低強(qiáng)度超聲波輻射活性污泥的生物效應(yīng)及其應(yīng)用試驗(yàn)研究.pdf

1、近年來，低強(qiáng)度超聲波輻射提高生物細(xì)胞或酶活性的作用效應(yīng)被大量研究所證實(shí)，從而開辟了超聲波應(yīng)用的新領(lǐng)域。將低強(qiáng)度超聲波的生物效應(yīng)運(yùn)用于強(qiáng)化廢水生物處理過程，目前國內(nèi)外才開始進(jìn)行探索，相關(guān)研究還不深入。論文對(duì)頻率21kHz～40kHz低強(qiáng)度超聲波輻射提高污泥生物活性的影響參數(shù)和作用機(jī)制進(jìn)行了試驗(yàn)研究；考察了低強(qiáng)度超聲波預(yù)處理活性污泥對(duì)廢水有機(jī)污染物生物降解過程的作用效應(yīng)；借助分子生物學(xué)研究手段，揭示了低強(qiáng)度超聲波輻射對(duì)污泥微生物群落結(jié)構(gòu)的影

2、響；研究了低強(qiáng)度超聲波輻射強(qiáng)化污泥好氧消化工藝，并推導(dǎo)出超聲波輸入能量與消化反應(yīng)速率關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)式。主要研究成果如下： ①采用頻率21kHz～40kHz超聲波對(duì)活性污泥進(jìn)行輻射，在一定的功率和輻射時(shí)間范圍內(nèi)，可有效提高污泥的生物活性。當(dāng)采用功率40W(功率密度0.05W/mL)、頻率28kHz超聲波輻射污泥10min后，污泥OUR較輻射前提高129％，蛋白水解酶活力提高 23.7％，污泥脫氫酶活性提高 24.6％，且強(qiáng)化效應(yīng)具有

3、時(shí)間上的持續(xù)性。試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲功率、頻率、輻射時(shí)間以及污泥的濃度和性質(zhì)等都對(duì)超聲波提高污泥活性效果造成顯著影響，相同的超聲輻射參數(shù)對(duì)不同生物酶產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用，并且超聲輻射對(duì)污泥生物活性的強(qiáng)化作用在一個(gè)較窄的超聲參數(shù)范圍內(nèi)。 ②低強(qiáng)度超聲輻射預(yù)處理活性污泥后，會(huì)干擾活性污泥在廢水凈化過程中對(duì)糖類、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的正常合成代謝，使污泥胞外聚合物 (EPS) 組成成分含量發(fā)生明顯變化。當(dāng)采用頻率21kHz和28kHz，功率20

4、W和40W (功率密度分別為0.02W/mL和0.04W/mL)，輻射時(shí)間10min對(duì)活性污泥進(jìn)行超聲預(yù)處理后，污泥EPS中多糖含量均明顯小于對(duì)照，僅為對(duì)照的77.6％～90.4％；而蛋白質(zhì)含量高于對(duì)照，為對(duì)照的110.0％～133.5％。 ③采用適當(dāng)?shù)妮椛鋮?shù)直接對(duì)活性污泥進(jìn)行超聲預(yù)處理，然后再與廢水混合反應(yīng)，可以提高活性污泥對(duì)廢水有機(jī)物的去除。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用頻率28kHz，功率40W(功率密度0.02W/mL)，輻射

5、時(shí)間2min參數(shù)組合預(yù)處理活性污泥，運(yùn)行6h后反應(yīng)器混合液SCOD去除率較對(duì)照提高了8.2％，而污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)為0.489gMLSS/gCOD小于對(duì)照0.554 gMLSS/gCOD，產(chǎn)生出類似污泥“解偶聯(lián)”機(jī)制的現(xiàn)象，這對(duì)于污水處理過程中污泥減量具有一定意義；但超聲預(yù)處理使污泥絮凝效果變差，在活性污泥工藝中需要對(duì)泥水分離單元進(jìn)行改進(jìn)(如采用膜分離)，以保證良好的出水水質(zhì)。 ④在污泥好氧消化過程中引入低強(qiáng)度超聲波輻射的試驗(yàn)結(jié)

6、果表明，超聲波輻射能顯著提高污泥好氧消化效率，選用功率密度0.045W/mL～9.09W/mL超聲對(duì)污泥間歇輻射處理，每次輻射時(shí)間10min～20min，可使污泥消化反應(yīng)的K<,d>值較對(duì)照提高40％～90％，剩余污泥的好氧消化穩(wěn)定時(shí)間提前3～7d；超聲波能量輸入對(duì)消化速率影響與溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響有著驚人的相似，并存在最適的輸入能量和最大反應(yīng)速率，超聲波輻射后可改善消化液的沉降性能。 ⑤低強(qiáng)度超聲波提高污泥生物活性機(jī)制可能在

7、于超聲波能量輸入、機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)等強(qiáng)化了污泥混合液固．液對(duì)氧的傳質(zhì)、提高酶活性以及增加了溶液中可利用基質(zhì)；但同時(shí)超聲空化作用產(chǎn)生大量自由基，會(huì)對(duì)污泥微生物活性產(chǎn)生抑制或破壞，因此低強(qiáng)度超聲輻射對(duì)污泥活性影響是促進(jìn)效應(yīng)和抑制效應(yīng)共同作用下的綜合表現(xiàn)。采用 ERIC-PCR 指紋圖譜對(duì)污泥微生物群落結(jié)構(gòu)分析表明，低強(qiáng)度超聲預(yù)處理不會(huì)迅速改變污泥優(yōu)勢(shì)種群組成，但可能造成一些種群微生物代謝受到抑制，改變了各種群個(gè)體數(shù)量增長平衡，從而引起污泥