低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化污水生物處課件

問題2次投加比1次投加臭氧效果好而投量少？關(guān)于指標(biāo)：光（光強(qiáng)、光能密度）、聲（聲強(qiáng)、功率密度）。整理課件問題2次投加比1次投加臭氧效果好而投量少？整理課件1檢測超聲功率超聲信息載體能量載體金屬探傷水下定位醫(yī)學(xué)診斷微電子力學(xué)效應(yīng)化學(xué)效應(yīng)熱效應(yīng)生物效應(yīng)高強(qiáng)度超聲波間接強(qiáng)化生物處理低強(qiáng)度超聲波直接強(qiáng)化生物處理超聲波整理課件檢測超聲功率超聲信息載體能量載體金屬探傷水下定位醫(yī)學(xué)診斷微電2高強(qiáng)度超聲波原理：廢水中難降解的有機(jī)污染物在高強(qiáng)度超聲波作用下發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂、水相燃燒、高溫分解及自由基反應(yīng)等，從而使其得到氧化降解；目的：降解水中的化學(xué)污染物，尤其是難降解的有機(jī)物，減少廢水的生物毒性，常用作生物處理的預(yù)處理工藝。整理課件高強(qiáng)度超聲波原理：廢水中難降解的有機(jī)污染物在高強(qiáng)度超聲波作用3低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化

污水生物處理整理課件低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化

污水生物處理整理課件4主要內(nèi)容研究方向應(yīng)用前景影響因素強(qiáng)化機(jī)理整理課件主要內(nèi)容研究方向應(yīng)用前景影響因素強(qiáng)化機(jī)理整理課件5低強(qiáng)度超聲波促進(jìn)傳質(zhì)，提高微生物活性直接作用于生物反應(yīng)器，提高生物反應(yīng)的效率生物、物理與環(huán)境的學(xué)科交叉目前研究尚處于起步階段整理課件低強(qiáng)度超聲波促進(jìn)傳質(zhì)，提高微生物活性整理課件6低強(qiáng)度超聲波的強(qiáng)化機(jī)理超聲波機(jī)械傳質(zhì)作用

加熱作用

空化作用整理課件低強(qiáng)度超聲波的強(qiáng)化機(jī)理超聲波機(jī)械傳質(zhì)作用加熱作用空化作用7加熱作用加熱作用：超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，其能量不斷地被傳播介質(zhì)吸收而使介質(zhì)的溫度升高在生物反應(yīng)過程中，加熱作用不是主要作用方式，但是重要的影響因素之一強(qiáng)化機(jī)理整理課件加熱作用加熱作用：超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，其能量不斷地被傳8機(jī)械傳質(zhì)作用機(jī)械傳質(zhì)作用：超聲波可使介質(zhì)質(zhì)點進(jìn)入振動狀態(tài)，從而增強(qiáng)液態(tài)介質(zhì)的質(zhì)點運動，加速質(zhì)量傳遞作用。在聲強(qiáng)作用下振動的氣泡，在其界面層周圍相對于微聲流會產(chǎn)生液體的圓周運動，從而有利于反應(yīng)底物進(jìn)入酶生物催化劑的活性部位及其產(chǎn)物進(jìn)入介質(zhì)中的傳質(zhì)作用，提高了生物反應(yīng)的速度。

強(qiáng)化機(jī)理整理課件機(jī)械傳質(zhì)作用機(jī)械傳質(zhì)作用：超聲波可使介質(zhì)質(zhì)點進(jìn)入振動狀態(tài)，從9空化作用空化作用：液體中氣泡在聲強(qiáng)作用下發(fā)生的一系列動力學(xué)過程。在壓力波的作用下，液體中分子的平均距離隨著分子的振動而變化，當(dāng)對液體施加足夠的負(fù)壓時，分子間距離超過保持液體作用的臨界分子間距，就會形成空穴，即空化泡。聲強(qiáng)大于10W/cm2----瞬態(tài)空化，聲強(qiáng)小于10W/cm2----穩(wěn)態(tài)空化強(qiáng)化機(jī)理整理課件空化作用空化作用：液體中氣泡在聲強(qiáng)作用下發(fā)生的一系列動力學(xué)過10瞬態(tài)空化瞬態(tài)空化：高聲強(qiáng)條件下，空化泡迅速漲大并且破裂，同時泡內(nèi)產(chǎn)生高溫和空壓，導(dǎo)致自由基形成及產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊波和射流。應(yīng)用：高強(qiáng)度超聲波降解廢水中有機(jī)污染物。破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)或者使酶失活，不能直接用于強(qiáng)化生物處理過程。強(qiáng)化機(jī)理整理課件瞬態(tài)空化瞬態(tài)空化：高聲強(qiáng)條件下，空化泡迅速漲大并且破裂，同11穩(wěn)態(tài)空化穩(wěn)態(tài)空化：低聲強(qiáng)條件下，空化泡的大小變化是有規(guī)律而和緩的，并以非線性的方式在媒質(zhì)中震蕩若干個聲周期，使其周圍的酶或細(xì)胞顆粒受到微聲流作用下的切應(yīng)力的作用，這種空化即為穩(wěn)態(tài)空化。強(qiáng)化機(jī)理整理課件穩(wěn)態(tài)空化穩(wěn)態(tài)空化：低聲強(qiáng)條件下，空化泡的大小變化12穩(wěn)態(tài)空化對細(xì)胞產(chǎn)生的破壞很小，并能有效促進(jìn)可逆滲透，加強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)運輸，減少次生代謝產(chǎn)物的積累對微生物代謝的抑制作用，促進(jìn)代謝產(chǎn)物的合成?？芍苯幼饔糜谏锓磻?yīng)器，通過增強(qiáng)微生物活性來提高生物處理效率低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化污水生物處理的理論基礎(chǔ)強(qiáng)化機(jī)理整理課件穩(wěn)態(tài)空化對細(xì)胞產(chǎn)生的破壞很小，并能有效促進(jìn)可逆滲透，加強(qiáng)細(xì)胞13ChangesofOURandDHAofASafterultrasonicirradiation整理課件ChangesofOURandDHAofAS整14其他發(fā)酵過程中溶解性CO2（

DCO2）的濃度過高，會對細(xì)胞生長產(chǎn)生抑制作用，低強(qiáng)度超聲波輻照可以有效降低DCO2的溶解度，從而促進(jìn)細(xì)胞生長

低強(qiáng)度、短周期的超聲波處理可促進(jìn)胞外酶的產(chǎn)率

超聲波促進(jìn)微生物酶產(chǎn)生變異

強(qiáng)化機(jī)理整理課件其他發(fā)酵過程中溶解性CO2（DCO2）的濃度過高15

對照反應(yīng)器中活性污泥的電鏡照片

圖6設(shè)置超聲波反應(yīng)器中活性污泥的電鏡照片設(shè)置超聲波反應(yīng)器中活性污泥的電鏡照片整理課件對照反應(yīng)器中活性污泥的電鏡照片16低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化的影響因素

影響因素影響方式頻率頻率不宜過高，多選用20-50kHz功率存在最佳超聲功率，過大則生物活性降低時間和間隔輻照時間不宜過長，間隔時間不宜過短其他影響因素溫度、溶解性氣體、懸浮粒子、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和微生物的特性等，互相影響整理課件低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化的影響因素影響因素影響方式頻率頻率不宜過高17液體中包含的氣核滿足高斯分布，設(shè)液體中具有最大數(shù)目的氣核半徑為R0，則當(dāng)超聲頻率等于具有R0半徑氣核的共振頻率時，促進(jìn)生物活性的效果最好，低于此頻率或高于此頻率均有所下降。頻率高，空化閾增大，聲空化過程難以發(fā)生頻率高，聲波的傳播衰減增大，增加了能量消耗因此，超聲頻率多選用20-50kHz。超聲頻率影響因素整理課件液體中包含的氣核滿足高斯分布，設(shè)液體中具有最大數(shù)目的氣核半徑18蘆薈樹脂細(xì)胞經(jīng)不同強(qiáng)度超聲輻照后15天內(nèi)細(xì)胞重量的增加率。20kHz1W和2W的超聲波顯著促進(jìn)細(xì)胞增長，5W和10W對細(xì)胞增長產(chǎn)生抑制作用，3W對細(xì)胞增長作用不明顯。超聲功率影響因素整理課件蘆薈樹脂細(xì)胞經(jīng)不同強(qiáng)度超聲輻照后15天內(nèi)細(xì)胞重量的增加率。219不同超聲波功率對脆壁克魯維氏酵母菊糖酶的活力的影響超聲波強(qiáng)度10W以下，酶的活力隨著超聲波強(qiáng)度的增加而增加，大于10W，酶的活力迅速下降，15W部分酶失活。20kHz超聲功率影響因素整理課件不同超聲波功率對脆壁克魯維氏酵母菊糖酶的活力的影響超聲波強(qiáng)度20輻照時間不同超聲處理時間對啤酒酵母細(xì)胞數(shù)目及干重的影響細(xì)胞數(shù)目和干重隨輻照時間的延長而增加，45min時效果最好，60min時有所下降。影響因素32.5kHz30w整理課件輻照時間不同超聲處理時間對啤酒酵母細(xì)胞數(shù)目及干重的影響細(xì)胞數(shù)21低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化

污水生物處理整理課件低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化

污水生物處理整理課件22強(qiáng)化有機(jī)廢水生物處理菌種:SaccharomycescerevisiaeC-2324處理廢水：葡萄糖模擬廢水反應(yīng)裝置：2個5L的密閉圓柱形反應(yīng)器，其中一個反應(yīng)器底部裝有超聲波系統(tǒng)，進(jìn)行對照試驗。實驗系統(tǒng)連續(xù)運行，保證嚴(yán)格厭氧。反應(yīng)器如圖所示：整理課件強(qiáng)化有機(jī)廢水生物處理菌種:Saccharomycesce23反應(yīng)器的構(gòu)造與運行整理課件反應(yīng)器的構(gòu)造與運行整理課件24低強(qiáng)度超聲波對生物活性的影響消光度：反映生物量濃度。在超聲輻照以及停止期間，持續(xù)升高。相應(yīng)生物量濃度從0.12g/L升高到0.4g/L。葡萄糖濃度，從0.8降低到0.5g/L超聲密度：0.3w/L超聲輻照后可能引起微生物膜通量的改變和酶的變化。整理課件低強(qiáng)度超聲波對生物活性的影響消光度：反映生物量濃度。在超聲輻25超聲輻照頻次的影響消光度和葡萄糖濃度基本上沒有變化可能的原因：超聲輻照只能強(qiáng)化細(xì)胞內(nèi)新陳代謝過程中的一些步驟，而對其他步驟反而會產(chǎn)生抑制作用，因此持續(xù)的輻照對微生物活性沒有強(qiáng)化效果。整理課件超聲輻照頻次的影響消光度和葡萄可能的原因：超聲輻照只能強(qiáng)化細(xì)26高強(qiáng)度超聲波的作用采用12w/L超聲進(jìn)行輻照，并與無超聲波進(jìn)行對照，葡萄糖濃度和細(xì)胞個數(shù)都基本相同高強(qiáng)度超聲對生物活性沒有強(qiáng)化效果整理課件高強(qiáng)度超聲波的作用采用12w/L超聲進(jìn)行輻照，并與無超聲波進(jìn)27低強(qiáng)度超聲波對酒精產(chǎn)量的影響加入超聲輻照后，酒精濃度增至18-30g/L無超聲輻照，酒精濃度為3-12g/L采用低強(qiáng)度超聲輻照可加速發(fā)酵反應(yīng)，提高酒精的產(chǎn)量。整理課件低強(qiáng)度超聲波對酒精產(chǎn)量的影響加入超聲輻照后，酒精濃度增至1828超聲波在反應(yīng)器中的分布反應(yīng)器的頂部和側(cè)面會發(fā)生反射，造成部分區(qū)域超聲波的疊加或抵消。聽音器測量水中超聲波的分布整理課件超聲波在反應(yīng)器中的分布反應(yīng)器的頂部和側(cè)面會發(fā)生反射，造成部分29強(qiáng)化果汁生產(chǎn)廢水生物處理處理廢水：果汁生產(chǎn)廠廢水，COD=20000mg/L，NO3-N=200mg/L，COD采用好氧方法進(jìn)行處理，NO3-N采用厭氧過程。污泥取自某城市污水廠，總量1L，加入200L污水。每次反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)器中污水全部倒掉，留下約1L的污泥。整理課件強(qiáng)化果汁生產(chǎn)廢水生物處理處理廢水：果汁生產(chǎn)廠廢水，COD=230SBR反應(yīng)器：300L超聲波發(fā)生器：8.6L熱交換器反應(yīng)器的構(gòu)造與運行整理課件SBR反應(yīng)器：300L超聲波發(fā)生器：8.6L熱交換器反應(yīng)器的31超聲密度對好氧葡萄糖降解的影響25kHz超聲密度為0.5w/L時，沒有明顯的強(qiáng)化效果；超聲密度為1-2w/L時，降解速率最快；超過1-2w/L，降解速率反而降低。整理課件超聲密度對好氧葡萄糖降解的影響25kHz超聲密度為0.5w32好氧COD降解的最佳超聲波密度無超聲波強(qiáng)化最佳減弱破壞最佳超聲波強(qiáng)度是一個很窄的范圍，要進(jìn)行謹(jǐn)慎選擇。1.5整理課件好氧COD降解的最佳超聲波密度無超聲波強(qiáng)化最佳減弱破壞最33超聲密度對厭氧NO3-N轉(zhuǎn)化的影響與好氧葡萄糖超聲降解情況相似。最佳超聲密度為0.9w/L。整理課件超聲密度對厭氧NO3-N轉(zhuǎn)化的影響與好氧葡萄糖超聲降解情況34厭氧NO3-N降解的最佳超聲波密度無超聲波強(qiáng)化最佳減弱破壞比好氧COD降解所需最佳超聲密度有所下降0.9整理課件厭氧NO3-N降解的最佳超聲波密度無超聲波強(qiáng)化最佳減弱破壞35經(jīng)濟(jì)分析（德國馬克）分析項目無超聲波1.5w/L超聲波反應(yīng)器造價10.3m3:109604.6m3:5472曝氣5.3kw:128152kw:7264超聲波設(shè)備----15kw:69444總投資2377582180運行費用0.089/m30.44m3整理課件經(jīng)濟(jì)分析（德國馬克）分析項目無超聲波1.5w/L超聲波反應(yīng)器36對經(jīng)濟(jì)分析的分析該超聲波強(qiáng)化污水生物處理實驗采用的是每次將反應(yīng)器中的懸浮污泥完全循環(huán)一遍，因此所需要的超聲波發(fā)生器的投資及其所消耗的電能較高，費用昂貴，不具有實際應(yīng)用價值。因此，需要開發(fā)新的高效超聲波輻射反應(yīng)器整理課件對經(jīng)濟(jì)分析的分析該超聲波強(qiáng)化污水生物處理實驗采用的是每次將反37ChangesofOURandDHAofASafterultrasonicirradiation我們研究發(fā)現(xiàn)：45kHz,0.3w/cm2,超聲10分鐘整理課件ChangesofOURandDHAofAS我38ChangesofASactivityafterrepeatedultrasonictreatmentwith8hand24hirradiationcycle8小時重復(fù)超聲一次24小時重復(fù)超聲一次整理課件ChangesofASactivity整理課件39

SchematicdiagramofchangesofASactivityinbioreactorwithultrasonicirradiationcycleof8hand24h整理課件Schematicdiagramofchanges40ComparisonofCODremovalintheR1andR2systemwithandwithoutultrasonictreatment整理課件ComparisonofCODremovalin41強(qiáng)度0.3W/cm2，8h取10%的活性污泥，輻照10min返回反應(yīng)器：COD去除率提高5%好氧呼吸速率(OxygenUptakeRate,OUR)表示的污泥活性可提高12%污泥的增長率比對照反應(yīng)器降低了11%左右整理課件強(qiáng)度0.3W/cm2，8h取10%的活性污泥，輻照10min42對照反應(yīng)器和設(shè)置超聲波反應(yīng)器對實際污水COD去除效果的比較項目第1天第2天第3天/mgL-1去除率/%COD/mgL-1去除率/%COD/mgL-1去除率/%進(jìn)水458.74--461.11--408.39--對照反應(yīng)器出水55.9487.8055.5687.9550.3587.67設(shè)置超聲波反應(yīng)器出水33.5792.6833.3392.7727.9293.15設(shè)置超聲波出水比對照出水降低的百分比/%404044整理課件對照反應(yīng)器和設(shè)置超聲波反應(yīng)器對實際污水COD去除效果的比較項43苯酚對設(shè)置超聲波反應(yīng)器和對照反應(yīng)器進(jìn)出水COD及污泥活性的影響時間/d進(jìn)水苯酚/mgL-1進(jìn)水COD/mgL-1出水COD/mgL-1OUR/mg(gmin)-1R1R2R1R2119.143633220.981.18242.357129220.881.06379.270230250.780.934279.8167052410.580.78整理課件苯酚對設(shè)置超聲波反應(yīng)器和對照反應(yīng)器進(jìn)出水COD及污泥活性的影44

低溫和室溫條件下超聲輻射對污泥活性的影響（a:OUR；b:DHA）（US：超聲波強(qiáng)化處理；RT：roomtemperature室溫；LT：lowtemperature低溫）低溫和室溫條件下設(shè)置超聲波處理對COD去除的影響整理課件低溫和室溫條件下超聲輻射對污泥活性的影響（a:OUR；b:45應(yīng)用初沉池曝氣池二沉池傳統(tǒng)生物處理法：處理量大，效率高，費用低廉，應(yīng)用廣泛。水質(zhì)水量變化大，或者含有難降解的物質(zhì)，處理效果不佳北方地區(qū)冬季氣溫較低，生物處理效率不高不需額外的土建設(shè)施，易于實現(xiàn)。超聲波整理課件應(yīng)用初沉池曝氣池二沉池傳統(tǒng)生物處理法：處理量大，效率46強(qiáng)化膜-生物活性炭工藝處理微污染水源水處理廢水：微污染水源水,COD=4.75mg/L強(qiáng)化生物處理工藝：膜-生物活性炭工藝。反應(yīng)器有效容積30L。系統(tǒng)內(nèi)水力停留時間1.5h，溶解氧為4-6mg/L，整理課件強(qiáng)化膜-生物活性炭工藝處理微污染水源水處理廢水：微污染水源水47反應(yīng)器的構(gòu)造與運行水箱鼓風(fēng)機(jī)超聲波發(fā)生器超聲波換能器一體式生物膜反應(yīng)器膜組件出水反應(yīng)器連續(xù)運行。超聲波每24小時處理20分鐘整理課件反應(yīng)器的構(gòu)造與運行水箱鼓風(fēng)機(jī)超聲波發(fā)生器超聲波換能器一體式生48超聲波的處理效果隨時間變化規(guī)律曲線Re:有機(jī)物去除率提高的百分比。提高傳質(zhì)速度促進(jìn)胞外酶的分泌及變異選擇每24小時處理一次的間隔時間整理課件超聲波的處理效果隨時間變化規(guī)律曲線Re:有機(jī)物去除率提高49超聲波功率的選擇45kHz膜生物反應(yīng)器工藝凈化微污染水，最佳超聲功率0.33W/L.0.33w/L0.16w/L0.5w/L整理課件超聲波功率的選擇45kHz膜生物反應(yīng)器工藝凈化微污染水，最50整理課件整理課件51超聲波對有機(jī)負(fù)荷的影響有所增加明顯增加適當(dāng)強(qiáng)度超聲波可顯著提高生物活性，增強(qiáng)有機(jī)負(fù)荷率。整理課件超聲波對有機(jī)負(fù)荷的影響有所增加明顯增加適當(dāng)強(qiáng)度超聲波可顯著52超聲波對TTC-脫氫酶活性的影響樣品生物活性炭對照生物活性炭脫氫酶活性（μgTF/cm3h-1）

3.662.46TTC脫氫酶活性反映了微生物的活性。低強(qiáng)度超聲輻照可以提高膜生物反應(yīng)器中生物活性炭活性整理課件超聲波對TTC-脫氫酶活性的影響樣品對照脫氫酶活性（μg53超聲波對出水中有機(jī)物分子量的影響29.41%

UV254

InfluentWaterEffluentwatersamplecontrol0.45μm-50KD4.12%25%11.76%10KD-50KD6.19%004KD-10KD8.24%75%58.82%4KD-1KD35.05%0<1KD46.39%00生物降解作用是小分子物質(zhì)去除的主要因素，說明設(shè)置超聲波的反應(yīng)器中生物活性炭的凈化效果更好。029.41%整理課件超聲波對出水中有機(jī)物分子量的影響29.41%

UV254

I54超聲波循環(huán)泵K2K1P111P2M1M2（K1、K2

閥門；P1、P2

流量計；M1、M2

壓力計）傳統(tǒng)活性污泥法中超聲波輻射系統(tǒng)安裝示意圖整理課件超聲波循環(huán)泵K2K1P1P2M1M2（K1、K2閥門；P55SBRV2V3V1K1超聲波K2K1、K2閥門；V1、V2、V3

泵SBR工藝中超聲波輻射處理器的安裝示意圖整理課件SBRV2V3V1K1超聲波K2K1、K2閥門；V1、V2、56建立和完善超聲波強(qiáng)化污水生物處理方法，工藝設(shè)計參數(shù)，運行控制措施研究方向了解超聲波對細(xì)胞、酶、基因、生物大分子作用的機(jī)制開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的超聲波反應(yīng)器整理課件建立和完善超聲波強(qiáng)化污水生物處理方法，研究方向了解超聲波對細(xì)57問題2次投加比1次投加臭氧效果好而投量少？關(guān)于指標(biāo)：光（光強(qiáng)、光能密度）、聲（聲強(qiáng)、功率密度）。整理課件問題2次投加比1次投加臭氧效果好而投量少？整理課件58檢測超聲功率超聲信息載體能量載體金屬探傷水下定位醫(yī)學(xué)診斷微電子力學(xué)效應(yīng)化學(xué)效應(yīng)熱效應(yīng)生物效應(yīng)高強(qiáng)度超聲波間接強(qiáng)化生物處理低強(qiáng)度超聲波直接強(qiáng)化生物處理超聲波整理課件檢測超聲功率超聲信息載體能量載體金屬探傷水下定位醫(yī)學(xué)診斷微電59高強(qiáng)度超聲波原理：廢水中難降解的有機(jī)污染物在高強(qiáng)度超聲波作用下發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂、水相燃燒、高溫分解及自由基反應(yīng)等，從而使其得到氧化降解；目的：降解水中的化學(xué)污染物，尤其是難降解的有機(jī)物，減少廢水的生物毒性，常用作生物處理的預(yù)處理工藝。整理課件高強(qiáng)度超聲波原理：廢水中難降解的有機(jī)污染物在高強(qiáng)度超聲波作用60低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化

污水生物處理整理課件低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化

污水生物處理整理課件61主要內(nèi)容研究方向應(yīng)用前景影響因素強(qiáng)化機(jī)理整理課件主要內(nèi)容研究方向應(yīng)用前景影響因素強(qiáng)化機(jī)理整理課件62低強(qiáng)度超聲波促進(jìn)傳質(zhì)，提高微生物活性直接作用于生物反應(yīng)器，提高生物反應(yīng)的效率生物、物理與環(huán)境的學(xué)科交叉目前研究尚處于起步階段整理課件低強(qiáng)度超聲波促進(jìn)傳質(zhì)，提高微生物活性整理課件63低強(qiáng)度超聲波的強(qiáng)化機(jī)理超聲波機(jī)械傳質(zhì)作用

加熱作用

空化作用整理課件低強(qiáng)度超聲波的強(qiáng)化機(jī)理超聲波機(jī)械傳質(zhì)作用加熱作用空化作用64加熱作用加熱作用：超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，其能量不斷地被傳播介質(zhì)吸收而使介質(zhì)的溫度升高在生物反應(yīng)過程中，加熱作用不是主要作用方式，但是重要的影響因素之一強(qiáng)化機(jī)理整理課件加熱作用加熱作用：超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，其能量不斷地被傳65機(jī)械傳質(zhì)作用機(jī)械傳質(zhì)作用：超聲波可使介質(zhì)質(zhì)點進(jìn)入振動狀態(tài)，從而增強(qiáng)液態(tài)介質(zhì)的質(zhì)點運動，加速質(zhì)量傳遞作用。在聲強(qiáng)作用下振動的氣泡，在其界面層周圍相對于微聲流會產(chǎn)生液體的圓周運動，從而有利于反應(yīng)底物進(jìn)入酶生物催化劑的活性部位及其產(chǎn)物進(jìn)入介質(zhì)中的傳質(zhì)作用，提高了生物反應(yīng)的速度。

強(qiáng)化機(jī)理整理課件機(jī)械傳質(zhì)作用機(jī)械傳質(zhì)作用：超聲波可使介質(zhì)質(zhì)點進(jìn)入振動狀態(tài)，從66空化作用空化作用：液體中氣泡在聲強(qiáng)作用下發(fā)生的一系列動力學(xué)過程。在壓力波的作用下，液體中分子的平均距離隨著分子的振動而變化，當(dāng)對液體施加足夠的負(fù)壓時，分子間距離超過保持液體作用的臨界分子間距，就會形成空穴，即空化泡。聲強(qiáng)大于10W/cm2----瞬態(tài)空化，聲強(qiáng)小于10W/cm2----穩(wěn)態(tài)空化強(qiáng)化機(jī)理整理課件空化作用空化作用：液體中氣泡在聲強(qiáng)作用下發(fā)生的一系列動力學(xué)過67瞬態(tài)空化瞬態(tài)空化：高聲強(qiáng)條件下，空化泡迅速漲大并且破裂，同時泡內(nèi)產(chǎn)生高溫和空壓，導(dǎo)致自由基形成及產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊波和射流。應(yīng)用：高強(qiáng)度超聲波降解廢水中有機(jī)污染物。破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)或者使酶失活，不能直接用于強(qiáng)化生物處理過程。強(qiáng)化機(jī)理整理課件瞬態(tài)空化瞬態(tài)空化：高聲強(qiáng)條件下，空化泡迅速漲大并且破裂，同68穩(wěn)態(tài)空化穩(wěn)態(tài)空化：低聲強(qiáng)條件下，空化泡的大小變化是有規(guī)律而和緩的，并以非線性的方式在媒質(zhì)中震蕩若干個聲周期，使其周圍的酶或細(xì)胞顆粒受到微聲流作用下的切應(yīng)力的作用，這種空化即為穩(wěn)態(tài)空化。強(qiáng)化機(jī)理整理課件穩(wěn)態(tài)空化穩(wěn)態(tài)空化：低聲強(qiáng)條件下，空化泡的大小變化69穩(wěn)態(tài)空化對細(xì)胞產(chǎn)生的破壞很小，并能有效促進(jìn)可逆滲透，加強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)運輸，減少次生代謝產(chǎn)物的積累對微生物代謝的抑制作用，促進(jìn)代謝產(chǎn)物的合成?？芍苯幼饔糜谏锓磻?yīng)器，通過增強(qiáng)微生物活性來提高生物處理效率低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化污水生物處理的理論基礎(chǔ)強(qiáng)化機(jī)理整理課件穩(wěn)態(tài)空化對細(xì)胞產(chǎn)生的破壞很小，并能有效促進(jìn)可逆滲透，加強(qiáng)細(xì)胞70ChangesofOURandDHAofASafterultrasonicirradiation整理課件ChangesofOURandDHAofAS整71其他發(fā)酵過程中溶解性CO2（

DCO2）的濃度過高，會對細(xì)胞生長產(chǎn)生抑制作用，低強(qiáng)度超聲波輻照可以有效降低DCO2的溶解度，從而促進(jìn)細(xì)胞生長

低強(qiáng)度、短周期的超聲波處理可促進(jìn)胞外酶的產(chǎn)率

超聲波促進(jìn)微生物酶產(chǎn)生變異

強(qiáng)化機(jī)理整理課件其他發(fā)酵過程中溶解性CO2（DCO2）的濃度過高72

對照反應(yīng)器中活性污泥的電鏡照片

圖6設(shè)置超聲波反應(yīng)器中活性污泥的電鏡照片設(shè)置超聲波反應(yīng)器中活性污泥的電鏡照片整理課件對照反應(yīng)器中活性污泥的電鏡照片73低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化的影響因素

影響因素影響方式頻率頻率不宜過高，多選用20-50kHz功率存在最佳超聲功率，過大則生物活性降低時間和間隔輻照時間不宜過長，間隔時間不宜過短其他影響因素溫度、溶解性氣體、懸浮粒子、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和微生物的特性等，互相影響整理課件低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化的影響因素影響因素影響方式頻率頻率不宜過高74液體中包含的氣核滿足高斯分布，設(shè)液體中具有最大數(shù)目的氣核半徑為R0，則當(dāng)超聲頻率等于具有R0半徑氣核的共振頻率時，促進(jìn)生物活性的效果最好，低于此頻率或高于此頻率均有所下降。頻率高，空化閾增大，聲空化過程難以發(fā)生頻率高，聲波的傳播衰減增大，增加了能量消耗因此，超聲頻率多選用20-50kHz。超聲頻率影響因素整理課件液體中包含的氣核滿足高斯分布，設(shè)液體中具有最大數(shù)目的氣核半徑75蘆薈樹脂細(xì)胞經(jīng)不同強(qiáng)度超聲輻照后15天內(nèi)細(xì)胞重量的增加率。20kHz1W和2W的超聲波顯著促進(jìn)細(xì)胞增長，5W和10W對細(xì)胞增長產(chǎn)生抑制作用，3W對細(xì)胞增長作用不明顯。超聲功率影響因素整理課件蘆薈樹脂細(xì)胞經(jīng)不同強(qiáng)度超聲輻照后15天內(nèi)細(xì)胞重量的增加率。276不同超聲波功率對脆壁克魯維氏酵母菊糖酶的活力的影響超聲波強(qiáng)度10W以下，酶的活力隨著超聲波強(qiáng)度的增加而增加，大于10W，酶的活力迅速下降，15W部分酶失活。20kHz超聲功率影響因素整理課件不同超聲波功率對脆壁克魯維氏酵母菊糖酶的活力的影響超聲波強(qiáng)度77輻照時間不同超聲處理時間對啤酒酵母細(xì)胞數(shù)目及干重的影響細(xì)胞數(shù)目和干重隨輻照時間的延長而增加，45min時效果最好，60min時有所下降。影響因素32.5kHz30w整理課件輻照時間不同超聲處理時間對啤酒酵母細(xì)胞數(shù)目及干重的影響細(xì)胞數(shù)78低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化

污水生物處理整理課件低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化

污水生物處理整理課件79強(qiáng)化有機(jī)廢水生物處理菌種:SaccharomycescerevisiaeC-2324處理廢水：葡萄糖模擬廢水反應(yīng)裝置：2個5L的密閉圓柱形反應(yīng)器，其中一個反應(yīng)器底部裝有超聲波系統(tǒng)，進(jìn)行對照試驗。實驗系統(tǒng)連續(xù)運行，保證嚴(yán)格厭氧。反應(yīng)器如圖所示：整理課件強(qiáng)化有機(jī)廢水生物處理菌種:Saccharomycesce80反應(yīng)器的構(gòu)造與運行整理課件反應(yīng)器的構(gòu)造與運行整理課件81低強(qiáng)度超聲波對生物活性的影響消光度：反映生物量濃度。在超聲輻照以及停止期間，持續(xù)升高。相應(yīng)生物量濃度從0.12g/L升高到0.4g/L。葡萄糖濃度，從0.8降低到0.5g/L超聲密度：0.3w/L超聲輻照后可能引起微生物膜通量的改變和酶的變化。整理課件低強(qiáng)度超聲波對生物活性的影響消光度：反映生物量濃度。在超聲輻82超聲輻照頻次的影響消光度和葡萄糖濃度基本上沒有變化可能的原因：超聲輻照只能強(qiáng)化細(xì)胞內(nèi)新陳代謝過程中的一些步驟，而對其他步驟反而會產(chǎn)生抑制作用，因此持續(xù)的輻照對微生物活性沒有強(qiáng)化效果。整理課件超聲輻照頻次的影響消光度和葡萄可能的原因：超聲輻照只能強(qiáng)化細(xì)83高強(qiáng)度超聲波的作用采用12w/L超聲進(jìn)行輻照，并與無超聲波進(jìn)行對照，葡萄糖濃度和細(xì)胞個數(shù)都基本相同高強(qiáng)度超聲對生物活性沒有強(qiáng)化效果整理課件高強(qiáng)度超聲波的作用采用12w/L超聲進(jìn)行輻照，并與無超聲波進(jìn)84低強(qiáng)度超聲波對酒精產(chǎn)量的影響加入超聲輻照后，酒精濃度增至18-30g/L無超聲輻照，酒精濃度為3-12g/L采用低強(qiáng)度超聲輻照可加速發(fā)酵反應(yīng)，提高酒精的產(chǎn)量。整理課件低強(qiáng)度超聲波對酒精產(chǎn)量的影響加入超聲輻照后，酒精濃度增至1885超聲波在反應(yīng)器中的分布反應(yīng)器的頂部和側(cè)面會發(fā)生反射，造成部分區(qū)域超聲波的疊加或抵消。聽音器測量水中超聲波的分布整理課件超聲波在反應(yīng)器中的分布反應(yīng)器的頂部和側(cè)面會發(fā)生反射，造成部分86強(qiáng)化果汁生產(chǎn)廢水生物處理處理廢水：果汁生產(chǎn)廠廢水，COD=20000mg/L，NO3-N=200mg/L，COD采用好氧方法進(jìn)行處理，NO3-N采用厭氧過程。污泥取自某城市污水廠，總量1L，加入200L污水。每次反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)器中污水全部倒掉，留下約1L的污泥。整理課件強(qiáng)化果汁生產(chǎn)廢水生物處理處理廢水：果汁生產(chǎn)廠廢水，COD=287SBR反應(yīng)器：300L超聲波發(fā)生器：8.6L熱交換器反應(yīng)器的構(gòu)造與運行整理課件SBR反應(yīng)器：300L超聲波發(fā)生器：8.6L熱交換器反應(yīng)器的88超聲密度對好氧葡萄糖降解的影響25kHz超聲密度為0.5w/L時，沒有明顯的強(qiáng)化效果；超聲密度為1-2w/L時，降解速率最快；超過1-2w/L，降解速率反而降低。整理課件超聲密度對好氧葡萄糖降解的影響25kHz超聲密度為0.5w89好氧COD降解的最佳超聲波密度無超聲波強(qiáng)化最佳減弱破壞最佳超聲波強(qiáng)度是一個很窄的范圍，要進(jìn)行謹(jǐn)慎選擇。1.5整理課件好氧COD降解的最佳超聲波密度無超聲波強(qiáng)化最佳減弱破壞最90超聲密度對厭氧NO3-N轉(zhuǎn)化的影響與好氧葡萄糖超聲降解情況相似。最佳超聲密度為0.9w/L。整理課件超聲密度對厭氧NO3-N轉(zhuǎn)化的影響與好氧葡萄糖超聲降解情況91厭氧NO3-N降解的最佳超聲波密度無超聲波強(qiáng)化最佳減弱破壞比好氧COD降解所需最佳超聲密度有所下降0.9整理課件厭氧NO3-N降解的最佳超聲波密度無超聲波強(qiáng)化最佳減弱破壞92經(jīng)濟(jì)分析（德國馬克）分析項目無超聲波1.5w/L超聲波反應(yīng)器造價10.3m3:109604.6m3:5472曝氣5.3kw:128152kw:7264超聲波設(shè)備----15kw:69444總投資2377582180運行費用0.089/m30.44m3整理課件經(jīng)濟(jì)分析（德國馬克）分析項目無超聲波1.5w/L超聲波反應(yīng)器93對經(jīng)濟(jì)分析的分析該超聲波強(qiáng)化污水生物處理實驗采用的是每次將反應(yīng)器中的懸浮污泥完全循環(huán)一遍，因此所需要的超聲波發(fā)生器的投資及其所消耗的電能較高，費用昂貴，不具有實際應(yīng)用價值。因此，需要開發(fā)新的高效超聲波輻射反應(yīng)器整理課件對經(jīng)濟(jì)分析的分析該超聲波強(qiáng)化污水生物處理實驗采用的是每次將反94ChangesofOURandDHAofASafterultrasonicirradiation我們研究發(fā)現(xiàn)：45kHz,0.3w/cm2,超聲10分鐘整理課件ChangesofOURandDHAofAS我95ChangesofASactivityafterrepeatedultrasonictreatmentwith8hand24hirradiationcycle8小時重復(fù)超聲一次24小時重復(fù)超聲一次整理課件ChangesofASactivity整理課件96

SchematicdiagramofchangesofASactivityinbioreactorwithultrasonicirradiationcycleof8hand24h整理課件Schematicdiagramofchanges97ComparisonofCODremovalintheR1andR2systemwithandwithoutultrasonictreatment整理課件ComparisonofCODremovalin98強(qiáng)度0.3W/cm2，8h取10%的活性污泥，輻照10min返回反應(yīng)器：COD去除率提高5%好氧呼吸速率(OxygenUptakeRate,OUR)表示的污泥活性可提高12%污泥的增長率比對照反應(yīng)器降低了11%左右整理課件強(qiáng)度0.3W/cm2，8h取10%的活性污泥，輻照10min99對照反應(yīng)器和設(shè)置超聲波反應(yīng)器對實際污水COD去除效果的比較項目第1天第2天第3天/mgL-1去除率/%COD/mgL-1去除率/%COD/mgL-1去除率/%進(jìn)水458.74--461.11--408.39--對照反應(yīng)器出水55.9487.8055.5687.9550.3587.67設(shè)置超聲波反應(yīng)器出水33.5792.6833.3392.7727.9293.15設(shè)置超聲波出水比對照出水降低的百分比/%404044整理課件對照反應(yīng)器和設(shè)置超聲波反應(yīng)器對實際污水COD去除效果的比較項100苯酚對設(shè)置超聲波反應(yīng)器和對照反應(yīng)器進(jìn)出水COD及污泥活性的影響時間/d進(jìn)水苯酚/mgL-1進(jìn)水COD/mgL-1出水COD/mgL-1OUR/mg(gmin)-1R1R2R1R2119.143633220.981.18242.357129220.881.06379.270230250.780.934279.8167052410.580.78整理課件苯酚對設(shè)置超聲波反應(yīng)器和對照反應(yīng)器進(jìn)出水COD及污泥活性的影101

低溫和室溫條件下超聲輻射對污泥活性的影響（a:OUR；b:DHA）（US：超聲波強(qiáng)化處理；RT：roomtemperature室溫；LT：lowtemperature低溫）低溫和室溫條件下設(shè)置超聲波處理對COD去除的影響整理課件低溫和室溫條件下超聲輻射對污泥活性的影響（a:OUR；b:102應(yīng)