Aplicación de tecnología ultrasónica en el tratamiento de lodos

Con el aumento de la población y el énfasis creciente en la protección del medio ambiente, las plantas de tratamiento de aguas residuales están aumentando rápidamente, y la cantidad de lodo generado también aumenta día a día. El lodo producido por las aguas residuales industriales y el tratamiento de aguas residuales domésticas tiene un contenido de humedad cercano al 98%, es fácil de pudrir, tiene un fuerte olor y también contiene una variedad de contaminantes. El costo del tratamiento de este tipo de lodo es muy alto. Según la tecnología de tratamiento existente, generalmente representa el 15% ~ 30% del costo total de operación de las plantas de tratamiento de aguas residuales y el 10% ~ 25% de la inversión total. Como resultado, algunas plantas de tratamiento de aguas residuales descargan el lodo directamente, lo que representa una seria amenaza para el medio ambiente ecológico. Por lo tanto, desarrollar una nueva tecnología de pretratamiento, mejorar la tasa de deshidratación de lodo y promover el tratamiento biológico posterior se convierten en la clave para resolver el problema del lodo.El pretratamiento ultrasónico del exceso de lodo puede cambiar las propiedades del lodo y mejorar la estabilidad del lodo, mejorando así el rendimiento de deshidratación de lodo y promoviendo el lodo para absorber nitrógeno y fósforo para lograr el reciclaje del lodo.

1. El ultrasonido puede cambiar la estructura del lodo y mejorar la actividad del lodo.

Los ultrasonidos pueden cambiar la estructura de los flóculos de lodo, liberar sustancias intracelulares y aumentar la degradabilidad del lodo. Cao Xiuqin y otros estudiaron el grado de descomposición celular por ultrasonidos. Los resultados mostraron que las propiedades del lodo cambiaron después del tratamiento ultrasónico con una densidad de energía acústica de 0.5 W / mL. Los flóculos de lodo se descompusieron, se liberaron sustancias intracelulares y la demanda de oxígeno químico disuelto (SCOD), N y P en el sobrenadante de lodo aumentó significativamente. Al mismo tiempo, también se observaron liberaciones intracelulares. La calidad tiene un buen rendimiento de degradación bioquímica. Además, la combinación de ultrasonidos y álcalis puede destruir aún más la estructura flócula del lodo y hacer que las sustancias extracelulares y extracelulares del lodo entren en la fase acuosa, logrando así mejores resultados que el uso de ultrasonidos solo. El efecto de los ultrasonidos en la actividad del lodo está relacionado con el tiempo de irradiación de los ultrasonidos. En la irradiación ultrasónica a corto plazo del lodo, el esfuerzo cortante mecánico causado por ultrasonidos causó un ligero daño a las células, lo que resultó en el efecto defensivo intrínseco de las células mismas. Mostró que la secreción de enzimas aumentó y la proliferación de células se aceleró, por lo que aumentó la actividad metabólica de los microorganismos. La actividad del lodo alcanzó el máximo después de 8 horas de irradiación ultrasónica, y disminuyó gradualmente al nivel de control después de 24 horas.

2. Ultrasónico puede mejorar la estabilidad del lodo

El lodo no tratado es muy inestable y se producirán cambios en los aspectos físicos y químicos durante el proceso de almacenamiento. Las bacterias y las algas se multiplican rápidamente, y el lodo flota y se vuelve negro. Los ultrasonidos de alta intensidad pueden matar bacterias en el lodo, eliminar virus, descomponer sustancias productoras de olores, eliminando así la fuente de olor, matando algas, eliminando sólidos en suspensión y mejorando la solubilidad de la DQO. En comparación con la desinfección química, no solo puede evitar el efecto de acumulación química, sino que también mejora la estabilidad del lodo durante mucho tiempo y puede prevenir eficazmente la propagación de agentes patógenos. Jean (2000) de Taiwán, China, cree que hay un umbral entre 0.11 W / mL y 0.33 W / mL, más allá del cual los ultrasonidos pueden descomponer las bacterias y transformar una parte considerable de la DQO sólida en estado disuelto. J ean encontró que bajo una densidad de energía acústica de 0.33 W / mL, después de 40 minutos de tratamiento ultrasónico, las bacterias heterotróficas y Escherichia coli disminuyeron en un 82% y 99%, respectivamente, y la DQO soluble aumentó en 12 veces después de 1 hora, mientras que bajo 0.11 W / mL de densidad de energía acústica, el tiempo de acción fue más corto y los cambios de bacterias heterotróficas y Escherichia coli no fueron significativos, solo en 1 hora. La DQO soluble se mantuvo casi sin cambios independientemente de la duración de la acción. Chu (2001) en Taiwán, China, descubrió que después de 1 hora de densidad de energía ultrasónica de 0.11 W / mL, las bacterias heterotróficas y Escherichia coli disminuyeron en un 30%, 59%, 40% y 64% respectivamente, y después de 20 minutos, heterotróficas Las bacterias y Escherichia coli disminuyeron en un 56% y 97%, respectivamente, cuando la densidad de energía acústica fue de 0,33 W / ml. Al mismo tiempo, también investigaron la materia orgánica liberada por la descomposición bacteriana. DBO / DQO = 0,66 en el lodo original, y SCOD / TCOD fue inferior al 1%. Cuando la densidad de energía acústica fue de 0.11 W / mL, la SCOD aumentó 40 veces después de 2 horas de tratamiento ultrasónico, y la DBO / DQO estuvo entre 0.66 y 0.8, lo que indica que la mayor parte de la DQO liberada por descomposición bacteriana era biodegradable.

3. El ultrasonido puede cambiar la reología del lodo y mejorar el rendimiento de deshidratación del lodo

Los ultrasonidos pueden cambiar la reología del lodo, y su grado de influencia está relacionado con la condición ultrasónica. La baja densidad de energía acústica y el tratamiento ultrasónico de corta duración pueden reducir la resistencia específica del lodo y mejorar la reología y el rendimiento de deshidratación del lodo. Sin embargo, la alta densidad de energía acústica y el tratamiento a largo plazo pueden aumentar la resistencia específica del lodo y empeorar las propiedades reológicas. La propiedad reológica del lodo refleja el rendimiento de deshidratación del lodo. El cambio de propiedad reológica proporciona una manera conveniente de aumentar la tasa de deshidratación de lodos. El tamaño de partícula del lodo tratado con alta resistencia y corto tiempo es de aproximadamente 80 micras. Se mejora el rendimiento de deshidratación de los lodos y la precipitación es buena.

Un menor tiempo de tratamiento ultrasónico con menor intensidad de sonido (menos de 600 W / m2) es beneficioso para reducir el contenido de agua ligada del lodo y promover la deshidratación del lodo, pero el efecto de aumentar la intensidad del sonido y prolongar el tiempo de tratamiento empeora; la frecuencia ultrasónica es de 20 kHz, la intensidad del sonido promedio es de aproximadamente 400 W / m2, y el tratamiento ultrasónico durante 2-4 minutos puede hacer que el contenido de agua ligada del lodo contenga. El contenido de agua disminuyó de 16,7 g / g de base seca a menos de 2,0 g / g de base seca. El tratamiento ultrasónico como Yin Huan reduce en gran medida el contenido de agua ligada del lodo, mejora la capacidad de deshidratación del lodo, aumenta el contenido de lodo en un 5% ~ 10% y finalmente reduce el volumen del lodo.

El experimento de filtración a presión de placa y marco de lodo se llevó a cabo utilizando ultrasonidos combinados con floculante para tratar el lodo. Los resultados muestran que el ultrasonido puede reducir el contenido de agua del lodo de casi 98% a 81%, el volumen del lodo al primer 1/10, la intensidad del ultrasonido es 410 W / m2, la condición de tratamiento del ultrasonido durante 2.5 minutos es mejor, y el uso de floculante es de 0,7% de base seca. Reducir a 0.6% de base seca. Yang Jinmei y col. mostró que el contenido de agua de la torta del filtro disminuyó un 2,9% después de 7 segundos de tratamiento ultrasónico, la viscosidad y la resistencia específica disminuyeron un 29,4% y 24,2% respectivamente a los 10 segundos de tratamiento ultrasónico, y la velocidad de sedimentación de lodos después de 15 segundos fue 3,7 veces mayor que la del original lodo. La combinación de ultrasonidos y floculantes podría mejorar el rendimiento de la deshidratación y sedimentación de lodos y reducir el floculante. Más de la mitad.

4. El ultrasonido puede promover el aumento de nitrógeno y fósforo en el lodo, lo que conduce al reciclaje de lodo.

Cao Xiuqin y Chen Wangjun del Instituto de Ingeniería Arquitectónica de Beijing han demostrado que con la prolongación del tiempo de tratamiento ultrasónico, el contenido de nitrógeno orgánico en el líquido transparente de lodo aumenta rápidamente. La razón es que la fuerza de corte producida por la cavitación ultrasónica rompe las células y libera proteínas y aminoácidos en las células. El contenido de nitrógeno amoniacal y nitrato de nitrógeno aumenta con la extensión del tiempo ultrasónico, que se debe a la conversión de parte de nitrógeno orgánico en nitrógeno amoniacal y nitrógeno nitrato por cavitación ultrasónica. También se encontró que el contenido de compuestos de fósforo y nitrógeno en el lodo cambió de manera similar bajo la acción de los ultrasonidos. El aumento del contenido de nitrógeno y fósforo es beneficioso para el reciclaje de lodos. En comparación con los suelos formados naturalmente, los suelos urbanos tienen menor contenido de materia orgánica y menor contenido de nutrientes disponible. El lodo tratado por ultrasonidos se puede utilizar para aumentar la fertilidad de las tierras de cultivo, la silvicultura y los pastos. Según la literatura, un año después de que el lodo se aplicó a la superficie del suelo, el contenido de nitrógeno total, nitrógeno disponible y fósforo total en 20 cm de la superficie del suelo aumentó significativamente, y la densidad aparente, la capacidad de retención de agua y la porosidad del suelo también mejoró en cierta medida. Si el lodo de aguas residuales tratado con ondas ultrasónicas se puede utilizar para mejorar la tierra árida, semiárida, salina-alcalina, el páramo minero o el área desértica, será una medida para proteger la ecología y beneficiar a la era contemporánea.

5. Conclusión

El uso de tecnología ultrasónica para tratar lodos es propicio para la reducción de lodos, la inocuidad y la utilización de recursos, y tiene una gran importancia social, ambiental y económica. El tratamiento ultrasónico de baja frecuencia y dosis bajas de lodo puede mejorar la actividad del lodo, cambiar la estructura de los flóculos de lodo, liberar el agua ligada de las micelas microbianas de lodo y mejorar el rendimiento de deshidratación del lodo; Los ultrasonidos de alta intensidad pueden matar las bacterias en el lodo, eliminar virus y mejorar la solubilidad de la DQO. En la actualidad, la investigación nacional y extranjera sobre la reducción de lodos ultrasónicos radica principalmente en la influencia de las condiciones ultrasónicas en la promoción de la reducción de lodos anaeróbicos y aeróbicos, y la influencia de los ultrasonidos en las propiedades físicas, químicas y biológicas de los lodos.