中国环境科学２０１４，３４（５）：１ １６６－１ １７２ Ｃｈｉｎａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａ１ Ｓｃｉｅｎｃｅ 超声对净水沉淀污泥絮体特性及对污泥回流效能的影响 邬 艳，杨艳玲 ，李 星，周志伟，苏兆阳，郭 璇（北京工业大学，北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验 室，北京１００１２４） 摘要：为解决污泥嗣流强化混凝技术存在的有毒有害物质积累的问题，取净水沉淀污泥经超声预处理后进行蚓流试验，考察超声作用后净 水沉淀污泥絮体特性的变化及其对回流效能的影响．结果表明：超声作用后污泥溶液的温度升高，絮体粒径减小，长时间作用后粒径可降至 几个ｐ．ｍ，且粒径与声能密度呈现相关性；１，５Ｗ／ｍＬ的超声处理后，絮体Ｚｅｔａ电位降低，比表面积增大，１０，１５Ｗ／ｍＬ的超声处理后絮体Ｚｅｔａ电位 升高，比表面积有所下降；低声能密度（１Ｗ／ｍＬ）超声处理后污泥回流可强化混凝效果，３０ｍｉｎ超声作用后污泥回流的浊度、ｕｖ２５４和ＣＯＤＭ 去除率分别提高了２．７％、２３．１２％和１Ｏ．０２％，长时间高声能密度（１５Ｗ／ｍＬ）超声波处理污泥回流后混凝效果反而恶化．超声技术对污泥回流 后污染物的去除率有一定的提高，但超声时间和声能密度必须很好控制． 关键词：超声作用；污泥回流；絮体特性；比表面积；ＦＩ指数 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—６９２３（２０１４）０５一ｌ１６６—０７ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｏｎ ｆｌｏｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．ＷＵ Ｙａｎ，ＹＡＮＧ Ｙａｎ·ｌｉｎｇ ‘，ＬＩ Ｘｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｚｈｉ—ｗｅｉＳＵ Ｚｈａｏ－ｙａｎｇ，Ｇｕｏ Ｘｕａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ００１２４，Ｃｈｉｎａ）．Ｃｈｉｎａ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２０１４，３４（５）：１１６６－１１７２ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｂｙ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｓｌｕｄｇｅ，ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｗａｓ ｐｒｅ－ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｅ ｔｒａｉｌｓ ｗｅｒｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｐｏｉｓｏｎｏｕｓ ａｎｄ ｐｅｒｎｉｃｉｏｕｓ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｉＯＣＳｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ，ａｎｄ ＳＯ ｗａｓ ｉｔｓ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｏｎｉｃａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｒａｉｓｅｄ ａｎｄ ｆｌｏｃ ｓｉｚｅ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｅｖｅｎ ｃｏｕｌｄ ｄｒｏｐ ｔｏ ａ ｆｅｗ ｍｉｃｒｏｎｓ ａｆｔｅｒ ａ ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ａｎｄ Ｔｈｅ ｆｌｏｃ ｓｉｚｅ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ａ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｙ．ｔ Ｚｅｔａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｌｏｃｓ ｏｆ ｆｐｒｅ—ｓｏｎｉｃａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｈｉｌｅ ｓｐｅｃｉｉｃ ｓｕｒｆｆａｃｅ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｗｉｔｈ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｙ ｏｆ ｔ１ Ｗ／ｍＬ ａｎｄ ５Ｗ／ｍＬ，ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｌｙ Ｚｅｔａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｗａｓ ｒａｉｓｅｄ ａｎｄ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｙ ｏｆ ｔ１ ０Ｗ／ｍＬ ａｎｄ １ ５Ｗ／ｍＬ．Ｔｈｅ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｗａｓ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｙ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｐｒｅ—ｓｏｎｉｃａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈ ａ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｙ（１ｔ Ｗ／ｍＬ）ｗｉｔｈｉｎ ３０ｍｉｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｕｒｂｉｄｉｙ，ＵＶ２ｔ５４ ａｎｄ ＣＯＤＭｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｗａｓ ２．７％， ２３．１２％ａｎｄ １０．０２％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ，ａ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ（１５Ｗ／ｍＬ） ｃｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃｏｕｌｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｍｏｖａｌ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｙ ｍｕｓｔｔ ｂｅ ｗｅｌｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ；ｓｌｕｄｇｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ；ｆｉｏｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｓｐｅｃｉｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ；ｆｆｉｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ 超声技术在去除水中污染物尤其是难降解 出现的污泥质量下降问题，如各种有机污染物、 的污染物方面功效显著．超声空化作用时产生的 重金属元素及有毒物质积累提供新的解决方法． Ｏ、．Ｈ、．ＯＨ自由基和Ｈ２Ｏ２，以及泡核内高温（最 将超声无害化污泥回流强化混凝处理低浊水，一 收稿日期：２０１３－０９—１２ 大可达５０００Ｋ以上）热解反应在一定条件下能有 效降解水中腐植酸，卤代烃和芳香烃类等有机 基金项目：国家自然科学基金项目ｆ５１２７８００５）；￣Ｌ京市自然科学基金 物…，同时能杀菌和消毒［２１．超声波作用于净水沉 项目（８１３２００７）；国家水体污染控制与治理科技重大专项 淀污泥时同样可有效去除污泥中的有机物及病 （２０１２ＺＸ０７４０４—００３）；￣ｇ京工业大学研究生科技基金（ｙｋｊ一２０１２—８７７１） 原体＿ｊｑｊ，这将为污泥回流强化混凝处理低浊水 责任作者，研究员，ｙａｎｇｙａｎｌｉｎｇ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ ５期 邬艳等：超声对净水沉淀污泥絮体特性及对污泥回流效能的影响 １ １６７ 方面提高了颗粒的有效碰撞几率，并增加混凝 ２５ｋＨｚ，电功率为Ｏ～１５００ｗ（可调），钛合金探头直 剂水解产物的絮凝核心，从而提高混凝效果提 径为１８ｍｍ，反应容器为２５０ｍＬ的玻璃容量瓶， 高出水水质 ；另一方面实现了污泥的资源化， 容器上部敞开．试验过程中将１００ｍＬ泥样置于 且解决了污泥回流出现的有害物质在污泥中 ２５０ｍＬ容量瓶中，超声前轻轻摇匀，然后将超声探 富集的问题．但超声作用之后污泥絮体的特性， 头垂直伸入污泥液面１０ｒａｍ下，保持每次位置一 如表面电荷、粒径、比表面积等发生了很大的 致，作用过程中不控制温度． 变化，Ｃｈｕ［６］研究发现，超声作用之后污泥絮体粒 径下降，Ｚｅｔａ电位也有所改变．Ｇｕａｎ［７１等研究发 现，超声波作用于污泥絮体时可以提高污泥中 小颗粒的数量，使得絮体的比表面积整体上升， 吉 头 经超声波作用离散、破碎的絮体回流时，更有利 于原水颗粒间有效碰撞和破碎絮体再絮凝，从 而强化污染物的去除．本文研究不同超声作用 条件下的净水沉淀污泥的粒径、Ｚｅｔａ电位和比 表面积的变化规律，并结合污泥回流后的混凝 信号发 生器 超声换 能器 反应 容器 图１超声试验装置 Ｆｉｇ．１ Ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｕｌｔｒａｏｎｉｃ ｒｅａｃｔｏｒ 效能，进一步明确絮体特性的变化对污泥回流 混凝效能的影响． 回流试验：污泥回流强化混凝试验采用六联 １材料及方法 １．１ 污泥来源 搅拌机（深圳中润，ＺＲ４—６）．混凝程序为：混匀 （３ ５０ｒ／ｍｉｎ，３０ｓ）；混合（３００ｒ／ｍｉｎ，ｌ ｍｉｎ）；快速搅拌 （１２０ｒ／ｍｉｎ，ｌｍｉｎ）；慢速搅拌（５０ｒ／ａｉｒｎ，１５ｍｉｎ）；静沉 净水沉淀污泥取自实验室在线模拟装置，水 ２０ｍｉｎ，试验过程中将污泥回流至混合阶段，再测 样经常规水处理工艺混凝～沉淀一砂滤，原水在混 定上清液浊度、ＣＯＤＭｎ和ＵＶ２５４等指标．静态回 合池中停留时间为２ｍｉｎ，然后经过串联絮凝池， 流试验在预试验优选出的最佳回流比（４％）及最 共分为３级，搅拌速度依次为３５０，２５０，１ ５０ｒ／ｍｉｎ， 佳投药量（ＰＡＣＩ：２０ｍｇ／Ｌ）下进行． 每级停留时间为３ｍｉｎ，模拟工艺以ＰＡＣＩ（聚合氯 １．３检测方法 化铝）为混凝剂，最佳投药量为２０ｍｇ／Ｌ．沉淀污泥 主要性质如表ｌ所示． 表１净水沉淀污泥性质 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ 通过光学显微镜（Ｏｌｙｍｐｕｓ，ＢＸ５ １ ＴＦ，Ｊａｐａｎ） 观察所截取絮体的图像，并通过ＣＣＤ摄像系统对 絮体进行拍照．摄像系统具有１９４４（垂直）× ２９５２（水平）像素，通过长度为１ ｐ．ｍ的标尺进行标 定，计算得每个像素代表实际长度０．６９９￣ｔｍ．然后 通过ｉｍａｇｅ Ｊ图像处理软件对所截取的絮体平均 粒径进行计算． 测定比表面积的预处理方法采用王毅力等Ｌ８Ｊ 介绍的低温急速冷冻一真空干燥机 （１ａｂｃｏｎｏｃｏｆｒｅｅｚｏｎｅ，７７４００３ １。Ａｍｅｒｉｃａｎ）ｑｚ燥，然 后将预处理后的样品用高速自动比表面及孔径 １．２试验方法及装置 超声处理：采用变幅杆式超声波反应器ｆ图 分析仪（ｎｏｖａ２０００，美国）测定． ＳＥＭ图像分析采用ＳＣＤ００５型离子溅射仪 １），反应器主要由信号发生器、超声波换能器、 喷金预处理后，用ＦＥＩ公司Ｑｕａｎｔａ２００型扫描电 超声探头及反应容器组成，超声发生频率为 镜进行拍照． 中国环境科学 ３４卷 Ｚｅｔａ电位采用Ｚｅｔａ电位仪（马尔文２０００，ＵＫ） 加而升高，在声能密度为１Ｗ／ｍＬ及５Ｗ／ｍＬ时， 检测；ｐＨ用ｐＨＳ一３Ｃ测定仪测定：浊度用 污泥介质温度仅发生了几℃的变化，而在高声能 （ＨＡＣＨ２１００Ｎ，ｕｓ）浊度仪测定；ＵＶ２５４采用１ｃｍ比 密度下００，１５Ｗ／ｍＬ）３０ｍｉｎ后温度变化很大撮终 色皿分光光度仪（ＵＶ２６００）来测量，测定前水样先 可达到６９℃． 经０．４５１ａｍ膜过滤；ＣＯＤＭｎ采用酸性高锰酸钾滴 定法测定． 图２也反映出，超声作用后污泥溶液ｐＨ值在 ±Ｏ＿３的范围内波动，ｐＨ值变化不大说明污泥溶 通过光散射分析仪（ＰＤＡ一２０００）监测絮体形 液体系有较大的缓冲能力．由于超声波的空化作 成过程．ＰＤＡ输出信号包括：平均透光强度、脉动 用产生的剪切力破坏了絮凝体结构，导致污泥破 值和Ｒ值． 值也称为絮凝指数ＦＩ，可灵敏地反映 解和有机物质溶出［９１，溶出物质重新水解后使得 悬浮液中颗粒絮凝程度的变化，是反映絮体大小 溶液ｐＨ值发生改变，但由于溶解的成分复杂，ｐＨ 和数量的重要指标．试验过程中，电脑每隔２ｓ记 值变化无明显规律且改变不大，因此ｐＨ值的改 录一次数据． 变对后续污泥回流试验影响不大． ２．２超声作用对絮体特性的影响 ２－２＿１ 平均粒径的变化 图３所示为超声作用 前后污泥絮体粒径的变化，超声作用后簇状结构 ２结果与讨论 ２．１ 超声作用对污泥温度和ｐＨ值的影响 絮体变得松散，相应地絮体粒径有所下降．污泥絮 体的初始粒径为５１．０３￣ｍａ，粒径随超声时间的增 加不断减小，在声能密度为１Ｗ／ｍＬ时絮体尺寸 改变不大，而在声能密度为１５Ｗ／ｍＬ作用３０ｍｉｎ 后，下降７０％以上，最终粒径降为几个 ｍ，说明达 到一定声能密度时，絮体结构充分瓦解，而在低声 能密度 超声时间（ｍｉｎ） 图３超声作用对污泥絮体粒径的影响 Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｏｎ ｆｌｏｃ ｓｉｚｅ 图２超声作用对污泥温度和ｐＨ值的影响 Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｏｉ１ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐＨ 下絮体结构只是轻微被破坏［１０１．在超声作用 的前５ｍｉｎ中污泥絮体粒径变化较大，之后粒径随 不同声能密度下超声 超声作用后污泥溶液温度变化较大，污泥介 时间的变化曲线逐渐平缓．质的声吸收特性使得超声能量传入后部分转化 时间对粒径的影响规律相似．而在相同作用时问 粒径随声能密度的增大均匀下降，对５个时间 为热能，污泥溶液温度升高．如图２所示，温度随超 点，声时间的延长不断升高，同时也随声能密度的增 点下粒径与声能密度作线性相关，得到粒径与声 ５期 邬艳等：超声对净水沉淀污泥絮体特性及对污泥回流效能的影响 １ １６９ Ｏ ９ Ｏ ５ ９ ８ Ｏ ５ ８ ７ 能密度的相关系数依次为０．９７０、０．９９５、０．９９６、 低，由此可初步假设，比表面积在一定范围内随声 ０．９８６和０．９３１，Ｆｅｎｇ［¨１和Ｎａ［ 】在研究超声作用对 能密度的增大而增加，但超过这一范围，声能密度 Ｏ ５ 活性污泥特性影响时也得出两者具有相关性的 增大反而会出现反效果．超声作用对絮体比表面 结论． 积的影响可由公式推导加以说明： ２．２．２ Ｚｅｔａ电位的变化 由图４可知，声能密度 为１Ｗ／ｍＬ，５Ｗ／ｍＬ的超声波作用后，污泥絮体的 Ｚｅｔａ电位随超声时间延长而降低，５Ｗ／ｍＬ的超声 波作用３０ｒａｉｎ后污泥絮体的Ｚｅｔａ电位降低了 ｇ １．５５ｍＶ，由于胶体颗粒表面各向异性且吸附电荷 的能量各不相同，一部分颗粒表面带 旧 蔓 有较多电荷，而另一部分带电荷较少，超声作 用后破碎后絮体由于电荷重新分配或转移，使得 破碎后絮体表面电荷更均匀【ｌ ，整体表面电荷下 降．而声能密度为１０Ｗ／ｍＬ，１５Ｗ／ｍＬ的超声波作 用后，污泥絮体的Ｚｅｔａ电位在２ｍｉｎ处出现降低 后，开始随时问延长而升高，ｌ５Ｗ／ｍｌ的超声波作 用３０ｍｉｎ后污泥絮体Ｚｅｔａ电位升高了２．１７ｍＶ， 絮体比表面积 可以表示为 超声时间（ｍｉｎ） 图５超声作用对污泥絮体比表面积的影响 Ｆｉｇ．５ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｏｎ ｓｌｕｄｇｅ ｆｌｏｃ ｓｐｅｃｉｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｆ这可能是由于一定时间的高声能密度超声作用 后温度效应显著，溶液温度大幅上升对铝盐及聚 ｔＯｔａ１ ｎＳｐａｒｔ ｒ２、 ｔｏｔａｌ 合铝离子浓度变化影响较大，高温促进了铝盐混 式中： 为比表面积， 。 ｌ为絮体总表面积， １为 凝剂的水解，溶液中正离子浓度增大，同时胶体水 絮体总质量， 为单个絮体表面积，ｎ为絮体个 化膜效应大大减小，有利于未絮凝胶体颗粒重新 数．假设干燥絮体为球形，则单个絮体表面积 结合，最终污泥Ｚｅｔａ电位升高． ａｎ＝４ｋｘｒ ｐａｎ （３） 式中： 为絮体表面粗糙系数， 矾为单个絮体半 径．絮体个数，２可表示如下 ｍｔｏｕｄ（４１ 邑 ， ｐａｎ Ｉ／ｐ矾ｐ ４ｎｒＪｐｍｐ 式中： 。 和Ｖｐａｒｔ为单个絮体质量的质量和体积， ｔ９为絮体密度．则絮体比表面积 为 ４ｋｘｒ２ｐａｒｔ￣３ｍｔｏｔａ１Ｓ：．４ｎｒ ｐａｒｔＰ。 ｔ 超声时间（ｍｉｎ） （５ ｒｅａｐ 图４超声作用对污泥絮体Ｚｅｔａ电位的影响 Ｆｉｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｏｎ Ｚｅｔａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｐｒｅ—ｓｏｎｉｃａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｆｌｏｃｓ 根据公式（５）可知，比表面积与絮体表面粗糙 程度和粒径有关，其与表面粗糙度成正比而与粒 径成反比，且两者对比表面积贡献度一样．张光明 等［１４】认为，～定声能密度的超声波通过含有微小 ２．２．３ 比表面积的变化 由图５可见，絮体经 颗粒的流体介质时，颗粒会与介质一起振动，由于 颗粒将相互碰 １Ｗ／ｍｌ的超声波处理后比表面积逐渐增大，经 不同颗粒具有不同的振动速度，５Ｗ／ｍｌ，１０Ｗ／ｍｌ，１５Ｗ／ｍｌ的超声波处理２ｍｉｎ达到 撞、粘合．图６（ｂ）所示与上述研究相符，低声能密 微小污泥絮体与较大絮体碰撞、 最大值后，一直降低，最终降至原污泥大小甚至更 度超声作用下，５期 邬艳等：超声对净水沉淀污泥絮体特性及对污泥回流效能的影响 论一致，因此将净水沉淀污泥进行低声能密度超 之间的碰撞结合机会，有机物去除率下降；污泥絮 声处理后再回流有利于提高混凝效能．但在长时 体也会变得非常细小，沉降性能变差，大量的细小 间高声能密度作用下絮体结构被破坏，原来被吸 污泥絮体来不及与脱稳颗粒充分接触或沉淀，浊 附的有机物释放出来；同时吸附性能因为表面结 度去除率也降低，因此高声能密度超声处理污泥 构严重被破坏而大大降低，减小了其与脱稳颗粒 回流后混凝效能反而下降． 一 一Ｈ ４ ２ Ｏ ０ ２００ ４００ ６００ ８００ １０００ １２００ 时间（ｓ） ９０ ８５ ８０ 槲 銎７０ ６５ ６０ ５５ ５０ （ｍｉｎ） 图７污泥回流效能 Ｆｉｇ．７ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ 图ａ，ｂ中，从上到下依次为回流３０，２０，１０，５，２，０ｍｉｎ，无回流 ３＿２超声时间越长絮体粒径越小，且到达一定超 声时间时继续处理颗粒粒径变化很小，声能密度对 经高声能密度超声处理后絮体 ３．１ 高声能密度的超声场产生的热效应明显， 絮体粒径影响很大，污泥溶液温度大幅上升，而低声能密度下温度几 粒径降至几个ｇｍ，絮体粒径与声能密度呈线性相 Ｚｅｔａ电位的改变也主要受声能密度的影响，在 乎不改变；超声作用后污泥溶液ｐＨ值变化不大． 关．３结论 １１７２ 中国环境科学 ３４卷 低声能密度超声作用下Ｚｅｔａ电位降低，在高声能密 度下Ｚｅｔａ电位升高，超声前后Ｚｅｔａ电位总体变化不 （７】大，对回流影响较小．１氐声能密度的超声波能促进 增大，高声能密度的超声波破坏絮体表面结构，絮 体表面粗糙度降低，比表面积减小． ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ唧．ＷａｔｅｒＲｅｓｅａｒｃｈ，２００１，３５（４）：１０３８—１０４６． Ｇｕａｎ Ｘ Ｈ，Ｃｈｅｒｔ Ｇ Ｈ，Ｓｈａｎｇ Ｃ．Ｒｅ—ｕｓｅ ｏｆｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｏｒｋｓ ｓｌｕｄｇｅ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ ｓｅｗａｇｅ［Ｊ１ｌ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００５（３９）：３４３３ ３４４０． 污泥颗粒间的聚集，絮体表面褶皱增加，比表面积 ［８】王毅力．聚合氯化铝腐殖酸（ＰＡＣＩ—ＨＡ）絮体的物理与分形特征 研究【Ｊ］．环境科学学报，２００６，２７（１ １）：２２３９—２２４６． 【９】薛玉伟．超声功率对超声破解污泥的影响『Ｊ］化工学报， ２００７，５８（４）：１０３８—１０４１． ３．３长时间低声能密度的超声处理后污泥回流 有利于形成粒径及强度较大的絮体，最终絮凝效 果也相对较好．经声能密度为１Ｗ／ｍＬ的超声处 ＣＯＤＭ 去除率分别提高了２．７％、２３．１２％和 １０．０２％，絮体粒径的适当减小和比表面积的增大 为污泥回流创造了有利条件． 参考文献： ［１】Ｋｅｉｄｉｎｇ Ｋ，ＮｉｅｌｓｅｎＰ Ｈ＿Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ［１０】Ｂｏｕｇｒｉｅｒ Ｃ，Ｃａｒｒｅｒｅ Ｈ，Ｄｅｌｇｅｎｅｓ Ｊ Ｐ．Ｓｏｌｕｂｉｌｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ— ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｂｙ ｕｌｒｔａｓｏｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ】．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊ．，２００５， １０６（２）：１６３—１６９． 理３０ｍｉｎ后污泥回流后出水浊度、ｕＶ２５４和 ［１ １］Ｆａｎｇ Ｘ，Ｌｅｉ Ｈ Ｙ，Ｄｅｎｇ Ｊ Ｃ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｗａｓｔｅ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅｔｒｅａｔｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｌｌｙ［ＪＪ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｎｄ ａＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００９，（４８）：１８７—１９４． ［１２］Ｎａ Ｓ，Ｋｉｍ Ｙ Ｕ，Ｋｈｉｍ Ｊ．Ｐｈｙｓｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｄｉｇｅｓｔｅｄ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒｔｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ１．Ｕｌｔｒａｓｏｎ．Ｓｏｎｏｃｈｅｍ．， ２００７，１４（３）：２８１—２８５． ［１３］俞文正，杨艳玲，卢 伟，等－１氐温条件下絮体破碎再絮凝去除水 中颗粒物的研究［Ｊ］．环境科学学报，２００９，２９（４）：７９１—７９６． 【ｌ４】张光明，常爱敏，张盼月超声波水处理技术【Ｍ］．北京：中国建 筑工业出版社，２００６：１４６—１４７． ［１５］李星，李虹，李圭白．一种研究絮凝过程的新方法透光脉动 ｆｒｏｍ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ：ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ［ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｌ９９７，３１（７）：１６６５—１６７２． ［２］Ｉｎｏｕｅ Ｍ，Ｕｇａ Ｓ，Ｏｄａ Ｔ，ｅｔ ａｌ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｐｈｙ ｓｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｏｏｃｙｓｔｓ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ 检测技术［Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００５：７５—７６． ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００６，（４０）：８８１—８８６． 【３】ＪＥＡＮ Ｄ Ｓ．Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ ｌｅｖｅｌ ｉｎ ｓｅｗ—ａｇｅ ｆ１６］刘继平．污泥回流法处理低温低浊水的试验研究【Ｊ Ｊｌ中国给 水排水，１９９５，（１）：１２—１５． ［１７］邬艳，杨艳玲，李星，等三种常见混凝机理下絮体特性研究 ｓｌｕｄｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐＨ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ】．Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，４２（９）：９７—１０２． ［４］Ｈｕａ Ｉ，Ｔｈｏｍｐｓｏｎ Ｊ Ｅ．Ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｂｙ ［Ｊ Ｊｌ中国环境科学，２０１３，３３（１１）：１７７９—１７８４． 【１ ８］Ｋｏｂａｙａｓｈｉ Ｍ，Ａｄａｃｈｉ Ｙ，Ｏｏｉ Ｓ．Ｂｒｅａｋ ｕｐ ｏｆ Ｆｒａｃｔａｌ Ｆｌｏｃｓ ｉｎ ａ ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｕｌｔｒｓｏｎｉａｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２０００２，３４：３８８８—３８９３． ＴｕｒｂｕｌｅｎｔＦｌｏｗ【Ｊ】．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１９９９，（１５）：４３５卜４３５６． ［５］Ｑｉ Ｌ，Ｌｉａｎｇ｝ｌ＇Ｗａｎｇ Ｙ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｈ ｔｈｔｅ ｒｅａｓｅ ｏｆＰＡＣＩ ｎｄ ａａｌｕｍ ｓｌｕｄｇｅ（ＰＯＡＳ）ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ】．Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ，２００９，２４９：４４０－４４４． ［６］Ｃｈｕ Ｃ Ｐ．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｕｌＷａｓｏｎｉｃａｌｌｙ ｔｒｅａｔｅｄ ｗａｓｔｅ 作者简介：邬￣（１９８９一），女，江西萍乡人，北京工业大学硕士研究 生，主要从事饮用水安全研究． 《中国环境科学》被Ｅｉ收录 根据Ｅｉ总部２０１３年颁布的期刊收录情况，《中国环境科学》已被Ｅｉ数据库作为源期刊收录，详见 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈｉｎａｅｉｄａｔａ．ｃｏｍ／ｐｅｒｉｏｄｉｃａ１．ｈｔｍ 《中国环境科学》编辑部 ２Ｏ１３一Ｏ３—１４
