e n tc o u l dr e l e a s ee p sa n dc e l l u l a r s u b s t a n c e si n t ot h es u p e r n a t a n t 1 1 1 ei n d e xp r o p o r t i o n so fe p sa n dd i s s o l v e ds u b s t a n c e si nt h e u l t r a s o n i cs l u d g ea n dt h ec o n t r o lw e r ea l m o s tt h e s a m e ，i n d i c a t i n gt h a tu l t r a s o n i cc o u l d p r o m o t eo x y g e n a e r o b i cs l u d g ed i g e s t i o nb u tw o u l d n tc h a n g et h ei n d e xp r o p o r t i o no fe p s t t a n dt h e n , t h ev a r i a t i o n a lt r e n do fe n z y m ea c t i v i t i e si ns l u d g ew a ss t u d i e d t h ev a r i a t i o n a l t r e n do fe n z y m ea c t i v i t i e si n c r e a s e da tt h eb e g i n n i n ga n dt h e nf e l lo f fa f t e r10d a y s d i g e s t i o n ， t h em a x i m u mv a l u ea p p e a r e di nt h ef o u r t hd a y t h ep r o t e a s ea c t i v i t yo fu l t r a s o n i cs l u d g ew a s m o r et h a nt h a to ft h ec o n t r o l l e dd u r i n g0 5 dd i g e s t i o n w h i l et h ev a r i a t i o n a lo f d e h y d r o g e n a s e a c t i v i t yi nu l t r a s o n i cs l u d g ew a sa l m o s tt h es a m ec o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o l l e d ，s u g g e s t i n g t h a ti tc o u l d n tr e p r e s e n tu l t r a s o n i cp r o m o t i o nb y s l u d g ea n a e r o b i c a e r o b i cd i g e s t i b i l i t y a tl a s t , t h eg r o u po fe p si ns l u d g ew a ss t u d i e dt h r o u g hi n f r a r e ds p e c t r u m t h ei n f r a r e d s p e c t r u ma n a l y s i so fe p ss h o w e dt h a tp o l y s a c c h a r i d e ，p r o t e i na n dd n aw e r et h em a j o r c o m p o n e n t so fe p si na n a e r o b i c a e r o b i cs l u d g e ，u l t r a s o n i ct r e a t m e n tw o u l d n tc h a n g et h e o r g a n i cs t r u c t u r eo ft h e m t h eg r e a t l yr e l e a s eo fs o l u b l eo r g a n i c se n h a n c e dt h ec o n s u m e dp r o p o r t i o no fo r g a n i c s ， m a r k e d l yi m p r o v e dp r o t e a s ea c t i v i t ya n dt h eh i 曲- s p e e db i o l o g i c a lr e a c t i o n , o r g a n i cm a t t e r d e g r a d a t i o nr a t i ow a si m p r o v e dg r e a t l y , a sar e s u l t ，t h ev s sr e m o v a lr a t ei nu l t r a s o n i cs l u d g e w a s m a r k e d l yi m p r o v e d k e y w o r d s ：s e w a g es l u d g e ；u l t r a s o n i ct r e a t m e n t ；a n a e r o b i c a e r o b i cd i g e s t i o n ；e x t r a c e l l u l a r p o l y m e r i cs u b s t a n c e s ；d i s s o l v e ds u b s t a n c e s ；e n z y m ea c t i v i t y ；b a c t e r i ad e n s i t y ；i n f r a r e d s p e c t r u m i i i 广东工业大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e i a b s t r a c ti ne n g l i s h u c o n t e n t si nc h i n e s e i v c o n t e n t si ne n g l i s h v i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e l 1 2s t a t u so fu l t r a s o n i cp r o m o t i o nf o rs l u d g e 2 1 2 1m e c h a n i s mo fu l t r a s o n i cp r o m o t i o nf o rs l u d g e 。2 1 2 2s t a t u so fu l t r a s o n i cp r o m o t i o nf o rs l u d g e 3 1 3c h a r a c t e r i s t i c so fe p s 5 1 3 1s o u r c eo f e p s 5 1 3 2c h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dp r o p e r t i e so f e p s 6 1 3 3s u r f a c ef u n c t i o n a lg r o u p sa n di t sa n a l y s i s 7 1 3 4i n f l u e n c eo f u l t r a s o n i cf o ra c t i v i t ys l u d g e 一8 1 4r e v i e w e da b o u ts l u d g ee n z y m e sa th o m ea n da b r o a d 8 1 4 1i n f l u e n c eo fe n z y m ea c t i v i t yi ns l u d g e 8 1 4 2e n z y m ea c t i v i t yi na c t i v a t e ds l u d g ea n ds e w a g ep u r i f i c a t i o n 9 1 5m a i nc o n t e n t , i d e a sa n di n n o v a t i o n so ft h er e s e a r c h 9 1 5 1m a i nc o n t e n t s 9 1 5 2r e a s e a r c hp l a n s 1 0 1 5 3i n n o v a t i o n s 。ll c h a p t e r 2m a t e r i a l s ，e q u i p m e n t sa n dm e t h o d s 1 2 2 1m a t e r i a l s 1 2 2 1 1s o u r c ea n dc h a r a c t e r i s t i c so f s l u d g e 。1 2 2 1 2t e s t i n gd e v i c e s 1 2 2 1 3r e a g e n t s 13 2 2a n a l y s i si t e m sa n di t sm e a s u r e m e n t s 1 4 2 2 1d e t e r m i n a t i o no f p o l y s a c c h a r i d e 1 4 2 2 2d e t e r m i n a t i o no f p r o t e i n 1 5 2 2 3d e t e r m i n a t i o no f d n a 。1 6 2 2 4d e t e r m i n a t i o no fp r o t e a s ea c t i v i t y 。17 2 2 5d e t e r m i n a t i o no fd e h y d r o g e n a s ea c t i v i t y 1 7 c h a p t e r3t h eo p t i m a lc o n d i t i o n so fu l t r a s o n i c 1 9 3 1e q u a l d i s t r i b u t i o ne x p e r i m e n t s 。1 9 3 2s l u d g ea n a e r o b i c a e r o b i cd i g e s t i o nb yu l t r a s o n i c 2 0 c o n t e n t s 墨皇詈詈暑皇暑詈暑暑詈暑暑暑量昌宣皇膏| li 置詈皇量置量詈詈暑鲁暑昌暑詈昌鲁置葺置 3 2 1d e t e r m i n a t i o no fs s ，v s s 2 0 3 2 2p e r f o r m a n c e so fa n a e r o b i c a e r o b i cd i g e s t i o n 一2 0 ：；：；v 撕a t i o n a lt r e n do fs c o d 2 1 ：；4c h a p t e rs u m m a r y 一2 2 c h a p t e r4v a r i a t i o n a lt r e n do fe p s 2 3 4 1e x t r a c t i o no f e p s ：! ：i 4 2c h e m i c a la n a l y s i so fe p s 2 3 4 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n s 2 4 4 3 1v 撕a t i o no f p o l y s a c e h a r i d ei ne p sa n dd i s s o l v e ds u b s t a n c e s 2 4 4 3 2v 撕a t i o n & p r o t e i ni ne p sa n dd i s s o l v e ds u b s t a n c e s 2 5 4 3 3v 撕a t i o no f d n ai ne p sa n dd i s s o l v e ds u b s t a n c e s 2 6 4 3 4v a r i a t i o no fe p sa n dd i s s o l v e ds u b s t a n c e s 2 7 4 3 5v 碰a t i o no fe p si i la n a e r o b i c a e r o b i cs l u d g eb vu l t r a s o n i c 。2 9 4 4v 撕a t i o n so fi n d e xp r o p o r t i o no fe p sa n dd i s s o l v e ds u b s t a n c e s 2 9 4 5c h a p t e rs u m m a r y 3 1 c h a p t e r 5v a r i a t i o n so fe n z y m ea c t i v i t y 31 5 1c h e m i c a la n a l y 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o s p e c t 4 5 r e f e r e n c e s 4 6 p u b l i s h e dp a p e r sa n da c h i e v e m e n t sd u r i n gm a s t e r 51 o r - i g i n a l yd e c l a r a t i o n 5 2 a c k n o w l e d g e m e n t 5 3 v 第一章绪论 1 1 研究的背景和意义 第一章绪论 该论文来源于广东省教育部产学研结合项目“用于污泥原位减量的超声波回流溶胞 和超声波一缺氧好氧消化技术的开发和应用”。 生物法是目前最为普遍的废水处理技术，生物法可分为活性污泥法和生物膜法两大 类。由于活性污泥法具有基建费用相对少、工艺成熟、运行经验丰富的优点，是国内外 应用最为广泛的城市生活污水生物处理技术。废水中的有机物经过生物降解转化后得到 削减，但与此同时，产生了大量的剩余污泥。随着城市生活污水处理量和处理率的增加， 剩余污泥产生量也将急速增加。按照我国城市污水处理厂的建设规划，2 0 1 0 年，我国城市 污水的处理量和处理率都将增加，污泥年产量也将相应增加到现在的5 倍【l 】。剩余污泥通 常含有相当量的有毒有害物质( 如寄生虫卵、病原微生物、重金属) 及未稳定化的有机 物，如果不进行妥善的处理与处置，将会对环境造成直接或潜在的污染。但剩余污泥的处 理处置工艺的投资和运行费用昂贵，一般约占污水处理厂总投资的3 0 - 4 0 ，甚至能 占到6 0 t 2 1 。显而易见，污泥的处理与处置将成为环境领域的一大难题，是制约污水生物 处理技术进一步发展的“瓶颈”，到目前为止，剩余污泥问题仍得不到妥善解决。因此， 为了彻底的消除污染物质，净化我们的生活环境，有必要对污泥的处理途径提出一些新 的思路和方法。 污泥的缺氧好氧消化工艺( a j a r ) ) 是在传统好氧消化工艺( c a d ) 基础上发展而来 的，它是污泥减量化生物处理的手段之一，】。而超声波由于在细胞破碎方面具有高效、 稳定、清洁、安全等优点，近年来在污泥预处理领域引起人们越来越多的关注。目前， 超声波应用于污泥厌氧消化的研究较多，已取得的不少成果卜7 】。随着对超声波处理污泥 研究的展开，超声波也开始应用于污泥好氧消化研究8 9 】。然而，从国内外的研究动态来 看，还未曾见将超声波应用于污泥缺氧好氧消化的相关研究报道。但从超声波对污泥 破解机理和污泥厌氧及好氧消化的促进作用来看，超声波应用于污泥缺氧好氧消化是 可行的，超声波一缺氧好氧消化技术将为污泥减量化处理提供新的途径。对超声波好 氧缺氧消化工艺进行机理研究，将能为这项工艺的推广应用提供理论基础。 胞外聚合物( e p s ) 是在一定环境下活性污泥中微生物分泌的附着于微生物细胞壁上 广东工业大学硕士学位论文 的大分子有机多聚物，主要由蛋白质、多糖组成，约占e p s 总量的7 0 一8 0 ，伴随有 少量的腐殖酸、糖醛酸和核酸。e p s 普遍存在于污泥絮体内部及表面，占污泥总有机物 比例的5 0 - 9 0 之间【3 3 ，3 4 1 ，它能作为抵抗外界不利环境的保护层以及微生物饥饿期间的 营养物，对维持絮体结构和微生物生长都具有重要作用，破解e p s 能够提高消化过程 中污泥的生物降解速度d 5 , 3 6 1 。而微生物基团分泌的酶活性能直接反映出微生物的活性。 其中，脱氢酶是微生物细胞内产生的与一系列氧化分解反应中的脱氧反应有关的氧化还 原酶，在很大程度上反映了活性微生物量及其对有机物的代谢能力；另外，蛋白质是污 泥中有机组分含量最高的物质，必须被蛋白酶水解为小分子后才能被微生物利用，因此， 蛋白酶的活性直接到影响有机物去除和污泥的减量。超声波处理能促进各种受絮体束缚 的胞外酶的释放，有助于污泥中大分子有机物的生物代谢【5 2 1 。因此研究消化过程中e p s ， 上清液溶出物，酶活性以及分子结构等的变化对理解污泥减量工艺的降解机理有重大意 义。 1 2 超声波在污泥减量处理中的现状 超声波对污泥的作用主要是利用声波的能量，超声波的作用机制主要是声化学机制 和空化机制，作用于污泥时，将提高污泥的脱水性能和可生物降解性，从而易于实现污 泥的减量化。 1 2 1 超声波在污泥减量处理中的作用机理 ( 1 ) 空化作用 当一定强度的超声波作用于某一固液系统时，将产生一系列的物理和化学效应，并 明显改变固液系统中的溶解态和颗粒态物质的特性。在很高的声强度下，特别是在低 频和中频范围内，液体系统中将产生大量的气泡，这些气泡靠吸收液体中的空气和蒸汽 变大，并且随声波的变化而改变大小，最终在瞬间破灭，产生空化效应。气泡在破灭的 瞬间，产生极短暂的强压力脉冲，形成瞬间热点，产生高温( 5 0 0 0k ) 、高压( 5 0 0 - 1 0 k r a ) ， 同时液体中会产生很高的剪切力( 射流，时速达4 0 0k m ) ，可以在常温下完成极端条件下 才能完成的化学反应。 ( 2 ) 声化学反应 声化学反应是引起污泥中难生物降解有机物分解的主要原因，主要发生在1 0 0 - - 2 第一章绪论 1 0 0 0k h z 的中等频率范围内。空化时伴随着高温高压将产生高活性的自由基和热解， 从而引起声化学反应。由于空化气泡充满蒸汽并被疏水性的液体边界层包围，因此挥发 性和疏水性物质优先累积于气泡中，发生热解和自由基反应。其中有些自由基到达液体 边界层进入膨胀的溶液中与亲水性物质发生反应，从而促进了一些难降解物质的可降解 性。 1 2 2 超声波在污泥减量处理中的研究现状 目前超声波污泥处理中着重研究的是超声波对污泥活性和脱水性能等性质的影响、 超声波强化污泥处理的影响因素及超声波强化好氧、厌氧消化的研究。 ( 1 ) 超声波对污泥性质的影晌 污泥是含生物介质的流体，胞外聚合物的存在使生物介质相互粘结而形成结构稳定 的菌胶团网络，菌胶团内部的含水量约为污泥总水量的2 5 ，难以为压滤、离心等机 械作用所破坏，使得污泥难以脱水。一定剂量的超声波作用可以破坏污泥的结构，改变 污泥的絮体结构和污泥的活性，增强污泥的流变性和脱水性能，减少污泥调理所需的絮 凝剂用量。 ( 2 ) 超声波对污泥结构和活性的影响 超声波能够改变污泥絮体结构，使胞内物质释放出来，增加污泥的可降解性。曹秀 芹等研究了超声波对细胞分解的程度，结果表明，声能密度为0 5w m l 的超声处理后 污泥性质发生变化，污泥絮体被分解，胞内物质被释放出来，污泥上清液中的溶解性化 学需氧量( s c o d ) 、n 、p 等大幅上升，同时胞内释放物质具有良好的生化降解性能。另 外，利用超声与碱耦合的方法结合破解污泥，可能进一步破坏污泥絮体结构，使污泥胞 内外物质进入水相，从而取得比单独使用超声波破解污泥更好的效果。超声波对污泥活 性的作用与超声波的辐照时间有关。在对污泥进行短时间的超声波辐照中，由于超声波 所引起的机械切应力对细胞造成了微伤，使其自身产生本能的防御效应，表现为酶的分 泌增多，细胞繁殖加快，于是微生物的新陈代谢活性增强。超声波辐照8 h 后污泥活性 达到最大，2 4h 后逐渐降低到对照水平。 ( 3 ) 超声波对污泥流变性和脱水性能的影响 超声作用可改变污泥的流变性，其影响程度与超声条件有关，低声能密度、短时间 超声处理可降低污泥比阻，增强污泥的流变性和脱水性能。但高声能密度、长时间处理 3 广东工业大学硕士学位论文 反而使污泥比阻增大，流变性变差。而污泥流变性反映了污泥的脱水性能，流变性的改 变为污泥脱水率的增加提供了一条便捷的途径。较小声强的超声波( 6 0 0w m 以下) 处理 较短时间有利于减少污泥的结合水含量，有利于促进污泥脱水，但是加大声强及延长处 理时间效果变差；殷绚等利用超声结合絮凝剂处理污泥的方法，进行污泥板框压滤实验， 结果表明，超声可使污泥含水率从近9 8 减少到8 1 ，污泥的体积减少为最初的1 1 0 。 杨金美等的研究显示，超声处理7 s 后滤饼含水率降低2 9 ，超声1 0s 时粘度和比阻 值最小，比原污泥分别减少2 9 4 和2 4 2 ，1 5 s 后污泥沉降速率是原污泥的3 7 倍； 超声与絮凝剂联用可以改善污泥脱水性能和沉降性能，减少絮凝剂的量达一半以上。 ( 4 ) 超声波强化污泥厌氧消化 传统的厌氧消化耗时长，效率低，而一定的超声波辐照可以使污泥细胞中的有机质 释放出来，有机质在厌氧菌胞外酶的作用下很容易水解成较小的分子，与未经超声波预 处理的污泥相比，超声的破解作用能够明显提高污泥厌氧消化的生物气产量和有机物去 除率，缩短厌氧消化时间，且声强越大总产气量越大。采用声强超过1 0 4 0w m 的超声 波处理污泥3 0m i n 以上，污泥絮体被打碎，絮体结构受到严重破坏，污泥中s c o d 迅 速增加，污泥中有机质的厌氧水解反应加快，从而产气量提高。采用声强为2 0 0 0w m 的 超声波处理污泥6 0m i n ，中温厌氧消化1 0d ，c o d 去除率为4 l ；厌氧消化2 5d 的 总产气量比未经超声波处理的污泥总产气量提高了5 3 。采用超声波处理污泥，污泥 中t s s 和t v s s 的去除率明显高于不采用超声处理的污泥，在辐射的初期，污泥容积 迅速减少，随着辐射时间的增加，污泥容积逐渐稳定。厌氧污泥在超声的作用下，污泥 容积变化率从9 0 降至3 0 ，当厌氧时间从4 d 增加到5 d ，污泥容积变化率降至2 0 ， 污泥趋于稳定。超声处理在缩短污泥厌氧消化时间的同时也可以减少污泥厌氧消化罐的 容积，提高污泥罐的容积处理率。德国巴姆堡市污水厂由于改造，其实际水量增加，污 泥量也相应增加，其需要发酵2 5 d 的三个污泥罐在不能满足要求的情况下，采用2 台超 声波设备处理产生的污泥中的3 0 ，运行三个月后，沼气产量增加3 0 ，污泥停留时 间从2 5 d 降至1 8 d ，满足了在不建造新的污泥罐的情况下保证消化深度的要求。经过经 济论证，两台超声设备投资只需要建罐费用的一小半，而沼气产量的提高为发电机组提 供了更多的能量，有效地实现了污泥减量化、稳定化、无害化和资源化。这个例子表明， 采用超声强化污泥厌氧消化处理来实现污泥减量化在实际应用中是经济、可行的。 ( 5 ) 超声波促进污泥好氧处理 中、低强度的超声波虽不能直接破碎细胞壁，但可以促进固液传质，增强生物体 4 第一章绪论 的新陈代谢，同样可以达到促进细胞的水解作用，从而强化好氧处理过程。超声波辐射 时，空化气泡使固体颗粒表面的胶凝物破裂，与空气一起离开表面，使固体表面得到清 洗，从而强化固液接触。超声波在介质中传播，可使介质质点进入振动状态，由此可以 有效促进反映物质的扩散和传输，强化反应物进入以及生成物离开酶的活性部位的过 程，因此，酶的活性增加。曾晓岚等的低能量超声波对活性污泥进行不同时间的辐射， 辐射1 0 r a i n 后的污泥o u r 值较作用前提高了1 2 9 ，蛋自酶活性提高了2 3 7 ，脱氢 酶活性提高了2 4 6 。若超声波辐射时间过短，则辐射停止后对污泥生物代谢和酶活性 的强化效应会很快消失；当辐射时间适当时，在辐射停止后污泥活性仍处在较高水平且 持续时间较长；当超声波辐射时间超过一定限度后会导致污泥活性下降。可见，适量的 低强度的超声波辐照有利于污泥活性的提高，强化污泥的好氧处理。闫怡新等采用频率 为3 5k h z 、声强为o 3w c m 的超声波辐照人工配制的生活污水s b r 反应器中的污泥， 结果表明，对反应器内1 0 的污泥进行超声处理1 0m i n ，对污泥活性、有机物和氨氮 的去除率提高的效果最为显著，污泥活性可提高1 2 左右，