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随着我国城市化水平的不断提高和环保意识的增强,污水排放量和处理量逐年提高。剩余污泥作为污水处理的主要副产物,其产量也急剧增加,严重危害生态环境和居民健康。厌氧消化是目前广泛采用的污泥处理手段,但其效率因大量有机成分被束缚在微生物细胞膜内而降低。破解微生物细胞从而提高厌氧消化效率对于污泥处理具有重要的理论意义和工程实用价值。本文提出基于脉冲电场技术的剩余污泥微生物细胞破解方法,旨在通过电场诱导细胞膜产生电穿孔,实现细胞膜的破解。研究了脉冲电场参数、处理条件和预施电晕等因素对脉冲电场破解微生物细胞效果的影响,主要工作如下:1、基于电阻隔离型Marx发生器原理,设计了紧凑型高压脉冲电源。选取电容为储能元件,采用单片机产生同步触发信号控制绝缘栅双极型晶体管开断,产生指数衰减脉冲波形。波形参数为:上升沿τr=5μs;脉宽τw=45μs;重复频率fmax=100Hz;幅值Emax=0kV~65kV。2、选取城市剩余污泥为试样,采用脉冲电源和平行板电极构建脉冲电场处理系统,对剩余污泥试样进行破解处理。测量脉冲电场处理前后污泥试样的溶解性化学需氧量,计算有机成分渗出指数K,分析脉冲电场幅值、重复频率以及处理时间、处理温度对污泥微生物细胞破解效果的影响。结果显示,细胞内有机成分渗出指数K随脉冲电场幅值和处理温度的升高,均急剧增大;随PEF处理时间延长,渗出指数K逐渐增大;随PEF重复频率升高,渗出指数K和破解能效η均逐渐降低。实验结果表明脉冲电场幅值和处理温度对破解效果影响较显著。3、采用多针-板电极产生电晕,对污泥试样实施预处理后,再进行脉冲电场破解处理。测量处理前后溶解性化学需氧量变化率ΔS%,评估电晕引发形式、电压幅值、交流电压频率和脉冲电场幅值对微生物细胞破解效果的影响。结果显示,采用电晕单独处理污泥,能使污泥SCOD增大。向污泥施加正极性直流电晕,ΔS%随电压升高而减小;向污泥施加负极性直流电晕,ΔS%随电压升高而增大。采用正电晕-PEF处理污泥,ΔS%随电压升高先增大后减小;采用负电晕-PEF处理污泥,ΔS%随电压升高单调增大。在预施交流电晕的条件下,破解效果随交流电压频率提高而增强。