超声波污水处理的方法精选(九篇)

第1篇：超声波污水处理的方法范文

论文摘要：污泥原位减量化技术是解决目前污水处理过程中产生剩余污泥问题的重要途径。本文设计的超声波-缺氧/好氧组合工艺实验模型是将超声波处理与缺氧/好氧(a/o)工艺相结合对污泥进行原位减量化。首先采用超声波直接对回流污泥进行超声处理，然后将超声波处理后的回流污泥返回缺氧池以及好氧池进行隐性生长，减少后续的剩余污泥产出量。同时，该设计并未影响出水水质。

本文侧重对模型的设计，关键是缺氧、好氧同池部分以及沉淀池、超声波处理器的设计与选择。模拟设计与常规工艺的实际设计有一定差别，部分参数是探索性的选择。

1 绪论

1.1 设计 参考 水量与水质

设计规模：0.4m3/d处理规模实验室工艺模拟。.

进水水质：codcr=600mg/l, bod5 =280mg/ l, 总氮=77mg/ l, 氨氮=35mg/ l 总磷=3.0mg/l.

出水平均水质：codcr≤70mg/ l，bod5 ≤20mg/ l，ss≤30mg/ l，氨氮≤5mg/l.

污泥减少量预计在90%。WWw.133229.Com

1.2我国城市主要污水处理工艺及其特点

我国现有城市污水处理厂80％以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、二级处理、稳定塘法及土地处理法等。

活性污泥法(activated sludge process) [1]是以活性污泥为主体的生物处理方法，它的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。需处理的污水和回流污泥同时进入曝气池，成为混合液。在曝气池内注入压缩空气进行曝气，在好氧状态下，污水中的有机物被活性污泥中的微生物群体分解而得到稳定，然后混合液流人二沉池。澄清水溢流排放，但该法存在污泥膨胀而影响处理效果的缺点。主要处理生活污水，占地面积大，运行管理方便，对污泥膨胀进行控制，运行成本低。设计容积负荷较低，svi控制较严格，否则泥水不易分离，引起污泥膨胀而导致出水水质差。

活性污泥工艺的目的是在最大限度降低bod的同时，减少污泥的产量。

活性污泥法(activated sludge process)具有基建投资省、处理效果好的优点，是当今世界废水生物处理的主流工艺，但是在污水的生物处理过程中产生大量的生物污泥，需要经分离、稳定、消化、脱水及外置等步骤，这需要大量的基建投资和高昂的运行费用，剩余污泥处理和处置所需的投资和运行费用可占整个污水处理厂投资和运行费用的25％～65％，已成为废水生物处理技术面临的一大难题．开发不降低污水处理效果、实现污泥产量最小化的废水生物处理工艺，是解决污泥问题较理想的途径。剩余污泥通常会有相当量的有毒有害物质以及未稳定化的有机物，包括各种重金属、有毒有机物（pcbs、aox等），大量病原菌、寄生虫(卵)以及n和p等营养元素。如果不进行妥善处理与处置，将会对环境造成“二次污染”。

污泥的最终处置常采用填埋、填海和用于农业。但随着可用土地的减少，考虑到人体的健康，在污泥用于农业之前必须进行进一步处理等，污泥的最终处置越来越困难，这使人们对于能减少污泥产量的生物处理工艺更加感兴趣。

生物活性污泥法有多种处理工艺，随着国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，城市二级污水处理厂常用的工艺方法有[2-3]：普通曝气法、a—b法(二段曝气法)、a/o除磷工艺、a/o脱氮工艺、a²/o除磷脱氮工艺、氧化沟工艺等。已有的生物除磷脱氮工艺可分成a/o系列、氧化沟系列和序批式反应器(se)系列等。随着各个系列不断地 发展 和改进,形成了目前较典型的工艺，如a/o工艺、a²/o工艺、改良a²/o、倒置a²/o工艺、orbel氧化沟工艺、百乐克工艺等。目前我国新建及在建的城市污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污泥法仍为主流，占90％以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及与其他处理工艺相结合的 自然 生态净化法等污水处理工艺技术。

1.3我国污泥发展概况与污泥减量化的提出

污泥是废水生物处理的副产物，随着废水处理量增加，污泥处理处置已成为困扰污水处理厂和全社会的重大问题。

现代 废水处理技术，按其作用原理，可分为物理法、化学法和生物法三类。废水生物处理根据生化反应机理不同，分为好氧处理和厌氧处理两大类[4]。

随着我国城市污水处理量和处理率的增加，污泥的产生量快速增长，污泥的处理与处置成为环境保护领域一个重要课题。国内在污水处理厂污泥的处理处置方面还存在一些问题[1]：

国内外虽然对污水处理技术与处置标准给予了更多的关注，但由于 经济 、设计、管理等诸多方面的原因，对污泥处理不够重视。污泥成分日益复杂，污泥处理难度增加。随污水处理排放标准的提高，为防止水体富营养化，污水处理既要进行有机物的去除，又要进行n、p等无机营养物的去除。为满足污水回用，达到污水资源化的目的，需进一步去除污水中的污染物质，随着这种处理功能的拓展，污泥量随之增加。目前我国污泥的处理大多采用厌氧消化，其前期一次性投资大，而且还有工艺负荷低、安全性要求高、运行管理难度大、运行经验缺乏等问题。污泥的处理与处置费用昂贵，一般要占总运行费用的30%(填埋)一60%(焚烧)。

污泥问题不仅是 中国 也是全世界面临的技术挑战。污泥问题使人们对于能减少污泥产量的生物处理工艺更加关注。为了防止污泥的二次污染，应尽可能通过技术进步和工艺改造等手段减少污泥的产生量，大力开展促进污泥减量技术的研究，以大幅度降低现有污泥处理处置基建和运行费用，促进污水处理技术的日益完善，达到污染控制和清洁生产的目的。

剩余污泥减量化[5]是通过物理、化学、生物等手段，主要依靠降低微生物产率以及利用微生物自身内源呼吸进行氧化分解，使污水处理设施向外排放的生物量达到最小，是从根本上、实质上减少污泥量。若将污水处理看成生产过程，将清洁生产的理念运用到污水处理，剩余污泥的减量化是从源头进行治理的“绿色生产”。

所谓污泥减量技术，是指在保证污水处理效果的和剩余污泥资源化基础上进一步提出的剩余污泥处置新概念，采用适当的措施使处理相同量的污水所产生的污泥量降低的各种技术。根据微生物处理工艺中影响剩余污泥产生的可能途径，将污泥减量化技术归纳为降低细菌合成量的解偶联技术、增强微生物进行内源呼吸代谢的溶胞技术、利用食物链作用强化微型动物对细菌捕食的技术。

目前，国内外对污泥处理处置的研究主要致力于污泥的资源化和减量化方面，如污泥制砖、制烟气脱硫吸附材料、园林利用、农用等资源化利用方面的研究，污泥解偶联、臭氧氧化、微型动物捕食、超声波破解等减量化技术方面的研究[6]。

超声波处理技术因其在细胞破碎方面具有高效、稳定、清洁、安全等优点，在污泥处理中可以提高污泥脱水性能和可降解性能，且应用方便，因而在近年来的污泥减量研究方面备受关注。

1.4 超声波技术与污泥处理

超声波[4]与声波相同，是一种在弹性介质中传播的机械波。通常将超出人耳听觉上限（≥20khz）的声波称为超声波，超声波常用的频率大约在20khz~3mhz之间。

超声波用于 工业 较早。低强度的超声波通常用于测量流量，而将超声波用于污泥减量是一个全新的领域。超声波通过交替的压缩和扩张作用产生空穴作用，在溶液中这个作用以微气泡的形成、生长和破裂来体现，以此压碎细胞壁，释放出细胞内所含的成分和细胞质，以便进一步降解。

超声波细胞处理器能加快细胞溶解，用于污泥回流系统时，可强化细胞的可降解性，减少污泥的产量；用于污泥脱水设备时，有利于污泥脱水和污泥减量。

超声波由转换器产生，经探针导入污水中，超声波的设计频段在25～30khz.小于25khz在人的 听力 范围内，产生噪声问题；而超过35khz时，能量利用率低。

超声波的作用受到液体许多参数的影响，如：温度、粘度和表面张力等。此外，超声波与各种液体的接触时间、探针的几何形状和材质也是超声波应用的影响。

超声波对生物体有多方面的作用。在不破坏细胞前提下，采用适当频率的强度和辐照时间，可以提高整个细胞的新陈代谢效率，加速细胞生长。低强度（能量）超声波辐射能提高细胞和酶的活性以及强化物系间传质，具有促进细胞生长、增强细胞内酶的生产、提高酶促反应速率和加速细胞新陈代谢的作用。

有研究表明低强度超声波辐射能提高生物细胞或酶活性的作用效应，超声波辐射能显著提高污泥好氧消化效率，超声波辐射后可改善消化液的沉降性能。低强度超声辐射预处理活性污泥后，会干扰活性污泥在废水净化过程中对糖类、蛋白质等物质的正常合成代谢，使污泥胞外聚合物（eps）组成成分含量发生明显变化。低强度超声预处理不会迅速改变污泥优势种群组成，但可能造成一些种群微生物代谢受到抑制，改变了各种群个体数量增长的平衡，从而引起污泥整体代谢特征的变化[5]。

超声波处理能够改善污泥脱水性能、加速污泥细胞水解、提高污泥生物活性。由于污泥厌氧发酵的控制步骤是生物细胞的水解，使颗粒性有机物转化为溶解性的有机物，而正常生物水解反应十分缓慢，造成厌氧处理周期长。高强度(能量)超声波可能破坏微生物细胞壁，使细胞内的有机物释放出来，加快细胞水解过程，将厌氧消化时间大大缩短。

例如据 文献 《超声波强化一次污泥沉降与脱水性能的研究》表明，短时间的超声作用可以提高污泥脱水和沉降性能，超声处理7s后滤饼含水率降低2.9％；超声10s时粘度和比阻值最小，比原污泥分别减小29.4％和24.270；15s后污泥沉降速率是原污泥的3.7倍。如投加絮凝剂，投加量为0.054g/l时污泥沉降速率最快，最终污泥体积为84.5％，粘度值最低，为84.5mpa·s. 加入超声l0s作用后，最佳絮凝剂投加量为0.027g/l, 且最终污泥体积比单独投加0.054g/l时减小4％，粘度值降低14.8％。超声波与絮凝剂的联用可以改善污泥脱水性能和沉降性能，减小絮凝剂的量达一半以上。水性大大提高，大幅度减少污泥量。bien等[4]在消化污泥中加入3mg/g d.m有机絮凝剂后超声预处理15s，提高了污泥浓缩程度，较未预处理污泥体积减少50%，认为超声场改变絮凝剂内部分子结构，促进了絮凝剂作用效果。

据《剩余污泥的超声破解与影响因素程度分析》表明，采用超声波技术破解污泥絮体及污泥微生物细胞，使固体性有机物与胞内物质变为溶解性有机物（scod）。scod溶出率随超声作用时间、声强及声能密度的增加而增加，在一定声强下，scod溶出率随时间延长呈线性增长趋势，即污泥破解反应遵从一级反应动力学 规律 。vss的变化规律同scod溶出率的变化规律相似。来，加快细胞水解过程，将厌氧消化时间大大缩短。tiehm等人[4]用41khz~3217 khz超声波处理污泥30~120 min后厌氧发酵，结果显示，厌氧发酵时间从22 d降到8d，而且挥发性有机物的去除率从45.8%提高到50.3%，同时ch4的产率提高2.2倍。bougrier等[4]用20 khz超声波对污泥预处理后厌氧消化，超声波输入能量从660kj/kg ts~14547 kj/kg ts，生物气产量较对照至少提高25%。

《低强度超声波辐射对污泥生物活性的影响机制》研究表明，通过测定超声辐射前后污泥性质的变化,不同处理方式对污泥活性影响以及自由基清除剂nahco3加入对超声作用效果影响,初步探讨了低强度超声波辐射对污泥生物活性的影响机制.研究结果表明,低强度超声辐射的机械作用和空化作用,使污泥絮体破碎,强化了固-液对氧的传质,提高了酶活性以及增加了溶液中可利用基质,从而强化了污泥的生物活性；不过,超声辐射同时也产生大量自由基,会对污泥生物活性产生抑制或破坏.因此,低强度超声辐射对污泥活性影响是促进效应和抑制效应共同作用的综合表现.

采用适当的辐射参数直接对活性污泥进行超声预处理，然后再与废水混合反应，可以提高活性污泥对废水有机物的去除。处理过程中会产生出类似污泥“解偶联”机制[6]的现象，这对于污水处理过程中污泥减量具有一定意义。有研究者将活性污泥经超声波处理后再回流到曝气池，有效地减少了剩余污泥产量，甚至做到反应器不产生剩余污泥。g.m. zhang等[4]研究发现利用25 khz，120 kw/kgds的超声波，超声波处理时间15分钟，污泥超声波比例为2/14，污泥减量达91.1％。

基于对上述技术的探讨以及研究成果的学习，结合目前国内外常用的污水处理工艺、污水处理方法和理论以及低强度超声波辐射处理污泥的技术[7]，我们决定把低强度超声波预处理活性污泥技术结合缺氧/好氧（a/o）传统工艺，构建一套目前国内外研究尚少的新型污水处理组合工艺体系，以达到污泥减量化与污水出水水质高效达标的目的，实验研究的前期阶段，将结合目前的教学实验基地与师资，根据本课题的指导思想，设计出一套工艺运用到实验当中来，以便课题的深入研究与发展。

1.5 超声波-缺氧/好氧（ultrasound wave—anoxic/ aerobic）组合技术的提出

在缺氧/好氧（a/o）传统工艺[8]的基础上，采用低频率低剂量的超声波直接对活性污泥进行超声预处理，然后再与污水混合反应的操作新模式，以大幅度降低处理能耗，增强活性污泥吸附和氧化去除废水中有机物的能力，减少后续剩余污泥产出量。

污泥部分回流与进水混合依次进入到缺氧反应区、好氧反应区，参与工艺的循环运行，经过好氧区的混合液部分回流与进水混合，剩余混合液流入沉淀池，澄清水溢流排放。剩余污泥经过超声波的稳定化、无害化处理，达到较好的减量化效果[9]。缺氧单元放到好氧单元前，利用进水中的有机物作为碳源，称之为前置反硝化流程，通过混合液回流把硝酸盐和亚硝酸盐带入缺氧单元。在好氧单元．污水中的有机物被活性污泥中的微生物群体分解而得到稳定。

工艺模拟实验，前期需要根据所模拟设计的污水水量与水质(codcr、bod5、ss、氨氮)特点、本研究工艺的特点、实验室地理位置、以及出水水质标准等选用合适的工艺材料与设备，并进行相关的 计算 与工程造价的预评估，主要包括超声波预处理活性污泥单元、活性污泥与污水混合进水单元、缺氧单元、好氧单元、沉淀池、混合液回流系统、污泥回流系统、剩余污泥处理处置系统、出水水质监测系统等。根据课题所设计的模型，对工艺流程进行构建。并对设备的可行性进行检查。

中期则根据所采用的合理超声波处理参数、对活性污泥进行预处理培养，设定污水流量、启动工艺设备，对实验进行模拟研究，监测出水水质、计算剩余污泥量。后期则综合相关实验数据、相关的质量标准，与国内外传统污水处理工艺的运行效果进行对照，综合出该新型工艺的优缺点， 总结 出污泥减量化处理处置的新经验。

1.6设计任务与内容

设计的主要任务是完成超声波-缺氧/好氧组合工艺实验模型的设计，处理水量为0.4m3/d。工艺一般包括以下内容：根据实验室的规模大小确定模型合适的大小，工艺流程设计说明，处理构筑物型式说明，设备的选用和计算，主要反应装置的设计计算，模型的整体布置，工艺设计图绘制，编制主要设备材料表。

2 超声波-缺氧/好氧组合工艺

在前置缺氧-好氧生物脱氮活性污泥工艺的基础上，结合超声波预处理活性污泥减量化技术的创新应用，进行工艺的改造与创新[10-12]。

2.1超声波-缺氧/好氧工艺流程图

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图2.1 超声波-缺氧/好氧工艺流程图

2.2 工艺流程说明

2.2.1 污泥的人工培养

成分

浓度/mg·l -1

成分

浓度/mg·l -1

淀粉

268

(nh 4 ) 2 so 4

112

蔗糖

200

cacl 2

6

蛋白胨

132

mnso 4 ·h 2 o

6

牛肉膏

68

feso 4

0.3

nahco 3

80

mgso 4 ·7h 2 o

66

尿素

8

kh 2 po 4

48.8

进水平均水质：cod cr =600mg/l,bod 5 =280mg/ l,总氮=77mg/l,氨氮=35mg/l,总磷=3.0mg/l

表2.1[1]人工模拟城市污水使用液的组成与浓度

试验所用接种污泥取自污水处理厂二沉池回流活性污泥。接种污泥取回后，先用纱布过滤以去除泥沙等杂质，以免对后续测定及装置的稳定运行产生影响，然后将污泥投入实验室内塑料桶中，加入人工合成废水，组成与比例见表2.1，按照sbr的运行方式运行。培养数日，待污泥恢复活性后将污泥投入试验装置中，此时每套装置的mlss大约在 1000mg/l。经过20一30天的稳定培养，污泥未出现膨胀，污泥浓度稳定在4000mg/l，剩余污泥及时排出，污泥外观呈粪黄色，矾花絮体大，微生物相很丰富，出现了原生动物及后生动物，表明污泥状态良好，然后进入试验运行阶段。

2.2.2 进水

剩余污泥与所配原水混合均匀，注入体积20l左右的有机玻璃配水箱，用污水泵抽送到缺氧处理区，与好氧区处理后的回流上清液以及超声波处理后的回流污泥混合。

2.2.3 缺氧反硝化-好氧硝化

把空压机控制空气的阀门开到预先设定一档，底部进行微曝气，开动搅拌器，此时溶解氧的浓度小于0.5mg/l，持续时间8h。反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将好氧曝气区回流液带入的大量no3-n和no2-n还原为n2释放至空气中.bod5浓度下降，no3-n的浓度大幅度下降，而磷的变化很小，在缺氧池内进行反硝化脱氮，反硝化产生碱度补充硝化反应需要，无需外加碳源，节省后续曝气量，有效控制污泥膨胀[7]。

缺氧/好氧反应同池，把空压机控制空气的阀门开到预先设定的另一档，底部进行大幅度曝气，开动搅拌器，溶解氧浓度大于2mg/l，持续时间4h，好氧处理区进行ss、cod的分解，有机物被微生物生化降解而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使nh3-n浓度显著下降，但该过程使no3-n浓度增加，磷随着聚磷菌的过量摄取，也以较快速度下降，好氧池将nh3-n完全硝化，缺氧池完成脱氮功能，缺氧池和好氧池联合完成除磷的功能。好氧处理后的上清液部分用泵抽送回流到缺氧反应区。

2.2.4 沉淀区污泥与超声波处理

处理后的混合液进入到沉淀系统，污泥通过自重沉淀积蓄在蓄泥斗，部分污泥用泵抽送到超声波处理系统，按照选定的超声波处理参数进行超声波辐射，参考文献《低强度超声波辐射活性污泥的生物效应及其应用试验研究》，选取组合参数范围在21∼28khz，10∼40w, 2∼5min[4, 14-15] 间，根据有关文献的研究成果，超声波预处理活性污泥组合参数选取：28khz, 10w, 5min[4]。处理后的活性污泥回流到缺氧区，与进水混合，沉淀区的剩余污泥通过污泥脱水系统排放。计算剩余污泥的排放量。

2.2.5出水

对沉淀池出水进行必要的实验监测，包括bod、cod、ss、氨氮等，与原水水质进行对照，参考相关标准，看是否达标。

2.3 超声波-缺氧/好氧工艺实验室模拟实体与计算

1- 配水箱；2-缺氧区；3-好氧区；4-沉淀区；5-集水箱；6-进水泵；7-曝气头;8-曝气头；9-空压机；10-超声波处理器；11-污泥泵；12-污泥泵；13-搅拌器;14-污泥脱水；15-回流泵

图2.2 超声波-缺氧/好氧工艺实验室模拟图

2.3.1超声波污泥处理装置

超声波预处理活性污泥组合参数：28khz, 10w, 5min。装备参考《超声波污泥减量化技术的研究》中提及的，由北京天地人公司自德国超声波公司引进b05000-ks1000/2000型超声设备进行改造设计，该装置超声发生频率为28khz，电功率为5000w，容积为29l，结合本实验工艺所需，设计成28khz，50 w可调型，容积为10l左右。

剩余污泥被超声波破解，并将其破解液与生活废水一起回流进入缺氧池。

图2.3 超声波设备流程图

参照上述超声波技术参数，结合本工艺需求参数进行改造设计。

图2.4 超声波装置实物图

fig. 2.4 the objective chart about ultrasound waves equipment

2.3.2配水系统

流量以0.4m3/d，400l水 参考 计算 。考虑到实验实际需要，以及实验室场地资源的充分利用，设计配水箱容量在20l左右，一次可配水 左右，箱外高525 mm，箱内高520 mm，有机玻璃壁厚5 mm，箱外宽210 mm，箱内宽200mm。底部为正方形，箱顶不加盖，直接用管道伸进箱底抽水。在箱内500mm高度处刻画尺寸标注，指示出0.02m3，20l体积标线，20mm为设计超高。

2.3.3缺氧区处理系统

水力停留时间8h，即进水缺氧处理8h。则估计一天24小时中，8小时理论流过水量 ,箱内设计有效容积为0.133 m3，133l，理论进、出水流速 ，8小时内配水系统大概需要配水次数 ，设计有机玻璃壁厚5mm，箱内底部长400mm，宽400mm，箱内总高850mm，830mm高度处为缺氧区与导流区接触界面，留空20mm，箱内距离底部5mm—15mm高度处，设计10mm高的狭缝，用于混合液适量回流，底部安置曝气头，顶部安装搅拌器，箱壁设置污泥回流管道以及上清液回流管道。

2.3.4导流区系统

缺氧处理区与好氧处理区之间的狭缝区即为导流区。设计有机玻璃挡板高820mm，狭缝宽10mm，长400mm，挡板底部距离好氧处理系统底部15mm。

2.3.5好氧处理系统

水力停留时间4h，即进水好氧处理4h。每小时从缺氧区流进水量为0.0166m3，需停留4小时，则理论设计有效容积 ，好氧区与缺氧区流速相同 ，有机玻璃壁5mm，实际箱内长200mm，宽400mm，高788.15mm，顶部留空区46.85mm，底部一侧设置45°斜角。底部设置曝气头，设计与箱底连接管道，与空压机连接，顶部设置搅拌器。

2.3.6狭缝回流区

好氧处理系统与沉淀系统交接处的狭区，用于少量混合液回流到缺氧处理系统与进水混合。估取宽10mm，长400mm。

2.3.7沉淀系统

该系统设计参数为大胆性、探索性估取，并未完全参照常规参量选取，需要在实际工艺中，进行后续测定和验证。沉淀池流量为0.0166 m3 /h，即4.61*10-6 m3 /s，则设计内高800m，内部直径200mm，距离箱顶50mm，中心管直径50mm，管高250mm，面积2500mm2，中心管与反射板间距离高度10mm，反射板宽50mm，出水挡板与沉淀池顶盖底部相距40mm，挡板距离一侧池壁20mm，出水区设置管道与清水箱连接，蓄泥锥体高100mm，底部宽50mm，底部设计管道与超声波处理系统以及剩余污泥脱水处理系统连接，沉淀系统上部有机玻璃箱盖外一侧设置上清液回流管路，与缺氧处理系统连接。

2.3.8集水箱

根据实际需求，设计高度700mm，宽180mm，长400mm，有机玻璃壁厚5mm。底部设置排水管路，靠近箱底处设置取水口，箱顶设置进水口。

2.3.9搅拌系统

搅拌器采用浆式搅拌器，搅拌轴制作材料采用45钢，桨叶采用45钢片。选用功率较低、实验室常用的51k60gu-c型电动机，60w，220v, 0.9a, 5mf, 50/60hz, 1300/1600r/min，内部设置减速机，调速控制搅拌器转数55r/min左右，减速比 ,在电动机正常减速比范围内。或选用调速电磁制动电机: 50hz:90-1400r/min， 60hz:90-1600r/min。也可以选用功率在60w、 频率50/60hz左右的其它牌子电动机，诸如jscc微型电机：电机功率，6—200w；减速比，1:3—1:1800。或者参考选用、改造本校教学实验中常用非型号搅拌器和电动机。

2.3.10空压机

参照50-300mm三叶罗茨鼓风机设计，流量0.4m3/min—346m3/min,升压9.8kpa—78.4kpa，功率0.7kw—160kw，口径50mm—300mm，设计成流量可调，双控制系统，鼓风机设备配套的压力表等装置。或者参考选用、改造本校教学实验中常用空压机。

2.3.11污泥泵

参考g型单螺杆泵选用，参考如下参数，结合实际工艺设计。

表2.2 g型单螺杆泵设计参数参考

table 2.2 the reference design for pump of single screw rod with type of g 型号

转速

r/min

流量

m 3 /h

压力

mpa

电机

kw

扬程

m

进口

mm

出口

mm

g25-1

960

2

0.6

1.5

60

dy32

dy25

或者参考选用本校教学实验中常用非型号污泥泵。

2.3.12污水泵

参考gw型管道式无堵塞排污泵选用或设计，参数如下：

表2.3 gw型管道式无堵塞排污泵设计参数参考

table 2.3 the reference design for drain pump of noclogging tubular with type of gw

型号

口径

mm

流量

m 3 /h

扬程

m

功率

kw

转速

r/min

电压

v

gw25-8-22

25

8

22

1.1

2900

380

或者参考选用本校教学实验中常用非型号污水泵。

2.4 经济 技术评价

表2.4 主要设备选型与概算表

table 2.4 lectotype of main equipment and budget estimate

序号

名 称

主 要 参 数

数量

单位

价 格

(元)

1

有机玻璃

100.00元/m 2

7

m 2

700.00

2

污水泵

1000.00元/台

3

台

3000.00

3

污泥泵

1000.00元/台

3

台

3000.00

4

曝气头

30.00元/个

3

个

90.00

5

空压机

1000.00元/台

1

台

1000.00

6

电动机

500.00元/套

1

套

500.00

7

超声波处理器

6000.00元/台

1

台

6000.00

8

管道

氯化聚氯乙烯管(cpvc)，30.00元/米

5

米

150.00

合计

本次设计的投资费用在由上述概算的基础上，再加上一些其它未预算的费用，大概工艺构建的投资费用合计14440+1000=15440(元)。

3 污水处理厂工艺理论性常规计算参照

以下述工艺计算的运行数据为参考，与超声波-缺氧/好氧处理工艺对照，计算剩余污泥排放量，研究超声波预处理活性污泥是否能达到剩余污泥减量化的效果，以及进一步探讨该创新技术运用于实际生产的可行性[7，10-12]。

表3.1 工艺计算参考数据

table 3.1 calculations in engineering technology for reference

名 称

主 要 参 数

名 称

主 要 参 数

污水流量

q=0.4m 3 /d

污泥回流比

r=0.75

活性污泥产率系数

y=0.6gvss/gbod 5

svi

80-120%

内源代谢系数

kd=0.08/d

bod去除率

85-90%

饱和系数

ks=60 g bod 5 /m 3

曝气池混合液相对密度

1.002-1.003

污泥泥龄

ts=2 d

mlvss /mlss

0.8

污泥负荷

0.3kgbod 5 /kgmlss∙d

mlvss

3200 mg/l

容积负荷

1.0 kg bod 5 / m 3 ∙d

溶解氧

2-3 mg/l

mlss

4000 mg/l

缺氧区溶解氧

<0.5mg/l

停留时间

3 h

曝气池ph

6.5-8.5

曝气时间

2-3 h

回流污泥悬浮固体浓度

9333.3mg/ l

进水平均水质：cod cr =600mg/l，bod 5 =280mg/l，总氮=77mg/l，氨氮=35mg/l，总磷=3.0mg/l.

出水平均水质：cod cr ≤70mg/l，bod 5 ≤20mg/l，ss≤30mg/l，氨氮≤5mg/l.

3.1 估算出水中溶解性bod5浓度

出水中bod5由两部分组成，一是没有被生物降解的溶解性bod5，二是没有沉淀下来随出水漂走的悬浮固体。以估计出水中含12mg/l总悬浮固体（tss），vss占65%来计算:

= 1 \* gb3 ① 悬浮固体中可生物降解部分为：

= 2 \* gb3 ② 可生物降解悬浮固体最终bodl量：

=11mg/l (1.42 污泥氧当量系数)

= 3 \* gb3 ③ 可生物降解悬浮固体的bodl换算为bod5：

=7.5mg/l

= 4 \* gb3 ④ 确定经生物处理后要求的溶解性有机污染物se：

（3.1）

3.2好氧硝化区容积设计

（3.2）

=[0.4 0.6 2 (280-12.5) ] 3200 (1+0.08 2) m³

≈0.05 m³

好氧硝化区容积各边约长0.37m ，取0.4m

3.3好氧硝化池的水力停留时间计算

（3.3）

=0.05 24 0.4 h

=3 h

3.4每天排出的剩余污泥量

= 1 \* gb3 ① 按表观污泥产率计算：

（3.4）

第2篇：超声波污水处理的方法范文

收稿日期：2011-06-23

基金项目：国家水专项课题“水污染源监测监管技术体系研究”（编号：2008ZX07527-02）资助

作者简介：廖华（1986―），男，浙江开化人,助理工程师,主要从事环境在线监测系统研究工作。

关键词：污水处理；管道式流量计；综合指标

中图分类号：X701文献标识码：A文章编号：1674-9944（2011）07-0093-03

1引言

流量计量是计量科学的重要组成部分,同时推动与支持了国民经济的发展,然而流量计却是少数几种使用比制造艰难的仪表之一。因此在针对某一现实工矿场合进行流量计量的时候,应从实际情况出发,综合地考虑测量的安全性、准确性和经济性等指标,才能最终实现较好的流量测量。

2针对污水处理单位的实际工况特点选择管道式流量计

污水处理单位作为接收从污染源排出的污染物总量或浓度较高、达不到排放标准要求或不适应环境容量要求的污（废）水,并对其进行人工强化处理的环节，随时需要流量信息,以确定系统的运行状态,以及污水信息上传。为了达到综合效益的最大化,应从安全性、准确性和经济性等指标,对污水处理厂污水流量计选型,进行逐一考查。

2.1安全性

污水处理厂需要安装流量计的场合,一般不会设有复杂密集的机械装置、电气装置,所以不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故。污水处理单位在运行中会产生大量气体,如甲烷、CO、硫化氢等。其中有些气体当达到一定浓度时,是存在安全隐患的,所以在选择流量计时,流量计的防爆性应加以考虑。

2.2准确性

为了达到对污水测量的准确性,应全面分析设置在污水处理单位的流量计的工作对象及其特点,从中找到选择流量计的依据,以及使用时的注意事项。

2.2.1被测量的介质

污水处理单位的被处理介质是污水,但是污水的来源不尽相同,各来源污水的各个指标参数也有所差别,因此首先应考虑污水的来源。

（1）生活污水是人们在日常生活中使用过的,并被生活废料所污染的水。其水质、水量随季节而变化,一般夏季用水相对较多,浓度低；冬季相应量少,浓度高。生活污水一般不含有毒物质,主要污染物有有机物、无机盐类等,且多悬浮物。

（2）工业废水是在工矿生产活动中产生的废水,工业废水可分为生产污水与生产废水。生产污水是在生产过程中形成、并被生产原料、半成品或成品等原料所污染,也包括热污染（指生产过程中产生的、水温超过60℃）的水；生产废水是在生产过程中形成,但未直接参与生产工艺、未被生产原料、半成品或成品等原料所污染或只是温度少有上升的水。生产污水需要进行净化处理；生产废水不需要净化处理或仅需做简单的处理,如冷却处理。生产污水,它与生产行业有关系,不同的生产行业,或是同一行业不同的生产工艺其污染物也是有很大别的。生产污水中主要污染物不外乎：有机需氧物质、化学毒物、无机固体悬浮物、重金属、酸、碱、植物营养物质、病原体等。

（3）被污染的雨水主要是指初期雨水。由于初期雨水冲刷了地表的各种污染物,污染程度很高,故宜作净化处理。

由此可见,对于污水处理单位而言,被测量的介质是混合介质,含有一定的悬浮物质等污物,因其含有大量物质,往往具有一定的酸碱性、腐蚀性、导电性。由于污水中悬浮物质且具有一定的腐蚀性,对于如涡轮式流量计、容积式流量计、差压式流量计、转子（浮子）流量计等接触式的流量计,如果进行长时间的测量,污水中污物可能将流量计堵塞,腐蚀流量计的工作元件,使流量计不能正常工作。所以在测量污水流量时,最好应选用非接触式的流量计,以免被污水侵蚀无法长时间正常工作。

2.2.2被测量介质的温度

污水处理单位通常是在常温常压运行,因此可认为被测介质的温度为常温,所以在进行流量计的选择时,无需过多考虑。

2.2.3被测量介质的压力

污水处理单位通常是在常温常压运行,因此可认为被测介质的温度为常压,所以在进行流量计的选择时,无需过多考虑。

2.2.4被测量介质的流量

对于不同的污水处理单位,其处理能力有所不同,其管道直径大小也不同,需要根据具体的污水处理单位进行实际的分析。当管道的直径较小时,多数的流量计是能胜任的。由于有些流量计,如差压流量计,安装时要求安装点前后应有数倍管道直径的直管段长度,但当管径较大时,这点是很难做到的。在测量大口径管道流量时,电磁流量计、超声波流量计和插入式流量计具有较大的优势。但是结合上述对污水本身含有悬浮物且具有一定腐蚀性的特点的分析,插入式流量计在污水处理单位这样的工况场合,一般应用较少,不予考虑。

2.3经济性

在测量精度方面,电磁流量计要比超声波流量计要高,但是两者的价格都会随着管径的增大而增大。超声波流量计的测量精度会随着管径的增大,变得精确。在实际应用时,应在充分考虑实际要求精度、管径等因素,作出决定。

根据以上的分析,电磁流量计其测量的精度较高,而超声波流量计的测量精度会随着管径的增大,变得精确。考虑到一般性,较好地面向不同的污水处理单位,故本文给出了电磁流量计与超声波流量计,作为污水处理单位流量计选型的备选方案。针对具体污水处理单位,应根据实际工况,如管径的大小、要求的测量精度等,灵活的选择电磁流量计与超声波流量计,以达到较好的效果。

3电磁流量计与超声波流量计

3.1电磁流量计

电磁流量计的测量是基于法拉第电磁感应定律,导电介质在电磁场中作切割磁力线运动时,导体会产生电动势为Ed,而该电动势Ed与被测介质流量（流速）成正比。正因为电动势只与介质的流速有关,所以电磁流量计一般不受温度、压力、粘度、密度等其他外界因素的干扰。另外,流量元件检测出的最初信号,是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压,它与流体的其他性质无关,具有很大的优越性。

根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性,测量污水的流量,电磁流量计是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小,安装、操作、维护方便。近几年电磁流量计测量系统在逐步智能化,仪表整体密封加强,能够保证在较恶劣的环境下正常工作。鉴于污水具有一定的腐蚀性,在安装电磁流量计时可选用氯丁橡胶衬里,含钼不锈钢（OCrI8Ni12Mo2Ti）电极,这样就可满足污水流量测量的要求。

3.2超声波流量计

目前超声波流量计大致分为两种：一种为多普勒超声波流量计,一种是时差式超声波流量计。多普勒流量计是利用相位差法测量流速从而测得流量的方法,即当某一已知频率的声波在水中运动时,由于液体本身有一种运动速度,导致超声波在两接收器之间的频率或相位发生相对变化,通过测量这一相对变化就可获得液体速度,从而测得流量；时差型流量计是利用时间差法测量流速,即某一速度的声波由于流体而使得其在两接收器之间传播速度发生变化,通过测量这一相对变化就可获得流体流速。在实际应用中我们多采用的是时差型流量计。

它适用于能传播超声波的均匀液体和流速较高的气体。介质温度范围-10～100℃,介质压力不受限制。具有量程比宽,不受流体的黏度、密度的影响、能测强腐蚀介质等特点。超声波流量计真正的优势是用于测量大口径管道流量,如污水处理厂这种用水量大、管径大的用户。

4流量计选型案例分析

4.1针对某污水处理厂管道式流量计选型

该污水处理厂是杭州市最大的污水处理厂,其污水来源主要是来自杭州市三污干管、市经济技术开发区及余杭区的工业及生活污水,其处理的污水来源广泛,既包括有工业场合的生产废水,又有市民产生的生活污水,具有代表性。污水中含有一定的悬浮物质等污物,具有一定的酸碱性、腐蚀性、导电性。

该处理厂满负荷运转每天能处理60万t污水,相当于杭州目前40%左右的排污量。可见该处理厂的污水处理能力较强,所以这也决定了在污水处理流程中输送污水的管道的直径也是较大的。经过实际的考查,了解到在提升泵前的管道直径分别为1 800～2 200mm。

根据该处理厂的实际特点,在进行流量计的选型时,主要的参考依据是该处理厂的管道直径、提升泵前后的直管长度以及流体介质。污水处理厂管道内介质具有导电性,且包含悬浮颗粒,因此从原理上电磁流量计和超声波（多普勒）流量计都可以应用。

虽然在测量精度方面,电磁流量计要比超声波流量计高,但是其价格随着管道直径的增大趋势快于超声波流量计,在测量大直径的管道流量时,其经济性较差。针对该处理厂管径较大的情况,电磁流量计和超声波（多普勒）流量计都可作为备选方案。若流量计安装位置前后能有5～8m（最少3～5m）的直管段,则可以考虑用电磁流量计；若无法保证足够的直管段、或管道施工不便,则考虑用超声波（多普勒）流量计。

4.2针对某乳业公司的管道式流量计选型

该乳业公司其产生的污水主要是乳品废水,其具有有机物浓度高,油脂含量高,营养物质浓度高的特点,易腐败,经过24h浮渣就会变黑且产生臭味。其排放污水中有机质的含量较高,但是根据其提供的污水处理厂流程图,可知其污水中也包含一定的生活污水、污物,具有一定导电性。

根据其提供资料,可知其潜水泵泵后的管径为80mm,管径较小。根据该乳业公司提供的：该乳业公司2011年4～6月数据报表中的流量数据,可知在这段时间内的平均流量较小,但由于为间断性排水,因此数据无法反映出管道的平均瞬时流量和最大瞬时流量。根据一般经验,潜水泵出口管流速一般不大于3m/s；或者可以根据潜水泵的名牌数据估算出口流量,并据此选择流量计量程。

针对该乳业公司实际工况,选择超声波流量计的成本过于高昂；选择电磁流量计是比较合适的。由于其管径较小,使用电磁流量计的成本不会很高,而且使用电磁流量计,可以达到较为准确的测量结果。

5结语

根据流量的选型原则,综合考虑了污水处理单位的实际工况特点,提出电磁流量计和超声波流量计作为污水处理单位管道式流量计选型的备选方案。电磁流量计精度较高,可被用作结算计量仪表使用；超声波流量计在测量大管径流量方面具有优势,其测量精度会随着管径的增大。为了达到对污水处理厂流量更好地实时监控效果,出具更具权威性的测量结果，应用综合考虑,不同污水处理单位的实际情况,具体问题具体分析,以便选出具体场合下的最优的污水处理单位污水管道式流量测量装置。

参考文献：

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［4］ 金兆丰,余志荣.污水处理组和工艺及工程实例［M］.北京:化学工业出版社,2003.

第3篇：超声波污水处理的方法范文

【论文摘要】：作为声学研究领域的重要组成部分，超声在现代分离技术中的研究也取得了一定进展。已日益显示出其在各分离领域的重要性。

超声技术是一种新兴的、多学科交叉的边缘科学，在化工、食品、生物、医药等学科的研究开拓了新领域，并从应用上对上述工业产生重大影响。作为声学研究领域的重要组成部分，超声在现代分离技术中的研究也取得了一定进展。已日益显示出其在各分离领域的重要性。

1. 超声波技术机理

超声波防垢器主要是利用超声波强声场处理流体，使流体中成垢物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。超声波的防垢机理主要表现在：

（1） "空化"效应

超声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，也就是把液体拉裂而形成无数极微小的局部空穴，当这些空穴和气泡破裂或互相挤压时，产生一定范围的强大的压力峰，这一强压力峰能使成垢物质粉碎悬浮于液体介质中，并使已生成的垢层破碎使其易于脱落。根据理论和实践测算，用20khz、50w/cm2的超声波对1cm3液体辐射时，其发生空化事件的气泡数为5×104/s，局部增压峰值可达数百甚至上千大气压。

（2） "活化"效应

超声波在液体介质中通过空化作用，可以使水分子裂解为h·自由基和ho·自由基，甚至h+和oh-等。而oh 与成垢物质离子可形成诸如caoh 、mgoh 等的配合物，从而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相对提高。也就是说，超声波能提高流动液体和成垢物质的活性，增大被水分子包裹着的成垢物质微晶核的释放。

（3） "剪切"效应

水分子裂解产生的活性h 自由基的寿命比较长，它进入管道后将产生还原作用，可以使生成的积垢剥落下来。而且因超声波辐射在垢层和管壁上，加热管上的吸收和传播速度不同，产生速度差，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，从而导致垢层产生疲劳而松脱。

（4） "抑制"效应

通过超声波的作用，改变了污水的物理化学性质，缩短了污泥的成核诱导期，刺激了微小晶核的生成。新生成的这些微小晶核，由于体积小、质量轻、比表面积大，悬浮于液体中，生成比壁面大得多的界面，有很强的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大，让既定结构的晶粒长大，因此减少了粘附于换热面上成垢离子的数量，从而也就减小了积垢的沉积速率。实验研究表明，当污水的过饱和系数一定时，在同一超声波参数下，超声波作用时间越长，则污泥的成核诱导期越短。

2. 超声波对污泥絮体尺寸的影响

用超声波对活性污泥的物理、化学和生物特性分别进行了研究。采用的超声波频率是20 khz，作用时间是20～120 min 不等,未处理以前污泥絮体的平均粒径是98.9μm。在0.11 w/ml 的声能密度下,絮体尺寸几乎没有发生任何变化; 在0.22 w/ml 的声能密度下絮体粒径明显减少; 在0.33w/ml的声能密度下作用20 min 后絮体粒径迅速减至22 μm, 经120 min 减至4 μm; 在声能密度为0.44 w/ml时,经20 min 后絮体直径减至不足3μm,再延长时间则变化很小。分别考察了声能密度为0.11 w/ml 和0.33 w/ml的2种情况下超声波对污泥絮体尺寸的影响。发现在0.11 w/ml 声能密度下,絮体尺寸经60 min由31μm 减至20μm,尺寸减小了35 %;在0.33 w/ml声能密度下,不到20 min,絮体尺寸减至14μm。

3. 超声波对不同细菌的影响

在0.33 w/ml 声能密度下, 经40 min超声波处理后,异养菌减少了82 %,而大肠杆菌减少了99 %以上,并且溶解性cod 经60 min作用后提高了12 倍;而在0.11 w/ml 声能密度下,作用时间较短时, 异养菌和大肠杆菌变化不大, 只有在60 min以上才有明显减少,而且不管作用时间长短,溶解性cod 几乎保持不变,这种现象揭示在较高声能密度作用下,超声波可以把细菌分解,并使相当一部分固态cod 转变为溶解态。同时, 在0.11 w/ml和0.33 w/ml 之间存在一个阈值,超过此阈值,细菌的分解才会发生。

目前,超声波应用于污泥处理及减量存在的主要问题是超声处理运行参数优化、超声效率有待提高以及超声反应器的合理设计等。而且在进一步研究中应注意与污水处理工艺的合理组合,这样才能发挥超声波的特点,并为其在实际工程的应用打下基础。

4. 超声波分解污泥引起温度上升的现象

在声能密度为0.44 w/ml 时,2 min 内污泥温度超过了55 ℃。为了考察温度对污泥分解的影响,他们把反应器的温度控制在15 ℃左右,实验结果显示声能密度为0.11 w/ml 时,没有出现固态cod 转变为溶解状态;如果不进行温度控制,大约有2% 固态cod 转变为溶解态。这种效应在声能密度为0.33 w/ml 时更为明显。为此他们考虑了究竟是超声波还是超声波引起的热效应对溶解性cod 释放的作用。结果表明单独在温度高的情况下,不足以破坏絮体结构,所以他们认为超声空化和由此引起的温度上升对于污泥分解是同样重要的。

5. 结语

综上所述,在不同声能密度、不同作用时间下,超声波对其作用后的污泥分解程度、污泥絮体尺寸变化，以及伴随污泥分解,溶解性cod 释放情况和相应的温度上升现象等研究,为掌握超声波分解污泥的机理提供了研究基础。超声波功率一定时，频率低、作用时间长，去污效果较好；超声波频率一定时，功率大、作用时间长，去污效果较好。同时，超声波去污效果还与流体的流量与压力、液体的粘度与温度、超声波电源发生器与超声波换能器的距离（即传输电缆长度）、原已生成积垢的程度等因素有很大的关系。尤其是经超声作用后的污泥,颗粒态cod 转变为溶解态cod, 可充分利用这一特点并将其结合到污泥处理工艺中,提高污泥厌氧消化的能力;或结合到不同污水处理工艺中,形成微生物的隐性生长以达到污泥减量的目的，其推广价值在环保节能、提高工效、降低成本等诸方面具有广泛的意义。

参考文献

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[5] 罗多. 功率超声在石化工业中的应用[j]. 声学技术, 2002.

第4篇：超声波污水处理的方法范文

论文摘要：介绍了超声降解水体中有机污染物的降解机理。从超声的系统因素包括频率和声强；化学因素包括溶解气体、ph值、反应温度等的多个方面介绍了影响降解效率的因素。

超声波是一种高频机械波，具有波长较短，能量集中的特点，它的应用主要是按照能量大，沿直线传播这两个特点展开的。20世纪90年代初，国外等一些学者开始研究超声降解水中有机污染物。超声波技术具有简便、高效、无污染或少污染的特点，是近年来发展的一项新型水处理技术。它集高级氧化、热解、超临界氧化等技术于一体，且降解速度快、能将水体中有害有机物转变成co2 、h2o、无机离子或比原有机物毒性小易降解的有机物，因而在处理难生物降解有机污染物方面具有显著的优越性。

1. 基本理论和机理

在空化效应作用下，有机物的降解过程可以通过高温分解或自由基反应两种历程进行。

1.1 空化理论

超声波在介质中的传播过程中存在着一个正负压强的交变周期。在正压相位时,超声波对介质分子挤压，增大了液体介质原来的密度；而在负压相位时，介质的密度则减小。当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时，在负压区内介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离,液体介质就会发生断裂，形成微泡，微泡进一步长大成为空化气泡。在紧接着的压缩过程中，这些空化气泡被压缩，其体积缩小，有的甚至完全消失。当脱出共振相位时，空化气泡就不再稳定了，这时空化气泡内的压强已不能支撑其自身的大小，即开始溃陷或消失，这一过程称为空化作用，或孔蚀作用。

由于空化作用所引起的反应条件的变化，导致了化学反应的热力学变化，使化学反应的速度和产率得以提高。

1.2 自由基理论

在超声空化产生的局部高温、高压环境下，水被分解产生h和oh自由基：

h2o ho•+ h•

h•+ h•h2

ho• + ho•h2o2

h•+ho•h2o

另外溶解在溶液中的空气(n2和o2)也可以发生自由基裂解反应产生n和o自由基：

n22n•

n•+ho•no+ h•

no + ho•hno3

2. 影响超声降解的主要因素

影响超声降解的主要因素包括溶解气体、ph值、反应温度、超声功率强度和超声波频率等。

2.1 溶解气体

溶解气体的存在可提供空化核、稳定空化效果、降低空化阈，对超声降解速率和降解程度的影响主要有两个方面的原因：(1)溶解气体对空化气泡的性质和空化强度有重要的影响；(2) 溶解气体如n2o2产生的自由基也参与降解反应过程，因此，影响反应机理和降解反应的热力学和动力学行为。

2.2 ph值

对于有机酸碱性物质的超声降解，溶液ph值具有较大影响。当溶液ph值较小时，有机物质在水溶液中以分子形式存在为主，容易接近空化泡的气液界面，并可以蒸发进入空化泡内，在空化泡内直接热解；同时又可以在空化泡的气液界面上和本体溶液中同空化产生的自由基发生氧化反应，降解效率高。当溶液ph值较大时,有机物质发生电离以离子形式存在于溶液中，不能蒸发进入空化泡内，只能在空化泡的气液界面上和本体溶液中同自由基发生氧化反应，降解效率较低超声降解发生在空化核内或空化气泡的气-液界面处，离子不易接近气-液界面，很难进入空化泡内，因此，溶液的ph值调节应尽量有利于有机物以中性分子的形态存在并易于挥发进入气泡核内部。

2.3 温度

温度对超声空化的强度和动力学过程具有非常重要的影响，从而造成超声降解的速率和程度的变化。不同温度下，实验表明温度提高有利于加快反应速度，但超声诱导降解主要是由于空化效应而引起的反应，温度过高时，在声波负压半周期内会使水沸腾而减小空化产生的高压，同时空化泡会立即充满水汽而降低空化产生的高温，因而降低降解效率。一般声化学效率随温度的升高呈指数下降，因此，低温(小于20℃)较为有利于超声降解实验,一般都在室温下进行。多数研究也表明，溶液温度低对超声降解有利。

2.4 超声波频率

研究表明，并非频率越高降解效果越好。超声频率与有机污染物的降解机理有关，以自由基为主的降解反应存在一个最佳频率；以热解为主的降解反应，当超声声强大于空化阈值时，随着频率的增大，声解效率增大。

2.5 超声功率强度

超声功率强度是指单位声发射端面积在单位时间内辐射至反应系统中的总声能，一般以单位辐照面积上的功率来衡量。一般来说，超声功率强度越大越有利于降解反应，但过大时又会使空化气泡产生屏蔽，可利用超声功率强度能量减少，降解速度下降。

3. 结语

超声处理是一个极其复杂的过程。不同物化性质的有机污染物，因降解机理不同，超声降解的效果也存在差异。利用超声空化技术，只有针对具体的有机污染物，优化反应操作条件才能获得最佳的超声降解效果。今后有关超声空化技术的研究方向是，针对实际多组分难降解物系在降解机理、物质平衡、反应动力学、反应器设计放大等方面进行深入的研究，使其最终成为一种适用、高效和低成本的水处理技术。

参考文献

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第5篇：超声波污水处理的方法范文

【关键词】脱水截油；污油水；斜板除油；重力沉降；超声波分离；水利旋流

文章编号：issn1006—656x（2013）09 -0195-01

一、背景

加工重质、劣质原油是降低原油采购成本的有效措施，常减压装置存在掺炼各种混合油比例高、原油性质不稳定、原油活罐运行的情况，增加了电脱盐系统脱盐难度，出现原油脱盐效果差、电脱盐切水含油量高的问题。

由于电脱盐污水含油量受原油性质、原油加工负荷、电脱盐脱盐效果、原油混合效果、原油乳化程度、电脱盐罐界位等因素影响。正常生产中用肉眼判断电脱盐污水含油情况，存在一定误差。另外，在原油性质大幅变化或操作波动，出现电脱盐污水含油量大时，在操作上没有手段进行控制。以洛阳石化为例：2011年电脱盐污水含油量合格率为70%，不合格的电脱盐污水含油量平均为39700mg/l，电脱盐污水含油量超标不仅增加常减压装置的加工损失率，并对环境保护带来一定的压力。

二、必要性和可行性分析

基于以上情况，广州天禾自动化有限公司和湖南石油化工职业技术学院联合相关技术力量，有针对性的对油品进行分析，提出了技改方案， 委托长岭设计院设计出了电脱盐脱水截油装置。该方案采用了包括重力沉降、斜板除油、超声波破乳、水力旋流等污油水分离技术的综合解决方案，电脱盐污油水分离设施处理能力满足常减压装置电脱盐污油水排量要求，即70t/h～90t/h之间，电脱排出污油水含油200ppm～20000ppm之间，经过处理后的污油水含油要求降至200ppm以下。装置经过调试稳定后，在电脱盐排出污油水来液量比较稳定的情况下，要求实现自动控制。装置的控制和运行都完全独立于其他系统或装置，当装置出现问题时或流程不稳定时，也不能影响其他系统或装置正常工作。

三、电脱盐脱水截油装置工作原理简介

电脱盐污油水分离设施通过对洛阳石化电脱盐后污油水油分进行分析，根据洛阳石化能够提供的0.6mpa稳定氮气管网，1.0mpa稳定蒸汽管网，0.4mpa压缩空气及自身的工艺条件，综合利用了自然沉降、超声波破乳、波纹斜板隔油、水利旋流器等多种现代比较成熟和先进的污油水分离技术，从而达到高效稳定的污油水处理效果。

（一）重力沉降

重力沉降是最简单的分离技术，让液体转入较大的沉降罐。仅有重力作用于油和水。装置的处理效果随着油类api值的减小变差，因而用来处理轻质油类效果最好。分离需要很长的时间，因而罐体体积很大。当油到达液面以后有很多撇油方法可以用来将其撇去。进水状况不同，最好的出水浓度为50-100ppm，显然不能满足现在的实际要求。

（二）斜板除油

在重力沉降罐内部倾斜的平板对油滴起到了表面聚结的作用，同时斜板隔油池也运用了浅层沉降原理，加快了沉降速度。聚结作用使小的油滴合并成为大的油滴；能较快地上浮到水面。

在进水相同时；波纹板隔油池最大的优点在于，较小的装置可以达到与较大的重力沉降罐相似的处理效果。这就大大节约了成本。为了改善设备的处理效果，现今的波纹板隔油池采用一系列的斜板；此装置使用的是不锈钢材料。

（三）超声波破乳

超声波原油破乳是基于超声波作用于性质不用的流体介质产生的“位移效应”来实现油水分离的。由于“位移效应”的存在，水离子将不断向波腹或波节方向运动、聚集并发生碰撞，生成直径较大的水滴，并在重力作用下与油分离。在驻波场中由于声压分布的不均匀性导致水粒子分布不均匀，从而更有利于原油中水粒子的碰撞，从而达到破乳的目的。超声波原油破乳主要是利用超声波的机械振动和热作用。

a、机械振动作用促使水粒子凝聚。当超声波通过有悬浮水粒子的原油介质时，

造成悬浮水粒子与原油介质一起振动。

由于大小不同的悬浮水粒子具有不同的相对振动速度，水粒子将相互碰撞、黏合使粒子的体积和质量均增大，最后沉降分离。

b、机械振动作用可使原油介质中的石蜡、胶质、沥青等天然乳化剂分散均匀，

增加其溶解度，降低油水界面膜的机械强度，有利于水相沉降分离。

c、 热作用可降低油水界面膜的强度和原油黏度。一方

面，边界摩擦使油水分界

处的温度升高，有利于界面膜的破裂；另一方面，原油吸收部分声能转化成的热

能，可降低原油的黏度，有利于水粒子的重力沉降分离。

4、水利旋流

主要是通过水利旋流器的离心力作用，进行油水分离。

四、电脱盐污油水分离设施工艺流程：

1、经过电脱盐排出的污油水首先经过换热，然后进入分离器进行二级沉降分离。

2、经过分离器二级分离沉降后的高浓度污油水经过撇油管排入撇油槽，再经过撇油槽排入污油水缓冲罐。

3、经过分离器二级分离沉降后的低含油污水经过水利旋流器进行污油水进一步分离处理，低含油污水外排，高含油污水排入污油水缓冲罐。

4、高含油污水经过污油水缓冲罐，通过污油水循环泵打回原油输送泵入口或分离器污油水入口进行循环处理。

5、污油水分离器通过氮气系统进行惰气覆盖和保压，保证水利旋流器平稳运行。

6、定期对波纹斜板进行蒸汽吹洗；定期对分离器底部淤泥进行冲洗。

五、本方案优点

本方案充分结合几项技术特点，完全实现生产过程自动化，有独立的氮气吹扫、自冲洗系统。自2012年5月调试成功并运行，至今1年半的时间内，运行效果良好。

1、经过脱水截油装置后的污油水含油低于200ppm。

2、分离出来的原油经过污油回收管线回收。

3、整个装置调试稳定后，在电脱盐来液流量及压力基本稳定的情况下，不需人为干预。

4、无论装置出现怎样的运行状况，都不能影响厂区的正常生产。必要时装置可以完全被旁通，回复到改造前状态。

5、能耗低，整套装置只需要8台小功率超声波振动棒工作及两台小功率机泵能耗。水利旋流器的启动运行靠电脱盐后管内余压提供动力，属于余压利用节省能耗。

第6篇：超声波污水处理的方法范文

（3.5）

=0.517 0.4 (280-12.5) 0.001 kg/d

=0.055319 kg/d

≈ 0.056kg/d

总排泥量： 0.056/0.8 kg/d =0.07 kg/d

= 2 \* gb3 ② 按污泥泥龄计算:

（3.6）

=(0.05 3200 0.001) 2 kg/d

= 0.06kg/d

= 3 \* gb3 ③ 按排放湿污泥量计算：

剩余污泥含水率按99%计算，每天排放湿污泥量：

0.06/1000 t =6 10 -5 t(干泥)

(6 10 -5 ） (100%-99%) m³=0.006m³

3.5回流污泥流量计算

反应池中悬浮固体（mlss）浓度：4000mg/l, 回流比r=0.75， =0.4 0.75 m³=0.3 m³/d，则回流污泥浓度：

（3.7）

=9333.3 mg/l

≈10000 mg/l

3.6好氧区需氧量计算

（3.8）

=0.4 (280-12.5) 0.68-1.42 0.056 1000kg/d

=77.833 kg/d

≈78 kg/d

3.7空气量计算

采用管式微孔扩散器，设计好氧池边长0.4m，有效水深0.37m，安装距池底0.05m，则扩散器上静水压0.32m，池缸封盖部安装一下垂搅拌器，水体从反应池上部0.37m处流入沉淀池。

溶液中溶解氧浓度c取2.0，ρ=1，α取0.7，β取0.95, 曝气设备堵塞系数f取0.8，ea=18%, 扩散器压力损失在4kpa，20℃水中溶解氧饱和度为9.17mg/l。

扩散器出口处绝对压力：

（3.9）

=（1.013 105+9.8 10 3 0.32）pa

= 1.04 10⁵pa

空气离开好氧池面时，气泡含氧体积分数：

（3.10）

= [21 （1-0.18）] [79+ 21 （1-0.18）] 100%

=17.9%

20℃时好氧硝化区混合液中平均氧饱和度：

（3.11）

= 9.17 [ (1.04 10 3 2.026 10⁵)+(17.9 42) ]

= 8.62 mg/l

将计算需氧量换算为标准条件下（20℃，脱氧清水）充氧量：

（3.12）

=78 9.17 [0.7 (0.95 1 8.62-2.0) 1.024(20-20) 0.8] kg/d

=206.37 kg/d

=8.6 kg/h

好氧区供气量：

=170.6 m³/h

3.8缺氧区容积设计

据a/o工艺设计参数计算，好氧区硝化段水力停留时间3h，则缺氧区反硝化水力停留时间根据a段：o段=1：3得出，缺氧区停留时间为1h。

=0.149m³

≈0.15 m³

缺氧区容器的边长大约在0.54m

3.9前置反硝化系统缺氧区需氧量计算

总凯氏氮（tkn）由氨氮和有机氮组成，一般氨氮占进水tkn 60%-70%，计算取65%,进水总凯氏氮nk=35/65%=53.85mg/l,出水总凯氏氮nke=5/65%=7.69 mg/l,出水总硝态氮浓度noe约取5 mg/l。

=19350.87 g/d

=19.35 kg/d

=0.806 kg/h

3.10竖流式二沉池设计

表面水力负荷范围0.6-1.5 m³/（m²·h），q取0.6m/h. 沉淀时间常规可取范围1.5-4.5 h，取1.0 h. 固体通量负荷≤150kg/（m²·d），取120 kgss/（m²·d）.

①沉淀池表面面积

=0.028 m²

二沉池进水管、配水区、中心管、中心导流筒等的设计应包括回流污泥量在内。

②中心管面积

qmax —每池最大设计流量，m³/s ；

νo——中心管内流速，取15mm/s.

③中心管直径

=0.0198 m

≈0.02 m

④中心管喇叭口与反射板间的缝隙高度

=0.05m

ν1——污水从中心管喇叭口与反射板间缝隙流出速度，m/s，

取4 m/h，1.1 10-3 m/s.

h——喇叭口高度，h /do=1.35, h=0.027 m

⑤沉淀池直径

=0.1899m

≈0.19m

⑥沉淀池部分有效水深

沉淀池水力停留时间（沉淀时间）一般取1.5-4h，取1.0h. 污水在沉

池中流速v取0.6 m/h，1.7 10-4 m/s。

（3.21）

=qt

=0.6 1.0 m

=0.6 m

⑦沉淀部分所需总容积

（3.22）

= ∆x总 t 1000

=0.07 1.0 1000 m3

=0.007 m3

∆x总——每天总排泥量，kg/d

t —— 两次排泥时间，d

s ——每人每日污泥量，l/(人∙d)，一般采用0.3-0.8

n ——设计人口数

⑧沉淀池污泥区容积（污泥斗容积）

（3.23）

=(0.75 0.4 1.0) 24 m3

=0.0125 m3

vs——污泥斗容积

ts——污泥在沉淀池中的浓缩时间

⑨圆锥部分容积

h5 = 0.24m

r——圆截锥上部半径，m，取r= d=0.19m

r——圆截锥下部半径，m，取r=0.06m

h5——污泥室圆截锥部分的高度，m.

⑩沉淀池总高度

超高h1取0.06m，缓冲层高度h4取0.05m，h2=0.6m，h3=0.05m，

h5=0.24m，总高度h:

（3.25）

= （0.06 +0.6+ 0.05+0.05+ 0.24）m

= 1.00m

⑪排泥管下端距池底距离≤0.20m，取0.02m

⑫ 排泥管上端超出水面距离，取0.4m

3.11传统工艺最终污泥产量

传统活性污泥法以0.4m3/d流量 计算 ，大概排放的剩余污泥量为0.06kg/d—0.07kg/d。

3.12超声波-缺氧/好氧工艺与传统工艺污泥产量的比较

表3. 2[1]各种污泥减量化技术方法的比较

tablel 3.2[1] comparison of strategies for reducing the production of exeess sludge

技术方法

污泥减量化效率(%)

提高污泥停留时间

100

热诱导溶解和隐性生长

60

臭氧诱导溶解和隐性生长

100

好氧中温消化(20℃)

50

好氧高温消化(60℃)

52

原生动物捕食

12一43

原生动物和后生动物捕食

60一80

细菌过量产生代谢产物

59一61

解偶联氧化磷酸化

45一100

增加维持功能的能量需求

12

好氧一沉淀一厌氧

20一65

活性污泥法

­30

生物膜法

25

投加酶

50

蚯蚓生物滤池

95一100

超声波辐射

90-100

传统活性污泥法工艺污泥减量效果，大概可以减少30%—40%，超声波-缺氧/好氧工艺在传统活性污泥法的基础上结合了超声波预处理活性污泥的前沿技术，实验预计污泥减量效果将达到90%—100%。暂且以90%计算进行比较：

以0.4m3/d流量计算，假设未用传统活性污泥法前，总排泥量s，用传统活性污泥法处理，污泥减量30%，s （1—30%）=0.06kg/d，s=0.06 /（1—30%）kg/d，超声波-缺氧/好氧工艺处理，污泥减量90%，设剩余污泥排放量为x，x=s （1—90%）=（1—90%） 0.06 /（1—30%）kg/d=0.0086 kg/d.

结 论

超声波—缺氧/好氧组合体系是前沿技术与传统活性污泥法的综合，该工艺能够达到较高的污泥减量化效果，更加适应了污水处理系统实现良性运行、防止污水处理出现二次污染、使污水治理更具有环境效益的需要，是值得学术界进一步探讨和研究的领域。

整个设计中，某些设计参数是一个尝试性选用，是一个摸索探究的领域，与常规性设计有些出入，有待在往后的实验、工艺运用中，进一步论证和加以完善。特别是超声波处理装置的设计以及污泥处理参数的选用，更加需要努力钻研和探讨。

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第7篇：超声波污水处理的方法范文

[关键词] 医疗器械； 清洗方法； 效果比较

[中图分类号] R197.39[文献标识码] A[文章编号] 1005-0515（2011）-11-216-01

临床使用后的常规医疗器械，表面残留着大量的有机物，无机物及微生物，如血迹，黏液，蛋白质等。这些有机物会形成一层细菌保护膜，严重妨碍消毒灭菌因子与微生物的有效接触，从而影响灭菌效果。所以，灭菌前的彻底清洗显得十分重要，笔者采用3种不同清洗方法，对清洗后效果进行比较。

1 材料与方法

1.1 材料 清洗器械，临床使用后止血钳，镊子共360件(分三组，每组120件)，多酶清洗剂，超声波清洗机，“84”消毒液，40-45℃热水，蒸馏水，放大镜，隐血试纸。

1.2 清洗方法 1)A组将污染止血钳，镊子浸泡入含有效氯制剂0.5%“84”消毒液中30min后，流动水下冲洗，清洗后放大镜下观察清洗效果。2)B组将污染止血钳，镊子放入1:270的多酶清洗液中，5min后取出，再放入超声波清洗机中超声波清洗5min，用常温热水冲洗，蒸馏水漂洗，清洗后在放大镜下观察清洗效果。3)C组将污染止血钳，镊子在自来水下冲洗后，在水面下用软毛刷人工刷洗齿槽，轴关节缝处，再将器械放入1:270的40℃多酶清洗液中，浸泡5min后，超声波超洗5min取出，用流动热水冲洗干净后，蒸馏水漂洗，清洗后在放大镜下观察清洗效果。

1.3 检测

1.3.1 洁净度检测 经上述三种方法清洗后，对其齿槽，轴关节缝处逐一肉眼观察及借助放大镜目测，将器械表面光洁，无瑕疵，无残留物质，无血渍、污渍、锈渍的器械定为阴性，否则为阳性，阴性率作为合格率。

1.3.2 隐血试纸判断 根据隐血试纸显色和不显色判断隐血阳性或阴性。显色为阳性，不显色为阴性，阴性为合格率。

1.3.3 细菌培养 分别将三种清洗后的器械做细菌采样，送检验科做细菌培养，其结果判断为细菌菌落计数≤200cfu/cm2，不得检出致病菌判断为合格，否则为不合格。

2 结果 三种不同清洗方法结果对比，差异有统计学意义(P＜0.01)，具体结果见表1。

表1常用医疗器械3种不同清洗方法合格率

3 讨论 表1显示A组单纯靠手工清洗不能达到应有的清洗效果，无法保证清洗质量，因为手工清洗人为因素很大，不能保证每人，每件，每次清洗质量的一致性。若预洗时间达不到，不能将附着的有机物去除。冲洗时间不足，不能发挥清洗剂的作用，而影响洗涤效果。漂洗时间不足，不能清除洗涤剂，就会造成洗涤剂的残留。B组对轻度污染的器械有一定的清洁作用，而对于污染严重的器械，尤其是污染物已干枯的器械。清洗效果最好的是C组清洗方法，流动水冲洗+人工刷洗+40℃酶浸泡+超声波清洗复合式方法。因为，污染器械先用流动水冲洗，水面下刷洗，促进了清洗液与物品表面的质点传递与互换[1]，加快了清洗流程，提高了污垢被溶解，乳化和分散的效率。流动液体对污垢产生压力、冲击力、摩擦力等，有清除污垢的作用，40℃酶浸泡，40℃酶+超声波清洗，热能提高了污垢的溶解度和溶解量，使有机物污垢和无机污垢被溶化，裂体和分解[2]。再运用超声波清洗地“空化效应”对无机物，有机物，微生物进行震荡，使附着在器械上的污垢松动分离[3]，从而达到对物品的清洁作用，可以有效的清洗手工清洗上的盲区，确保清洗质量和灭菌质量。

参考文献

[1] 张勤,张红琴,洗常霞.医疗器械清洗质量的影响因素和检测方法[J].护理杂志,2007,12(24):42-43.

第8篇：超声波污水处理的方法范文

关键词：制动管 清洗工艺 超声波清洗机

一直以来，我公司生产车辆制动管系内壁污垢处理、清洗没有很好的工艺方法来解决。采用的是用高压空气弹射海棉球来清洁管路内壁污垢。因采购的制动管路原材料不锈钢管常有厂家清洗不干净的情况发生，不锈钢管经酸洗后没有用清水冲洗干净，管内壁残留杂物，这样的管内壁有时打十多个海棉球仍不能有效地清理制动管系内壁的污垢，采用敲击管外壁效果不明显。一旦污垢进入制动阀，制动阀失去作用，将发生重大安全事故，制动管系内部存在的污垢为铁路机车车辆制动系统安全留下重大质量隐患，不能完全适应铁路机车车辆重载、高速、安全的运输形势要求。随着唐车公司东区建设的发展，对制动管路的加工问题应进行重新规划，采用先进的制动管系内壁污垢清洗处理工艺来提高机车车辆制动系统制造质量也成为需解决的问题。

1 车辆制动系统介绍

每个车辆的制动系统由截断塞门、集尘器、104分配阀、副风缸、工作风缸、制动缸和缓解风缸用列车管路、制动支管路、各种接头连接起来形成。整列编组车辆通过软管连接器、总风连接器将每个车辆连接起来形成闭环的制动系统。制动管路在机车车辆制动系统中起到相互连接，共同发挥的作用。

2 铁路机车车辆制动管系内壁污垢剖析

在2011年部备车生产中，发现制动管路用高压风弹射海棉球清洗时达不到要求，管路中存在污垢，管路内壁有兰色痕迹，刮取杂物经检测发现管路内存在酸洗磷化后又被腐蚀的氧化物和油污，原因是管路酸洗磷化后没有及时用清水冲洗。

2011年抽取两个样品，经检测结果如下：

样品1中：Fe2O3 含70.63%、 Cr2O3含20.55 %、 NiO含6.07 % 、SiO2含1.57 %、Al2O3含0.37 %、Co3O4含0.29 %、Na2O含0.14 % 、SO3含0.11 %、CaO含0.09 %、 P2O5含0.07 %、V2O5含0.04 %、Cl含0.04 % 、ZnO含0.03 %；

样品2中：Fe2O3 含68.80%、 Cr2O3含21.09 %、 NiO含5.73 % 、SiO2含2.18 %、Al2O3含0.65 %、Co3O4含0.30 %、Na2O含0.40 % 、SO3含0.18 %、CaO含0.29 %、 P2O5含0.08 %、V2O5含0.06 %、Cl含0.04 % 、ZnO含0.03 %；

从送检的两个样品检测结果看，杂物中成分最多的是Fe2O3、 Cr2O3、 NiO、 SiO2 ，这些氧化物杂质的存在，一旦进入制动阀中，都将引起灾难性事故。

3 制动管路结构及清洗工艺

我公司生产部备车制动阀多采用104分配阀，制动管路规格有φ42×5、φ34×4、φ27×3、φ21×3、φ18×3、φ14×3六种，长度在100mm-6000mm之间，管路有直管和弯管，弯管圆弧为R100mm，其中φ21×3、φ18×3、φ14×3三种规格制动管因内径较小，内壁发生脏污的情况较多。

采用超声波对制动管路进行清洗，超声波清洗原理：换能器将功率超声频源的声能转换成机械振动并通过清洗槽壁向槽子中的清洗液辐射超声波，槽内液体中的微气泡在声波的作用下振动，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合的瞬间产生冲击波使气泡周围产生1012-1013pa的压力及局部调温，这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于溶液中，蒸汽型空化对污垢的直接反复冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡立即“钻入”振动使污层脱落，由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化、固体粒子自行脱落，超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，形成射流，冲击清洗件，同时由于非线性效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流，所有这些作用，能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。由此可见，凡是液体能浸到且声场存在的地方都有清洗作用，其特点适用于表面形状非常复杂的零部件的清洗。尤其是采用这一技术后，可减少化学溶剂的用量，从而大大降低环境污染。

第9篇：超声波污水处理的方法范文

关键词：图像处理技术（image processing techniques）、面积测量（area measurement）、移动式格栅除污机（the mobile grille remover）、智能化（intelligent control）

一、背景情况

当今的大中型雨污水泵站内一般均安装有移动式格栅除污机，其利用单个可移动除污机头进行移动除污的效果深受好评。其传统的自动控制方式[1]是在格栅井前后各设超声波液位计，测量格栅前后的液位值，控制系统通过判断液位差值触发其除污动作，但自动除污过程为：不管各仓位的栅片上污物的多少，移动机架均要逐仓进行除污一次（或几次），直至最后一个仓位除污完毕后自动回复至初始仓位，一般整个除污过程的周期时间会达半小时以上。这样既费时、费电，又增加了设备的使用率，加快了设备的损坏与维修，加速了设备的折旧与报废。而且，超声波液位计应用于污水行业中有其自身的缺陷，其不适用于测量有气泡及悬浮物的介质等不利因素，而在泵站内的污水成份复杂，夹杂着大量的污物、油脂等漂浮物，并且水流流速快，对于超声波信号的扰动很大，常会引起数据的跳跃或偏差，所以一般不利用超声波信号直接去自动控制设备，而仅用作水位情况的监视。如在中国自动化网上的一文中指出，为保证控制可靠运行，需定期对超声波液位计进行维护和校正[2]。

在此种状况之下，有必要去研究一种方法、装置或系统，以解决上述问题。

二、模拟实验

针对上述中的除污过程，试制了一套模拟实验系统，首先在实验室里进行小试，以解决图像处理技术在此类污物图片处理中的应用问题，待试验数据结果证明可行之后，再进一步进行实验室类比或实地试验。

（1）组成器件

摄像头：Kacon color ccd camera Model：VC-423A

视频采集卡：Hikvision Model：DS-4004HC（R）

水槽：1150cm×30cm×28cm（长*宽*高）

栅片组：栅条尺寸30mm×4mm×320mm 栅条间隙20mm

小潜水泵：交流220V鱼缸用小型潜水泵

污染物：塑料马夹袋、抹布及一些其它杂物

待开启潜水泵，水流迎向栅片正向流动，带动污物靠近甚至贴在栅片之上，同时，摄像头每间隔一定周期地拍下图像，通过模拟系统拍摄了7幅图像，有无水调整图像（摄像头调整固定位置）1幅，加水后的无污物初始图像2幅、有污物污染程度（轻、中、高、重度）不同的图像4幅。

（2）图像处理方法[3]

本文所采用的MATLAB[4]的版本为R2007a。图像处理工具箱是以数字图像处理理论为基础，用MATLAB语言构造得到的一系列用于图像数据显示与处理的M文件，并且可以查看或改进这些M文件的代码。

针对上述7幅图像应用数字图像处理的相关技术进行处理，将污物从有污物的图像中分离出，并且计算出面积，用以后序判断。首先对于采集的图像进行预处理工作以便减少对后序处理过程的影响。之后，再进行目标物（污物）的提取、统计。设想方案有2个，方法一：先分割后差分。先对于各幅图像进行目标提取（分割处理），提取出感兴趣部分，之后进行差分（减背景）处理，再计算污物面积，超过预设值即发出除污信号；方法二：先差分后分割。直接将有污物图像与背景图像进行差分（减背景）操作，再对于得到的差分后图像进行分割处理（二值化等方法），计算其污物面积。通过实验后得出，应用方法一中的Otsu算法选取的阈值对图像分割后再进行差分操作效果较好，基本可以将重度污染物提取出来；而应用方法二直接先与背景图像进行差分处理[5]，似乎二种算效果均较好，都基本可将重度污染物提取出来。

（3）面积计算

通过bwarea（）函数的运用，得出表1：

从得出的污物面积数据分析，不管是先分后差还是先差后分，利用直方图法选取的阈值分割方法优于Otsu算法选取的阈值，Otsu算法在高度与重度污染图像判断时，产生了数据倒大的现象（表格中灰色显示的数据），说明此方法不适用于此类图像的操作。再看先分后差方法中，对2幅图像分别进行分割处理后再进行差分处理，此过程中有2次分割和1次差分；而先差后分方法中，对2幅图像先进行差分，然后再分割，此过程中有1次差分和1次分割，虽然从实验得出的数据来看，似乎两种方法均较适合，但是，先差后分过程中对于图像处理次数少，理论上来说所引入的干扰或误差也应该较少，所以，还是认为先差后分效果更好（表格中加粗的数据）。

三、实验结果

本文研究了图像处理技术在移动式除污机智能控制中的模拟应用，主要内容涉及到图像的预处理，图像的差分，图像的分割（二值化），将污物从背景图像中提取出来，再计算面积，最后将得到的面积与预设值比较，判断出在栅片上污物的大致污染程度是否需要进行除污工作。通过对于图像基础知识的了解与学习并且利用模拟系统较简单的实验工作，得到如下结论：

（1）通过一系列的图像处理技术或方法，可以将不同污物程度较明显的提取出来，并且对于此类图像进行先差分后分割要略优于先分割后差分的方法，在下一步的实验中有指导运用的可行性。

（2）此实验效果仅代表实验室中的小试结果，与泵站实地情况差别较大，有其局限性，如集水井内的光照度白天与黑夜差别较大，运行水位高低对于固定摄像机拍到的像片中感兴趣部分（污物）面积的影响等因素。这在进一步的类比性实验或实地试验中均应考虑周全。

对于图像处理技术的研究，在医疗器械、航空航天、多媒体技术等很多领域的发展过程中启到了举足轻重的作用。而在市政工程的雨污水处理行业之内，研究与应用极少，希望在不久的将来，能将图像处理技术应用于移动式除污机的控制系统中。

参考文献

[1] 梁博宁，黄巧亮，刘剑平.PLC在污水泵站控制系统中的应用.工业控制计算机，2006，第19卷（第10期）：80～81

[2] 基于S7-400 PLC的控制系统在污水处理中的应用.中国自动化网，2010.11

[3]杨帆等编著.数字图像处理与分析.北京：北京航空航天大学出版社，2007.10