为了研究不同工况下超声波预处理对剩余污泥酶活性变化的影响,对剩余污泥进行不同输入能量、频率的超声预处理,测定了预处理后污泥蛋白酶和脱氢酶的变化规律。结果表明:1)超声预处理在低能量输入条件下对污泥蛋白酶和脱氢酶活性存在促进作用,而随着超声能量的进一步增加,酶活性逐渐降低直至出现抑制现象;2)超声频率对污泥酶活性影响较为显著,其中20 k Hz超声频率对蛋白酶和脱氢酶活性的促进效果最高,其次分别为25和33 k Hz;3)当输入能量高于8000 k J·(kg TS)^(-1)后,25和33 k Hz频率超声预处理对污泥蛋白酶和脱氢酶活性存在抑制效应,引起该现象的原因分析可能是高频超声空化现象及伴随的热化学效应引起的生物酶失活导致的。
超声波破解技术在污泥厌氧消化预处理领域的研究广泛且深入,其中超声频率作为影响污泥破解效果的重要因素更是得到充分重视。为了探索双频超声波预处理对剩余污泥破解的影响,选择单独频率20和25 k Hz和双频20/25 k Hz3种,通过序批式实验研究了不同超声能量水平(0~12 000 k J·(kg TS)^(-1))下粒径、有机质释放和污泥比阻的变化情况。结果表明,污泥破解效果随超声能量的增加而增加,在超声能量为12 000 k J·(kg TS)^(-1)条件下,20和25 k Hz和20/25 k Hz3种频率的SCOD破解度较原泥增加了20.4%、17.3%和26.8%,平均粒径较原泥分别降低了29.68%、26.33%和33.39%。双频(20/25 k Hz)、低能量(400 k J·(kg TS)^(-1))的超声预处理能够有效降低污泥比阻,污泥脱水性能得到最大程度改善,该条件下污泥比阻降低了46.6%。随着超声能量进一步增加,污泥脱水性能迅速恶化。
运用响应曲面法(RSM)研究碱解和超声联合作用对污泥破解的影响,以加碱量(0~0.16 g NaOH·(g TS)-1)和超声能量(4 000~20 000 k J·(kg TS)-1)为影响因素,分析其对污泥破解度、溶解性蛋白质和多糖浓度的影响规律,建立了二次多项回归模型,并实现了组合工艺的优化和验证。结果表明,加碱量对污泥破解效果的影响高于超声能量,最佳处理工艺条件为加碱量0.1 g Na OH·(g TS-1)和超声能量12 000 k J·(kg TS-1)。最佳工艺条件下,污泥破解响应值为污泥破解度40.13%,溶解性蛋白质1 365.46 mg·L^(-1)和多糖350.11 mg·L^(-1),与预测值吻合度较高,为碱解和超声联合预处理在污泥破解、厌氧消化预处理领域的应用提供了理论支持和数据支撑。
