超声波处理对污泥的独特作用

　　超声波处理的主要目的是提高污泥在厌氧消化中的可降解性以及在低HRT条件下增加其产甲烷量。数十年来，许多研究者都在评价超声波处理参数对污泥可降解性及提高产甲烷量的作用。对于提高产甲烷量的预处理效率的顺序是超声溶解>自动窑热预处理>水浴热预处理>冷冻.污泥中细胞内聚合物的溶解和水解转化为更低分子量物质的过程是一个速率限制步骤，复杂有机物的水解是通过胞外酶的催化实现的。

　　超声波处理会诱发空穴，空穴能够使细胞壁溶解并向液相中释出胞内物质。所以影响空穴形成的声处理参数将会影响到污泥的消化。在厌氧消化过程中提高VS的减少量可以直接转变为产甲烷量的提高。

　　许多人研究了声波密度、强度和处理时间对污泥粉碎及可消化能力提高的影响作用。国外专家在研究超声波处理对于连续式消化反应器中厌氧消化污泥的影响作用时发现，在较短的HRT条件下经超声波处理的污泥的产气率提高了。在2.5天的停留时间条件下，可消解性提高到60%，气体转化效率提高到40%。活性污泥的消化速率和聚合物的水解速率都遵循一阶动力学，其速率常数分别是0.16/天和1.2/天。与单相厌氧消化系统相比，两相厌氧消化中活性污泥转化为甲烷气体的效率更高。

　　国外专家Tiehm利用不同HRT（22天，26天，12天和8天）条件下的批式实验研究超声波处理对厌氧消化污泥的影响。经过预处理后，厌氧消化中的VS减少百分比较之未经预处理的要高出不少，分别为50.3%和45.8%。出水中VS浓度比传统的厌氧消化出水要低10%左右。有研究发现污泥经超声波处理后，可以提高其VS的减少量和厌氧消化中的产气量。

　　超声波处理能够提高污泥的可降解性，也就缩短了停留时间。Nels等研究发现可以讲停留时间从16天缩短为4天。与参照组相比较发现，4天停留时间的VS降解率提高了30%。

　　Tiehm等分析了处理时间和超声波频率的影响作用指出，随着二者在预处理中的增加，消化污泥的VS减少量也逐渐增加。例如，空白组样品的VS减少量为21.5%，而经30分钟超声处理的样品中此数据提高到27.3%，相对于空白组提高了27%。随着处理时间的延长，污泥的产气量和气体中甲烷的含量同时上升。提高声波频率会使得粉碎度降低并降低VS的可降解性。

　　有关专家研究了单位输入功率对产气量的影响。随着单位输入功率的升高，生物气体产量也随之升高。然而，对于更高的输入功率条件（7000和15000kJ/kgTS）下，二者的产气量几乎是相同的。对于未处理的污泥，其97%的生物气体产量来自于微粒物质，而在超声处理污泥中此比例仅为60%。生物气总量的增加是由于污泥中的固体微粒在超声波的作用下溶解，更便于细菌的利用。

　　有欧美国家的专家研究了超声波处理对于水解。酸化和甲烷化及其关系的影响。超声波处理与酸化反应速率并没有什么关系，但是它可以为酸化反应提供缓冲作用。经过不同声波密度处理的污泥其水解速率分别提高19~75%。所以，超声波处理对于水解酸化的促进作用主要是表现在其对于水解复杂有机物的促进上。这一促进作用可以增加消化过程中可产甲烷的生物质量，从而减轻在反应初期对产甲烷化的限制。