流体剪切与超声空化联合作用下剩余污泥的破解机制及高效化特性研究

剩余污泥破解是众多污泥资源化和减量化工艺的必要预处理过程。然而高耗能和高成本却制约着这些方法的广泛应用。为此，我们提出"流体剪切+超声空化+流体剪切"新方法设想，即首先利用大剪切力流体将菌胶团高效地破解成平均约10微米的颗粒；再利用超声空化效应高效地破解微菌胶团和细菌细胞壁；最后以大剪切力流体粉碎细胞壁、挤出细胞质并分散破解物。该方法的优势是在污泥破解的不同阶段分别采用相应的高效方法，实现破解的高效化。本课题计划开展如下研究：1.建立菌胶团和细菌的力学模型，结合流体力学理论，从理论和实验角度研究菌胶团和细菌在剪切流场中的破解机制；2.应用超声空化理论，结合实验，研究微菌胶团和细菌在超声空化效应中破解的物理化学机制；3.研究超声破解的污泥在剪切流场中的再破解机制；4.分别发现三个阶段的最佳效能比和全过程在能耗上的优势特征。本课题将发现污泥破解的高效方法，丰富和发展污泥破解的基础理论研究。

本课题“流体剪切与超声空化联合作用下剩余污泥的破解机制及高效化特性研究”针对城市污水处理大量产生的剩余污泥的无害化资源化问题，在综合现有污泥破解的物理化学方法特性的基础上，提出在宏观尺度上破解污泥高效的流体剪切法，结合在微观尺度上污泥破解高效的超声空化法，在污泥破解的不同阶段分别利用两种方法的优势，进而实现污泥破解的高效化，并找到污泥破解的高效化工艺。为此本课题提出污泥破解的“流体剪切+超声空化+流体剪切”新方法设想。并针对该方法进行系统的机制研究和工艺研究。.为了完成本课题的规划，并试图找到污泥破解的最有效方法，我们开展了高速转盘法、高速组织破碎法、撞击流法，以及超声空化法，流体剪切与超声空化的多种组合。.课题从诸多机械方法，超声空化法的基础理论出发，通过本课题独创的概念描述，结合透射电镜等形态学分析，从多个角度系统地研究描述了各种方法在污泥破解中的应用理论和实际效果。.本课题的研究成果证明了最初提出的“流体剪切+超声空化+流体剪切”破解剩余污泥的新方法的正确性。并证明了据此提出 “在污泥破解的不同阶段分别采用相对应的高效方法，可以大幅提高破解效率”这一思考方法的正确性。研究结果突破了剩余污泥破解的高能耗瓶颈问题，找到了破解率高且低能耗的新方法，并验证了剩余污泥破解新的思考方法的正确性。.本课题引入流体力学理论和超声空化的最新研究成果，应用现代计算工具的Fluent和Matlab软件，计算分析剪切流场和超声空化效应的物理化学特性。在此基础上，通过对超声空化数学模型参数的更趋合理化修正，获得了可喜的成果，并进一步完善了超声空化的数学模型，进而推动了超声空化理论计算的发展。同时结合实验检测结果，研究了菌胶团和细胞壁在剪切流场和超声空化条件下破解的物理化学机制，进而获得更加确切的量化成果。研究内容具有理论基础深入、方法先进的特色。