近年来，随着水处理技术的发展，越来越多的造纸企业采用较为先进的生物法污水处理工艺来降低COD，使得造纸生化污泥量占总污泥量的比例越来越高，初沉污泥比例下降，二沉污泥（生化污泥）比例大幅度提高。生化污泥量的增加造成常规机械脱水设备对最终污泥池的污泥脱水难度提高，超声波技术在污泥减量化方面的应用将会改善生化污泥处理难度大的问题。
1 生化污泥的性能特点及减量要求
活性污泥法污水处理技术已被广泛应用，但也存在一些工艺不足,将会产生大量的生化污泥。造纸生化污泥来自于污水经生化处理后的二沉池，主要以微生物尸体及代谢产物为主，含水质量分数高、易腐败变质、产生异味，并且含有多种污染物质。沉淀池生化污泥浓度一般为2%左右的较低浓度，经机械脱水后的含水率仍在80%左右。生化污泥含水率高主要原因是自由水分少、结合水分多；细胞内水均为结合水，常规机械脱水难以去除。
在污泥处理处置领域，污泥含水率是一个关键指标，含水率越高处理难度越大。现有高含水率污泥处理的费用较高，经济性差。降低污泥含水率，就需要降低生化污泥的总量。减少污泥量，合理有效利用资源，就迫切需要绿色经济实用的处理技术支持，依靠一套先进的污泥处理系统，将污泥中含的有机物经有效处理后转变为资源，达到污泥的无害处理和资源利用的双重目的。污泥在无害处理和资源利用时，也必将进行污泥减量工艺技术处理。因此，开发新的预处理工艺和设备符合市场实际需求。污泥减量处理是通过物理机械、化学调制、生物介入等措施，通过降低微生物的产出率和氧化分解作用，减少生物固体量，实现污泥的减量化处理。
2 超声污泥破碎实验
2.1实验目的
(1）验证超声波对污泥减量的可行性。
(2）超声波污泥处理效果。
(3）数据分析，选择最佳工艺路线。
2.2实验方法
(1）实验设备：超声波污泥减量小型实验设备（功率5kW，频率20kHz）。(2）实验材料：造纸厂二沉池污泥。(3）实验仪器：分析天平、电烘箱、马弗炉、COD测试设备。
2.3实验结果
(1）污泥含水率测定结果为98.86%，有机物含量为55%。
(2）观察污泥外观变化。
(3）COD、TN、TP化验结果：污泥经10000r/min离心处理5min，取上清液测定COD、TN、TP值。
表1 超声处理污泥上清液主要组分变化
| 编号 | 超声处理/min | COD /(mg/l) |
△COD /(mg/l) |
TN /(mg/l) |
△TN /(mg/l) |
TP /(mg/l) |
△TP /(mg/l) |
| 1 | 0 | 281 | 0 | 32.81 | 0 | 7.62 | 0 |
| 2 | 0.5 | 930 | 649 | 99.72 | 66.91 | 10.8 | 3.18 |
| 3 | 1 | 1512 | 1231 | 143.06 | 110.25 | 17.00 | 9.38 |
2.4结果分析
(1）纸厂二沉池污泥含水率测定样测定结果为98.86%，相比市政污水厂的二沉池污泥数据偏低。
(2）污泥经10000r/min离心处理5min，污泥上清液颜色随超声时间的增加逐渐加深；经沉淀3h，污泥上清液颜色变化更为明显。
(3）电镜图显示超声0.5min污泥颗粒变小，1mim能在显微镜图中找到微生物残体。
(4）COD、TN、TP测试结果表明：随超声污泥处理时间的增加，上清液COD、TN、TP浓度增加。未超声污泥离心上清液碳氮磷比例为37∶4∶1；经超声处理0.5min后，离心上清液碳氮磷比例为86∶9∶1；经超声处理1min后，离心上清液碳氮磷比例89∶8∶1，易于微生物吸收降解。
综上分析：纸厂二沉池污泥的微生物含量高，超声污泥破壁效果好，部分二沉池污泥通过超声波处理后回流至生化池，能实现较理想的污泥减量效果。
3 超声波污泥减量化技术在纸厂的应用
3.1工艺流程设计
根据超声波工作机理，结合造纸厂二沉池回流污泥的工艺特点，采用在污泥回流管道式施加超声波工艺，这样对于污泥量较大的大型纸厂，可多条处理生产线并联运行。纸厂二沉池污泥的一部分回流至生化池维持生化系统的微生物浓度，一部分作为剩余污泥经污泥脱水后排出系统外。在回流管道上施加超声波，超声波将剩余污泥的30%～50%破壁处理，作为营养物质回流到生化池，被耗氧菌自身内源呼吸氧化分解，通过逐步增大回流污泥流量，减少外排污泥量，从而彻底减少系统外排污泥总量。
3.2工艺应用原则及优势
超声波技术应用优势在于不改变纸厂现有水处理工艺，不额外增加大型设备。
工艺设计可遵循以下几个原则：
对纸厂污水厂的改造，应尽可能不影响日常的工艺运行。(2）污泥减量采用环境友好型的物理方法，不使用污染环境的化学药剂。(3）仅在污泥回流管道上增加超声波装置，可随时开启或停用超声波。(4）根据纸厂污水处理实际运行情况，需考虑在污泥浓缩池后设置超声波污泥减量及碳源补充系统，处理后的剩余污泥回流到生化处理工艺的生化池，破解的微生物作为补充碳源，增强反硝化脱氮能力，提高总氮去除效果并实现污泥减量。
4 应用前景及经济社会效益
我国纸厂每年产生污泥量巨大，如能大幅度减少污泥的产生量，必将减轻当前的环保压力，减缓填埋场的压力，符合经济社会发展走向和企业实现治理污染确保环境安全的长远目标。超声波污泥减量化系统占地面积小，系统应用过程中不产生新的污染，改善区域环境质量，可减少污泥处理厂的剩余污泥排放量30%左右。以日处理2万t污水为例，按每天产10t含水率80%的污泥计算，每天可减少污泥排放量3t；同时，可以节省其相应的污泥处理处置和运输等费用，经济效益和社会效益明显。
