近年來(lái)，隨著(zhù)水處理技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的造紙企業(yè)采用較為先進(jìn)的生物法污水處理工藝來(lái)降低COD，使得造紙生化污泥量占總污泥量的比例越來(lái)越高，初沉污泥比例下降，二沉污泥（生化污泥）比例大幅度提高。生化污泥量的增加造成常規機械脫水設備對最終污泥池的污泥脫水難度提高，超聲波技術(shù)在污泥減量化方面的應用將會(huì )改善生化污泥處理難度大的問(wèn)題。
1 生化污泥的性能特點(diǎn)及減量要求
活性污泥法污水處理技術(shù)已被廣泛應用，但也存在一些工藝不足,將會(huì )產(chǎn)生大量的生化污泥。造紙生化污泥來(lái)自于污水經(jīng)生化處理后的二沉池，主要以微生物尸體及代謝產(chǎn)物為主，含水質(zhì)量分數高、易腐敗變質(zhì)、產(chǎn)生異味，并且含有多種污染物質(zhì)。沉淀池生化污泥濃度一般為2%左右的較低濃度，經(jīng)機械脫水后的含水率仍在80%左右。生化污泥含水率高主要原因是自由水分少、結合水分多；細胞內水均為結合水，常規機械脫水難以去除。
在污泥處理處置領(lǐng)域，污泥含水率是一個(gè)關(guān)鍵指標，含水率越高處理難度越大?，F有高含水率污泥處理的費用較高，經(jīng)濟性差。降低污泥含水率，就需要降低生化污泥的總量。減少污泥量，合理有效利用資源，就迫切需要綠色經(jīng)濟實(shí)用的處理技術(shù)支持，依靠一套先進(jìn)的污泥處理系統，將污泥中含的有機物經(jīng)有效處理后轉變?yōu)橘Y源，達到污泥的無(wú)害處理和資源利用的雙重目的。污泥在無(wú)害處理和資源利用時(shí)，也必將進(jìn)行污泥減量工藝技術(shù)處理。因此，開(kāi)發(fā)新的預處理工藝和設備符合市場(chǎng)實(shí)際需求。污泥減量處理是通過(guò)物理機械、化學(xué)調制、生物介入等措施，通過(guò)降低微生物的產(chǎn)出率和氧化分解作用，減少生物固體量，實(shí)現污泥的減量化處理。
2 超聲污泥破碎實(shí)驗
2.1實(shí)驗目的
(1）驗證超聲波對污泥減量的可行性。
(2）超聲波污泥處理效果。
(3）數據分析，選擇最佳工藝路線(xiàn)。
2.2實(shí)驗方法
(1）實(shí)驗設備：超聲波污泥減量小型實(shí)驗設備（功率5kW，頻率20kHz）。(2）實(shí)驗材料：造紙廠(chǎng)二沉池污泥。(3）實(shí)驗儀器：分析天平、電烘箱、馬弗爐、COD測試設備。
2.3實(shí)驗結果
(1）污泥含水率測定結果為98.86%，有機物含量為55%。
(2）觀(guān)察污泥外觀(guān)變化。
(3）COD、TN、TP化驗結果：污泥經(jīng)10000r/min離心處理5min，取上清液測定COD、TN、TP值。
表1 超聲處理污泥上清液主要組分變化
| 編號 | 超聲處理/min | COD /(mg/l) |
△COD /(mg/l) |
TN /(mg/l) |
△TN /(mg/l) |
TP /(mg/l) |
△TP /(mg/l) |
| 1 | 0 | 281 | 0 | 32.81 | 0 | 7.62 | 0 |
| 2 | 0.5 | 930 | 649 | 99.72 | 66.91 | 10.8 | 3.18 |
| 3 | 1 | 1512 | 1231 | 143.06 | 110.25 | 17.00 | 9.38 |
2.4結果分析
(1）紙廠(chǎng)二沉池污泥含水率測定樣測定結果為98.86%，相比市政污水廠(chǎng)的二沉池污泥數據偏低。
(2）污泥經(jīng)10000r/min離心處理5min，污泥上清液顏色隨超聲時(shí)間的增加逐漸加深；經(jīng)沉淀3h，污泥上清液顏色變化更為明顯。
(3）電鏡圖顯示超聲0.5min污泥顆粒變小，1mim能在顯微鏡圖中找到微生物殘體。
(4）COD、TN、TP測試結果表明：隨超聲污泥處理時(shí)間的增加，上清液COD、TN、TP濃度增加。未超聲污泥離心上清液碳氮磷比例為37∶4∶1；經(jīng)超聲處理0.5min后，離心上清液碳氮磷比例為86∶9∶1；經(jīng)超聲處理1min后，離心上清液碳氮磷比例89∶8∶1，易于微生物吸收降解。
綜上分析：紙廠(chǎng)二沉池污泥的微生物含量高，超聲污泥破壁效果好，部分二沉池污泥通過(guò)超聲波處理后回流至生化池，能實(shí)現較理想的污泥減量效果。
3 超聲波污泥減量化技術(shù)在紙廠(chǎng)的應用
3.1工藝流程設計
根據超聲波工作機理，結合造紙廠(chǎng)二沉池回流污泥的工藝特點(diǎn)，采用在污泥回流管道式施加超聲波工藝，這樣對于污泥量較大的大型紙廠(chǎng)，可多條處理生產(chǎn)線(xiàn)并聯(lián)運行。紙廠(chǎng)二沉池污泥的一部分回流至生化池維持生化系統的微生物濃度，一部分作為剩余污泥經(jīng)污泥脫水后排出系統外。在回流管道上施加超聲波，超聲波將剩余污泥的30%～50%破壁處理，作為營(yíng)養物質(zhì)回流到生化池，被耗氧菌自身內源呼吸氧化分解，通過(guò)逐步增大回流污泥流量，減少外排污泥量，從而徹底減少系統外排污泥總量。
3.2工藝應用原則及優(yōu)勢
超聲波技術(shù)應用優(yōu)勢在于不改變紙廠(chǎng)現有水處理工藝，不額外增加大型設備。
工藝設計可遵循以下幾個(gè)原則：
對紙廠(chǎng)污水廠(chǎng)的改造，應盡可能不影響日常的工藝運行。(2）污泥減量采用環(huán)境友好型的物理方法，不使用污染環(huán)境的化學(xué)藥劑。(3）僅在污泥回流管道上增加超聲波裝置，可隨時(shí)開(kāi)啟或停用超聲波。(4）根據紙廠(chǎng)污水處理實(shí)際運行情況，需考慮在污泥濃縮池后設置超聲波污泥減量及碳源補充系統，處理后的剩余污泥回流到生化處理工藝的生化池，破解的微生物作為補充碳源，增強反硝化脫氮能力，提高總氮去除效果并實(shí)現污泥減量。
4 應用前景及經(jīng)濟社會(huì )效益
我國紙廠(chǎng)每年產(chǎn)生污泥量巨大，如能大幅度減少污泥的產(chǎn)生量，必將減輕當前的環(huán)保壓力，減緩填埋場(chǎng)的壓力，符合經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展走向和企業(yè)實(shí)現治理污染確保環(huán)境安全的長(cháng)遠目標。超聲波污泥減量化系統占地面積小，系統應用過(guò)程中不產(chǎn)生新的污染，改善區域環(huán)境質(zhì)量，可減少污泥處理廠(chǎng)的剩余污泥排放量30%左右。以日處理2萬(wàn)t污水為例，按每天產(chǎn)10t含水率80%的污泥計算，每天可減少污泥排放量3t；同時(shí)，可以節省其相應的污泥處理處置和運輸等費用，經(jīng)濟效益和社會(huì )效益明顯。
