低强度超声波/碱对剩余污泥破解机理的研究

论文摘要

在能量密度为0.05W·mL-1和pH范围3.0～12.0条件下,研究了超声波辐射以及热作用对污泥溶胞效果的影响,考察剩余污泥的溶胞效果与溶胞条件的关系。通过环境扫描电镜（SEM）技术分析了超声波、酸、碱以及热作用对污泥中微生物的形态影响以及各种预处理方法对污泥溶胞效果的影响关系。同时考察了低强度超声波对溶解性化学需氧量（SCOD）的声化降解作用,探索了超声波在协同碱对污泥溶胞过程中的作用机理。结果表明,溶解性化学需氧量（SCOD）、溶解性磷（SP）和溶解性糖（SA）含量随pH增大均呈先降后升趋势,而且强碱性环境有利于污泥溶胞。超声波辐射可显著提高污泥溶胞率,而且pH越大超声波辐射改善的溶胞效率越高,SCOD随pH呈指数增长趋势。实验条件下,SCOD随超声波时间均呈线性关系,超声波／碱协同污泥溶胞为一级反应。另外,溶胞效果SCOD数据随污泥浓度呈线性增加。依据上述规律,提出了污泥超声波碱协同溶胞的4参数数学模型SCCD=k0 exp（k1pH2＋k2pH）Cs（t+k3）并通过54组试验数据,应用非线性优化技术得到模型参数,该数学模型回归指数R2为0.872。为了对超声波／碱污泥溶胞技术中经济成本的分析,也研究了污泥浓度以及pH对耗碱量的数学模型及其参数。利用数学模型可视化地分析了剩余污泥溶胞条件和污泥浓度对溶胞效果和成本影响关系,并采用等高线技术分析了溶胞效果与溶胞成本相互关系,明确了超声波／碱剩余污泥溶胞优化规律和方向。低强度超声波的机械作用和热效应在协同碱对剩余污泥溶胞中的主要作用是分散污泥颗粒、改善碱在污泥颗粒缝隙中传质速率、强化碱与剩余污泥细胞的化学反应、以及促进剩余污泥胞外物质的脱附溶解,而超声波声化降解作用可以忽略。超声波／碱的协同溶胞过程机理和效果的研究,以及数学模型的建立和分析为改善剩余污泥溶胞效果、降低溶胞成本,为污泥源头减量化技术的探索和创新提供了实验和理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 我国污泥的处理现状
• 1.2 剩余污泥的减量技术
• 1.3 污泥的预处理技术与研究现状
• 1.3.1 污泥预处理的主要方法
• 1.3.2 各种方法比较
• 1.4 超声波预处理的研究现状
• 1.4.1 超声波破解污泥的作用机理
• 1.4.2 超声波处理污泥的国内外研究现状
• 1.4.3 污泥加碱预处理的研究现状
• 1.4.4 超声波在脱附过程中的作用机理
• 1.5 研究内容和主要目的
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 主要目的
• 第二章 试验内容与试验方法
• 2.1 污泥来源
• 2.2 试验装置和试验仪器
• 2.3 试验内容与方法
• 2.3.1 破壁试验
• 2.3.2 脱附试验
• 2.4 分析项目和测定方法
• 第三章 超声波/碱协同对剩余污泥破壁试验研究
• 3.1 pH及超声波对污泥溶胞的影响
• 3.1.1 溶胞后对SCOD、多糖和溶解性磷的影响
• 3.1.2 破解后温度的变化
• 3.1.3 污泥溶胞对污泥性质的影响
• 3.1.4 碱/超声波协同对污泥破壁的影响
• 3.2 不同处理条件下污泥的扫描电镜分析
• 3.3 超声波机理分析
• 3.3.1 超声波脱附试验
• 3.3.2 声化降解作用的影响
• 3.3.3 温度对脱附的影响
• 3.4 低强度超声波/碱协同污泥溶胞过程机理模型
• 3.5 小结
• 第四章 协同破壁数学模型的建立与经济分析
• 4.1 协同溶胞SCOD的数学模型
• 4.1.1 时间对协同溶胞的影响
• 4.1.2 pH对协同溶胞的影响
• 4.1.3 污泥浓度对协同溶胞的影响
• 4.1.4 协同溶胞SCOD的数学模型
• 4.2 溶胞耗碱数学模型
• 4.2.1 污泥浓度对耗碱的影响
• 4.2.2 pH对耗碱的影响
• 4.2.3 耗碱量与pH和污泥浓度的数学关系
• 4.3 污泥溶胞效果与经济分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢