超声作用对净水沉淀污泥絮体特性的影响

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我国45~50%城镇生活用水水源属于湖泊和水库低浊水,污泥回流作为低浊水强化混凝处理有效技术,是污泥资源化的重要形式。本文针对污泥回流中有毒有害物质积累问题,采用超声波技术将净水沉淀污泥中的病原微生物灭活,降低机污染物浓度,为污泥回流强化混凝技术的安全使用提供保障。  本文对无超声处理时絮体的表面电荷分布、形态、粒度和比表面积等方面特性进行了研究,考察了混凝条件和原水水质对絮体特性的影响,建立起絮体特性与混凝效能相关性;再将超声技术应用于给水厂沉淀污泥预处理过程,分别采用探头式和槽式反应器研究了超声频率、时间和声能密度对絮体特性的影响,考察了其沉后水出水水质,初步探讨了超声预处理强化污泥回流效能的作用机理。  通过对比不同混凝剂条件下形成的絮体特性,发现在最佳投药量下,铁盐絮体的粒径虽大,但结构松散且分形维数低,沉降性能较铝盐絮体的差。原水浊度大于30NTU及pH值为7.0左右,混凝工艺中有机物和胶体颗粒物的去除效果最佳;快速混合条件为400r/min、1min及慢速絮凝条件为100r/min、15min时,沉后水剩余浊度最小。絮体的分形维数与浊度呈现线性相关,比表面积与有机物去除率也有一定相关性。  采用探头式超声反应器处理净水沉淀污泥时,絮体粒径呈现减小趋势,且絮体粒径与声能密度呈良好的线性相关性。在1W/mL与5W/mL的低声能密度时,Zeta电位降低,絮体二维分形维数升高,同时絮体表面褶皱增加,比表面积增大;在10W/mL与15W/mL的高声能密度时,絮体Zeta电位会升高,二维分形维数降低,絮体表面粗糙度降低,比表面积减小。  采用槽式超声反应器处理净水沉淀污泥时,絮体粒径会减小,时间越长降幅越大。在25KHz和40KHz低频时,超声波对絮体结构的破坏导致了表面电荷的重新分布,造成絮体Zeta电位降低,比表面积增大,超声作用15min时,絮体二维分形维数最高,沉降性能最佳;在125KHz和160KHz高频时,絮体Zeta电位、比表面积与二维分形维数的变化趋势与低频超声波处理时一致,但由于单位时间内高频超声波的作用更大,其对絮体特性的改变幅度会更显著。  试验结果表明,适宜的超声作用条件对污泥的预处理效果影响显著。当采用槽式超声反应器时,应选择超声波的声能密度为1 W/mL、作用时间为30min的参数条件,此时的回流污泥在絮凝过程中形成的絮体粒径及强度更大,絮凝效果也相对更好;当采用槽式超声反应器时,应将超声波作用时间控制在15min内,以避免细小絮体数目增多和沉降性能下降导致的污泥回流的混凝效能恶化的现象。
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