پيش تصفيه لجن‌هاي بيولوژيكي فاضلاب شهري با امواج اولتراسونيك‌: بررسي كارايي در بهبود فرايند‌هاي هيدروليز، تثبيت و آبگيري

Pretreatment of municipal biological sludge by ultrasonic process: efficiency in hydrolysis, stabilization, and dewatering

زمينه و هدف: تجزيه لجن با امواج اولتراسونيك، به‌عنوان يك روش پيش تصفيه قبل از فرايند تثبيت و آبگيري است كه باعث تغيير در ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي آنها مي‌شود. هدف اصلي از اين تحقيق بررسي كارايي امواج اولتراسونيك در بهبود فرايندهاي هيدروليز، تثبيت و آبگيري لجن فعال خام فاضلاب شهري است. روش بررسي: از لجن فعال برگشتي به حوض هوادهي، نمونه‌برداري انجام گرديد و آمايش فيزيكي با هدايت امواج اولتراسونيك با فركانس‌هاي 20 و kHz40 در زمان‌هاي 0/5، 1، 3، 5، 10، 15، 30 و min 60 انجام گرفت. در ادامه بهبود فرايندهاي هيدروليز، تثبيت و آبگيري نمونه‌ها با انجام آزمايشاتي نظير:TS ،TSS ، CST، SRF، VS، nVS، VSssو VSSOL مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: VS SOL درفركانس kHz 20 در زمان min 15 به ميزان 73 درصد افزايش داشت و VS SOL در فركانس kHz 40 در زمان min10 به ميزان 100 درصد افزايش داشت. درصد كاهش VS در فركانس kHz 20 از زمان min15 شروع و در min 60 به 18 درصد رسيد. كاهش اين شاخص در فركانس kHz 40 در زمان min 10 شروع و تاmin 60 به ميزان 24 درصد رسيد. مقاومت ويژه لجن در دو فركانس 20 و kHz 40 در زمان تماس min 1 به ترتيب 25 و 20 درصد كاهش داشت و زمان مكش موئينه در دو فركانس 20 و kHz40 در زمان تماس min 1 به ترتيب كاهش 28 و 21 درصد را نشان داد. نتيجه‌گيري: بهترين كارايي هيدروليز جامدات آلي لجن خام بيولوژيكي در زمان min10 با فركانس kHz 40 به‌دست آمد. بيشترين راندمان تثبيت لجن در فركانس kHz 40 در زمان min 60 بدست آمد. بهترين شرايط آبگيري لجن در فركانس kHz 20 در زمان تماس min 1 حاصل گرديد.

Background and Objective: Ultrasonic disintegration is a pretreatment process before stabilization and dewatering that degrades sludge and changes its physical and chemical characteristics. The aim of this study was to investigate the effectiveness of ultrasonic in enhancing hydrolyses, stabilization and dewatering of municipal raw activated sludge. Materials and Methods: The samples were taken from returned activated sludge and then they were exposed to ultrasonic (Frequency: 20 and 40 kHz) in different times (0.5, 1, 3, 5, 10, 15, 30, and 60 min). The effectiveness of ultrasonic for hydrolysis, stabilization and dewatering processes were determined with measuring TS, TSS, CST, SRF, VS, nVS, VSss, and VSsol. Results: VSsol was increased by 73% in 15 min and at frequency of 20 kHz, whereas VSsol increas was100% at 10 min and 40 kHz. The reduction of VS was observed at 15 min and 20 kHz. Then after, it was reached 18% after 60 min. For 40 kHz, VS reduction started at 10 min and reached 24% after 60 min. Specific resistance of sludge at two frequencies of 20 and 40 kHz and contact time of 1 min were decreased by 25 and 20% respectively. The capillary suction time at the frequencies of 20 and 40 kHz and contact time of 1 min was decreased 28 and 21%, respectively. Conclusion: The optimum effectiveness of ultrasonic in hydrolysis of organic matter of raw biological sludge was at the contact time of 10 min and frequency of 40 kHz. The highest stabilization at the frequency of 40 kHz was observed at 60 min contact time. The best condition for sludge dewatering was at frequency of 20 kHz and contact time of 1 min.