超声波—缺氧/好氧组合体系的构建（一）(3)

　　超声波由转换器产生，经探针导入污水中，超声波的设计频段在25～30kHz.小于25kHz在人的听力范围内，产生噪声问题；而超过35kHz时，能量利用率低。

　　超声波的作用受到液体许多参数的影响，如：温度、粘度和表面张力等。此外，超声波与各种液体的接触时间、探针的几何形状和材质也是超声波应用的影响。

超声波对生物体有多方面的作用。在不破坏细胞前提下，采用适当频率的强度和辐照时间，可以提高整个细胞的新陈代谢效率，加速细胞生长。低强度（能量）超声波辐射能提高细胞和酶的活性以及强化物系间传质，具有促进细胞生长、增强细胞内酶的生产、提高酶促反应速率和加速细胞新陈代谢的作用。

　　有研究表明低强度超声波辐射能提高生物细胞或酶活性的作用效应，超声波辐射能显著提高污泥好氧消化效率，超声波辐射后可改善消化液的沉降性能。低强度超声辐射预处理活性污泥后，会干扰活性污泥在废水净化过程中对糖类、蛋白质等物质的正常合成代谢，使污泥胞外聚合物（EPS）组成成分含量发生明显变化。低强度超声预处理不会迅速改变污泥优势种群组成，但可能造成一些种群微生物代谢受到抑制，改变了各种群个体数量增长的平衡，从而引起污泥整体代谢特征的变化[5]。

　　超声波处理能够改善污泥脱水性能、加速污泥细胞水解、提高污泥生物活性。由于污泥厌氧发酵的控制步骤是生物细胞的水解，使颗粒性有机物转化为溶解性的有机物，而正常生物水解反应十分缓慢，造成厌氧处理周期长。高强度(能量)超声波可能破坏微生物细胞壁，使细胞内的有机物释放出来，加快细胞水解过程，将厌氧消化时间大大缩短。

　　例如据文献《超声波强化一次污泥沉降与脱水性能的研究》表明，短时间的超声作用可以提高污泥脱水和沉降性能，超声处理7s后滤饼含水率降低2.9％；超声10s时粘度和比阻值最小，比原污泥分别减小29.4％和24.270；15s后污泥沉降速率是原污泥的3.7倍。如投加絮凝剂，投加量为0.054g/L时污泥沉降速率最快，最终污泥体积为84.5％，粘度值最低，为84.5mpa·s. 加入超声l0s作用后，最佳絮凝剂投加量为0.027g/L, 且最终污泥体积比单独投加0.054g/L时减小4％，粘度值降低14.8％。超声波与絮凝剂的联用可以改善污泥脱水性能和沉降性能，减小絮凝剂的量达一半以上。水性大大提高，大幅度减少污泥量。Bien等[4]在消化污泥中加入3mg/g d.m有机絮凝剂后超声预处理15s，提高了污泥浓缩程度，较未预处理污泥体积减少50%，认为超声场改变絮凝剂内部分子结构，促进了絮凝剂作用效果。

　　据《剩余污泥的超声破解与影响因素程度分析》表明，采用超声波技术破解污泥絮体及污泥微生物细胞，使固体性有机物与胞内物质变为溶解性有机物（SCOD）。SCOD溶出率随超声作用时间、声强及声能密度的增加而增加，在一定声强下，SCOD溶出率随时间延长呈线性增长趋势，即污泥破解反应遵从一级反应动力学规律。VSS的变化规律同SCOD溶出率的变化规律相似。来，加快细胞水解过程，将厌氧消化时间大大缩短。Tiehm等人[4]用41kHz~3217 kHz超声波处理污泥30~120 min后厌氧发酵，结果显示，厌氧发酵时间从22 d降到8d，而且挥发性有机物的去除率从45.8%提高到50.3%，同时CH4的产率提高2.2倍。Bougrier等[4]用20 kHz超声波对污泥预处理后厌氧消化，超声波输入能量从660kJ/kg TS~14547 kJ/kg TS，生物气产量较对照至少提高25%。

　　《低强度超声波辐射对污泥生物活性的影响机制》研究表明，通过测定超声辐射前后污泥性质的变化,不同处理方式对污泥活性影响以及自由基清除剂NaHCO3加入对超声作用效果影响,初步探讨了低强度超声波辐射对污泥生物活性的影响机制.研究结果表明,低强度超声辐射的机械作用和空化作用,使污泥絮体破碎,强化了固-液对氧的传质,提高了酶活性以及增加了溶液中可利用基质,从而强化了污泥的生物活性；不过,超声辐射同时也产生大量自由基,会对污泥生物活性产生抑制或破坏.因此,低强度超声辐射对污泥活性影响是促进效应和抑制效应共同作用的综合表现.

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