تطبيق تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية في علاج الحمأة

مع زيادة عدد السكان والتركيز المتزايد على حماية البيئة ، تزداد محطات معالجة مياه الصرف الصحي بسرعة ، كما أن كمية الحمأة الناتجة تتزايد يومًا بعد يوم. الحمأة التي تنتجها مياه الصرف الصناعي ومعالجة مياه الصرف الصحي المنزلية بها نسبة رطوبة تصل إلى 98٪ ، وهي سهلة التعفن ، ولها رائحة قوية ، وتحتوي أيضًا على مجموعة متنوعة من الملوثات. تكلفة العلاج لهذا النوع من الحمأة عالية جدا. وفقًا لتقنية المعالجة الحالية ، فهي تمثل عمومًا 15٪ إلى 30٪ من إجمالي تكاليف تشغيل محطات معالجة مياه الصرف الصحي و 10٪ إلى 25٪ من إجمالي الاستثمار. نتيجة لذلك ، تقوم بعض محطات معالجة مياه الصرف الصحي بتصريف الحمأة مباشرةً ، مما يشكل تهديدًا خطيرًا للبيئة الإيكولوجية. لذلك ، فإن تطوير تقنية جديدة للمعالجة ، وتحسين معدل نزح الحمأة وتعزيز المعالجة البيولوجية اللاحقة ، أصبح مفتاح حل مشكلة الحمأة.يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية للحمأة الزائدة تغيير خصائص الحمأة وتحسين استقرار الحمأة ، وبالتالي تحسين أداء نزح الحمأة ، وتعزيز الحمأة لامتصاص النيتروجين والفوسفور من أجل تحقيق إعادة تدوير الحمأة.

1. بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تغير هيكل الحمأة وتحسين نشاط الحمأة.

يمكن للموجات فوق الصوتية تغيير هيكل flocs flodes ، وإطلاق المواد داخل الخلايا ، وزيادة قابلية تحلل الحمأة. درس تساو شيوى تشين وآخرون درجة تحلل الخلايا بالموجات فوق الصوتية. وأظهرت النتائج أن خصائص الحمأة تغيرت بعد العلاج بالموجات فوق الصوتية مع كثافة الطاقة الصوتية من 0.5 W / مل. تم تحلل قشور الحمأة ، وتم إطلاق مواد داخل الخلايا ، وزاد الطلب على الأكسجين الكيميائي الذائب (SCOD) ، و N و P في طاف الحمأة بشكل كبير. في الوقت نفسه ، لوحظت أيضا إطلاقات داخل الخلايا. الجودة لديها أداء تحلل كيميائي جيد. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي الجمع بين الموجات فوق الصوتية والقلوية إلى تدمير بنية تدفق الحمأة وجعل المواد الحمضية خارج الخلية والخروج منها تدخل مرحلة الماء ، وبالتالي تحقيق نتائج أفضل من استخدام الموجات فوق الصوتية وحدها. يرتبط تأثير الموجات فوق الصوتية على نشاط الحمأة بوقت تشعيع الموجات فوق الصوتية. في تشعيع الحمأة بالموجات فوق الصوتية على المدى القصير ، تسبب إجهاد القص الميكانيكي الناتج عن الموجات فوق الصوتية في أضرار طفيفة للخلايا ، مما أدى إلى تأثير دفاعي جوهري للخلايا نفسها. لقد أظهر أن إفراز الإنزيمات زاد وتكاثر الخلايا تسارع ، وبالتالي زاد نشاط التمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة. وصل نشاط الحمأة إلى الحد الأقصى بعد 8 ساعات من التشعيع بالموجات فوق الصوتية ، وانخفض تدريجيًا إلى مستوى التحكم بعد 24 ساعة.

2. بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تحسن الاستقرار الحمأة

الحمأة غير المعالجة غير مستقرة للغاية ، وسوف تحدث تغييرات في الجوانب الفيزيائية والكيميائية أثناء عملية التخزين. تتكاثر البكتيريا والطحالب بسرعة ، وتطفو الحمأة وتتحول إلى اللون الأسود. بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة يمكن أن تقتل البكتيريا في الحمأة ، والقضاء على الفيروسات ، وتتحلل المواد المنتجة للرائحة ، وبالتالي القضاء على مصدر الرائحة ، وقتل الطحالب ، والقضاء على المواد الصلبة العالقة وتحسين قابلية ذوبان الكود. مقارنة بالتطهير الكيميائي ، فإنه لا يمكن فقط تجنب تأثير تراكم المواد الكيميائية ، ولكن أيضًا تحسين ثبات الحمأة لفترة طويلة ، ويمكن أن يمنع انتشار مسببات الأمراض بشكل فعال. يعتقد جان (2000) من تايوان ، الصين ، أن هناك عتبة تتراوح بين 0.11 واط / مل و 0.33 واط / مل ، والتي بعدها يمكن للموجات فوق الصوتية أن تتحلل البكتيريا وتحول جزءًا كبيرًا من الكود الصلب إلى حالة مذابة. وجد J ean أنه تحت 0.33 واط / مل من كثافة الطاقة الصوتية ، وبعد 40 دقيقة من العلاج بالموجات فوق الصوتية ، انخفضت البكتيريا غير المتجانسة والكوليرا الإشريكية بنسبة 82 ٪ و 99 ٪ على التوالي ، وزاد COD الذائب بنسبة 12 مرة بعد 1 ساعة ، بينما تحت 0.11 واط / مل كثافة الطاقة الصوتية ، كان وقت العمل أقصر ، وكانت التغييرات من البكتيريا غير المتجانسة والكوليرا الإشريكية ليست كبيرة ، فقط في غضون ساعة واحدة. ظل COD القابل للذوبان بدون تغيير تقريبًا بغض النظر عن مدة الإجراء. وجد Chu (2001) في تايوان ، الصين ، أنه بعد ساعة واحدة من كثافة الطاقة بالموجات فوق الصوتية البالغة 0.11 واط / مل ، انخفضت البكتيريا غير المتجانسة والكوليرا الإشريكية بنسبة 30 ٪ و 59 ٪ و 40 ٪ و 64 ٪ على التوالي ، وبعد 20 دقيقة ، انخفضت البكتيريا والإشريكية القولونية بنسبة 56 ٪ و 97 ٪ ، على التوالي ، عندما كانت كثافة الطاقة الصوتية 0.33 واط / مل. في الوقت نفسه ، قاموا أيضًا بالتحقيق في المادة العضوية الصادرة عن التحلل البكتيري. BOD / COD = 0.66 في الحمأة الأصلية ، وكان SCOD / TCOD أقل من 1 ٪. عندما كانت كثافة الطاقة الصوتية 0.11 واط / مل ، زاد SCOD 40 مرة بعد ساعتين من العلاج بالموجات فوق الصوتية ، وكان BOD / COD ما بين 0.66 و 0.8 ، مما يدل على أن معظم COD صدر عن التحلل البكتيري كان قابل للتحلل.

3. يمكن للموجات فوق الصوتية تغيير ريولوجيا الحمأة وتحسين أداء نزح الحمأة

بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تغير من ريولوجيا الحمأة ، ودرجة تأثيره يرتبط بالحالة بالموجات فوق الصوتية. يمكن أن تقلل كثافة الطاقة الصوتية المنخفضة والعلاج بالموجات فوق الصوتية لفترة قصيرة من المقاومة المحددة للحمأة وتعزز أداء الريولوجيا ونزح المياه من الحمأة. ومع ذلك ، يمكن لكثافة الطاقة الصوتية العالية والمعالجة طويلة المدى أن تزيد من المقاومة المحددة للحمأة وتجعل الخصائص الريولوجية أسوأ. وتعكس الخاصية الريولوجية للحمأة أداء نزح الحمأة. يوفر تغيير الخاصية الريولوجية وسيلة ملائمة لزيادة معدل نزح الحمأة. حجم الجسيمات من الحمأة تعامل بقوة عالية ووقت قصير حوالي 80 ميكرون. تم تحسين أداء نزح الحمأة وهطول الأمطار جيد.

الوقت الأقصر للمعالجة بالموجات فوق الصوتية مع انخفاض كثافة الصوت (أقل من 600 واط / م 2) مفيد في تقليل المحتوى المائي المرتبط بالحمأة وتعزيز نزح الحمأة ، لكن تأثير زيادة كثافة الصوت وإطالة وقت المعالجة يصبح أسوأ ؛ التردد فوق الصوتي هو 20 كيلو هرتز ، ومتوسط ​​شدة الصوت حوالي 400 واط / م 2 ، ويمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 2-4 دقائق أن تحتوي على محتوى الماء المرتبط بالحمأة. انخفض محتوى الماء من 16.7 جم / جم قاعدة جافة إلى أقل من 2.0 جم / جم قاعدة جافة. تعمل المعالجة بالموجات فوق الصوتية مثل Yin Huan على تقليل محتوى الماء المرتبط بالحمأة إلى حد كبير ، وتحسين قدرة نزح الحمأة ، وزيادة محتوى الحمأة بنسبة 5 ٪ إلى 10 ٪ ، وأخيرا يقلل من حجم الحمأة.

تم إجراء تجربة ترشيح الضغط للألواح والإطارات باستخدام الموجات فوق الصوتية جنبًا إلى جنب مع الندف لعلاج الحمأة. أظهرت النتائج أن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تقلل من المحتوى المائي للحمأة من حوالي 98 ٪ إلى 81 ٪ ، وحجم الحمأة إلى أول 1/10 ، وكثافة الموجات فوق الصوتية 410 واط / م 2 ، وحالة علاج الموجات فوق الصوتية لمدة 2.5 دقيقة هي أفضل ، واستخدام flocculant هو من 0.7 ٪ قاعدة جافة. خفض إلى 0.6 ٪ قاعدة جافة. يانغ جينمي وآخرون. أظهرت أن المحتوى المائي لعجينة المرشح انخفض بنسبة 2.9 ٪ بعد 7 ثوان من العلاج بالموجات فوق الصوتية ، وانخفضت اللزوجة والمقاومة المحددة بنسبة 29.4 ٪ و 24.2 ٪ على التوالي في 10 ثانية من العلاج بالموجات فوق الصوتية ، وكان معدل ترسيب الحمأة بعد 15 ثانية 3.7 مرة من الأصل الحمأة الناتجة. يمكن أن يؤدي الجمع بين الموجات فوق الصوتية والتدفيق إلى تحسين أداء نزح الحمأة وترسيبها والحد من الندف. اكثر من النصف.

4. بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تعزز زيادة النيتروجين والفوسفور في الحمأة ، مما يؤدي إلى إعادة تدوير الحمأة.

أظهر كل من تساو شيوى تشين وتشن وانججون من معهد بكين للهندسة المعمارية أنه مع إطالة وقت المعالجة بالموجات فوق الصوتية ، يزداد محتوى النيتروجين العضوي في سائل الحمأة الصافية بسرعة. والسبب هو أن قوة القص الناتجة عن التجويف بالموجات فوق الصوتية تكسر الخلايا وتطلق البروتينات والأحماض الأمينية في الخلايا. يزداد محتوى نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النيتروجين مع تمديد الوقت بالموجات فوق الصوتية ، والذي يرجع إلى تحويل جزء من النيتروجين العضوي إلى نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النيتروجين بواسطة التجويف بالموجات فوق الصوتية. وقد وجد أيضًا أن محتوى مركبات الفسفور والنيتروجين في الحمأة يتغير بالمثل تحت تأثير الموجات فوق الصوتية. زيادة محتوى النيتروجين والفوسفور مفيد لإعادة تدوير الحمأة. بالمقارنة مع التربة المشكلة بشكل طبيعي ، تحتوي التربة الحضرية على محتوى عضوي أقل ومحتوى مغذٍ أقل. يمكن استخدام الحمأة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لزيادة خصوبة الأراضي الزراعية والغابات والمراعي. وفقًا للأدبيات ، بعد مرور عام واحد على تطبيق الحمأة على سطح التربة ، زادت محتويات النيتروجين الكلي والنيتروجين المتاح والفوسفور الكلي في 20 سم من سطح التربة بشكل كبير ، وكثافة السائبة ، قدرة الاحتفاظ بالماء كما تحسنت مسامية التربة إلى حد ما. إذا كان من الممكن استخدام حمأة المجاري المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتحسين الأراضي القاحلة أو شبه القاحلة أو الملحية القلوية أو الأراضي القاحلة للمناجم أو الصحراء ، فسيكون ذلك إجراءً لحماية البيئة واستفادة العصر المعاصر.

5. الخلاصة

إن استخدام تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية لعلاج الحمأة يؤدي إلى تقليل الحمأة والضرر واستخدام الموارد ، وله أهمية اجتماعية وبيئية واقتصادية كبيرة. العلاج بالموجات فوق الصوتية منخفضة التردد ومنخفضة الجرعة للحمأة يمكن أن يعزز نشاط الحمأة ، ويغير هيكل flludts flludes ، ويطلق الماء المرتبط من micelles الميكروبية للحمأة ، ويحسن أداء نزح الحمأة ؛ بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة يمكن أن تقتل البكتيريا في الحمأة ، والقضاء على الفيروسات وتحسين قابلية الذوبان من COD. في الوقت الحاضر ، يكمن البحث المحلي والأجنبي في الحد من الحمأة بالموجات فوق الصوتية بشكل رئيسي في تأثير الظروف فوق الصوتية على تعزيز تقليل الحمأة اللاهوائية والهوائية ، وتأثير الموجات فوق الصوتية على الخواص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للحمأة.