1.作用原理

超声波是指频率在20kHz到10MkHz 范围内的声波。超声波作用时，存在于液体中的微小气泡（以下简称空化泡）会发生一系列振荡、扩大、收缩乃至崩溃的动力学过程。

当超声强度较低时，空化泡保持稳定的径向振荡（稳态空化）；而当超声超过一定强度时，空化泡继续增长并随之被压缩至崩溃（瞬态空化），崩溃的瞬间可产生高温高压并引发液体紊流和强烈的剪切力。

因此，超声波可在瞬态空化作用下对污泥进行破解，通过将破解后的污泥回流至生物反应器，作为底物供其他微生物重复代谢，可使得污泥总体产量下降。

2.技术优势

（1）改善污泥脱水性能，减少污泥量

超声可以降解污泥、释放有机物、改善污泥的膨胀特性、提高污泥的沉淀特性和脱水能力、促进污泥脱水，达到减量化的目的。

国外研究者采用超声波技术调理污泥后，污泥总固体含量增加16.2%，絮体平均尺寸在22.3μm左右，体积减小了60.9%，同时污泥粘度降低，导致污泥过滤性能提高，说明超声波调理促进污泥的脱水性。

（2）消毒灭菌，提高金属浸出和回收率

超声可有效破坏污泥中的丝状菌，杀灭病原微生物，提高重金属的浸出和回收率等。高强度（超声密度为0.33W/ml）条件下，超声处理40min后，异养菌减少82%，大肠杆菌总生存率不超过1%。国外研究人员发现高强度的超声可杀死污泥中部分大肠杆菌，达到部分灭菌的效果，在0.43W/cm³超声强度下处理120min，64% 的大肠杆菌被杀死。同时，超声还能提高生物活性，促进有机质进入细胞和生物新陈代谢进程，这种促进效应可持续几小时。利用超声可将电镀污泥中价值较高的重金属 ( 铜、镍、锌) 同价值较低的重金属 ( 铬、铁) 进行有效分离，超声强化酸浸出技术对重金属的分离比传统酸浸出技术更为有效。此外，两级超声强化酸浸出技术可使电镀污泥中重金属的回收率达98%以上。

（3）提高污泥消化性能，促进污泥中氮磷量的释放

超声调理污泥会破坏细胞的胞外聚合物，促进难降解有机物的分解以及有机物、 氮、磷等的释放，改善有机物的生物可利用性，从而提高污泥生物消化效率。国外研究人员，通过超声调理污后发现，TSS和VSS的减少比率分别为52.6%和55.2%，比未超声调理的减少比率大，说明超声调理可改善污泥的厌氧消化性能。此外，需要特别说明的是，超声调理后的污泥在生产过程中产生更多的沼气。

3.实用案例

超声波作为一种“绿色、高效”的溶胞技术已在德国、英国、美国、瑞典和澳大利亚等多个国家的污水处理厂运行，分解污泥的效率和生物气体的产生至少提高了20%。

◎ 英国Wesses污水厂就安装了由德国Sonix公司研发生产的大型超声波污泥处理装置。据了解，该系统用来处理市政与工业废水混合污泥，并且处理效果非常好。未经超声预处理的污泥TS与VS减少量分别为40%和50%，经过超声波作用后，减少量可达60%和70%。

◎ 目前，德国已全面使用超声波技术处理废水污泥，其中应用最成功的当属德国的巴姆堡市污水厂。下图为巴姆堡市污水厂中污泥经超声处理之后污泥的实际效果。从图中可以发现：同未经超声处理的污泥相比，经30s超声处理后的污泥较分散，颜色较浅，90s超声处理后的污泥分散性更好，水分更少，污泥的脱水效果较好。

德国巴姆堡市污水厂原设计能力为30000m³/d，包括近一半的工业废水。由于管道扩充和改造等原因，处理水量已达40000m³/d，每天的污泥量迅速增加，直接导致原先的3个污泥罐融容积不够（发酵时间25天）。

对此，有相关机构建议新建造一个容积为3000立方米的污泥罐，以保证无你的停留时间。但考虑到建造污泥罐的成本需要330万欧元（不包含安装费用），最终厂方决定购买三台超声波污泥反应器对污泥进行预处理。

一期两台运行三个月后，沼气产量增加30% ，污泥停留时间由25天降到18天，处理效果良好，从而满足了在不建造新污泥罐的情况下保证消化深度的要求。

4.联合技术

◎ 碱处理联合超声波技术

已有研究表明，将碱处理与超声波处理相结合对污泥进行预处理已经达到了较好的效果。同时采用超声波和碱处理，最初的水解速率明显要大于单独采用其中一种方式进行处理，污泥预处理时间明显缩短。将二沉池出来的部分污泥（每日处理污泥量为整个系统污泥总量的11.6%）浓缩沉淀后，首先投加剂量为66.0g/kg的NaOH，混合均匀后连续流经3个槽式超声波反应器进行溶胞处理，超声强度约为0.5kW·h/kg ; 最后再经水解酸化提高溶胞污泥的可生化性。连续运行的结果表明：污泥的表观产率系数可降至0.27kg/kg去除，污泥减量率达56.45%，且对整个系统的污泥活性和沉淀效果无明显影响。同时从据成本角度分析，该工艺可降低系统运行费用（包括污水和污泥）11.5%，具有经济上的可行性。

◎ AB法联合超声波技术

针对AB法A段工艺剩余污泥产量大的问题，有研究人员采用超声波技术对A段污泥减量效果进行研究。试验装置分为两部分，一部分为A段曝气-沉淀一体化反应器，另一部分为超声波接触反应池，污水在超声波接触反应池中反应。结果表明，经额定功率900W，频率28kHz的超声波作用0.5h后，大部分SS都已破碎，SS降低了71.7%，污泥减量效果明显。

◎ 臭氧联合超声波技术

超声波和臭氧相结合虽然增加了超声波部分的费用，但是明显提高了臭氧的利用率，要比单独使用臭氧效果好，总体的处理成本要低于单独使用臭氧进行处理。

◎ 微波联合超声波技术

实践表明，微波（2450MHz，800W，3min）与超声波（0.4W/mL，10min）联合调理对污泥厌氧消化效果优于单独采用微波或超声。主要表现在：1）相同的污泥停留时间里，联合调理后的厌氧消化污泥产生的沼气量明显高于单独采用微波或超声; 2）超声与微波联合调理可使污泥总固体量、挥发性固体量明显减小；3）超声波与微波联合可以改善污泥的脱水性能，污泥经联合调理后CST要远低于微波与超声单独处理的。

◎ 农业废弃物联合超声波技术

当超声频率为28kHz时，向经超声调理后的污泥中添加小麦秸秆粉末和玉米秸秆粉末均能很好的改善污泥脱水效果，在相同的条件下添加稻壳粉末却不能达到相同的效果。此外，污泥经联合调理后，溶解性蛋白质和多糖也得到很好地改善，还可以降低污泥的热值。