亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        超聲波聲強(qiáng)及其對污泥脫水特性影響的研究

        2020-03-14 07:16:16王彥瑩周翠紅吳玉鵬曾婉琳
        環(huán)境科技 2020年1期
        關(guān)鍵詞:聲強(qiáng)處理量聲壓

        王彥瑩, 周翠紅, 吳玉鵬, 曾婉琳

        (1.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院, 北京 100124; 2.北京石油化工學(xué)院環(huán)境工程系, 北京 102617)

        0 引言

        我國在《“十三五” 生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》(國發(fā)[2016]65 號(hào))中提出要大力推進(jìn)污泥穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置, 規(guī)定了地級(jí)及以上城市污泥無害化處理處置率需達(dá)到90%, 京津冀區(qū)域達(dá)到95%。 因此污泥脫水成為提高污泥處理率、降低處理成本、減少處理能耗的重要預(yù)處理步驟[1-2]。

        超聲波是一種清潔、 無二次污染的高級(jí)氧化技術(shù)能有效改善污泥脫水性能并促進(jìn)污泥減量, 在污泥預(yù)處理中逐漸受到重視。 超聲波作為壓力波通過介質(zhì)傳播并且通過聲波引起分子的振動(dòng)。 超聲波作用于液體時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部負(fù)壓, 在該狀態(tài)下微小氣泡急劇生長并崩潰, 瞬間產(chǎn)生局部高溫高壓并釋放出巨大的能量,可增加兩相接觸面積,促進(jìn)反應(yīng)物之間的均勻混合[3-5]并提高反應(yīng)速率,這就是超聲空化效應(yīng)。 為進(jìn)一步探究超聲波由空化效應(yīng)所產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng),由美雁等[6]研究了超聲波作用于污泥過程中所產(chǎn)生的過氧化氫(H2O2)含量,驗(yàn)證了超聲波化學(xué)效應(yīng)的存在。 超聲聲能密度(或功率、比能)、頻率和作用時(shí)間均可對污泥脫水特性產(chǎn)生不同程度的影響[7],破碎污泥絮體和微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu),使污泥絮體的間隙水和表面水釋放為自由水,以便于水分脫除[8]。 表征污泥中顆粒特征的參數(shù)主要包括形貌、物理結(jié)構(gòu)、絮狀物粒徑分布、分形維數(shù)與絲狀指數(shù)等,可以有效的衡量出污泥的脫水特性[9]。粒徑分布可準(zhǔn)確描述不同調(diào)質(zhì)方法處理后污泥顆粒大小及分布范圍, 而分形維數(shù)作為圖像表面不規(guī)則程度的度量是污泥絮體結(jié)構(gòu)的重要特征之一, 可有效表明調(diào)質(zhì)處理后污泥的聚集形態(tài),是反映污泥脫水特性的重要參數(shù)[10]。 分形結(jié)構(gòu)是活性污泥絮體的重要特征之一, 分形維數(shù)的準(zhǔn)確描述對于絮凝動(dòng)力學(xué)過程模擬至關(guān)重要[11-12]。

        基于超聲波應(yīng)用于污泥預(yù)處理的高效性, 能有效改善污泥脫水性能并促進(jìn)污泥減量, 對超聲波聲強(qiáng)及其對污泥脫水特性的影響進(jìn)行深入研究。 利用2 種不同結(jié)構(gòu)的超聲波設(shè)備, 通過聲強(qiáng)變化反應(yīng)空化效應(yīng)的強(qiáng)弱; 利用碘量法定量分析了超聲氧化性的變化。以市政污泥為研究對象,根據(jù)聲強(qiáng)及氧化性的測定分析了超聲波對污泥含水率、 顆粒粒徑及分形維數(shù)變化的影響。

        1 材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置

        實(shí)驗(yàn)所用的污泥為某污水處理廠經(jīng)過二級(jí)處理后的活性污泥,其含水率為98.49%。 研究中使用2種形式超聲波設(shè)備, 第1 種設(shè)備的有效尺寸為400 mm×100 mm×100 mm, 超聲波換能器由6 個(gè)雙頻(25,45 kHz) 壓電換能器并聯(lián)組成放置于槽體底部;第2 種設(shè)備的有效尺寸為200 mm×100 mm ×100 mm, 在槽體側(cè)面寬度方向有2 個(gè)相對的換能器(25,45 kHz),在槽體側(cè)面長度方向有3 個(gè)為1 組的換能器相對放置。 實(shí)驗(yàn)裝置還包括XO-1000D 型探頭式超聲波細(xì)胞破碎儀、YCSQ2060 型數(shù)字超聲波聲強(qiáng)測量儀、UV-2600 型紫外分光光度計(jì)、HC103 水分測定儀、馬爾文激光粒度儀Mastersize 2000。 實(shí)驗(yàn)所用藥品H2O2、碘化鉀、鉬酸銨均為分析純。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        (1) 聲強(qiáng)測試:對2 種超聲波設(shè)備在45 kHz 下進(jìn)行聲場分布測量比較,通過公式(1)對實(shí)測聲強(qiáng)和聲壓之間進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)換[13]:

        式中:P 為聲壓,Pa;I 為聲強(qiáng),W/m2;ρ 為密度,kg/m3;c 為聲速,m/s。

        以去離子水、 含水率99.69%的污泥、 含水率96.10%的污泥為介質(zhì)測量聲強(qiáng)變化;以去離子水為介質(zhì)的條件下進(jìn)行軟件模擬與實(shí)測聲壓值的比較。

        (2) 超聲氧化性測定:燒杯中定量加入碘化鉀和鉬酸銨,分別改變超聲時(shí)間、功率和污泥處理量,取處理前后的污泥上清液過濾后于351 nm 處測吸光度,根據(jù)吸光度計(jì)算H2O2濃度。

        (3) 污泥脫水特性研究:使用探頭式超聲波細(xì)胞破碎儀在不同超聲時(shí)間、功率、處理量下處理污泥并測定抽濾后的含水率。 每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)2 次后取平均值。 使用馬爾文激光粒度儀測定超聲處理后的污泥粒徑并計(jì)算分形維數(shù)。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 聲強(qiáng)分布規(guī)律

        2.1.1 不同形式超聲波設(shè)備對聲強(qiáng)的影響

        2 種超聲波設(shè)備的聲壓等值線圖見圖1、 圖2。由圖1、圖2 可以明顯看出第2 種超聲波設(shè)備的能量更集中且聲壓分布更為均勻。在一定范圍內(nèi)能量越集中空化氣泡及氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生自由基的數(shù)量就越多,剪切力也越大,對打破污泥的聚集狀態(tài)越有效[14-15]。

        圖1 設(shè)備1 聲壓等值線

        圖2 設(shè)備2 聲壓等值線

        2.1.2 模擬與實(shí)驗(yàn)對比

        使用軟件建立了上述2 種超聲波設(shè)備模型并以水為介質(zhì)進(jìn)行了聲壓模擬,其聲壓等值面圖見圖3。

        圖3 45 kHz 的聲壓分布模擬結(jié)果

        第2 種超聲波設(shè)備聲能更加集中且其最大值可達(dá)到4.2×105Pa,產(chǎn)生的空化效應(yīng)比第一種更強(qiáng),這與能量輸入方式及在液體中的衰減有關(guān)。 對不同超聲波設(shè)備分別取點(diǎn)對比模擬值與實(shí)測值發(fā)現(xiàn),兩者誤差相對較小且變化規(guī)律極為相似。 見表1。

        表1 超聲波設(shè)備聲壓模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對比

        2.1.3 介質(zhì)作用對聲強(qiáng)的影響

        為探究不同介質(zhì)對超聲聲強(qiáng)的影響, 對設(shè)備進(jìn)行布點(diǎn)并比較3 種介質(zhì)下聲強(qiáng)測試結(jié)果, 聲強(qiáng)受介質(zhì)作用影響顯著,超聲波在液體中的傳質(zhì)效率高于固體,相同超聲條件下固體對超聲波聲強(qiáng)有衰減作用。 見表2。

        表2 不同介質(zhì)聲強(qiáng)實(shí)測結(jié)果W·cm-2

        2.2 超聲氧化性測定

        超聲波作用于液體時(shí)由于空化效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生局部高溫高壓,從而產(chǎn)生羥基自由基。自由基之間相互結(jié)合后生成H2O2[16],反應(yīng)方程式見(2),(3)。 因此可以通過測定溶液中H2O2含量從而間接測定超聲作用產(chǎn)生的自由基的量,進(jìn)而評(píng)定超聲氧化性的強(qiáng)弱。

        采用碘量法測定H2O2的方程式見(4),(5)[17]:

        根據(jù)H2O2的變化量定量分析了不同條件下超聲氧化性的變化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

        圖4 不同處理?xiàng)l件下H2O2 濃度

        由圖4 可以看出, 隨超聲時(shí)間的增加,H2O2產(chǎn)量呈先上升后下降趨勢且在150 s 處達(dá)到最大值。這是由于羥基自由基的生成和湮沒是一個(gè)動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程,超聲150 s 時(shí)該反應(yīng)基本達(dá)到平衡狀態(tài),因此超聲時(shí)間為150 s 時(shí)空化效應(yīng)最強(qiáng)。

        在相同的超聲時(shí)間下, 功率小于450 W 時(shí),羥基自由基的產(chǎn)量隨著功率的增加而增加。 這主要是由于進(jìn)入反應(yīng)器的能量增加,空化氣泡的數(shù)量增加,使得空化效應(yīng)裂解水分子產(chǎn)生的羥基自由基也增多, 說明超聲功率的增強(qiáng)對自由基的產(chǎn)生具有促進(jìn)作用。 當(dāng)功率大于450 W 時(shí),功率繼續(xù)增加反應(yīng)平衡狀態(tài)被打破致使空化效應(yīng)降低。

        不同污泥處理量下H2O2濃度呈先上升后下降趨勢。當(dāng)超聲作用時(shí)間和功率一定時(shí),在污泥溶液中超聲產(chǎn)生的空化強(qiáng)弱導(dǎo)致單位體積羥基自由基的變化。當(dāng)超聲波能量過大時(shí),產(chǎn)生的過量空化氣泡會(huì)成為整個(gè)液體傳遞聲能的屏障[18],降低聲化學(xué)效應(yīng)。

        綜上所述,不同條件下H2O2濃度的變化直接反映了實(shí)驗(yàn)過程中羥基自由基的產(chǎn)量, 從而反映了不同超聲時(shí)間、功率、處理量下空化效應(yīng)的強(qiáng)弱。 在超聲時(shí)間為150 s、功率為450 W、處理量為100 mL 時(shí)空化效應(yīng)是最強(qiáng)的。

        2.3 污泥脫水特性研究

        2.3.1 污泥含水率分析

        污泥含水率是其脫水特性的直接表征手段,因此在對超聲氧化性研究的基礎(chǔ)之上分析了超聲時(shí)間、功率、污泥處理量對污泥含水率變化的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

        圖5 不同處理?xiàng)l件下污泥含水率

        由圖5 可以看出, 作用時(shí)間小于150 s 時(shí)污泥含水率呈先下降后上升趨勢且在120 s 處含水率最低為73.28%, 脫水時(shí)加入50 mg/L 的PAC 溶液,攪拌靜置分層,去除上清液后抽濾。隨時(shí)間的增加超聲空化效應(yīng)對污泥的破解作用增強(qiáng), 污泥絮體顆粒減小同時(shí)微生物細(xì)胞壁被打破, 使得更多的間隙水以及部分內(nèi)部結(jié)合水轉(zhuǎn)化為自由水易于脫除。 但超聲時(shí)間過長會(huì)使得溶液粘度升高過濾性能惡化, 導(dǎo)致抽濾時(shí)間增加[19]。

        超聲功率為90 ~450 W 時(shí),經(jīng)過抽濾后污泥含水率明顯降低,可降至74.75%。 但是超聲功率繼續(xù)增加至810 W 時(shí),污泥含水率呈上升趨勢。 其原因是,在一定范圍內(nèi)超聲功率越大空化效應(yīng)越強(qiáng),使得污泥中絮體結(jié)構(gòu)被破壞后釋放出結(jié)合水。 但功率過大同樣會(huì)降低污泥的脫水性能。 功率在超聲處理污泥過程中起到了非常重要的作用,450 W 時(shí)不僅氧化性最強(qiáng),對污泥脫水特性的影響也最大。

        處理量為60 ~80 mL 時(shí)污泥含水率明顯降低,可降至75.12%。 但是處理量為80 ~120 mL 時(shí)污泥含水率呈上升趨勢,從75.12%增大至81.75%。 處理量過低導(dǎo)致超聲聲能密度過大, 產(chǎn)生聲屏蔽效應(yīng)從而降低脫水率;處理量過高時(shí)使得聲能量密度較小,難以達(dá)到最佳處理效果。

        2.3.2 污泥粒度測試及分形維數(shù)分析

        使用馬爾文激光粒度儀對污泥顆粒進(jìn)行測試,得到粒度分布曲線見圖6。

        圖6 粒度分布曲線

        從圖6 中可以看出, 超聲時(shí)間為30 ~120 s 時(shí)污泥顆粒粒徑逐漸減小, 但隨著超聲時(shí)間的繼續(xù)增加,粒徑在6 ~8 μm 之間波動(dòng)但變化不明顯。 表明此時(shí)繼續(xù)增加超聲時(shí)間對其改變不再有明顯作用。綜上所述,超聲空化作用對分散污泥效果顯著,通過分析超聲時(shí)間、 功率對污泥含水率的影響及污泥粒徑分布結(jié)果可知污泥粒徑在6 ~7 μm 范圍內(nèi)脫水效果最好。 不同超聲條件下的篩下累積產(chǎn)率見表3。

        表3 超聲處理后污泥粒度的篩下累計(jì)產(chǎn)率分布

        在雙對數(shù)坐標(biāo)系下做粒度-篩下累計(jì)產(chǎn)率圖,擬合后得到其斜率值b,可根據(jù)公式D=3-b[20]計(jì)算出污泥的分形維數(shù)D 值,見表4。 分形維數(shù)D 表征了污泥的圖像特征,D 越大污泥的聚集程度越高。由表4 可知,超聲時(shí)間120 和180 s 時(shí)污泥粒徑最小且聚集程度最高。 分析以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得到在超聲時(shí)間為120 s、功率為450 W 時(shí),污泥脫水效果較好。

        表4 超聲處理后污泥的分形維數(shù)

        3 結(jié)論

        (1)對比不同空間點(diǎn)處超聲波設(shè)備聲強(qiáng)變化得出反應(yīng)腔尺寸及換能器分布形式不同, 聲壓分布不同,使得液體中產(chǎn)生空化作用的強(qiáng)度不同。

        (2)對超聲波產(chǎn)生H2O2含量測定得出在超聲時(shí)間為150 s、功率為450 W、處理量為100 mL 時(shí),超聲波產(chǎn)生H2O2含量最高即超聲的氧化性最強(qiáng)。

        (3)通過進(jìn)行超聲波處理污泥實(shí)驗(yàn)得出空化效應(yīng)對促進(jìn)污泥脫水具有積極作用, 經(jīng)超聲波處理后污泥的聚集狀態(tài)明顯改變,顆粒粒徑變小且在6 ~7 μm 時(shí)有益脫水。

        猜你喜歡
        聲強(qiáng)處理量聲壓
        三維聲強(qiáng)與振速波束形成結(jié)合的聲源識(shí)別方法研究
        超音速聲強(qiáng)近似測量方法
        基于嘴唇處的聲壓數(shù)據(jù)確定人體聲道半徑
        車輛結(jié)構(gòu)噪聲傳遞特性及其峰值噪聲成因的分析
        汽車工程(2018年12期)2019-01-29 06:46:36
        礦用乳化液處理裝置性能研究
        我國餐廚垃圾處理市場現(xiàn)狀分析
        無壓三產(chǎn)品旋流器1000/700最大處理量的探討
        魅力中國(2016年8期)2016-05-14 03:07:19
        基于GIS內(nèi)部放電聲壓特性進(jìn)行閃絡(luò)定位的研究
        電測與儀表(2016年9期)2016-04-12 00:30:02
        聲化學(xué)能量測量儀的研究
        基于聲壓原理的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)檢測室噪聲的測量、分析與治理
        天堂一区二区三区在线观看视频| 日本特黄a级高清免费大片| 亚洲区精品久久一区二区三区女同| 乳乱中文字幕熟女熟妇| 国产欧美日韩va另类在线播放| 国产熟妇高潮呻吟喷水| 欧美成人精品三级在线观看| 日日噜噜夜夜久久密挑| 亚洲中文字幕人妻久久| 小荡货奶真大水真多紧视频| 日韩精品久久久一区| 在线视频一区二区观看| 成人av在线久色播放| 国产性生交xxxxx无码| 日本一区二区三级在线观看| 一本色道久久88精品综合| 日韩欧美区| 少妇人妻出水中文字幕乱码| 可免费观看的av毛片中日美韩| 国产精品r级最新在线观看| 特黄aa级毛片免费视频播放| 国产成人亚洲合色婷婷| 国产午夜精品久久精品| 亚洲人成网站色7799| 无码精品a∨在线观看十八禁 | 中文字幕专区一区二区| 大陆国产乱人伦| 日日噜噜夜夜狠狠久久无码区| 无码熟妇人妻AV不卡| 天堂网日韩av在线播放一区| 国产福利视频在线观看| 国产亚洲精品看片在线观看| 粗大挺进孕妇人妻在线| 免费a级毛片18禁网站| 日日碰狠狠添天天爽超碰97| 欧美破处在线观看| 在线观看视频免费播放| 亚洲熟妇av日韩熟妇在线| 国产偷国产偷高清精品| 国产91九色免费视频| 曰本女人与公拘交酡|