超声处理

利用超声波的特性对物体进行处理

超声波有着能量，可以在超声波的作用下进行洗涤、切割、钻孔、加工等操作。在工业上的应用广泛。且在污泥脱水方面有着重要的作用。

超声处理简介

超声处理主要是利用它的功率特性和空化作用，改变或者加速改变物质的某些物理、化学、生物特性或状态。

利用强超声波进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、医疗、种子处理等，已经广泛地应用工业、农业、医疗卫生等各个部门。

工业应用

在工业上，利用强超声波对钢铁、陶瓷、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切削加工。平时我们用锤子和钢钎可以一下一下地将坚硬的岩石打出洞来，超声加工也是这个道理。如图1所示，紧压在工件上的金属杆叫变幅杆，当绕在它上面的线圈中通过交变电流时，它便产生超声振动而不断地敲击工件。变幅杆下端与工件之间放有金刚砂一类的高强度磨料。在杆的冲击下，磨料的颗粒就像被锤子敲击的钢钎一样錾削着工件。虽然变幅杆的伸缩量很小（只有几十微米），每次的加工量很小，但由于超声源的频率很高，每秒钟振动在20000次以上，所以工件被“蚕食”的速度是很快的。变幅杆底端的形状是什么样，加工出的工件形状也是什么样。所以，利用超声可以加工出形状复杂的零件，而且加工的精度和光洁度也都很高。

污泥脱水

污泥的脱水性能很大程度取决于污泥的结构。改变污泥的结构可以大大提高污泥的脱水性能，污泥量也会大幅度减少。菌胶团具有良好的保水性，内部包含水约占总水量的25%，这些菌胶团使污泥水分难以脱除，利用超声波可以破坏菌胶团。声能密度为0.11~0.22W/mL的超声波处理可以破坏菌胶团强度结构，使菌胶团内部包含水排出，同时保持较大的污泥颗粒，污泥的沉降性有所提高。而且超声波在水中产生的各种效应受频率影响很大，低频（＜100kHz）机械效应较好，高频化学效应较强，由于污泥处理主要利用超声波的机械效应，因此低频下效果较好。41、207、360、616、1068、3217kHz下的超声波处理污泥菌胶团结构的效率随着超声波频率的升高而降低，41kHz下处理效率是3217kHz下处理效率的9.7倍，因此污泥处理中通常利用不超过40kHz的超声波。

对于大量污泥的处理，超声技术可作为一种预处理技术与其他方法如厌氧、好氧处理技术联用，然而对于每一种应用，超声能量输入和细胞分解程度及厌氧消化时间都有优化组合。Ying·ChihChu等研究了超声与碱解联合破解污泥的效果，实验得出投碱和超声波同时作用比单独的投碱处理效果更高。据有关报道，德国利用超声波进行污泥减量已进入实际应用阶段，而国内在这方面的研究基本上处于初步实验研究阶段，仍需进一步争取进入实用阶段。污水污泥处理中常采用絮凝技术，这是一种处理效率高、既经济又简单的物化处理技术。絮凝剂已成为污泥脱水的首要选择，很多文献表明，添加絮凝剂是对污泥有效的处理方式。化学调理过程本身就是化学反应过程，超声波对均相和非均相反应体系一般都有强化效果，也促进了絮凝剂水解、凝聚和絮凝过程的进行。

JanuaryBBien等认为超声波能改变作为絮凝剂的高分子电解质的结构，从而提高脱水性能。表面电势是衡量脱水性能的一个重要参数，在污泥中加入高分子电解质可以改变其表面电势。超声波作用高分子电解质一定时间，可以使电解质分支减少，链节变短，更有利于脱水。另外，超声对污泥进行预处理，还可以缩短厌氧发酵时间，减少絮凝剂的使用量。Wolny等的研究表明，通过超声场的作用对脱除污水污泥中的水含量有明显的作用。超声的作用是改变高分子电解质的内部结构，当超声时间和频率选择合适时，可提高脱水的效率，不过这个时间的选择根据高分子电解质的类型会不同。在超声处理15s后添加聚合高分子电解质3mg/g，可以使污泥的体积减少至原来的50%。超声处理5~10min时活细菌数量大大减少。超声作用几十秒，就可以减少絮凝剂用量的50%，污泥脱水后的体积比无超声处理的减少65%。超声波促进脱水的常见工艺为：城市污泥-重力沉降-超声波处理-机械脱水。超声波能有效的破坏菌胶团结构，将其中内部包含水释放成为可以比较容易去除的水分。E.Riera-FrancodeSarabia等把高能超声运用到分离过程中，以促进流体/固体颗粒的分离。他们指出，尽管在液态悬浮体系中，团聚作用不如气体中明显，然而超声能量可以有助于高浓度细小颗粒体系比如料浆和污泥的脱水。他们的研究显示，频率在10和20kHz下，超声可以促进过滤过程固、液的分离。

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