污泥超聲破解反應(yīng)器工況優(yōu)化與破解污泥中溫厭氧消化能效分析.pdf

1、污泥厭氧消化是實(shí)現(xiàn)污泥減量化和資源化的最佳途徑，污泥超聲破解能提高厭氧消化速率，增大生物氣產(chǎn)率。但目前我國沒有專門用于污泥破解的超聲波反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)室用的微生物細(xì)胞破壁超聲波反應(yīng)器或超聲清洗器破解污泥時，最大缺陷是能耗高。為推動污泥超聲破解技術(shù)在我國的應(yīng)用，本文從減少反應(yīng)器能耗的角度出發(fā)，對污泥超聲破解反應(yīng)器的工作原理、工況參數(shù)、能耗分析進(jìn)行了探討和研究。 以實(shí)驗(yàn)室小型靜態(tài)和動態(tài)試驗(yàn)為手段，采用熱敏探頭法和染色法測量不同頻率超聲

2、波在蒸餾水中和不同濃度污泥中的聲場分布和空化場分布。同時，針對超聲場參數(shù)(頻率和功率)、污泥性質(zhì)(濃度、pH值和初始溫度)和試驗(yàn)條件(曝氣和攪拌)等對超聲破解效果的影響，以污泥溶解性化學(xué)需氧量增加值(SCOD+)、污泥的破解度(DDSCOD)及污泥粒徑分布等參數(shù)為評價指標(biāo)，分析超聲波頻率、功率、污泥特性和試驗(yàn)條件對超聲破解污泥效果的影響。 采用熱敏探頭法和染色法測量蒸餾水中三種頻率(20kHz、28kHz和40kHz)超聲波場

3、和空化場分布。發(fā)現(xiàn)單一換能器作用時，任何頻率超聲波聲強(qiáng)和空化強(qiáng)度沿?fù)Q能器軸線成起伏狀和葫蘆狀分布，且隨距離增大而逐漸衰減，空化強(qiáng)度衰減較快；不同頻率的聲強(qiáng)大小和空化作用強(qiáng)弱各不相同，28kHz的聲強(qiáng)和空化強(qiáng)度最強(qiáng)，40kHz次之，而20kHz最差；兩個換能器同時作用時，超聲波強(qiáng)度和空化強(qiáng)度沿?fù)Q能器軸線變化趨勢與單一換能器作用時相同，而沿兩換能器中心線聲強(qiáng)和空化強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)都由于聲波的干涉疊加原理有所增強(qiáng)，沿中心線的衰減速率減慢。綜合

4、分析，兩個換能器同時作用時，反應(yīng)器整體聲場和空化場都比單一換能器的均勻。同時，采用熱敏探頭法測量不同頻率超聲波在污泥中的聲場分布，發(fā)現(xiàn)超聲波聲強(qiáng)在換能器表面附近驟然降低，并沿?fù)Q能器軸線隨距離快速衰減。 分析評價超聲波參數(shù)(頻率和功率)對超聲破解污泥效果影響。利用槽式超聲反應(yīng)器分析比較三種頻率(20kHz、28kHz和40kHz)及頻率組合對污泥破解效果的影響。發(fā)現(xiàn)比能耗相等時，單頻率時，28kHz最佳；多頻率組合時，換能器28

5、1kHz和40kHz平行相對布置效果最好。利用槽式超聲波反應(yīng)器和探頭式超聲波反應(yīng)器分析多種功率(50W、400W、800W和1200W)及功率組合對污泥破解效果的影響。發(fā)現(xiàn)單功率作用，低功率長時間利于污泥超聲破解，但速率較低，低功率組合可提高破解速率。組合功率模式中，低功率組合更利于污泥超聲破解。另外，還發(fā)現(xiàn)污泥的初始溫度、pH值和污泥濃度等參數(shù)污泥對破解效果有重要影響。增加間歇攪拌和曝氣輔助條件也能增強(qiáng)污泥超聲破解效果。為進(jìn)一步驗(yàn)證超

6、聲破解污泥的實(shí)際應(yīng)用效果，進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)相同濃度，相同體積比能耗時，動態(tài)破解效果遠(yuǎn)比靜態(tài)的好。在本試驗(yàn)時間范圍內(nèi)，無循環(huán)擾動時，超聲破解連續(xù)流污泥反應(yīng)相對于水力停留時間符合一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律。 在超聲破解污泥中溫厭氧消化的能量效益研究中，分析了不同揮發(fā)性有機(jī)物含量污泥不同溶出率時，日總能耗、日生物氣能量和日凈能量與超聲破解時間的關(guān)系。比較超聲破解污泥與未破解污泥在不同投配率時的日凈能量、比凈能量和周期凈能量。發(fā)現(xiàn)任