Aplicação da tecnologia ultrassônica no tratamento de lodo

Com o aumento da população e a crescente ênfase na proteção ambiental, as estações de tratamento de esgoto estão aumentando rapidamente, e a quantidade de lodo gerado também está aumentando dia a dia. O lodo produzido pelas águas residuais industriais e pelo tratamento de águas residuais domésticas tem um teor de umidade próximo a 98%, é fácil de apodrecer, possui um odor forte e também contém uma variedade de poluentes. O custo do tratamento desse tipo de lodo é muito alto. De acordo com a tecnologia de tratamento existente, geralmente representa 15% a 30% do custo total de operação das estações de tratamento de esgoto e 10% a 25% do investimento total. Como resultado, algumas estações de tratamento de esgoto descarregam lodo diretamente, o que representa uma séria ameaça ao meio ambiente ecológico. Portanto, o desenvolvimento de uma nova tecnologia de pré-tratamento, a melhoria da taxa de desidratação do lodo e a promoção do tratamento biológico subsequente tornam-se a chave para resolver o problema do lodo.O pré-tratamento ultrassônico do excesso de lodo pode alterar as propriedades do lodo e melhorar a estabilidade do lodo, melhorando assim o desempenho de desidratação do lodo e promovendo o lodo para absorver nitrogênio e fósforo, a fim de realizar a reciclagem do lodo.

1. O ultrassom pode alterar a estrutura do lodo e melhorar a atividade do lodo.

O ultrassom pode alterar a estrutura dos flocos de lodo, liberar substâncias intracelulares e aumentar a degradabilidade do lodo. Cao Xiuqin e outros estudaram o grau de decomposição celular por ultrassom. Os resultados mostraram que as propriedades do lodo foram alteradas após tratamento ultra-sônico com densidade de energia acústica de 0,5 W / mL. Os flocos de lodo foram decompostos, as substâncias intracelulares foram liberadas e a demanda de oxigênio químico dissolvido (SCOD), N e P no sobrenadante do lodo aumentou significativamente. Ao mesmo tempo, liberações intracelulares também foram observadas. A qualidade tem bom desempenho de degradação bioquímica. Além disso, a combinação de ultrassônico e alcalino pode destruir ainda mais a estrutura do floco do lodo e fazer com que as substâncias extracelulares e extracelulares do lodo entrem na fase aquosa, obtendo assim melhores resultados do que o uso isolado do ultrassom. O efeito do ultrassom na atividade do lodo está relacionado ao tempo de irradiação do ultrassom. Na irradiação ultrassônica a curto prazo do lodo, o estresse de cisalhamento mecânico causado pelo ultrassom causou ligeiros danos às células, o que resultou no efeito defensivo intrínseco das próprias células. Mostrou que a secreção de enzimas aumentou e a proliferação de células acelerou, aumentando a atividade metabólica dos microrganismos. A atividade do lodo atingiu o máximo após 8 horas de irradiação ultrassônica e diminuiu gradualmente para o nível de controle após 24 horas.

2. Ultra-sônico pode melhorar a estabilidade do lodo

O lodo não tratado é muito instável, e mudanças nos aspectos físicos e químicos ocorrerão durante o processo de armazenamento. Bactérias e algas se multiplicam rapidamente, e o lodo flutua e fica preto. O ultrassom de alta intensidade pode matar bactérias no lodo, eliminar vírus, decompor substâncias que produzem odor, eliminando assim a fonte de odor, matando algas, eliminando sólidos em suspensão e melhorando a solubilidade do DQO. Comparado com a desinfecção química, ele pode não apenas evitar o efeito de acumulação de produtos químicos, mas também melhorar a estabilidade do lodo por um longo tempo, e pode efetivamente impedir a propagação de patógenos. Jean (2000) de Taiwan, China, acredita que existe um limiar entre 0,11 W / mL e 0,33 W / mL, além do qual o ultrassom pode decompor bactérias e transformar uma parte considerável do COD sólido em estado dissolvido. Jean descobriu que sob densidade de energia acústica de 0,33 W / mL, após 40 minutos de tratamento ultrassônico, as bactérias heterotróficas e Escherichia coli diminuíram 82% e 99%, respectivamente, e a DQO solúvel aumentou 12 vezes após 1 hora, enquanto sob 0,11 W / mL de densidade da energia acústica, o tempo de ação foi menor e as alterações das bactérias heterotróficas e Escherichia coli não foram significativas, apenas em 1 hora. A DQO solúvel permaneceu quase inalterada, independentemente da duração da ação. Chu (2001) em Taiwan, China, descobriu que após 1 hora de densidade de energia ultrassônica de 0,11 W / mL, as bactérias heterotróficas e Escherichia coli diminuíram 30%, 59%, 40% e 64%, respectivamente, e após 20 minutos, heterotróficas bactérias e Escherichia coli diminuíram 56% e 97%, respectivamente, quando a densidade da energia acústica foi de 0,33 W / mL. Ao mesmo tempo, eles também investigaram a matéria orgânica liberada pela decomposição bacteriana. DBO / DQO = 0,66 no lodo original e SCOD / TCOD foi menor que 1%. Quando a densidade de energia acústica foi de 0,11 W / mL, o SCOD aumentou 40 vezes após 2 horas de tratamento ultra-sônico, e o DBO / DQO estava entre 0,66 e 0,8, o que indicou que a maior parte do DQO liberado por decomposição bacteriana era biodegradável.

3. O ultrassom pode alterar a reologia do lodo e melhorar o desempenho de desidratação do lodo

O ultrassom pode alterar a reologia do lodo e seu grau de influência está relacionado à condição ultrassônica. A baixa densidade de energia acústica e o tratamento ultrassônico de curto período de tempo podem reduzir a resistência específica do lodo e melhorar o desempenho de reologia e desidratação do lodo. No entanto, alta densidade de energia acústica e tratamento a longo prazo podem aumentar a resistência específica do lodo e piorar as propriedades reológicas. A propriedade reológica do lodo reflete o desempenho de desidratação do lodo. A alteração da propriedade reológica fornece uma maneira conveniente de aumentar a taxa de desidratação do lodo. O tamanho de partícula do lodo tratado com alta resistência e pouco tempo é de cerca de 80 mícrons. O desempenho de desidratação do lodo é melhorado e a precipitação é boa.

Um tempo mais curto de tratamento ultrassônico com menor intensidade sonora (inferior a 600 W / m2) é benéfico para reduzir o teor de água encadeada do lodo e promover a desidratação do lodo, mas o efeito do aumento da intensidade do som e do prolongamento do tempo de tratamento se torna pior; a frequência ultrassônica é de 20 kHz, a intensidade média do som é de cerca de 400 W / m2, e o tratamento ultrassônico por 2-4 minutos pode fazer com que o conteúdo de água encapsulado do lodo contenha. O teor de água diminuiu de 16,7 g / g de base seca para menos de 2,0 g / g de base seca. O tratamento ultrassônico, como o Yin Huan, reduz bastante o teor de água encadeada do lodo, melhora a capacidade de desidratação do lodo, aumenta o teor de lodo em 5% a 10% e, finalmente, reduz o volume do lodo.

O experimento de filtração por pressão de placa e estrutura de lodo foi realizado usando ultrassom combinado com floculante para tratar o lodo. Os resultados mostram que o ultrassom pode reduzir o conteúdo de água do lodo de quase 98% a 81%, o volume de lodo até o primeiro 1/10, a intensidade do ultrassom é de 410 W / m2, a condição de tratamento do ultrassom por 2,5 minutos é melhor, e o uso de floculante é de 0,7% de base seca. Reduza para 0,6% de base seca. Yang Jinmei et al. mostraram que o teor de água do bolo filtrado diminuiu 2,9% após 7 segundos de tratamento ultrassônico, a viscosidade e a resistência específica diminuíram 29,4% e 24,2%, respectivamente, aos 10 segundos de tratamento ultrassônico, e a taxa de sedimentação dos lodos após 15 segundos foi 3,7 vezes a taxa original lodo. A combinação de ultra-som e floculante pode melhorar o desempenho de desidratação e sedimentação de lodo e reduzir o floculante. Mais da metade.

4. O ultrassom pode promover o aumento de nitrogênio e fósforo no lodo, o que é propício para a reciclagem do lodo.

Cao Xiuqin e Chen Wangjun, do Instituto de Engenharia Arquitetônica de Pequim, demonstraram que, com o prolongamento do tempo de tratamento por ultrassom, o teor de nitrogênio orgânico no líquido transparente do lodo aumenta rapidamente. A razão é que a força de cisalhamento produzida pela cavitação ultrassônica quebra as células e libera proteínas e aminoácidos nas células. O conteúdo de nitrogênio amoniacal e nitrato de nitrato aumenta com a extensão do tempo ultrassônico, devido à conversão de parte do nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal e nitrogênio nitrato por cavitação ultrassônica. Verificou-se também que o conteúdo de compostos de fósforo e nitrogênio no lodo mudou de maneira semelhante sob a ação do ultrassom. O aumento do teor de nitrogênio e fósforo é benéfico para a reciclagem de lodo. Comparados aos solos formados naturalmente, os solos urbanos apresentam menor teor de matéria orgânica e menor teor de nutrientes disponíveis. O lodo tratado por ultrassom pode ser usado para aumentar a fertilidade de terras agrícolas, florestas e pastagens. De acordo com a literatura, um ano após a aplicação do lodo na superfície do solo, os teores de nitrogênio total, nitrogênio disponível e fósforo total em 20 cm da superfície do solo aumentaram significativamente e a densidade aparente, a capacidade de retenção de água e a porosidade do solo também melhorou em certa medida. Se o lodo de esgoto tratado por ondas ultrassônicas puder ser usado para melhorar áreas áridas, semi-áridas, salinas e alcalinas, áreas desérticas de minas ou áreas desérticas, será uma medida para proteger a ecologia e beneficiar a era contemporânea.

5. Conclusão

O uso da tecnologia ultrassônica para tratar o lodo é propício à redução do lodo, inofensividade e utilização de recursos e possui grande significado social, ambiental e econômico. O tratamento ultrassônico de baixa frequência e baixa dose de lodo pode melhorar a atividade do lodo, alterar a estrutura dos flocos de lodo, liberar água encadeada das micelas microbianas do lodo e melhorar o desempenho de desidratação do lodo; o ultra-som de alta intensidade pode matar bactérias no lodo, eliminar vírus e melhorar a solubilidade do COD. Atualmente, a pesquisa nacional e estrangeira sobre redução de lodo ultrassônico está principalmente na influência das condições ultrassônicas na promoção da redução anaeróbica e aeróbica do lodo e na influência do ultrassom nas propriedades físicas, químicas e biológicas do lodo.