隨著人口的增加和對環(huán)保的日益重視，污水處理廠迅速增加，伴隨產(chǎn)生的污泥量也與日俱增。工業(yè)廢水與生活污水處理后產(chǎn)生的污泥含水量接近98%、容易腐爛、有強烈的臭味，并且還含有多種污染物質(zhì)。此種污泥的處理費用很高，按現(xiàn)有的處理工藝技術(shù)一般約占污水處理廠總運行費用的15%~30%，占總投資10%~25%，致使一些污水處理廠將污泥直接排放，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的威脅。所以，開發(fā)新的預(yù)處理工藝，提高污泥脫水率、促進后續(xù)生物處理成為解決污泥問題的關(guān)鍵。利用超聲波對剩余污泥進行預(yù)處理可改變污泥性質(zhì)，提高污泥的穩(wěn)定性，從而提高污泥的脫水性能，并促進污泥吸收氮磷，以實現(xiàn)污泥資源化。

1.超聲波可改變污泥結(jié)構(gòu)和提高污泥活性

超聲波能夠改變污泥絮體結(jié)構(gòu)，使胞內(nèi)物質(zhì)釋放出來，增加污泥的可降解性。曹秀芹等[1]研究了超聲波對細胞分解的程度，結(jié)果表明，聲能密度為0.5 W/mL的超聲處理后污泥性質(zhì)發(fā)生變化，污泥絮體被分解，胞內(nèi)物質(zhì)被釋放出來，污泥上清液中的溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）、N、P等大幅上升，同時胞內(nèi)釋放物質(zhì)具有良好的生化降解性能。另外，利用超聲與堿耦合的方法結(jié)合破解污泥，可能進一步破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，使污泥胞內(nèi)外物質(zhì)進入水相，從而取得比單獨使用超聲波更好的效果[2]。超聲波對污泥活性的作用與超聲波的輻照時間有關(guān)。在對污泥進行短時間的超聲波輻照中，由于超聲波所引起的機械切應(yīng)力對細胞造成了微傷，使其自身產(chǎn)生本能的防御效應(yīng)，表現(xiàn)為酶的分泌增多，細胞繁殖加快，于是微生物的新陳代謝活性增強。超聲波輻照8 h后污泥活性達到最大，24h后逐漸降低到對照水平[3]。

2.超聲波可提高污泥穩(wěn)定性

未經(jīng)處理的污泥很不穩(wěn)定,在放置過程中會產(chǎn)生物理和化學(xué)方面的變化,細菌和藻類繁殖快,出現(xiàn)污泥上浮,變黑等現(xiàn)象。高強度的超聲波可以殺死污泥中的細菌,消除病毒,分解產(chǎn)生臭氣的物質(zhì),從而消除臭氣的根源,殺死藻類,消除懸浮物,提高COD 的可溶解性。與化學(xué)法消毒相比,不但可以避免化學(xué)累積效應(yīng),同時還提高污泥長時間放置的穩(wěn)定性,而且可以有效地防止病原菌的傳播。中國臺灣Jean[4] (2000) 認為在0. 11 W/ mL 和0. 33 W/ mL 之間存在一個閾值,超過此閾值,超聲波可以把細菌分解,并使相當一部分固態(tài)COD 轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)。J ean 通過試驗發(fā)現(xiàn),在0. 33 W/ mL 聲能密度下,經(jīng)40 分鐘超聲波處理后,異養(yǎng)菌和大腸桿菌分別減少了82 %、99 % ,并且溶解性COD 經(jīng)1 h 作用后提高了12 倍,而在0. 11 W/ mL 聲能密度下,作用時間較短時,異養(yǎng)菌和大腸桿菌變化不大,只有在1 h 以上才有明顯減少, 而且不管作用時間長短, 溶解性COD 幾乎保持不變。中國臺灣Chu[5] (2001) 通過試驗發(fā)現(xiàn),超聲波聲能密度為0.11 W/ mL 時經(jīng)1 h 后,異養(yǎng)菌和大腸桿菌分別減少了30 %、59 % ,2 h 分別減少了40 %、64 %;聲能密度為0. 33 W/ mL 時,僅僅經(jīng)20 min 后,異養(yǎng)菌和大腸桿菌分別減少了56 %、97 %。同時他們也對細菌分解釋放出的有機物進行了考察,原始污泥中BOD/COD = 0. 66 ,而且SCOD/ TCOD 不足1 %。當聲能密度為0.11 W/ mL 時,經(jīng)超聲波作用2 h 后SCOD 增加了40 倍,而且BOD/ COD 在0. 66～0. 8 之間,這說明細菌分解釋放出的COD 絕大部分是可生物降解的。

3.超聲波可改變污泥流變性和提高污泥脫水性能

超聲作用可改變污泥的流變性，其影響程度與超聲條件有關(guān)，低聲能密度、短時間超聲處理可降低污泥比阻，增強污泥的流變性和脫水性能。但高聲能密度、長時間處理反而使污泥比阻增大，流變性變差[6]。

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而污泥流變性反映了污泥的脫水性能，流變性的改變?yōu)槲勰嗝撍实脑黾犹峁┝艘粭l便捷的途徑。

高強度、短時間處理的污泥顆粒粒徑約80μm 左右, 污泥脫水性能提高, 沉淀性好。

較小聲強的超聲波（600 W/m2以下）處理較短時間有利于減少污泥的結(jié)合水含量，有利于促進污泥脫水，但是加大聲強及延長處理時間效果變差；超聲波頻率在20 kHz，平均聲強為400 W/m2 左右，超聲處理2～4 min，可以使污泥的結(jié)合含水量由原來的16.7 g/g 干基降到2.0 g/g 干基以下。殷絢等超聲處理使污泥結(jié)合水含量大大降低,污泥的脫水能力提高, 含泥率提高5%~10%, 最終污泥量減少。

利用超聲結(jié)合絮凝劑處理污泥的方法，進行污泥板框壓濾實驗，結(jié)果表明，超聲可使污泥含水率從近98%減少到81%，污泥的體積減少為最初的1/10，超聲聲強為410 W/m2，超聲處理2.5 min為較優(yōu)處理條件，同時絮凝劑的使用量從0.7%干基降低到0.6%干基。楊金美等的研究顯示，超聲處理7 s 后濾餅含水率降低2.9%，超聲10 s 時粘度和比阻值最小，比原污泥分別減少29.4%和24.2%，15 s 后污泥沉降速率是原污泥的3.7 倍；超聲與絮凝劑聯(lián)用可以改善污泥脫水性能和沉降性能，減少絮凝劑的量達一半以上。

4.超聲波可促進污泥中氮、磷量的增加,有利于污泥資源化

北京建筑工程學(xué)院曹秀芹、陳王君研究表明 ,隨著超聲波作用時間的延長,污泥清液中的有機氮含量提高迅速,原因在于超聲空化產(chǎn)生的剪切力使細胞破碎,釋放出胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和氨基酸。而氨氮和硝態(tài)氮的含量也隨超聲時間的延長而提高,應(yīng)該是由于超聲空化使一部分有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮與硝態(tài)氮。上述研究還發(fā)現(xiàn),污泥在超聲波作用下,磷化合物的含量與氮也有相似的變化。氮磷含量的增加有利于污泥資源化。城市土壤與自然形成的土壤相比,有機質(zhì)含量低、有效養(yǎng)分含量低。超聲波處理后的污泥可用于農(nóng)林耕地和牧業(yè)草地的增肥。據(jù)文獻[12]報道,污泥施于土地表面一年后,土壤上表面20 cm 中的全氮、速效氮、全磷的含量都明顯增加,土壤的容重、持水量和孔隙度也有一定程度改善。如果能將經(jīng)超聲波無害化處理的污泥用于干旱、半干旱、鹽堿地、礦山廢棄地或沙漠地區(qū)的改良,更是保護生態(tài)、造福當代之舉。

結(jié)論：

采用超聲波技術(shù)處理污泥,有利于污泥減量化、無害化、資源化,具有重大的社會、環(huán)境、經(jīng)濟意義。低頻率低劑量的超聲波處理污泥能夠加強污泥的活性，改變污泥絮體結(jié)構(gòu)，使污泥菌膠團中的結(jié)合水釋放出來，提高污泥的脫水性能；高強度的超聲波可以殺死污泥中的細菌,消除病毒, 提高COD 的可溶解性。目前，國內(nèi)外關(guān)于污泥超聲減量化的研究主要在于超聲條件對促進污泥厭氧和好氧減量化的影響，以及超聲對污泥的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的影響。