流体剪切与超声空化破解剩余污泥的参数优化

发布时间：2020-03-10 04:30

【摘要】：为提高剩余污泥的破解效果并降低能耗,采用FS(fluid shear,流体剪切)、UC(ultrasonic cavitation,超声空化)、FS和UC联合工艺(FS-UC,UC-FS)破解剩余污泥,并应用单因素试验结合响应面法对联合工艺进行优化.结果表明:FS对剩余污泥破解效果一般,只在开始阶段具有较好效果,随作用时间延长,破解效果未有显著提高甚至下降.UC对剩余污泥破解效果明显,随作用时间延长,破解效果显著提升,但能耗也随之增大,EDR(energy disintegration ratio,效能比)明显下降.相同作用时间下,UC破解效果优于FS破解效果,UC破解剩余污泥的DDCOD(degree of disintegration,破解率)与EDR均明显高于FS方法.单因素试验得出的较优FS作用时间范围为2~8 min,较优UC作用时间范围为5~15 min.响应面法试验结果显示,联合工艺的剩余污泥破解效果和能量利用率均优于单一方法,联合工艺中FS-UC工艺的破解效果优于UC-FS工艺.FS-UC工艺的最佳参数:FS处理5.6 min再UC处理15.0 min,该条件下剩余污泥实际DDCOD为50.8%,EDR为26.8%.UC-FS工艺的最佳参数:先UC作用15.0 min再FS作用7.8 min,该条件下剩余污泥实际DDCOD为36.5%,EDR为17.1%.研究显示,以DDCOD和EDR为指标,4种工艺的高效性顺序为FS-UCUC-FSUCFS,其中FS-UC工艺具有能耗低、破解效率高的特点,是4种工艺中剩余污泥破解效果最好的一种工艺.
【图文】：

大颗粒菌胶团被分解成微菌胶团和细菌单体，DDCOD迅速提高．但是，由于微小菌胶团和细菌单体被破解，数量减少，超声空化作用对剩余污泥的破解效果受到影响，造成剩余污泥的破解效果增加放缓．由图1(b)可见，FS破解的EDＲ随作用时间的增加呈下降趋势．3min时，EDＲ较高，但由于作用时间短，剩余污泥DDCOD较低．7min时，虽然EDＲ有所下降但剩余污泥DDCOD有了明显提高．10min时，DDCOD虽然有所上升，但是EDＲ的下降更为明显，这说明单纯延长FS时间不能有效提高剩余污泥DDCOD，还会造成能量的浪费．图1FS、UC破解剩余污泥的DDCOD与EDＲFig.1DDCODandEDＲofexcesssludgedisintegrationbyFSandUC1779

著，说明该研究的方法可靠．在设计范围内，该模型的Ｒ2(确定系数)为0.8616，AdjＲ2(调整后的确定系数)为0.8154，说明模型能解释86.16%响应值的变化，具有较好的回归性．一般信噪比(AdeqPrecision)大于4才可进行模拟，该研究的信噪比为13.252，符合要求．结合回归方程和各因素间关系得到FS-UC工艺的剩余污泥DDCOD响应曲面．由图2可见，FS时间和UC时间存在一定的交互作用，但并不显著．剩余污泥DDCOD与UC时间基本呈线性关系，随着UC时间的增加DDCOD也随之增加，这与之前单因素试验的结论吻合．图2FS时间和UC时间对DDCOD的交互影响Fig.2InteractiveeffectsofFStimeandUCtimeonDDCOD而FS时间对剩余污泥DDCOD的影响近似呈抛物线形式，随FS时间的增加先增再减．而且FS时间变化对于DDCOD的影响较为平缓，说明FS作用相对于UC作用是一个次要影响因素．通过回归方程求得最优条件为先FS处理5.6min再UC处理15min，该条件下DDCOD为51.9%，EDＲ为27.4%．2.2.2UC-FS工艺UC-FS工艺中FS时间和UC时间对剩余污泥DDCOD影响的二次多项回归方程如下，其中C代表UC时间，D代表FS时间．Y1=23.43+7.68C+2.68D－0.63CD+0.8C2+3.96D2(5)对模型方程进行方差和显著性分析，模型的F值为38.74，(Prob＞F)＜0.0001＜0.05，回归方程对FS时间和UC时间两个因素与响应值之间的非线性关系显著，说明该研究的方法可靠．在设计范围内，该模型的Ｒ2为0.9651，AdjＲ2为0.9402，说明模型能解释96.51%响应值的变化，模型具有较好的回归性;信噪比为19.221，，符合要求．结合回归方程和各因素间关系得到UC-FS工艺的剩余污泥DDCOD响应曲面图．由图3可见，FS时间和UC时间对剩余污泥DDCOD的影响

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