超聲波污泥減量工藝
來源(yuan)：張(zhang)家港(gang)市港(gang)威科凈電子有限公司 閱讀：7124 更新時(shi)間：2015-03-29 11:39[摘要]超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)是(shi)一(yi)種新興的(de)(de)(de)(de)(de)、有(you)(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)以加(jia)強(qiang)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)可生化(hua)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)機械預處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)方(fang)法，并且對(dui)(dui)于(yu)(yu)所有(you)(you)污(wu)水處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)設(she)施中污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)和(he)處(chu)(chu)(chu)(chu)置都十分有(you)(you)效(xiao)果。超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)是(shi)通過擾亂污(wu)泥(ni)(ni)(ni)原有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)理(li)(li)、化(hua)學和(he)生理(li)(li)性(xing)質來(lai)提(ti)高其可消(xiao)化(hua)能力。崩解的(de)(de)(de)(de)(de)程度取決(jue)于(yu)(yu)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)(can)數(shu)以及(ji)(ji)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)特性(xing)，因此(ci)(ci)，最佳(jia)參(can)(can)數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)評價因聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)設(she)備和(he)受處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)而有(you)(you)所區別(bie)。超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)試驗設(she)施表(biao)明，生物(wu)氣體的(de)(de)(de)(de)(de)產量提(ti)高了(le)(le)(le)50%，此(ci)(ci)外(wai)能量衡(heng)算(suan)顯示獲(huo)得的(de)(de)(de)(de)(de)凈能量與超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)裝置的(de)(de)(de)(de)(de)電耗的(de)(de)(de)(de)(de)平均(jun)比(bi)率是(shi)2.5。這篇綜述總(zong)結了(le)(le)(le)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)優點(dian)、超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)參(can)(can)數(shu)對(dui)(dui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)效(xiao)果的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)、污(wu)泥(ni)(ni)(ni)特性(xing)對(dui)(dui)于(yu)(yu)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)裂解的(de)(de)(de)(de)(de)影響及(ji)(ji)由此(ci)(ci)帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)厭氧消(xiao)化(hua)器中生物(wu)氣體產量的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高。由于(yu)(yu)許多研(yan)究者對(dui)(dui)于(yu)(yu)計量單位的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)達的(de)(de)(de)(de)(de)不確定以及(ji)(ji)數(shu)據的(de)(de)(de)(de)(de)不可利用(yong)，對(dui)(dui)這些研(yan)究結果進行(xing)比(bi)較是(shi)非常復雜的(de)(de)(de)(de)(de)。為了(le)(le)(le)評價污(wu)泥(ni)(ni)(ni)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)處(chu)(chu)(chu)(chu)置的(de)(de)(de)(de)(de)最經濟可行(xing)和(he)環境可行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)預處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)方(fang)法，將超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)和(he)其他(ta)預處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇進行(xing)比(bi)較是(shi)很有(you)(you)必要的(de)(de)(de)(de)(de)。超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)最佳(jia)參(can)(can)數(shu)隨污(wu)泥(ni)(ni)(ni)特性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)而變化(hua)。
1. 引言
21世紀工業化(hua)(hua)與(yu)城(cheng)市化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)快速(su)發展導致了(le)污(wu)(wu)水處(chu)(chu)理(li)(li)(li)系統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)產(chan)量(liang)達(da)到(dao)了(le)不可管(guan)理(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數量(liang)。污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)理(li)(li)(li)是污(wu)(wu)水處(chu)(chu)理(li)(li)(li)系統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要問題，它占了(le)系統運行總(zong)費用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)60%而(er)且關于污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)處(chu)(chu)置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)法(fa)律法(fa)規變得越來(lai)(lai)越嚴格。隨(sui)著全球(qiu)變暖和(he)氣(qi)候變化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加劇，來(lai)(lai)自(zi)廢棄物處(chu)(chu)理(li)(li)(li)領域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫室氣(qi)體排放(fang)(fang)獲得了(le)更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關注(zhu)。在加拿大，廢棄物處(chu)(chu)理(li)(li)(li)領域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫室氣(qi)體排放(fang)(fang)從(cong)1990年到(dao)2006年提(ti)高了(le)15%。加拿大現(xian)有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)水處(chu)(chu)理(li)(li)(li)系統產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)干污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)量(liang)是670,000 Mg/y，并預計產(chan)率在將來(lai)(lai)還會繼續(xu)提(ti)高。焚化(hua)(hua)、海(hai)洋投棄、土地利用(yong)(yong)和(he)堆肥是過(guo)去數十年來(lai)(lai)常(chang)見(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)處(chu)(chu)置方法(fa)。由于經(jing)濟(ji)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)制約和(he)對環(huan)境的(de)(de)(de)(de)(de)(de)負(fu)面影響，這些常(chang)見(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)處(chu)(chu)置方法(fa)已經(jing)不再(zai)可靠(kao)。鑒于環(huan)境上和(he)經(jing)濟(ji)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)制約，我(wo)們有(you)需(xu)要尋找(zhao)可持(chi)續(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)經(jing)濟(ji)可行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術(shu)來(lai)(lai)進(jin)行污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)和(he)處(chu)(chu)置。隨(sui)著在污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣泛研(yan)究(jiu)，許多研(yan)究(jiu)者提(ti)出污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)厭(yan)氧消化(hua)(hua)是有(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可持(chi)續(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)技(ji)術(shu)。厭(yan)氧消化(hua)(hua)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點是非常(chang)巨大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，其中(zhong)包括(kuo)物料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減少、臭氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除、減少致病菌(jun)、更(geng)少的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能耗以及(ji)更(geng)顯著的(de)(de)(de)(de)(de)(de)由甲(jia)烷而(er)帶來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能量(liang)回收(shou)。
污泥(ni)的(de)厭(yan)氧消化(hua)(hua)(hua)(hua)是在沒有氧元素存在的(de)情況下，將可降解(jie)有機物轉變(bian)(bian)成甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)和(he)(he)二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳的(de)一(yi)系列復雜的(de)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物化(hua)(hua)(hua)(hua)學過程(cheng)。從基(ji)質(zhi)到生(sheng)(sheng)(sheng)物氣體(ti)的(de)轉變(bian)(bian)途(tu)徑由三(san)種不同類型細(xi)(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)的(de)作用(yong)將其分為水解(jie)、酸(suan)化(hua)(hua)(hua)(hua)、乙酸(suan)化(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)(he)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)化(hua)(hua)(hua)(hua)四個(ge)(ge)階(jie)段。第(di)(di)一(yi)類細(xi)(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)包(bao)括水解(jie)細(xi)(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)和(he)(he)酸(suan)化(hua)(hua)(hua)(hua)細(xi)(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)，它們將復雜的(de)基(ji)質(zhi)（碳水化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物、脂類和(he)(he)蛋白質(zhi)等）水解(jie)成溶(rong)解(jie)性的(de)單(dan)體(ti)（單(dan)糖、脂肪酸(suan)和(he)(he)氨基(ji)酸(suan)等）繼而水解(jie)為CO2 、H2、有機酸(suan)和(he)(he)酒精(jing)。第(di)(di)二類代(dai)謝(xie)細(xi)(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)是能夠將簡(jian)單(dan)的(de)單(dan)體(ti)和(he)(he)脂肪酸(suan)轉變(bian)(bian)為乙酸(suan)，H2和(he)(he)CO2的(de)產(chan)氫產(chan)酸(suan)菌(jun)(jun)(jun)(jun)。第(di)(di)三(san)類是產(chan)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)細(xi)(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)，它們能利用(yong)CO2 、H2和(he)(he)乙酸(suan)來生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)CH4和(he)(he)CO2。這個(ge)(ge)從基(ji)質(zhi)到CH4和(he)(he)CO2的(de)完整的(de)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物消化(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)是十分緩慢的(de)，需(xu)要很長(chang)的(de)停留時間(jian)。特(te)別地，細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)內(nei)生(sheng)(sheng)(sheng)物聚合(he)物的(de)溶(rong)解(jie)和(he)(he)向低(di)分子量固體(ti)可降解(jie)有機質(zhi)的(de)轉化(hua)(hua)(hua)(hua)（如污泥(ni)的(de)水解(jie)）是一(yi)個(ge)(ge)速(su)度限制(zhi)步驟。傳統的(de)厭(yan)氧消化(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)的(de)四個(ge)(ge)階(jie)段如圖1所示(shi)。
傳統厭氧消化處理較低的微生物轉化率導致了反應器中很高的水力停留時間和較大的消化器容積，這也是傳統厭氧消化技術的關鍵障礙所在。可生物降解有機物質的不可利用和較低的消化速率常數使得污泥的預處理很有必要。污泥的預處理可以使細菌的細胞壁破裂以促進細胞內物質向液相的釋放，以此提高污泥的可生物降解性，并通過降低停留時間和提高生物氣體產量來加強厭氧消化的效率。隨著各種污泥預處理技術的發展，其中包括熱力學的、化學的、機械的、生物性的、物理的和各種結合技術如物理化學的、生物—物化的、機械—化學的和熱力學—化學等方面，污泥的可生物降解性可以通過一定的方式得到加強。然而，經濟上的制約限制了這些技術在實踐試驗上的應用。
為了建立(li)最(zui)佳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)經濟(ji)可(ke)行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)預處(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)以提高污(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)消化性(xing)，全世界的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究者展開了廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究。超(chao)聲(sheng)波處(chu)理(li)(li)是(shi)一種新(xin)興的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)前景的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機械式污(wu)泥(ni)裂解技(ji)術(shu)(shu)。它有(you)許(xu)多內在的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點如顯著(zhu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)泥(ni)裂解率（> 95%），生(sheng)物(wu)可(ke)降解性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高，生(sheng)物(wu)固體質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)提升，生(sheng)物(wu)氣體中甲(jia)烷(wan)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高，無需添(tian)加化學劑，更(geng)少的(de)(de)(de)(de)(de)(de)停留時間以及污(wu)泥(ni)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減少。此外，單位超(chao)聲(sheng)波能量(liang)（1kW）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)消耗能產生(sheng)7kW的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能量(liang)。以甲(jia)烷(wan)產量(liang)提高效果(guo)衡量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)預處(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)順序是(shi)，超(chao)聲(sheng)波分解 >自動(dong)窯(yao)熱(re)處(chu)理(li)(li) > 水浴熱(re)處(chu)理(li)(li) > 冷(leng)凍(dong)。本(ben)文展現了關于超(chao)聲(sheng)波預處(chu)理(li)(li)污(wu)泥(ni)以加強(qiang)厭(yan)氧消化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣泛性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)綜述(shu)，并比(bi)較了實驗室(shi)試驗和實踐規模試驗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)。
2. 超(chao)聲波處(chu)理(li)
在過去，聲(sheng)(sheng)波(bo)被應用(yong)在反潛艇(ting)的(de)戰爭中，導(dao)致(zhi)了許多魚類被聲(sheng)(sheng)波(bo)所殺(sha)死(si)，人們從中想(xiang)到了用(yong)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)的(de)方(fang)法來(lai)破(po)壞微生物(wu)細胞。Hughes與Nyborg[16]還有Alliger[17]研究了超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)作用(yong)于微生物(wu)細胞的(de)機理并發(fa)現，短暫地暴露在超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)中可以使細胞壁(bi)變薄從而導(dao)致(zhi)細胞質(zhi)向外釋放(fang)。超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)是頻(pin)率高于20kHz的(de)周期性聲(sheng)(sheng)波(bo)。不同頻(pin)率的(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)的(de)應用(yong)如圖2所示(shi)。
根據頻(pin)率的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同，可(ke)將其分為(wei)三個區域：功率超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)（20—100kHz），高(gao)頻(pin)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)（100kHz—1MHz）和(he)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)診斷(duan)（1—500MHz）。超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)在醫學上(shang)的(de)(de)(de)(de)應用最早出現在二(er)戰中(zhong)(zhong)，超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)被(bei)用于(yu)代替人手對骨折(zhe)的(de)(de)(de)(de)病(bing)人進行按摩[18]。隨著技術(shu)的(de)(de)(de)(de)進步，超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)（>20Hz）被(bei)應用于(yu)各(ge)種(zhong)領(ling)域。頻(pin)率在20kHz到(dao)100kHz之間(jian)的(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)被(bei)應用于(yu)要求發(fa)生各(ge)種(zhong)化(hua)學、物(wu)(wu)理變化(hua)的(de)(de)(de)(de)重要的(de)(de)(de)(de)化(hua)學系統(tong)中(zhong)(zhong)。在動物(wu)(wu)導航與通(tong)行，固(gu)體(ti)內部裂痕的(de)(de)(de)(de)探測，水(shui)底定位，胎兒掃描，骨盆畸(ji)形(xing)檢測，良(liang)性(xing)與惡性(xing)腫瘤治療等方面，1MHz到(dao)10MHz頻(pin)率范圍的(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)均有廣泛的(de)(de)(de)(de)應用。通(tong)過超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)處(chu)理使微生物(wu)(wu)細(xi)胞破裂可(ke)獲得細(xi)胞內的(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)質[22-24]。Hogan等[25]還對超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)應用于(yu)市政污泥的(de)(de)(de)(de)裂解進行了進一步的(de)(de)(de)(de)評估。在20Hz與20kHz之間(jian)的(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)是可(ke)以聽(ting)得見(jian)的(de)(de)(de)(de)，而(er)聽(ting)覺隨著個人和(he)年齡的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同而(er)有所差別(bie)。低于(yu)20Hz到(dao)0.001Hz的(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)用于(yu)地震學[26]，醫學和(he)追蹤地殼中(zhong)(zhong)巖石(shi)和(he)石(shi)油的(de)(de)(de)(de)形(xing)成。
2.1 超聲(sheng)波引(yin)發的(de)空洞現(xian)象(xiang)
超聲(sheng)波技術的(de)(de)(de)基本目的(de)(de)(de)是破(po)(po)壞微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物細(xi)胞(bao)的(de)(de)(de)細(xi)胞(bao)壁，使(shi)細(xi)胞(bao)內的(de)(de)(de)物質(zhi)能夠在(zai)厭氧(yang)消化中不(bu)斷地(di)被利(li)用以降解為CH4和(he)CO2。當超聲(sheng)波在(zai)污泥相中傳播(bo)時，能產生(sheng)(sheng)壓(ya)力(li)(li)和(he)拉(la)(la)力(li)(li)，壓(ya)力(li)(li)使(shi)微(wei)(wei)粒聚(ju)集而拉(la)(la)力(li)(li)則使(shi)離子分離，由于負壓(ya)的(de)(de)(de)持續存在(zai)在(zai)拉(la)(la)力(li)(li)區域會出現微(wei)(wei)小的(de)(de)(de)氣(qi)泡(pao)(pao)（即空穴）。這些小氣(qi)泡(pao)(pao)不(bu)斷變大達到(dao)了(le)不(bu)穩定的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)便會破(po)(po)裂，并(bing)產生(sheng)(sheng)沖擊(ji)波（在(zai)幾微(wei)(wei)秒內達到(dao)5000℃和(he)500個大氣(qi)壓(ya)）。這些氣(qi)泡(pao)(pao)產生(sheng)(sheng)到(dao)破(po)(po)裂的(de)(de)(de)過程(cheng)就是所(suo)謂的(de)(de)(de)空穴現象。空穴氣(qi)泡(pao)(pao)的(de)(de)(de)產生(sheng)(sheng)和(he)破(po)(po)裂如(ru)圖3所(suo)示。
2.2 影(ying)響(xiang)空穴(xue)現象的因素
污(wu)泥的裂解(jie)效率主(zhu)要取決于空(kong)穴(xue)現象，而(er)影響空(kong)穴(xue)現象的因素可見表1。
2.3 超聲波產生與裂解機理
超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)是(shi)靠磁致(zhi)伸縮(suo)和壓(ya)電(dian)兩種技術(shu)(shu)產生的(de)(de)。在磁致(zhi)伸縮(suo)技術(shu)(shu)中(zhong)，電(dian)能(neng)通過連接(jie)著(zhu)震動片的(de)(de)磁線圈轉(zhuan)化(hua)成機械能(neng)（震動）。在壓(ya)電(dian)技術(shu)(shu)中(zhong)，電(dian)能(neng)通過連接(jie)著(zhu)震動片的(de)(de)壓(ya)電(dian)晶體轉(zhuan)變成高頻率(lv)的(de)(de)電(dian)動能(neng)。將電(dian)能(neng)或機械能(neng)轉(zhuan)化(hua)為聲(sheng)(sheng)波(bo)的(de)(de)轉(zhuan)換(huan)器(qi)是(shi)一個能(neng)增強(qiang)震動的(de)(de)機械放(fang)大器(qi)。喇叭將超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)傳遞到(dao)液(ye)體中(zhong)，所以undefined轉(zhuan)換(huan)器(qi)、擴充(chong)器(qi)和喇叭是(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)設備的(de)(de)主要部件(jian)。
轉換器、擴充器和(he)喇叭在(zai)節點(dian)處被夾緊并結(jie)合在(zai)一起，在(zai)轉換器和(he)擴充器上是(shi)最(zui)常見(jian)的(de)(de)結(jie)合點(dian)。此外，喇叭常被設計成(cheng)半(ban)個波(bo)長的(de)(de)長度(du)(du)，不過(guo)(guo)根據實際(ji)應(ying)用(yong)也有設計成(cheng)一個波(bo)長的(de)(de)。超聲波(bo)的(de)(de)強(qiang)度(du)(du)可(ke)以(yi)通過(guo)(guo)調節輸入電(dian)壓的(de)(de)方(fang)式(shi)進行控制，這是(shi)超聲波(bo)處理中非(fei)常重(zhong)要的(de)(de)一項參(can)數，它能(neng)決定震動擴增的(de)(de)大(da)小。聲能(neng)轉化為(wei)熱能(neng)的(de)(de)轉化效率可(ke)以(yi)通過(guo)(guo)式(shi)（1）—（3）計算(suan)。
2.3.1 污泥的破解
污(wu)泥破解的輸入功率有許多表(biao)(biao)達方(fang)式，（a）破解度(du)，（b）超聲(sheng)(sheng)波劑量(liang)，（c）超聲(sheng)(sheng)波密(mi)度(du)和(he)（d）超聲(sheng)(sheng)波強(qiang)度(du)。各表(biao)(biao)達式見表(biao)(biao)2。
我們所推測(ce)的(de)(de)污(wu)泥的(de)(de)超(chao)聲(sheng)波破(po)解機(ji)理(li)是，（a）水的(de)(de)機(ji)械剪切力；（b）在(zai)超(chao)聲(sheng)輻(fu)射(she)下產生(sheng)的(de)(de)OH、H、N和(he)O等自由基的(de)(de)氧化作用；（c）污(wu)泥中(zhong)揮發(fa)性(xing)疏(shu)水物質的(de)(de)熱分解；（d）活(huo)性(xing)污(wu)泥破(po)解過(guo)程中(zhong)溫(wen)度的(de)(de)升高。
超聲處理中產生(sheng)的(de)(de)空穴導致了大量微氣泡的(de)(de)破裂(lie)，使得氣泡周圍的(de)(de)液相(xiang)中產生(sheng)了巨大的(de)(de)機械剪(jian)切(qie)力(li)。氣泡破裂(lie)所(suo)產生(sheng)的(de)(de)高溫(wen)(wen)使水分解(jie)為(wei)性質活躍的(de)(de)氫(qing)離子(zi)和氫(qing)氧自由(you)基，在低(di)溫(wen)(wen)區(qu)域這些(xie)粒子(zi)會重(zhong)新結(jie)合成過氧化氫(qing)和氫(qing)氣。由(you)于揮發性疏水物質在污(wu)泥(ni)中的(de)(de)含量非(fei)常低(di)，因此(ci)其作用也常可忽略。考慮到溫(wen)(wen)度對于溶(rong)解(jie)的(de)(de)影響，污(wu)泥(ni)在高溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)溶(rong)解(jie)速(su)度非(fei)常緩慢。因此(ci)，我們可以認為(wei)，污(wu)泥(ni)的(de)(de)破解(jie)主要(yao)通過兩(liang)個途徑(jing)實現，水的(de)(de)機械剪(jian)切(qie)力(li)和氫(qing)氧自由(you)基的(de)(de)氧化作用。
Wang[49]等人對(dui)氫(qing)氧自由基和(he)水力(li)機械剪(jian)切(qie)(qie)力(li)對(dui)污泥(ni)(ni)(ni)破解(jie)的影響進行(xing)了(le)評(ping)價。在超聲處理之前加入(ru)undefinedNaHCO3 來測(ce)定氫(qing)氧自由基的影響。NaHCO3的加入(ru)能(neng)使污泥(ni)(ni)(ni)中氫(qing)氧離子的氧化效率有略微的提升，但也導(dao)致了(le)污泥(ni)(ni)(ni)pH值的升高。這表明了(le)氫(qing)氧自由基對(dui)污泥(ni)(ni)(ni)溶解(jie)的促(cu)進作用是微弱的。因此，污泥(ni)(ni)(ni)的破解(jie)主要是依靠空穴(xue)氣(qi)泡產(chan)生的機械剪(jian)切(qie)(qie)力(li)實現的。此過程(cheng)遵從于(yu)一階反應式(shi)。總(zong)的反應常數(shu)u可(ke)以通過（4）式(shi)計算。
2.4 超聲波破(po)解的(de)評價
超(chao)聲(sheng)波(bo)能使(shi)(shi)(shi)微(wei)生物(wu)絮體(ti)分散并將大顆粒(li)的(de)有機物(wu)分解為(wei)更(geng)小尺度(du)的(de)顆粒(li)。高壓力(li)波(bo)產(chan)生的(de)剪(jian)切力(li)能破壞細(xi)胞壁以使(shi)(shi)(shi)胞內物(wu)質(zhi)釋放到液相中，這個過程使(shi)(shi)(shi)得污(wu)泥的(de)物(wu)理(li)(li)、化學、生物(wu)等(deng)性質(zhi)在超(chao)聲(sheng)波(bo)預處(chu)理(li)(li)中發生了改變。因(yin)此，污(wu)泥的(de)破解程度(du)是根據污(wu)泥的(de)物(wu)理(li)(li)、化學、生物(wu)等(deng)性質(zhi)的(de)變化確定(ding)的(de)。
2.4.1 物理性質變化
污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的物理性(xing)(xing)質(zhi)參數對(dui)厭(yan)氧消化有(you)重要(yao)(yao)的影響，所以聲(sheng)處理后物理參數的測(ce)(ce)定(ding)(ding)(ding)對(dui)于厭(yan)氧消化的操作至(zhi)關重要(yao)(yao)。此(ci)外，物理性(xing)(xing)質(zhi)指標是污(wu)(wu)泥(ni)(ni)破解效率的評定(ding)(ding)(ding)標準。判定(ding)(ding)(ding)超(chao)聲(sheng)破解程(cheng)度(du)(du)的技術主要(yao)(yao)有(you)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)粒(li)徑(jing)分析，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)沉(chen)降性(xing)(xing)測(ce)(ce)定(ding)(ding)(ding)，物質(zhi)組(zu)成(cheng)測(ce)(ce)定(ding)(ding)(ding)，顯微(wei)鏡(jing)成(cheng)像(xiang)，濁度(du)(du)測(ce)(ce)定(ding)(ding)(ding)以及污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的脫(tuo)水(shui)性(xing)(xing)能。顆(ke)(ke)(ke)粒(li)粒(li)徑(jing)分析根(gen)據(ju)(ju)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)的大(da)小(xiao)有(you)不同的方法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，主要(yao)(yao)有(you)篩分法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)、沉(chen)降法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)、電(dian)臭氧感應(ying)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)、顯微(wei)鏡(jing)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)和(he)激光衍射(she)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)等。超(chao)聲(sheng)波能將(jiang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)破解至(zhi)非常小(xiao)的尺(chi)寸，而(er)激光衍射(she)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)常被(bei)用來(lai)分析顆(ke)(ke)(ke)粒(li)粒(li)徑(jing)。污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的濁度(du)(du)隨著(zhu)聲(sheng)處理參數的升高而(er)變化，并通過濁度(du)(du)儀測(ce)(ce)量，以NTU計量。污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的脫(tuo)水(shui)能力根(gen)據(ju)(ju)其毛細(xi)管上升時間和(he)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)比阻(zu)測(ce)(ce)定(ding)(ding)(ding)。
2.4.1.1 顆粒尺寸(cun)
顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)率(lv)是由污(wu)(wu)水中(zhong)(zhong)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)小(xiao)(xiao)尺寸確定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)率(lv)影(ying)響(xiang)(xiang)著(zhu)(zhu)消化過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)甲烷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)量。超(chao)生預處理能顯(xian)著(zhu)(zhu)地減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)污(wu)(wu)泥中(zhong)(zhong)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)(li)度(du)，而(er)影(ying)響(xiang)(xiang)其(qi)效率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)因素有處理時(shi)間(jian)(jian)，聲(sheng)(sheng)波密度(du)，聲(sheng)(sheng)波功(gong)率(lv)，污(wu)(wu)泥體積和污(wu)(wu)泥性質等。隨(sui)著(zhu)(zhu)處理時(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)延長顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)(li)徑逐漸(jian)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)，如經(jing)過(guo)0.49min和1.6min的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)處理顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)大(da)小(xiao)(xiao)從165undefinedundefinedμm分別減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)為135μm和85undefinedundefinedμm。相(xiang)似的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，Biggs和Lant[68]發現經(jing)過(guo)5分鐘的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)處理微(wei)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)(li)徑從125mm減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)到10mm。Gonze等一開始也觀(guan)察到相(xiang)似的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)趨勢，但他(ta)們發現經(jing)聲(sheng)(sheng)處理超(chao)過(guo)10分鐘后，顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)大(da)小(xiao)(xiao)隨(sui)著(zhu)(zhu)處理時(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)推移而(er)逐漸(jian)變大(da)。
在高(gao)處(chu)理時間(jian)(jian)下(xia)顆粒大(da)(da)(da)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)(da)是由顆粒的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)絮(xu)(xu)(xu)(xu)凝(ning)造成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。隨著(zhu)處(chu)理時間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，由于細胞(bao)溶解(jie)而(er)釋(shi)放的(de)(de)(de)(de)(de)(de)胞(bao)內聚合物(wu)逐(zhu)漸增(zeng)多，這些物(wu)質對于絮(xu)(xu)(xu)(xu)凝(ning)十(shi)分有利。這些生物(wu)聚合物(wu)像膠(jiao)水一樣將生物(wu)絮(xu)(xu)(xu)(xu)體粘合在一起，并形成羥基(ji)和(he)(he)(he)羧基(ji)基(ji)團。undefinedundefined微粒平(ping)均尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)作(zuo)用也會(hui)隨著(zhu)聲波強(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)(da)而(er)增(zeng)強(qiang)(qiang)。在強(qiang)(qiang)度(du)(du)為0.52W/mL和(he)(he)(he)0.33W/mL的(de)(de)(de)(de)(de)(de)條件下(xia)，顆粒平(ping)均尺(chi)寸(cun)從(cong)51μm分別減(jian)小(xiao)為15μm和(he)(he)(he)19μm。低功(gong)(gong)率水平(ping)對絮(xu)(xu)(xu)(xu)體尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)沒有影響(xiang)，而(er)提高(gao)功(gong)(gong)率水平(ping)，絮(xu)(xu)(xu)(xu)體尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)作(zuo)用會(hui)隨著(zhu)聲波強(qiang)(qiang)度(du)(du)和(he)(he)(he)處(chu)理時間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)(da)而(er)增(zeng)強(qiang)(qiang)。顯微鏡檢測表明，經過60分鐘的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲處(chu)理，絮(xu)(xu)(xu)(xu)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)完整性遭到破壞，此后(hou)不管(guan)如何提高(gao)處(chu)理時間(jian)(jian)和(he)(he)(he)功(gong)(gong)率水平(ping)都無法破解(jie)絮(xu)(xu)(xu)(xu)體。由此可(ke)見污泥的(de)(de)(de)(de)(de)(de)破解(jie)存在著(zhu)一個最佳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)率水平(ping)和(he)(he)(he)處(chu)理時間(jian)(jian)。
Chu等(deng)[71]研究(jiu)了(le)(le)聲處(chu)(chu)理(li)(li)(li)對普(pu)(pu)通污(wu)(wu)(wu)泥(ni)和(he)絮(xu)凝(ning)化(hua)(hua)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)作(zuo)用效(xiao)果。經(jing)過聲處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，絮(xu)凝(ning)化(hua)(hua)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)顆(ke)(ke)粒減(jian)(jian)小(xiao)效(xiao)果較(jiao)之普(pu)(pu)通污(wu)(wu)(wu)泥(ni)強50%。聲處(chu)(chu)理(li)(li)(li)會使污(wu)(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)平(ping)均表面電(dian)荷減(jian)(jian)少(shao)。聲處(chu)(chu)理(li)(li)(li)會將絮(xu)體顆(ke)(ke)粒分(fen)割成許(xu)多帶負電(dian)的(de)(de)小(xiao)粒子(zi)。例如，通過絮(xu)凝(ning)作(zuo)用污(wu)(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)zeta電(dian)位(wei)從(cong)-14mV提高到(dao)18mV，接(jie)著聲處(chu)(chu)理(li)(li)(li)又使zeta電(dian)位(wei)降低至+4mV。Mao等(deng)[12]研究(jiu)了(le)(le)聲處(chu)(chu)理(li)(li)(li)對初(chu)沉(chen)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)和(he)二沉(chen)池污(wu)(wu)(wu)泥(ni)顆(ke)(ke)粒粒徑(jing)減(jian)(jian)小(xiao)的(de)(de)效(xiao)果。經(jing)過20分(fen)鐘(zhong)的(de)(de)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，二沉(chen)池污(wu)(wu)(wu)泥(ni)粒徑(jing)減(jian)(jian)小(xiao)了(le)(le)85%而(er)初(chu)沉(chen)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)減(jian)(jian)小(xiao)了(le)(le)71%，這是由于二沉(chen)池污(wu)(wu)(wu)泥(ni)含有更(geng)多的(de)(de)生物質(zhi)，初(chu)沉(chen)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)含有的(de)(de)可降解性細(xi)胞物質(zhi)更(geng)少(shao)。
提高(gao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)密度同樣可(ke)以提高(gao)破解效(xiao)(xiao)率。在高(gao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)密度下(xia)更多的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)(li)被破解（undefined4W/mL時(shi)(shi)為73%，2W/mL時(shi)(shi)為60%）。Bougrier等(deng)[47]研(yan)究(jiu)了粒(li)(li)徑范圍為0.4μm到1000μm的(de)(de)(de)活性污泥顆(ke)(ke)粒(li)(li)經超聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處理的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果(guo)。他(ta)們觀察到，粒(li)(li)徑小(xiao)于(yu)1μm的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)(li)隨著(zhu)比能的(de)(de)(de)升高(gao)所(suo)占(zhan)的(de)(de)(de)比例(li)也(ye)增加了。然而，粒(li)(li)徑大于(yu)100undefinedμm的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)(li)占(zhan)的(de)(de)(de)比例(li)由于(yu)重絮(xu)凝作用也(ye)有所(suo)增加。Akin等(deng)[66]研(yan)究(jiu)了不(bu)同總固體(ti)濃度（TS）下(xia)的(de)(de)(de)污泥中(zhong)超聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)處理對顆(ke)(ke)粒(li)(li)尺寸的(de)(de)(de)影響。在低(di)TS污泥中(zhong)顆(ke)(ke)粒(li)(li)尺寸減小(xiao)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果(guo)更明顯，若要在高(gao)TS污泥中(zhong)達到相似的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果(guo)則需要更高(gao)的(de)(de)(de)超聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)(bo)密度。
聲處理對顆粒(li)(li)大(da)(da)小(xiao)(xiao)的(de)作用可以通過(guo)均(jun)勻系(xi)(xi)數（dp60/dp10）和(he)(he)undefineddp10來(lai)進行比(bi)(bi)較(jiao)。有資料表明(ming)，超(chao)聲波(bo)處理能(neng)提(ti)高(gao)污泥(ni)的(de)均(jun)勻系(xi)(xi)數并隨(sui)著(zhu)比(bi)(bi)能(neng)的(de)提(ti)高(gao)以逐(zhu)漸減小(xiao)(xiao)顆粒(li)(li)的(de)尺寸(cun)。例(li)(li)如，在比(bi)(bi)能(neng)為7200kJ/L的(de)情況下(xia)污泥(ni)的(de)均(jun)勻系(xi)(xi)數與dp10分(fen)別從(cong)3.3和(he)(he)30.5μm變為17和(he)(he)1.2μm。大(da)(da)顆粒(li)(li)絮(xu)(xu)體(ti)（>4.4μm）比(bi)(bi)小(xiao)(xiao)顆粒(li)(li)絮(xu)(xu)體(ti)更(geng)易受聲波(bo)的(de)影響作用，這是(shi)由(you)于(yu)大(da)(da)顆粒(li)(li)絮(xu)(xu)體(ti)暴露在聲波(bo)中的(de)表面積更(geng)大(da)(da)，而(er)小(xiao)(xiao)顆粒(li)(li)的(de)粘附力更(geng)強。El-Hadj等(deng)[64]觀(guan)察(cha)到隨(sui)著(zhu)輸入比(bi)(bi)能(neng)的(de)增加，小(xiao)(xiao)尺寸(cun)顆粒(li)(li)所占體(ti)積的(de)比(bi)(bi)例(li)(li)超(chao)過(guo)了(le)90%。粒(li)(li)徑(jing)大(da)(da)于(yu)4.4μm的(de)大(da)(da)顆粒(li)(li)表現(xian)得(de)更(geng)易破解(jie)。Jin等(deng)[79]和(he)(he)Feng等(deng)[65]研究了(le)顆粒(li)(li)粒(li)(li)徑(jing)分(fen)布對CST和(he)(he)SRF的(de)影響，他們推導出顆粒(li)(li)粒(li)(li)徑(jing)與CST/SRF間有很(hen)強的(de)相(xiang)互關系(xi)(xi)。dp90與CST之間的(de)相(xiang)關系(xi)(xi)數在0.8248與0.9436之間。超(chao)聲波(bo)處理對小(xiao)(xiao)顆粒(li)(li)的(de)破解(jie)更(geng)有效果。
2.4.1.2 污泥的脫水能力(li)
超聲(sheng)波處(chu)理(li)(li)(li)(li)對污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)脫水(shui)能(neng)(neng)力(li)既有積(ji)極的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)也(ye)有消(xiao)極的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。在(zai)低功(gong)(gong)率(lv)水(shui)平和短(duan)(duan)作(zuo)用(yong)時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)(jian)下能(neng)(neng)提高污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)脫水(shui)能(neng)(neng)力(li)，但(dan)(dan)由于缺乏細胞(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解(jie)，也(ye)就降(jiang)(jiang)低了(le)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)破解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)程度(du)。FitzGerald等(deng)[80]研究了(le)不(bu)同聲(sheng)波強(qiang)度(du)對污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)脫水(shui)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)影響發現了(le)聲(sheng)處(chu)理(li)(li)(li)(li)與CST之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)關性(xing)(xing)(xing)。Quarmby等(deng)[60]觀測到污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)脫水(shui)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)隨著(zhu)超聲(sheng)波強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高而降(jiang)(jiang)低，但(dan)(dan)是(shi)(shi)(shi)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)厭(yan)氧消(xiao)化對其脫水(shui)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)有著(zhu)積(ji)極的(de)(de)(de)(de)(de)影響，也(ye)就是(shi)(shi)(shi)消(xiao)化后的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)脫水(shui)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)因(yin)聲(sheng)處(chu)理(li)(li)(li)(li)而提高。隨著(zhu)處(chu)理(li)(li)(li)(li)時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)延長，污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)脫水(shui)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)逐漸降(jiang)(jiang)低（CST上(shang)升(sheng)）。這是(shi)(shi)(shi)因(yin)為(wei)聲(sheng)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后產生(sheng)了(le)更多的(de)(de)(de)(de)(de)小(xiao)顆粒物質，從而增(zeng)加了(le)總(zong)(zong)體的(de)(de)(de)(de)(de)表面積(ji)以吸附更多的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)。Gonze等(deng)[69]總(zong)(zong)結出(chu)隨功(gong)(gong)率(lv)水(shui)平的(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)低及處(chu)理(li)(li)(li)(li)時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)縮短(duan)(duan)，污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)CST是(shi)(shi)(shi)減少的(de)(de)(de)(de)(de)（即污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)脫水(shui)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)增(zeng)強(qiang)），但(dan)(dan)是(shi)(shi)(shi)在(zai)相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)率(lv)水(shui)平下提高聲(sheng)處(chu)理(li)(li)(li)(li)時(shi)(shi)間(jian)，CST的(de)(de)(de)(de)(de)值會上(shang)升(sheng)。這是(shi)(shi)(shi)因(yin)為(wei)在(zai)低功(gong)(gong)率(lv)和短(duan)(duan)作(zuo)用(yong)時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)(jian)下，絮體并不(bu)會變為(wei)更小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)顆粒，而在(zai)低功(gong)(gong)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下更有利于污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)脫水(shui)。
由(you)于細胞溶解向液相中釋(shi)放胞外聚合物(wu)（EPS）等生物(wu)聚合物(wu)，使得(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)脫(tuo)水(shui)性能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)隨(sui)著(zhu)超聲波強(qiang)(qiang)度的(de)(de)增(zeng)強(qiang)(qiang)而(er)惡化。研究(jiu)表明(ming)EPS會降(jiang)(jiang)低污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)脫(tuo)水(shui)性能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。在聲處理之前加(jia)入絮(xu)凝劑(ji)(ji)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)提高污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)脫(tuo)水(shui)性能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)；絮(xu)凝劑(ji)(ji)的(de)(de)投加(jia)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)使污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)含水(shui)率降(jiang)(jiang)低80%。因此，聲處理能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)在降(jiang)(jiang)低絮(xu)凝劑(ji)(ji)投加(jia)量20%—50%的(de)(de)同時(shi)提高污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)脫(tuo)水(shui)性能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。對比(bi)(bi)(bi)了(le)上述個人的(de)(de)實驗結果，undefinedundefinedNa等[63]發現CST在比(bi)(bi)(bi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)為0—800kJ/L范圍內會線性上升(sheng)，而(er)之后隨(sui)著(zhu)比(bi)(bi)(bi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)增(zeng)加(jia)CST則逐漸下降(jiang)(jiang)。出了(le)輸入比(bi)(bi)(bi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)外，CST的(de)(de)降(jiang)(jiang)低還受聲處理時(shi)間和污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)體(ti)積的(de)(de)影(ying)響。由(you)于前述研究(jiu)者們所(suo)使用(yong)的(de)(de)比(bi)(bi)(bi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)低于Na等[63]所(suo)使用(yong)的(de)(de)，或(huo)許在高比(bi)(bi)(bi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)條件(jian)下，污(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)脫(tuo)水(shui)性能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)隨(sui)其升(sheng)高而(er)增(zeng)強(qiang)(qiang)。
CST小于20秒(miao)的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)是(shi)有(you)利于污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)。污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)水(shui)(shui)(shui)(shui)性(xing)能(neng)(neng)可(ke)以從結(jie)(jie)合(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)方面(mian)(mian)進行表達(da)，即污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)中(zhong)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)組(zu)分(fen)升(sheng)高(gao)則表明(ming)其脫(tuo)水(shui)(shui)(shui)(shui)性(xing)能(neng)(neng)下(xia)降(jiang)了(le)。提高(gao)輸入(ru)功(gong)(gong)率(lv)能(neng)(neng)使(shi)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)成(cheng)分(fen)提高(gao)。比如(ru)，在0.33undefinedW/mL的(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)率(lv)下(xia)，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)組(zu)分(fen)提高(gao)了(le)4倍并因此(ci)使(shi)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)水(shui)(shui)(shui)(shui)性(xing)能(neng)(neng)下(xia)降(jiang)。原污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)比例為3.8kg/kg DS，在0.11 W/mL的(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)率(lv)條(tiao)件(jian)下(xia)，結(jie)(jie)合(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)比例上升(sheng)為5.9 kg/kg DS；當輸入(ru)功(gong)(gong)率(lv)為0.33W/mL時(shi),結(jie)(jie)合(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)量提高(gao)到11.7 kg/kg DS。在高(gao)輸入(ru)功(gong)(gong)率(lv)的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)顆粒被破解為粒徑更小的(de)(de)(de)(de)微粒，由于表面(mian)(mian)積的(de)(de)(de)(de)增(zeng)大使(shi)得對水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)吸附能(neng)(neng)力(li)增(zeng)強(qiang)，因而提高(gao)了(le)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)中(zhong)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)含量。
許(xu)多研究(jiu)者研究(jiu)了污(wu)(wu)泥脫(tuo)(tuo)水(shui)(shui)性(xing)(xing)能(neng)與(yu)破(po)解度(du)(du)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)關系。污(wu)(wu)泥的(de)(de)(de)(de)(de)破(po)解度(du)(du)在2%到(dao)5%之(zhi)間(jian)能(neng)提高(gao)其(qi)脫(tuo)(tuo)水(shui)(shui)性(xing)(xing)能(neng)。當破(po)解度(du)(du)小于(yu)2%時(shi)，污(wu)(wu)泥絮體(ti)結構的(de)(de)(de)(de)(de)變化十(shi)分有(you)(you)限，而當破(po)解度(du)(du)高(gao)于(yu)5%時(shi)小尺(chi)寸微(wei)粒的(de)(de)(de)(de)(de)增多會導致結合水(shui)(shui)成(cheng)分的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)。undefinedFeng等[65]研究(jiu)了胞外(wai)聚合物(wu)(wu)濃度(du)(du)對(dui)污(wu)(wu)泥脫(tuo)(tuo)水(shui)(shui)性(xing)(xing)能(neng)影響。獲得良好的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥脫(tuo)(tuo)水(shui)(shui)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)最佳(jia)操作條件是(shi)輸入功(gong)(gong)率為undefined800 kJ/kg TS，胞外(wai)聚合物(wu)(wu)濃度(du)(du)為400–500 mg/L顆(ke)粒尺(chi)寸范(fan)圍為80—90μm。當輸入功(gong)(gong)率在undefinedundefined4400 kJ/kg TS以下(xia)時(shi)，污(wu)(wu)泥的(de)(de)(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)水(shui)(shui)性(xing)(xing)能(neng)有(you)(you)微(wei)弱的(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)，而功(gong)(gong)率超(chao)過undefined4400 kJ/kg TS后脫(tuo)(tuo)水(shui)(shui)性(xing)(xing)能(neng)顯著下(xia)降(jiang)。有(you)(you)報道指(zhi)出，EPS與(yu)CST的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)關系數為0.9576，EPS與(yu)SRF的(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)關系數為0.8314。相(xiang)似的(de)(de)(de)(de)(de)，Wang等[62]也發現了EPS與(yu)CST間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)關系數為0.9233.Houghton和Stephenson[89]指(zhi)出EPS與(yu)CST之(zhi)間(jian)是(shi)二(er)階相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)(de)，其(qi)相(xiang)關系數為0.9687。
Feng等[65]研究了(le)比能對EPS釋放的影響發現提高比能可以(yi)增加EPS在溶液中(zhong)的釋放。污泥(ni)(ni)中(zhong)EPS濃度(du)(du)的上(shang)升會提高污泥(ni)(ni)的粘度(du)(du)。此(ci)外，EPS會在過濾介(jie)質(zhi)表面(mian)形(xing)成(cheng)一層很薄的阻隔層，導致污泥(ni)(ni)脫(tuo)水(shui)性(xing)能的下降。
2.4.1.3 污(wu)泥的沉降(jiang)性能(neng)
污泥的沉降性能隨比能的升高而變化。Feng等[46]提出提高活性污泥沉降性能的最佳輸入功率為1000 kJ/kg TS。當功率超過5000 kJ/kg TS時，由于絮體的完全破壞以及EPS濃度的上升，污泥的沉降性能開始惡化。活性污泥絮體的沉降速率一般為5m/h到30m/h。Chu等[61]總結出超聲波處理對污泥的沉降性能沒有明顯的影響，這與超聲波處理能改變顆粒尺寸等已有的理論相違背。Feng等[46]研究了物質組成結構的變化并總結出單位輸入功率與TDS之間有很強的相關性。Show等[41]給出了獲得良好污泥沉降性能的最佳固體濃度條件，其最佳條件為固體成分比例為2.3%到3.2%。
2.4.1.4 污泥(ni)的顯(xian)微鏡檢(jian)測(ce)
超聲波處理能破解污泥絮體并溶解微生物的細胞壁。對污泥破解前后的微生物進行顯微鏡成像分析能夠用來估計污泥的破解程度。顯微鏡成像分析能夠提供經超聲波破解后的污泥在細胞級大小的信息。我們可以測定在不同超聲作用時間下絮體結構的變化以及微生物細胞壁的破壞情況。提高作用時間會使絮體及細胞壁完全被破壞。例如，2min的作用時間能使絮體的結構顯著的破壞但并沒對微生物細胞造成破壞；10min的作用時間下絮體被完全破解為絲狀結構；經過30min的超聲處理，可以觀察到許多細胞壁被破壞。Dewil等[85]總結指出超聲波處理能夠減小絮體的平均尺寸并產生豐富的分離的細胞。與上述許多研究相反地，Feng等[46]觀察到即使在很高的功率26000 kJ/kg TS條件下，絮體結構和微生物細胞都沒有被完全破壞。這表明，超聲波處理對分裂微生物有很明顯的作用，但分裂的效率如何并不清楚。在這方面的許多研究還有待進行。
2.4.1.5 濁度的變(bian)化
污泥的濁度隨比能的升高而升高。在低頻率的條件下有較高的污泥破解效率，此時微粒尺寸的減小會導致污泥濁度的升高。El-Hadj等[64]指出，在5000 kJ/kg TS以下的條件中，污泥懸浮液的濁度有所下降，當功率條件大于5000 kJ/kg TS時，濁度會劇烈升高。輸入功率小于1000 kJ/kg TS時由于不能得到大量的微粒，因此污泥的濁度并沒有升高，這表明破解污泥的最小輸入功率應該是1000 kJ/kg TS。
物理(li)參數的(de)(de)(de)分析能夠(gou)間接(jie)的(de)(de)(de)反映出(chu)污(wu)泥(ni)破(po)解(jie)(jie)的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)。然而，超聲處理(li)參數以(yi)及它(ta)們所(suo)影響的(de)(de)(de)污(wu)泥(ni)物理(li)參數之間的(de)(de)(de)關系仍有(you)待研(yan)究。在實際應用中，物理(li)參數的(de)(de)(de)改(gai)變是評(ping)價污(wu)泥(ni)破(po)解(jie)(jie)效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)最主要因素(su)。超聲波處理(li)對污(wu)泥(ni)物理(li)性(xing)參數的(de)(de)(de)影響的(de)(de)(de)研(yan)究總結如表3所(suo)示。
2.4.2 化學評價法
污(wu)泥(ni)是(shi)包含了各種微(wei)生物的(de)(de)復(fu)雜(za)基質，這(zhe)些微(wei)生物的(de)(de)細胞壁的(de)(de)強度各不相同。化學評價主要是(shi)在數(shu)量(liang)上關注(zhu)于(yu)污(wu)泥(ni)破(po)解的(de)(de)效率(lv)。“破(po)解度”這(zhe)個參數(shu)是(shi)由Kunz和Wagner[94]為了定量(liang)表達污(wu)泥(ni)的(de)(de)破(po)解效率(lv)而(er)提出的(de)(de)。其公式如（5）（6）所示。
2.4.2.1 溶解性COD評(ping)價法
超聲(sheng)(sheng)波處理能夠(gou)粉碎細胞(bao)和(he)(he)胞(bao)外物質，有(you)機碎片(pian)和(he)(he)污泥(ni)(ni)中(zhong)(zhong)的(de)(de)EPS。污泥(ni)(ni)中(zhong)(zhong)的(de)(de)SCOD濃度由(you)于固(gu)體相的(de)(de)溶解(jie)及液相中(zhong)(zhong)有(you)機物和(he)(he)EPS濃度的(de)(de)升(sheng)高(gao)而升(sheng)高(gao)。因(yin)此(ci)，SCOD能作為污泥(ni)(ni)破解(jie)效(xiao)率(lv)的(de)(de)評價(jia)參(can)數(shu)(shu)。除(chu)此(ci)之外，氨氮、硝氮和(he)(he)EPS的(de)(de)濃度也是污泥(ni)(ni)聲(sheng)(sheng)處理的(de)(de)重要的(de)(de)化學(xue)評價(jia)參(can)數(shu)(shu)。幾乎所有(you)研(yan)究者都使(shi)用(yong)了SCOD來(lai)作為評價(jia)污泥(ni)(ni)破解(jie)效(xiao)率(lv)的(de)(de)參(can)數(shu)(shu)。但是，由(you)于影響(xiang)污泥(ni)(ni)破解(jie)效(xiao)率(lv)的(de)(de)因(yin)素有(you)很多，要對(dui)(dui)這些研(yan)究結果(guo)進行(xing)對(dui)(dui)比是很困(kun)難的(de)(de)。超聲(sheng)(sheng)波處理對(dui)(dui)于污泥(ni)(ni)中(zhong)(zhong)的(de)(de)總COD沒有(you)影響(xiang)，所以可以用(yong)SCOD/TCOD來(lai)表達超聲(sheng)(sheng)波處理后有(you)機物質從固(gu)相釋放(fang)到液相的(de)(de)情(qing)況。Tiehm等(deng)[33]，Rai等(deng)[98]，Bougrier等(deng)[47]使(shi)用(yong)了經Muller修正的(de)(de)破解(jie)度開評價(jia)破解(jie)效(xiao)率(lv)。
Shimizu等[6]分析了不同作用(yong)時間(jian)下活性(xing)(xing)污(wu)泥的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)性(xing)(xing)。要獲(huo)得75—80%的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)率，需要超(chao)聲波(bo)處理(li)90分鐘(zhong)，最少需要30到40分鐘(zhong)的(de)(de)(de)處理(li)時間(jian)才能獲(huo)得50%的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)率。Tiehm等[13]指出，經(jing)過96秒的(de)(de)(de)超(chao)聲波(bo)處理(li)，破解(jie)(jie)度(du)(du)提高了30%。隨著(zhu)聲波(bo)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)提高，污(wu)泥中SCOD的(de)(de)(de)濃度(du)(du)有(you)所(suo)升高。有(you)研(yan)究顯示，破解(jie)(jie)度(du)(du)和聲波(bo)強(qiang)度(du)(du)之(zhi)間(jian)存在著(zhu)線(xian)性(xing)(xing)關系。高強(qiang)度(du)(du)下產生更(geng)強(qiang)的(de)(de)(de)機械(xie)剪切力使得微生物(wu)細胞壁破裂，從而提高了COD的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)，這(zhe)也就提高了破解(jie)(jie)度(du)(du)。
進一(yi)步地，Wang等(deng)(deng)[31]研(yan)究(jiu)了(le)作(zuo)用時間對(dui)污(wu)泥(ni)破解(jie)(jie)度(du)影響并發現污(wu)泥(ni)中溶解(jie)(jie)性COD，蛋(dan)白(bai)(bai)質(zhi)，碳(tan)(tan)水(shui)化合(he)(he)物(wu)的(de)(de)濃(nong)度(du)隨著處(chu)理時間的(de)(de)增加(jia)(jia)而(er)升高(gao)。由于(yu)超(chao)聲波處(chu)理能使(shi)絮體及細胞壁(bi)破裂而(er)釋放出(chu)各種有機(ji)物(wu)質(zhi)，因(yin)此會(hui)導致COD，蛋(dan)白(bai)(bai)質(zhi)，碳(tan)(tan)水(shui)化合(he)(he)物(wu)等(deng)(deng)濃(nong)度(du)的(de)(de)上升。蛋(dan)白(bai)(bai)質(zhi)占(zhan)了(le)細菌干重(zhong)的(de)(de)50%到(dao)60%。與蛋(dan)白(bai)(bai)質(zhi)增加(jia)(jia)相比，觀察到(dao)的(de)(de)COD和(he)碳(tan)(tan)水(shui)化合(he)(he)物(wu)濃(nong)度(du)的(de)(de)升高(gao)是相對(dui)較小的(de)(de)。污(wu)泥(ni)的(de)(de)溶解(jie)(jie)率是由預處(chu)理前后懸浮液中蛋(dan)白(bai)(bai)質(zhi)，碳(tan)(tan)水(shui)化合(he)(he)物(wu)和(he)COD的(de)(de)有機(ji)物(wu)質(zhi)的(de)(de)濃(nong)度(du)來定義的(de)(de)。
破解(jie)(jie)效(xiao)率還可以(yi)用釋(shi)(shi)放出(chu)的(de)(de)成分如蛋(dan)白質(zhi)，多糖和(he)DNA的(de)(de)進行評價。超聲(sheng)波處(chu)理可以(yi)粉(fen)碎絮體，溶解(jie)(jie)微生物細胞而(er)導致EPS和(he)其他物質(zhi)的(de)(de)釋(shi)(shi)出(chu)。這些物質(zhi)的(de)(de)釋(shi)(shi)出(chu)效(xiao)率在超聲(sheng)處(chu)理過(guo)程中(zhong)并不是始終如一的(de)(de)。蛋(dan)白質(zhi)的(de)(de)釋(shi)(shi)出(chu)高于多糖和(he)DNA。在20分鐘的(de)(de)處(chu)理時間內，其釋(shi)(shi)出(chu)的(de)(de)效(xiao)率增大，在此(ci)之(zhi)后(hou)蛋(dan)白質(zhi)的(de)(de)釋(shi)(shi)放減慢。多糖和(he)DNA的(de)(de)釋(shi)(shi)出(chu)也有(you)相似的(de)(de)規律。此(ci)外，提(ti)高聲(sheng)波強度會使使出(chu)的(de)(de)DNA改性。
對于污泥破解(jie)的(de)(de)效果，最(zui)佳的(de)(de)輸入功率(lv)(lv)為50kJ/kg TS。更高(gao)的(de)(de)功率(lv)(lv)有可能(neng)會減緩蛋(dan)白質(zhi)，多糖和(he)DNA的(de)(de)釋(shi)出。有報(bao)道指出污泥的(de)(de)超聲波(bo)處理會提(ti)高(gao)液相中(zhong)鈣離(li)子和(he)鎂(mei)離(li)子的(de)(de)濃度。升高(gao)的(de)(de)效率(lv)(lv)剛開(kai)始增大(da)，隨著時間慢(man)慢(man)減小(xiao)。污泥粉碎產(chan)生的(de)(de)小(xiao)顆(ke)粒吸收了(le)鈣和(he)鎂(mei)離(li)子從而降低了(le)二者在液相中(zhong)的(de)(de)濃度。處理過程中(zhong)釋(shi)出的(de)(de)鈣鎂(mei)離(li)子與生物(wu)聚合物(wu)（蛋(dan)白質(zhi)）有關。
Nels等[48]評價了總固體濃(nong)度(du)對(dui)破解(jie)度(du)的(de)影響(xiang)(xiang)。升(sheng)高(gao)TS的(de)濃(nong)度(du)，SCOD的(de)溶解(jie)會導(dao)致一個最(zui)佳(jia)條件的(de)出現。液體中更高(gao)的(de)固體量會產生(sheng)更多的(de)空穴(xue)位(wei)以及機械剪切力(li)，當超(chao)過了最(zui)佳(jia)濃(nong)度(du)時聲波(bo)會因吸(xi)收作(zuo)用(yong)而減弱。在較(jiao)高(gao)的(de)輸入(ru)功率下獲得的(de)破解(jie)度(du)較(jiao)低，所以，與之相比超(chao)聲波(bo)密度(du)的(de)影響(xiang)(xiang)更為顯著。
在不(bu)同的(de)(de)TS濃度(du)條(tiao)件下(xia)，懸浮液中(zhong)蛋白質的(de)(de)濃度(du)均(jun)隨(sui)輸入功率的(de)(de)升高(gao)(gao)而(er)(er)升高(gao)(gao)。其濃度(du)升高(gao)(gao)趨勢也是一開始很快，隨(sui)著(zhu)處(chu)理(li)時(shi)間推移而(er)(er)慢(man)慢(man)減緩。在高(gao)(gao)TS情況下(xia)，污泥中(zhong)空穴作用的(de)(de)減弱(ruo)不(bu)利于蛋白質的(de)(de)釋出(chu)(chu)。隨(sui)著(zhu)超聲波密度(du)的(de)(de)升高(gao)(gao)，懸浮液中(zhong)SCOD的(de)(de)釋出(chu)(chu)增加。在恒定的(de)(de)輸入功率下(xia)，最佳TS濃度(du)為2.3%到3.2%。為了評價此范圍，提出(chu)(chu)了指數D，其計算如式（7）；
有文獻提供了一個用來評價破解度的新參數，kW h/kg SCOD，它考慮到了污泥特性和溶解效率。使用這一新參數對污泥的超聲波處理進行評價，最佳的操作參數分別是TS在20到30g/L之間，聲波強度為158—251W/cm2以及作用時間為5到15分鐘。Feng等[46]發現SCOD與輸入功率間是正相關的。
Tiehm等[33]研究了超聲波頻率、單位輸入功率及理論空穴氣泡尺寸對污泥粉碎度的影響。隨著頻率的升高，破解度逐漸降低。當氣泡半徑大于4μm時，破解度成對數性增加。
Chu等[61]研究(jiu)了輸(shu)入功率和溶(rong)液(ye)(ye)溫度(du)上(shang)升的影響作用(yong)，他(ta)們觀察到當(dang)輸(shu)入功率分別(bie)為0.11W/mL和undefined0.33W/mL時(shi)，其相(xiang)應溶(rong)解的COD分別(bie)占懸浮(fu)液(ye)(ye)的2%和20%。在0.33W/mL的條件下，BOD/TCOD的值從66%上(shang)升至80%。
超(chao)聲波(bo)處理(li)對(dui)溫度(du)(du)的(de)影響并沒有一個確定的(de)結(jie)果。高溫會使(shi)飽(bao)和蒸汽壓升高導(dao)致氣泡更難(nan)破(po)裂因而降低了(le)空穴的(de)強度(du)(du)，便降低了(le)破(po)解(jie)效(xiao)率。Huan等[88]分析(xi)了(le)溫度(du)(du)對(dui)污泥超(chao)聲處理(li)的(de)影響作(zuo)用。通過延長處理(li)時間來提(ti)高污泥的(de)溫度(du)(du)能夠提(ti)高超(chao)聲波(bo)的(de)效(xiao)率。
在(zai)不同的功率(lv)水(shui)平下(xia)對溶(rong)液相(xiang)溫度的影(ying)響作用進行分析(xi)表明，隨著功率(lv)水(shui)平和處理(li)時(shi)間(jian)的增(zeng)(zeng)加(jia)，溶(rong)液相(xiang)溫度逐漸(jian)升高并導致SCOD/COD比(bi)值(zhi)的升高。分析(xi)超聲波密度對污泥(ni)粉碎的影(ying)響可以觀察到，SCOD的溶(rong)解(jie)率(lv)隨聲處理(li)時(shi)間(jian)的增(zeng)(zeng)長(chang)而降低。
Gronroos等(deng)[97]分(fen)析了(le)高電(dian)壓(ya)短停留(liu)時(shi)間和低(di)電(dian)壓(ya)長停留(liu)時(shi)間兩種條件對污(wu)泥粉碎(sui)的(de)(de)影(ying)響(xiang)作用并(bing)發現(xian)，SCOD的(de)(de)釋出在二(er)者(zhe)中并(bing)沒有區別。污(wu)泥中干固體含量的(de)(de)升(sheng)高能提高破解度(du)，這是因為有更高濃度(du)的(de)(de)微生物(wu)可(ke)以被粉碎(sui)。影(ying)響(xiang)獲(huo)得最大DS值的(de)(de)因素(su)有反(fan)應器尺寸，轉換器型(xing)號，污(wu)泥的(de)(de)粘度(du)，污(wu)泥的(de)(de)溫度(du)和聚(ju)合(he)物(wu)濃度(du)等(deng)。根據變電(dian)壓(ya)函數模型(xing)，可(ke)以總結出功率和處(chu)(chu)理(li)(li)時(shi)間的(de)(de)影(ying)響(xiang)大于其與能量密(mi)度(du)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，也就是說，低(di)密(mi)度(du)低(di)處(chu)(chu)理(li)(li)時(shi)間比高密(mi)度(du)長時(shi)間更為有效(xiao)。通(tong)過假(jia)設超聲波(bo)處(chu)(chu)理(li)(li)污(wu)泥的(de)(de)破解度(du)的(de)(de)升(sheng)高隨著(zhu)處(chu)(chu)理(li)(li)時(shi)間和超生密(mi)度(du)的(de)(de)增加而逐(zhu)漸減緩(huan)，可(ke)以推導出這一函數模型(xing)：
有人對初沉污泥和二沉污泥在超聲處理中其溶解性的影響進行了分析。SCOD在二沉污泥中有更好的溶解，同時還觀察到在初沉污泥和二沉污泥中SCOD與處理時間存在著線性相關性。在相同的輸入功率條件下，隨著超聲波密度增大，SCOD的濃度也隨之升高。Bougrier等[47]分析了比能對COD溶解性的影響。當比能在0到8000undefinedkJ/kg TS的范圍內，溶解率有所上升，此后提高比能溶解率反而下降。其中最佳溶解性出現在10000undefinedkJ/kg TS的條件下。
2.4.2.1.1 污泥超聲波粉碎的(de)動力學模(mo)型
通過建立動力(li)學模型，可(ke)以(yi)研究聲處(chu)理參數和(he)污(wu)泥(ni)特性(xing)對于SCOD溶(rong)解(jie)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)。假設SCOD是因變量(liang)，而(er)自變量(liang)為污(wu)泥(ni)濃度(du)，pH，超聲波(bo)強度(du)，處(chu)理時間和(he)超聲波(bo)密度(du)。那么(me)，SCOD的(de)溶(rong)解(jie)度(du)和(he)粉(fen)碎率可(ke)通過式（9）（10）計算。
磁動力學模型可以利用多元線性回歸法進行分析。Wang等[49]表示，各個參數對于SCOD溶解性的權重關系順序為：pH > 污泥濃度 > 超聲波強度 > 超聲波密度。
聲(sheng)處理(li)時間對生物(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)作用有很大的(de)(de)(de)(de)影響。有研究(jiu)表(biao)明，生物(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)發(fa)生在10分鐘(zhong)的(de)(de)(de)(de)聲(sheng)處理(li)后。相似的(de)(de)(de)(de)，Chu等[61]指(zhi)出(chu)在低聲(sheng)波密(mi)度的(de)(de)(de)(de)條件下(xia)處理(li)20分鐘(zhong)會出(chu)現生物(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)。上述兩個研究(jiu)都(dou)可(ke)以說(shuo)明，污(wu)泥的(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)取決于超(chao)聲(sheng)波密(mi)度。此外，Zhang等[56]觀(guan)察發(fa)現，在0.1到1.5W/mL的(de)(de)(de)(de)范圍內污(wu)泥的(de)(de)(de)(de)粉碎(sui)度和(he)細(xi)胞的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解與超(chao)聲(sheng)波密(mi)度之間存在著線性關系(xi)。
污泥(ni)的超聲粉碎(sui)導致SCOD，蛋白質和核酸濃(nong)(nong)度的升高。這(zhe)些(xie)物(wu)質濃(nong)(nong)度的升高可以通過下式表示：
Zhang等(deng)[56]在評價粉碎(sui)度和溶解(jie)性(xing)固體的(de)(de)減少的(de)(de)影響時(shi)發現二者重疊(die)了，這暗示(shi)了這兩個參數可以(yi)相互(hu)替代。VS和COD代表了污泥(ni)中(zhong)的(de)(de)有(you)機物(wu)質，所(suo)以(yi)懸浮有(you)機物(wu)的(de)(de)增加(jia)與VS的(de)(de)減少是(shi)有(you)關聯的(de)(de)。粉碎(sui)度隨(sui)著比能(neng)的(de)(de)升高而升高。Nels等(deng)[63]觀察(cha)到在比能(neng)為(wei)undefined12000kJ/kg TS，DS比例為(wei)34.4 g/kg of WAS的(de)(de)條件下(xia)粉碎(sui)度可以(yi)得到最(zui)大32%的(de)(de)提升。
2.4.2.2 蛋白(bai)質評定(ding)法
蛋白(bai)質(zhi)是(shi)細(xi)菌(jun)體的(de)(de)重要組成物質(zhi)，其(qi)在活細(xi)胞中(zhong)有著各種(zhong)不同的(de)(de)功能，例如作為(wei)生化反應的(de)(de)催化劑(ji)。在污(wu)(wu)水活性污(wu)(wu)泥中(zhong)，70—80%的(de)(de)胞外有機碳(tan)以蛋白(bai)質(zhi)或糖類的(de)(de)形式(shi)存在。Wang等[62]通過蛋白(bai)質(zhi)的(de)(de)測定(ding)已(yi)進行(xing)污(wu)(wu)泥粉(fen)碎度的(de)(de)定(ding)量分(fen)析(xi)。Akin等[66]測定(ding)了(le)評價計(ji)算污(wu)(wu)泥粉(fen)碎度所需的(de)(de)各系數的(de)(de)值。
Wang等(deng)[81]測量(liang)(liang)了不同聲(sheng)處理時間下液相中蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)(bai)質(zhi)的(de)釋出(chu)量(liang)(liang)。他們(men)發現在經超(chao)聲(sheng)波降解的(de)污泥的(de)液相中，蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)(bai)質(zhi)濃度與DNA和多糖相比占主要部分。在處理的(de)錢20分鐘內(nei)蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)(bai)質(zhi)的(de)釋出(chu)率非常高(gao)，20分鐘的(de)處理后DNA和多糖的(de)濃度開始下降。Feng等(deng)[46]觀察到(dao)提高(gao)能量(liang)(liang)輸入可(ke)以使蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)(bai)質(zhi)濃度升高(gao)。然而，蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)(bai)質(zhi)的(de)測量(liang)(liang)還不普(pu)及，以蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)(bai)質(zhi)的(de)測量(liang)(liang)來計算污泥，超(chao)聲(sheng)波粉(fen)碎效(xiao)(xiao)率的(de)方法還沒有被很(hen)好地(di)接受。所以，COD測量(liang)(liang)由于其操(cao)作的(de)簡單易行，仍將(jiang)繼續作為評(ping)定(ding)超(chao)聲(sheng)波粉(fen)碎效(xiao)(xiao)率的(de)方法。
2.4.2.3 NH3評定法(fa)
超聲波處理能(neng)夠提高(gao)污(wu)泥(ni)樣品(pin)中(zhong)(zhong)有(you)(you)機(ji)(ji)氮和(he)(he)氨(an)氮的(de)(de)(de)濃(nong)度。所以(yi)，NH3評定法同樣可以(yi)用來評價粉碎度。Bougrier等[47]分析了(le)聲處理對有(you)(you)機(ji)(ji)氮溶解(jie)的(de)(de)(de)影(ying)響。在比能(neng)為(wei)1undefinedundefined5000kJ/kg TS的(de)(de)(de)條件下，有(you)(you)機(ji)(ji)氮的(de)(de)(de)溶解(jie)率為(wei)40%而最大(da)溶解(jie)率出現在比能(neng)為(wei)1000undefinedundefined0kJ/kg TS的(de)(de)(de)情況里(li)。隨(sui)著輸入比能(neng)和(he)(he)污(wu)泥(ni)中(zhong)(zhong)TS組分的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)，氨(an)氮濃(nong)度隨(sui)之(zhi)升(sheng)高(gao)。氨(an)氮濃(nong)度的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)是因(yin)為(wei)細菌細胞(bao)的(de)(de)(de)破碎使得細胞(bao)內的(de)(de)(de)有(you)(you)機(ji)(ji)氮釋放到(dao)液相中(zhong)(zhong)，繼(ji)而被(bei)水解(jie)為(wei)氨(an)。
Feng等(deng)[46]發現了(le)在不(bu)同輸(shu)入功(gong)率條件下經超聲處(chu)理后(hou)銨(an)氮(dan)和(he)氮(dan)濃度的(de)(de)(de)(de)(de)變化。當(dang)超聲波的(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)率大(da)于(yu)5000kJ/kg TS時硝氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)濃度上升，而(er)由于(yu)空穴產生的(de)(de)(de)(de)(de)羥基自由基使(shi)得在相(xiang)同條件下氨氮(dan)濃度的(de)(de)(de)(de)(de)升高比硝氮(dan)更大(da)。我們需要了(le)解氮(dan)數據和(he)其后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)厭氧消化測試的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)關性來弄明白超聲波處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)影響及氨在液相(xiang)中的(de)(de)(de)(de)(de)釋出。當(dang)前(qian)，還沒有具有說服(fu)力的(de)(de)(de)(de)(de)結論來評定(ding)超聲波處(chu)理污泥的(de)(de)(de)(de)(de)粉碎效率。眾多(duo)研究者(zhe)對各化學(xue)參數的(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)量計算(suan)列(lie)舉在表4中。
2.4.2.4 生物學評定法(fa)
超(chao)聲波處理能使絮體破(po)(po)碎并破(po)(po)壞(huai)(huai)細菌的(de)(de)(de)(de)(de)細胞壁(bi)。細胞壁(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)破(po)(po)壞(huai)(huai)可(ke)以(yi)通(tong)過生物學的(de)(de)(de)(de)(de)方法來(lai)進(jin)行測定(ding)。大量的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)污泥包(bao)含了(le)好氧和兼性(xing)細菌。好氧速率(lv)（OUR）可(ke)以(yi)用來(lai)描述(shu)微生物活動。例(li)如，如果OUR = 0，那么所有的(de)(de)(de)(de)(de)細胞都被粉(fen)碎了(le)即粉(fen)碎度(du)是(shi)100%。所以(yi)，超(chao)聲處理污泥的(de)(de)(de)(de)(de)粉(fen)碎效率(lv)可(ke)以(yi)通(tong)過OUR來(lai)測定(ding)。Rai等[98]提出了(le)不活躍(yue)度(du)（undefinedDDOUR）來(lai)評價粉(fen)碎度(du)。undefinedDDOUR 的(de)(de)(de)(de)(de)表達式(shi)(shi)見式(shi)(shi)（17）：
有(you)研究發現，當輸(shu)入功率(lv)(lv)提高(gao)到40kJ/kg TS時，DDOUR 十分快速(su)地升(sheng)高(gao)，此后輸(shu)入功率(lv)(lv)的(de)升(sheng)高(gao)減緩了DDOUR 的(de)升(sheng)高(gao)速(su)率(lv)(lv)。Chu等[61]利用(yong)異養(yang)菌平板(ban)計數和OUR共同評(ping)價超聲波粉碎效率(lv)(lv)。隨(sui)著聲處理時間的(de)增長，異養(yang)菌的(de)存活率(lv)(lv)降低。隨(sui)著輸(shu)入比功率(lv)(lv)的(de)升(sheng)高(gao)，比耗氧速(su)率(lv)(lv)隨(sui)之升(sheng)高(gao)并達到最優(you)值(zhi)。此后隨(sui)著微生物(wu)的(de)鈍化(hua)，比耗氧速(su)率(lv)(lv)反而下降。
在(zai)(zai)低的超(chao)聲(sheng)波密度(du)下，絮體破碎了(le)(le)但(dan)細(xi)胞(bao)并沒有溶解，所以SOUR一開(kai)始是(shi)上升的。Akin研究發現最大的不活(huo)躍度(du)是(shi)65%，而在(zai)(zai)10kW/g TS的比功(gong)率(lv)及2%TS比例(li)的條件(jian)下，該(gai)不活(huo)躍度(du)下降(jiang)為60%。Huan等(deng)[88]在(zai)(zai)污泥(ni)微(wei)(wei)生物活(huo)性(xing)和粉碎度(du)之間進行了(le)(le)評價。其研究表明(ming)，在(zai)(zai)微(wei)(wei)生物活(huo)性(xing)升高前有些(xie)細(xi)菌的細(xi)胞(bao)壁已(yi)經遭到(dao)破壞(huai)，當粉碎度(du)達(da)(da)到(dao)40%或以上時(shi)細(xi)胞(bao)開(kai)始出現溶解并導(dao)致(zhi)了(le)(le)微(wei)(wei)生物活(huo)性(xing)的下降(jiang)。SOUR與粉碎度(du)之間的近似關系(xi)可以表達(da)(da)為DDSOUR = -3.75DD2COD + 0.75DDCOD + 0.21 。
3. 超聲波處理對厭氧消化中污泥(ni)的可(ke)降解性及產甲烷量的影(ying)響
超(chao)聲波處理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)目的(de)(de)(de)(de)是提(ti)高(gao)污(wu)泥(ni)在(zai)厭(yan)氧消化中(zhong)的(de)(de)(de)(de)可降解(jie)(jie)性以(yi)及(ji)(ji)在(zai)低HRT條件下增(zeng)加其(qi)產(chan)甲(jia)烷量(liang)。數十年來(lai)，許多研究者都(dou)在(zai)評價超(chao)聲波處理(li)(li)參(can)數對(dui)污(wu)泥(ni)可降解(jie)(jie)性及(ji)(ji)提(ti)高(gao)產(chan)甲(jia)烷量(liang)的(de)(de)(de)(de)作用。對(dui)于提(ti)高(gao)產(chan)甲(jia)烷量(liang)的(de)(de)(de)(de)預(yu)處理(li)(li)效率的(de)(de)(de)(de)順(shun)序(xu)是超(chao)聲溶解(jie)(jie) > 自動窯熱預(yu)處理(li)(li) > 水(shui)浴熱預(yu)處理(li)(li) > 冷凍(dong).污(wu)泥(ni)中(zhong)細胞內(nei)聚合(he)物的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)(jie)和水(shui)解(jie)(jie)轉化為更低分子量(liang)物質(zhi)的(de)(de)(de)(de)過程是一(yi)個速率限制步驟(zou)，通(tong)常地，復雜有(you)機物的(de)(de)(de)(de)水(shui)解(jie)(jie)是通(tong)過胞外酶的(de)(de)(de)(de)催化實(shi)現的(de)(de)(de)(de)。超(chao)聲波處理(li)(li)會(hui)誘發(fa)空穴(xue)，空穴(xue)能夠使(shi)細胞壁溶解(jie)(jie)并向液相中(zhong)釋出(chu)胞內(nei)物質(zhi)。所以(yi)影(ying)響空穴(xue)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)聲處理(li)(li)參(can)數將會(hui)影(ying)響到污(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)(de)消化。在(zai)厭(yan)氧消化過程中(zhong)提(ti)高(gao)VS的(de)(de)(de)(de)減少量(liang)可以(yi)直接轉變(bian)為產(chan)甲(jia)烷量(liang)的(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)。
3.1 對污泥可消(xiao)化能力和甲烷的影響
許多人研(yan)究了(le)聲波密度、強(qiang)度和(he)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)(jian)對(dui)污(wu)泥(ni)粉(fen)碎及可消(xiao)(xiao)化(hua)能力(li)提(ti)高的(de)影響作用。Shimizu等[6]在研(yan)究超聲波處(chu)理(li)對(dui)于連續(xu)式消(xiao)(xiao)化(hua)反應器中厭(yan)氧(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)污(wu)泥(ni)的(de)影響作用時(shi)發現(xian)，在較短的(de)HRT條件(jian)下(xia)經超聲波處(chu)理(li)的(de)污(wu)泥(ni)的(de)產(chan)氣(qi)率(lv)提(ti)高了(le)。在2.5天的(de)停(ting)留時(shi)間(jian)(jian)條件(jian)下(xia)，可消(xiao)(xiao)解(jie)性提(ti)高到60%，氣(qi)體轉化(hua)效率(lv)提(ti)高到40%。活(huo)性污(wu)泥(ni)的(de)消(xiao)(xiao)化(hua)速率(lv)和(he)聚合物的(de)水解(jie)速率(lv)都(dou)遵循一階動力(li)學(xue)，其速率(lv)常數分(fen)別(bie)是0.16/天和(he)1.2/天。與(yu)單(dan)相(xiang)厭(yan)氧(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)系(xi)統相(xiang)比，兩相(xiang)厭(yan)氧(yang)消(xiao)(xiao)化(hua)中活(huo)性污(wu)泥(ni)轉化(hua)為甲(jia)烷氣(qi)體的(de)效率(lv)更高。
Tiehm等利用(yong)不(bu)同HRT（22天(tian)(tian)，26天(tian)(tian)，12天(tian)(tian)和(he)8天(tian)(tian)）條件下的(de)批(pi)式實驗研究超聲(sheng)波處理對厭(yan)(yan)(yan)氧消(xiao)(xiao)化污(wu)泥的(de)影(ying)響。經過預處理后(hou)，厭(yan)(yan)(yan)氧消(xiao)(xiao)化中的(de)VS減少百分比較之未經預處理的(de)要高(gao)出(chu)(chu)不(bu)少，分別為50.3%和(he)45.8%。出(chu)(chu)水(shui)中VS濃度比傳統的(de)厭(yan)(yan)(yan)氧消(xiao)(xiao)化出(chu)(chu)水(shui)要低10%左右。有研究發(fa)現污(wu)泥經超聲(sheng)波處理后(hou)，可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)其VS的(de)減少量(liang)和(he)厭(yan)(yan)(yan)氧消(xiao)(xiao)化中的(de)產氣量(liang)。超聲(sheng)波處理能夠提(ti)高(gao)污(wu)泥的(de)可(ke)降解性，也(ye)就縮短了停(ting)留時(shi)(shi)間。Nels等研究發(fa)現可(ke)以(yi)講停(ting)留時(shi)(shi)間從16天(tian)(tian)縮短為4天(tian)(tian)。與參照(zhao)組相(xiang)比較發(fa)現，4天(tian)(tian)停(ting)留時(shi)(shi)間的(de)VS降解率(lv)提(ti)高(gao)了30%。
Tiehm等(deng)[33]分(fen)(fen)析了處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)時間和超(chao)聲(sheng)波(bo)頻率的(de)影響(xiang)作用指出，隨(sui)(sui)著二者(zhe)在預處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)中的(de)增(zeng)(zeng)加，消化(hua)污(wu)泥的(de)VS減少量(liang)也(ye)逐漸增(zeng)(zeng)加。例如，空白組樣品的(de)VS減少量(liang)為21.5%，而經30分(fen)(fen)鐘(zhong)超(chao)聲(sheng)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)的(de)樣品中此數據提(ti)(ti)高到27.3%，相對于空白組提(ti)(ti)高了27%。隨(sui)(sui)著處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)時間的(de)延長，污(wu)泥的(de)產氣(qi)量(liang)和氣(qi)體中甲烷(wan)的(de)含量(liang)同時上升。提(ti)(ti)高聲(sheng)波(bo)頻率會使得(de)粉碎度(du)降低并降低VS的(de)可(ke)降解性。
Wang等(deng)[31]也研(yan)究(jiu)了超聲處(chu)理時(shi)間(jian)對(dui)(dui)污(wu)(wu)泥(ni)粉(fen)碎(sui)及(ji)隨(sui)(sui)后的(de)(de)(de)厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)消(xiao)化(hua)的(de)(de)(de)影響作用。通(tong)(tong)過(guo)提高(gao)處(chu)理時(shi)間(jian)可以使甲(jia)(jia)烷(wan)的(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)上升(sheng)。當處(chu)理時(shi)間(jian)分別(bie)為(wei)10分鐘(zhong)(zhong)，20分鐘(zhong)(zhong)，30分鐘(zhong)(zhong)和40分鐘(zhong)(zhong)時(shi)，甲(jia)(jia)烷(wan)含(han)(han)量(liang)分別(bie)提高(gao)了12%，31%，64%和69%。所以，提高(gao)活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni)厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)消(xiao)化(hua)效(xiao)率的(de)(de)(de)最佳預處(chu)理時(shi)間(jian)應該是30分鐘(zhong)(zhong)。蛋白(bai)質，碳水化(hua)合(he)物(wu)(wu)和不飽和脂(zhi)肪(fang)酸(suan)(suan)等(deng)在(zai)(zai)厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)消(xiao)化(hua)中的(de)(de)(de)降解遵循(xun)著(zhu)相同的(de)(de)(de)趨(qu)勢。這(zhe)些有機物(wu)(wu)質的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)在(zai)(zai)最初的(de)(de)(de)24小(xiao)時(shi)內升(sheng)高(gao)，隨(sui)(sui)后其(qi)(qi)濃(nong)(nong)度(du)逐漸降低(di)。污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)產(chan)甲(jia)(jia)烷(wan)能力(li)與其(qi)(qi)不飽和脂(zhi)肪(fang)酸(suan)(suan)濃(nong)(nong)度(du)直接相關(guan)。隨(sui)(sui)著(zhu)HRT的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)，甲(jia)(jia)烷(wan)的(de)(de)(de)單位產(chan)量(liang)是下降的(de)(de)(de)。單位產(chan)甲(jia)(jia)烷(wan)量(liang)的(de)(de)(de)上升(sheng)是由于(yu)微粒凈表(biao)面積和復雜有機物(wu)(wu)的(de)(de)(de)溶解的(de)(de)(de)增加。通(tong)(tong)過(guo)研(yan)究(jiu)超聲波密度(du)對(dui)(dui)污(wu)(wu)泥(ni)產(chan)甲(jia)(jia)烷(wan)量(liang)的(de)(de)(de)影響發現(xian)，在(zai)(zai)19天的(de)(de)(de)厭(yan)(yan)氧(yang)(yang)消(xiao)化(hua)后，經超聲處(chu)理的(de)(de)(de)污(wu)(wu)泥(ni)的(de)(de)(de)產(chan)甲(jia)(jia)烷(wan)量(liang)是空白(bai)組的(de)(de)(de)8到17倍(bei)。
Bougrier等[47]研究了單位輸入功率對產氣量的影響。隨著單位輸入功率的升高，生物氣體產量也隨之升高。然而，對于更高的輸入功率條件（7000和15000 kJ/kg TS）下，二者的產氣量幾乎是相同的。對于未處理的污泥，其97%的生物氣體產量來自于微粒物質，而在超聲處理污泥中此比例僅為60%。生物氣總量的增加是由于污泥中的固體微粒在超聲波的作用下溶解，更便于細菌的利用。
Mao和Show[73]研(yan)究了超(chao)聲波(bo)處理(li)對于(yu)水解，酸化和甲烷(wan)(wan)化及其(qi)關系的影響(xiang)。超(chao)聲波(bo)處理(li)與酸化反(fan)應速(su)率并沒有什么關系，但是它可以(yi)為酸化反(fan)應提(ti)供緩沖作用(yong)(yong)。經過不同(tong)聲波(bo)密度處理(li)的污泥其(qi)水解速(su)率分別提(ti)高19—75%。所以(yi)，超(chao)聲波(bo)處理(li)對于(yu)水解酸化的促(cu)(cu)進(jin)作用(yong)(yong)主要是表現在其(qi)對于(yu)水解復雜有機(ji)物的促(cu)(cu)進(jin)上(shang)。這一促(cu)(cu)進(jin)作用(yong)(yong)可以(yi)增加消化過程中可產甲烷(wan)(wan)的生物質量，從(cong)而減輕在反(fan)應初期對產甲烷(wan)(wan)化的限制(zhi)。
3.2 實(shi)際應(ying)用
由(you)于在(zai)實(shi)(shi)際應(ying)(ying)用(yong)中其尺寸從(cong)實(shi)(shi)驗大(da)(da)(da)小(xiao)到實(shi)(shi)際大(da)(da)(da)小(xiao)的(de)變化，污(wu)泥的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)處(chu)理(li)對(dui)于污(wu)泥在(zai)厭氧(yang)消化中COD減(jian)(jian)少量(liang)的(de)促進作用(yong)受到了(le)(le)制約。Sonic公司(si)身纏了(le)(le)一套能(neng)夠加(jia)強厭氧(yang)消化的(de)實(shi)(shi)際應(ying)(ying)用(yong)尺寸的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)系(xi)(xi)(xi)統(tong)。在(zai)世界各地(di)都有該系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)測(ce)試和實(shi)(shi)際應(ying)(ying)用(yong)。在(zai)英國的(de)Wessex，安裝(zhuang)了(le)(le)一套超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)處(chu)理(li)系(xi)(xi)(xi)統(tong)用(yong)以處(chu)理(li)市政與工業混合污(wu)泥。未預處(chu)理(li)污(wu)泥的(de)TS和VS減(jian)(jian)少量(liang)分別為40%和50%，而處(chu)理(li)后可達到60%和70%。相似的(de)，在(zai)英國、美國和澳大(da)(da)(da)利亞的(de)許多地(di)方都安裝(zhuang)了(le)(le)SonixTM系(xi)(xi)(xi)統(tong)。在(zai)這些裝(zhuang)置上觀測(ce)到的(de)生物氣體產率均提升了(le)(le)40—50%，VS的(de)金絲(si)減(jian)(jian)少量(liang)提高(gao)了(le)(le)30—50%。表5總結(jie)了(le)(le)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)處(chu)理(li)對(dui)于污(wu)泥可消解性的(de)提高(gao)作用(yong)的(de)眾(zhong)多研究(jiu)。
Barber[11]展示了(le)分流(liu)式超(chao)聲(sheng)波設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)細(xi)節，此(ci)設(she)備(bei)(bei)能(neng)(neng)使(shi)生物(wu)氣產(chan)量(liang)(liang)(liang)提(ti)高(gao)20—50%，VS減少(shao)量(liang)(liang)(liang)提(ti)高(gao)20—50%，并提(ti)高(gao)污泥(ni)的(de)(de)(de)脫水性能(neng)(neng)。通(tong)過對一個典型的(de)(de)(de)實際尺(chi)寸(cun)超(chao)聲(sheng)波設(she)備(bei)(bei)進行能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)和物(wu)料衡算后顯示，能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)獲得多于能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)消(xiao)耗，也就是(shi)說，在(zai)考慮(lv)了(le)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)損失的(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，消(xiao)耗1kW的(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)波可(ke)以產(chan)生7kW的(de)(de)(de)電能(neng)(neng)。Xie等[115]評價了(le)實際尺(chi)寸(cun)超(chao)聲(sheng)波設(she)備(bei)(bei)處理混合污泥(ni)的(de)(de)(de)效果。在(zai)嚴(yan)格(ge)控制造作條件的(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，生物(wu)氣體產(chan)量(liang)(liang)(liang)提(ti)高(gao)了(le)15—58%，其(qi)平均升幅(fu)為(wei)45%。能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)衡算表明，超(chao)聲(sheng)波設(she)備(bei)(bei)中能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)平均凈獲得與電能(neng)(neng)消(xiao)耗的(de)(de)(de)比率是(shi)2.5。
4. 未來展望
污泥的(de)超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)降(jiang)解(jie)(jie)對污泥的(de)物(wu)(wu)理、化學和(he)生(sheng)物(wu)(wu)性能有很(hen)大(da)影(ying)響。我們可以(yi)通過評價物(wu)(wu)理、化學和(he)生(sheng)物(wu)(wu)因(yin)(yin)素得出(chu)超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)降(jiang)解(jie)(jie)的(de)效率。物(wu)(wu)理因(yin)(yin)素包括(kuo)污泥的(de)顆(ke)粒(li)大(da)小(xiao)、渾濁(zhuo)度和(he)脫(tuo)水性能。這些都會受到(dao)超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)和(he)超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)因(yin)(yin)素的(de)影(ying)響。在超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)降(jiang)解(jie)(jie)過程(cheng)中(zhong)污泥的(de)顆(ke)粒(li)大(da)小(xiao)會逐(zhu)漸(jian)減小(xiao)，但到(dao)達某個(ge)點后，由于(yu)重新(xin)絮凝，顆(ke)粒(li)的(de)大(da)小(xiao)反而(er)會增(zeng)大(da)。污泥特性和(he)超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)降(jiang)解(jie)(jie)因(yin)(yin)素的(de)不同會導致污泥顆(ke)粒(li)大(da)小(xiao)的(de)減小(xiao)程(cheng)度不同。因(yin)(yin)此，超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)降(jiang)解(jie)(jie)因(yin)(yin)素和(he)污泥特性的(de)最優(you)選擇應該針對具體的(de)案例進行。這可以(yi)通過系統的(de)物(wu)(wu)料和(he)能量守恒計算得到(dao)。
化學(xue)因素的(de)(de)評(ping)估更(geng)加定量化。在實(shi)際(ji)應用(yong)(yong)中，化學(xue)因素在超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)降解(jie)效率的(de)(de)評(ping)估中是最重(zhong)要的(de)(de)。隨(sui)著超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)降解(jie)的(de)(de)進(jin)行(xing)，污(wu)泥(ni)的(de)(de)SCOD、蛋白(bai)質(zhi)和氨濃度(du)(du)會增(zeng)加。增(zeng)長到一定程(cheng)度(du)(du)后，超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)降解(jie)再(zai)進(jin)行(xing)下(xia)去，對這些溶解(jie)作用(yong)(yong)因素也幾乎沒有(you)影響。在短時(shi)(shi)間(jian)(jian)內(nei)使用(yong)(yong)高強度(du)(du)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)與在長保留時(shi)(shi)間(jian)(jian)下(xia)使用(yong)(yong)低強度(du)(du)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)所達(da)到的(de)(de)效果是一樣的(de)(de)。對于來源不同(tong)的(de)(de)污(wu)泥(ni)，應該在短時(shi)(shi)間(jian)(jian)內(nei)用(yong)(yong)高強度(du)(du)的(de)(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)，而對同(tong)一來源的(de)(de)污(wu)泥(ni)，用(yong)(yong)低強度(du)(du)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)進(jin)行(xing)長時(shi)(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)作用(yong)(yong)效果會比較好。
超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)是(shi)一(yi)種新興(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污泥(ni)前處(chu)理技(ji)術，可(ke)以提高污泥(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)生(sheng)化(hua)降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)性。但(dan)要實現大范(fan)圍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)，還需要更(geng)多(duo)深入(ru)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究以提高甲烷(wan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產率。雖然(ran)這個(ge)領(ling)域有(you)超(chao)(chao)(chao)過50份的(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)版物，但(dan)是(shi)仍然(ran)沒有(you)通用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法來評(ping)(ping)估這種預處(chu)理工藝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效率。許多(duo)作(zuo)者已經(jing)表(biao)達出(chu)在不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)單元中超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)因(yin)(yin)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。我們(men)(men)需要對(dui)評(ping)(ping)估的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法進(jin)行規(gui)范(fan)，才(cai)能比較不同(tong)作(zuo)者給出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果。因(yin)(yin)為氣穴(xue)是(shi)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)基(ji)本現象，所(suo)以影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)氣穴(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)因(yin)(yin)素(su)(su)對(dui)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)也會(hui)有(you)很(hen)大影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。我們(men)(men)需要對(dui)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)過程(cheng)中每個(ge)因(yin)(yin)素(su)(su)所(suo)占(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)地位進(jin)行評(ping)(ping)估，包(bao)括(kuo)它(ta)們(men)(men)對(dui)瓦解(jie)(jie)(jie)程(cheng)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。作(zuo)者們(men)(men)已經(jing)根(gen)據(ju)COD增(zeng)(zeng)(zeng)溶(rong)和(he)污泥(ni)瓦解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)程(cheng)度(du)來評(ping)(ping)估超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)效率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，但(dan)對(dui)COD增(zeng)(zeng)(zeng)溶(rong)和(he)具體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能量(liang)輸入(ru)以及超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)密度(du)和(he)超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)這幾方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)還沒有(you)清楚的(de)(de)(de)(de)(de)(de)認識。同(tong)時(shi)，我們(men)(men)也需要評(ping)(ping)估這些因(yin)(yin)素(su)(su)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)互關系。研究者們(men)(men)已經(jing)根(gen)據(ju)VS的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減少量(liang)和(he)甲烷(wan)產量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加來評(ping)(ping)估超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，但(dan)對(dui)效率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)價仍然(ran)不可(ke)靠。超(chao)(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波降(jiang)(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污泥(ni)粘性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加以及它(ta)對(dui)AD的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)也必須進(jin)行評(ping)(ping)估。
我們需(xu)要(yao)更深入(ru)地探究(jiu)短(duan)暫(zan)氣(qi)穴和(he)(he)(he)(he)(he)穩定(ding)氣(qi)穴對于污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)的(de)可(ke)生(sheng)化降(jiang)解(jie)(jie)性(xing)能和(he)(he)(he)(he)(he)甲烷(wan)含量(liang)(liang)增(zeng)長的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)。AD最主要(yao)的(de)一(yi)個缺點(dian)就(jiu)是(shi)會導致堿度增(zeng)加(jia)。因此(ci)超聲(sheng)波(bo)降(jiang)解(jie)(jie)過程中(zhong)鈣離子(zi)和(he)(he)(he)(he)(he)鎂離子(zi)的(de)釋放有很(hen)大(da)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)。從(cong)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)絮凝物釋放出(chu)來的(de)鈣離子(zi)和(he)(he)(he)(he)(he)鎂離子(zi)數量(liang)(liang)之間的(de)相互關(guan)(guan)系以(yi)(yi)及它(ta)們對AD的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)也(ye)(ye)(ye)是(shi)評估(gu)AD效(xiao)率的(de)一(yi)個因素。超聲(sheng)波(bo)降(jiang)解(jie)(jie)過程和(he)(he)(he)(he)(he)AD中(zhong)生(sheng)物聚合物的(de)添加(jia)以(yi)(yi)及與(yu)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)消化性(xing)的(de)相互關(guan)(guan)系也(ye)(ye)(ye)需(xu)要(yao)進(jin)行評估(gu)。超聲(sheng)波(bo)降(jiang)解(jie)(jie)處理(li)(li)對消化控(kong)制(zhi)每一(yi)個步驟的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)(he)(he)效(xiao)果改善同樣也(ye)(ye)(ye)非常重要(yao)。污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)pH對污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)瓦解(jie)(jie)效(xiao)率有很(hen)大(da)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)。所以(yi)(yi)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)pH對污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)瓦解(jie)(jie)和(he)(he)(he)(he)(he)AD的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)也(ye)(ye)(ye)需(xu)要(yao)進(jin)行記載。污(wu)泥(ni)(ni)(ni)(ni)(ni)pH和(he)(he)(he)(he)(he)超聲(sheng)波(bo)降(jiang)解(jie)(jie)因素和(he)(he)(he)(he)(he)AD效(xiao)率之間的(de)相互關(guan)(guan)系在實際應用中(zhong)是(shi)需(xu)要(yao)弄清楚的(de)。評價任何預處理(li)(li)工藝效(xiao)率的(de)一(yi)個標準方法是(shi)評估(gu)工藝的(de)凈能量(liang)(liang)平衡和(he)(he)(he)(he)(he)計(ji)算凈的(de)碳節約量(liang)(liang)。
5. 結論
污(wu)(wu)(wu)(wu)泥的(de)(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)預處理對污(wu)(wu)(wu)(wu)泥在(zai)(zai)厭氧消(xiao)化過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)可(ke)生化降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)性能(neng)(neng)具(ju)有(you)很(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)意義(yi)(yi)。它提高了(le)生物(wu)氣的(de)(de)(de)(de)產(chan)量(liang)以及甲(jia)烷在(zai)(zai)生物(wu)氣中的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)。實(shi)驗顯(xian)示在(zai)(zai)AD中超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)使污(wu)(wu)(wu)(wu)泥減量(liang)和生物(wu)氣產(chan)量(liang)得到很(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)提高，在(zai)(zai)實(shi)際(ji)應用(yong)(yong)(yong)中能(neng)(neng)顯(xian)現(xian)31%的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥減量(liang)，同時(shi)還能(neng)(neng)提高污(wu)(wu)(wu)(wu)泥的(de)(de)(de)(de)脫水(shui)性能(neng)(neng)。污(wu)(wu)(wu)(wu)泥的(de)(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)加速復合有(you)機物(wu)向(xiang)可(ke)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)物(wu)質轉變的(de)(de)(de)(de)過(guo)程，同時(shi)促(cu)進產(chan)氫(qing)細菌的(de)(de)(de)(de)生長。大(da)(da)多數(shu)研究(jiu)(jiu)者都認為超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)密度比超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)時(shi)間(jian)更為重要。動力學模(mo)型(xing)研究(jiu)(jiu)表明各(ge)因(yin)素(su)影響作用(yong)(yong)(yong)排序如下：pH>污(wu)(wu)(wu)(wu)泥濃度>超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)強度>超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)密度。物(wu)料(liao)和能(neng)(neng)量(liang)平衡計算顯(xian)示，使用(yong)(yong)(yong)1kW的(de)(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)能(neng)(neng)量(liang)能(neng)(neng)夠產(chan)生大(da)(da)概7kW的(de)(de)(de)(de)電能(neng)(neng)。因(yin)此，通過(guo)減少消(xiao)化器的(de)(de)(de)(de)規模(mo)以及在(zai)(zai)較少的(de)(de)(de)(de)停留(liu)時(shi)間(jian)下運行，我們(men)可(ke)以彌(mi)補更大(da)(da)數(shu)量(liang)的(de)(de)(de)(de)投資(zi)和運行費用(yong)(yong)(yong)。這對污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)處理廠的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥管理具(ju)有(you)重大(da)(da)意義(yi)(yi)。
生物氣的產率與COD的溶液化凈比率直接成比例關系。COD溶液化增加，甲烷產量也隨著增加。這同時要求減少反應器的停留時間，也就大大減小了反應器的規模。超聲波降解可以會增加揮發性固體的減少量，也就提高了AD中污泥的降解效率。根據物料和能量平衡優化操作運行因素，對證明超聲波降解應用可行性至關重要。
