工程规模超声波对污泥性质的影响研究

工程规模超声波对污泥性质的影响研究（共6篇）

篇1：工程规模超声波对污泥性质的影响研究

施用污泥堆肥对滩涂土壤理化性质的影响

污泥堆肥中富含有机质营养成分,可改良土壤,同时要防止重金属和病原菌等可能引起的污染.为评价污泥堆肥作为土壤改良基质的`可能性,本试验系统进行了上海曲阳水质净化厂污泥堆肥/滩涂土混配土的理化性质分析.研究结果表明,污泥堆肥与滩涂土混配后,土壤pH、电导率、阳离子交换量等理化指标得到改善;营养得到补充,肥力提高明显;混配土中未见病原菌污染问题,污泥堆肥施加比例控制在30%(干重计)以内时,也不存在重金属污染风险,混配土可以满足农用要求.

作 者：唐银健 陈玲 程五良 何培松 赵建夫 TANG Yin-jian CHEN Ling CHENG Wu-liang HE Pei-song ZHAO Jian-fu  作者单位：同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092 刊 名：四川环境  ISTIC英文刊名：SICHUAN ENVIRONMENT 年，卷(期)：2006 25(6) 分类号：X703 关键词：污泥堆肥   土壤   土地利用   理化性质  

篇2：工程规模超声波对污泥性质的影响研究

摘要：以一体式膜生物反应器(MBR)处理模拟生活污水为研究体系,探讨累积胞外聚合物(EPS)的组成、含量及其分布对污泥特性的影响.结果表明,EPS经历一个低谷后,在35 d时出现明显累积,污泥比基质降解速率和污泥体积指数(SVI)也出现相应变化.体系中EPS总量及污泥中蛋白质与多糖比值的增加有利于污泥活性及其沉降性能的.改善,EPS累积期大部分EPS存在于污泥中,从另一个角度证实了EPS与污泥活性及其降解性能之间的相关关系.作 者：张丽娜    李靖梅    李秀芬    陈坚    堵国成    ZHANG Lina    LI Jing-mei    LI Xiu-fen    CHEN Jian    DU Guo-cheng  作者单位：张丽娜,李靖梅,李秀芬,ZHANG Lina,LI Jing-mei,LI Xiu-fen(江南大学环境生物技术研究室江南大学工业生物技术教育部重点实验室)

陈坚,CHEN Jian(江南大学食品科学与技术国家重点实验室)

堵国成,DU Guo-cheng(江南大学工业生物技术教育部重点实验室江南大学生物设计与加工研究室,无锡,214122)

期 刊：环境化学  ISTICPKU  Journal：ENVIRONMENTAL CHEMISTRY 年，卷(期)：2009, 28(4) 分类号：X7 关键词：膜生物反应器    胞外聚合物    污泥性质   

篇3：工程规模超声波对污泥性质的影响研究

关键词：污泥有机肥,黑麦草,营养元素,重金属

污泥有机肥中蕴含大量的营养元素如N,P,K等,施用时可以大幅度提高农作物长势,提高产量;同时,污泥有机肥中还含有重金属等不利于作物生长的成分,施用不当,会对农作物产生危害,改变土壤理化性质,随着重金属在食物链中的传递,还会影响人类健康。污泥有机肥的施用效果与气候,土壤,作物类型有关[1,2,3],因此本研究选取寒冷地区常见牧草黑麦草作为供试植物,研究污泥有机肥对其生长和土壤理化性质的影响。

1 材料与方法

1.1 实验时间和地点。

试验地点在齐齐哈尔市,年平均气温1.2℃。从2011年4月开始至2011年9月结束。试验分两小区,每小区面积8m2,两小区均按20cm×20cm行株距进行。实验用土为黑土第一小区施用污泥有机肥(T1),第二小区不施肥作为对照(T2)。

1.2 实验方法。

株高,茎粗:于2011年5月,7月,9月从两小区随机抽取50株黑麦草,分别用直尺和游标卡尺测量每茬次初花期株高和茎粗,取平均值。

叶面积:于2011年9月从两小区随机抽取50株黑麦草,测定第3茬初花期叶面积,取平均值。叶面积采用S=L×B×0.71公式[2]计算,其中,S叶面积,L叶长度,B叶宽度。

土壤样品:于2010年9月,分别从两小区0~25cm深度处各采集15例土壤样品。

污泥有机肥样品:供试污泥取自齐齐哈尔市南郊污水处理厂。

1.3 分析方法。

测定内容:施用污泥有机肥前后土壤理化性质,营养元素,微量元素,重金属,污泥有机肥中营养元素,微量元素和重金属,黑麦草叶中重金属。

1.4 数据处理。

试验数据采用Excel软件进行初步统计处理,用SAS8.0进行方差分析和差异显著性检验(新复极差法),用DPS7.55进行回归分析。

2 试验结果与分析

2.1 污泥有机肥理化性质分析。

从表1中可以看污泥有机肥p H为6.81。污泥有机肥中富含有机质和营养元素。其含量是土壤中的8.1倍,22.6倍,11.16倍和23.93倍。重金属含量均小于污泥农用时污染物控制标准。

2.2 施肥前后土壤理化性质分析。

污泥有机肥施用后,T1小区土壤中各项指标相比T2小区有所增加。其中p H增大0.22,电导率增大1.43倍,Ca CO3增大11.22%,有机质含量增大95.31%。施肥后T1小区土壤中重金属含量大于T2小区,小于土壤环境质量标准(GB15618-1995)二级标准。

*土壤环境质量标准GB15618-1995二级

2.3 紫花苜蓿草营养器官中微量元素和重金属元素含量。

T1小区黑麦草叶中微量元素和重金属元素含量分别为35.62mg/kg,62.35mg/kg,14.28mg/kg,0.73mg/kg,0.42mg/kg均大于T2小区相同元素含量(表3),平均增大1.57倍。未在叶中发现重金属元素Cd。

3 结果讨论

从表1中可以看出污泥有机肥中重金属Cu,Zn,Pb,As,Cr含量较低,小于污泥农用时污染物控制标准,说明污泥有机肥在制作过程中很好的控制了重金属元素含量。通过表2可以看出,T1小区土壤p H大于T2小区。说明污泥有机肥能碱化土壤。T1小区土壤中蕴含较多的营养元素,能够促进根系发育,提高作物抗性,光合作用。T1小区土壤中微量元素和重金属含量大于T2小区,含量未超过土壤环境质量标准。

T1小区紫花苜蓿草株高,茎粗,叶面积好于T2小区。株高增长能够增大作物根系,提高黑麦草草生物量的积累。茎粗可以影响牧草的适口性及其营养品质。从表4可以看出,经过污泥有机肥的作用,T1小区紫花苜蓿草叶子中微量元素和重金属含量相大于T2小区。微量元素对作物生长有促进作用,是作物生长不可缺少的营养元素,重金属在作物叶中含量较少,分析原因认为这些元素在植物体内流动性不强,易聚集于作物根茎处。

3 结论

通过研究发现,污泥有机肥能促进黑麦草生长。作物叶中重金属含量少,未对作物生长产生影响。在施用污泥有机肥前,应对其进行调控和处理,以减少其对生态环境和人类身体健康带来的负面影响。

参考文献

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[2]郭媚兰,等.太原市污水污泥农用利用研究[J].农业环境保护,2007,12(6):25-29.

篇4：工程规模超声波对污泥性质的影响研究

关键词：污泥；堆肥；翻堆策略；理化性质

中图分类号：X703；S141.4 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）07-0394-03

收稿日期：2013-02-22

基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题（编号：2012ZX07204-001）；河南省重大公益招标项目（编号：101100910300）；河南省科技攻关项目（编号：142102310063）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（编号：14A610009）；郑州轻工业学院博士基金（编号：2013BSJJ022）。

作者简介：马闯（1982—），男，河南开封人，博士，讲师，主要从事固体废弃物资源化研究。E-mail：machuang819@163.com。高温好氧发酵后的土地利用是城市污泥主要的处理处置方式之一[1]，由于强制通风静态垛具有占地面积小、处理能力大的优点，工业化的污泥堆肥一般采用该工艺。强制通风静态垛堆肥系统具有半开放、单向鼓风的特点，堆体内部通常会形成温度、湿度及氧气浓度的层次梯度[2-4]，从而影响堆肥效率和堆肥成品的品质。通过对发酵物料进行翻堆处理，不但可以提供氧气，而且有利于物料均匀，促进水分蒸发，还可以有效改善堆体内温度、湿度、氧气浓度等空间效应，打破不同剖面的层次效应，改进通气性能、减少臭气产生[5]。因此，翻堆成为弥补强制通风静态垛堆肥系统不足的重要手段，也成为提高其堆肥效率和发酵质量的重要措施。针对不同的发酵物料，采用何种翻堆策略取决于物料的湿度、孔隙度、有机质的分解速率及堆肥外部环境等。陈同斌等研究发现，污泥与猪粪堆肥时，升温期和降温期翻堆效果不理想，而高温阶段翻堆有利于提高堆肥效率[6]。有研究认为，过早翻堆会推迟高温时间，导致堆温显著下降，翻堆过晚则不利于再次升温和高温维持[7-8]。Zhao等研究发现，堆体每2 d翻抛1次比每 4 d 翻抛1次会散失更多的热量[9]；李玉红等研究牛粪高温堆肥时发现，3 d/次和6 d/次的处理比9 d/次的升温快，且温度高，堆肥产品种子发芽率高[10]。翻堆一般分为人工翻堆和机械翻堆，无论采用何种翻堆方式，随着翻堆频率的增加，堆肥成本均会增加。因此需要探索在尽量降低翻堆频率的同时，通过调整翻堆时机、优化翻堆策略，提高堆肥效率和产品质量，达到堆肥成本和效率的平衡。笔者针对城市污泥强制通风静态垛堆肥工艺，在整个堆肥周期固定翻堆次数，通过分析不同翻堆策略对堆肥物理和化学性质的影响，揭示强制通风静态垛堆肥的适宜翻堆时间，以期为优化翻堆策略，提高堆肥效率和产品质量提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

试验在郑州市八岗污泥处理厂进行，供试的城市污泥为郑州市五龙口污水处理厂的脱水污泥，污泥含水率（MC）7981%，挥发性固体（VS）含量为60.3%。调理剂为锯末和该厂的腐熟料，其含水率分别为8.23%、34.5%，挥发性固体含量分别为95.5%、43.3%。污泥、锯末和腐熟料按体积比 1 ∶0.2 ∶0.8 的比例均匀混合，混合后测得待发酵物料的含水率、挥发性固体含量分别为54.5%、52.4%左右。

1.2试验方法

将混合后待发酵物料用铲车堆积于发酵槽中，堆体的长、宽、高分别为30、4.5、1.7 m。根据需要，用罗茨鼓风机自堆体底部强制间歇式通风供氧，通风量为140 m3/min。堆肥过程由计算机根据堆肥实时温度反馈控制罗茨鼓风机。在试验中采用德国巴库斯翻抛机进行翻抛，翻抛深度为1.6 m。

试验设3个处理，每个堆肥周期均翻抛3次：处理1，在发酵后6、13、15 d翻抛；处理2，在发酵后8、11、14 d翻抛；处理3，在发酵后10、12、14 d翻抛。试验于夏季进行，共发酵15 d。

1.3采样与分析方法

在整个发酵周期中，采用温度探头自动监测堆体温度。试验过程中，各堆体每3 d取1次样品（最后一次取样为发酵15 d时），分别测定其含水率、挥发性固体（VS）含量、pH值、电导率（EC）、种子发芽指数（GI）、总氮（TN）等。化验分析方法分别为：含水率采用烘干法，挥发性固体采用灼烧法，pH值采用pH酸度计测定法，电导率采用电导率仪测定法，发芽指数采用小白菜发芽试验法，总氮采用半微量凯氏定氮法[11]。

2结果与分析

2.1堆体各处理的温度变化

在好氧堆肥过程中，堆体的温度是好氧堆肥的关键参数，同时也是判断堆肥是否成功、能否最终实现无害化的重要指标之一[12]。不同翻堆策略堆肥过程中的温度变化趋势如图1所示，可以看出，3个处理的温度变化趋势基本相同；堆肥过程中各处理堆体温度的变化均经历了3个阶段：快速升温期、高温持续期、降温期；堆肥初期，堆料中易分解的有机质在微生物的作用下迅速分解，堆体产生大量的热量导致堆体温度快速上升，各处理均在1 d内完成快速升温过程后进入高温持续期（>50 ℃），在快速升温期各处理间温度差别不大；进入高温期后，不同处理温度存在一定的差异，在堆肥的高温前期，處理2的温度最高，处理1次之，处理3最低，3个处理呈现出明显的层次性并持续到堆肥后6 d；6 d时，处理1进行了翻堆作业，显著降低了处理1的温度，7 d后，处理2、处理3的温度逐渐超过处理1，以处理3温度最高并波动持续到 12 d，之后各处理均进入降温期，处理2与处理3的温度相差不大，但均高于处理1。同时，由于堆肥过程中需要维持一段时间的高温才能满足堆肥无害化、稳定化的要求，温度过低时无法完成无害化，而温度过高则会对微生物造成灭活作用[13]。处理1、处理2、处理3的温度在50 ℃以上的持续时间均在10 d左右，完全达到了GB 7959—1987《粪便无害化卫生标准》中规定的堆温应在50～55 ℃以上并持续5～7 d的要求。可见3种翻抛策略均可以成功进行污泥堆肥，实现污泥无害化。

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堆肥期间，处理1分别在6、13、15 d时进行了1次翻堆作业，处理2分别在8、11、14 d进行了1次翻堆作业，处理3于10、12、14 d进行了1次翻堆作业。由图1可见，通过翻堆作业可以顯著降低堆体温度，加快降温期的降温速度；同时，每次翻堆后堆体温度均有小幅度上升，翻堆的时间越早则升温速度越快，温度恢复得越好。与高温中期开始翻堆（处理2）相比，高温前期开始翻堆（处理1）会降低堆体达到的最高温度及整个堆肥周期的温度，高温后期开始翻堆（处理3）可提高堆体达到的最高温度及整个堆肥周期的温度。

2.2堆体含水率的动态变化

堆肥物料的干化和脱水是堆肥化处理的主要目的之一，尤其是对于含水率较高的城市污泥更是堆肥成功与否的评价指标之一。翻堆能使堆料混合均匀，促进水分蒸发，有利于堆肥物料干燥[14]。不同翻堆策略堆肥过程中的含水率变化趋势如图2所示，可以看出3个处理的含水率变化趋势基本相同，随着堆肥的进行，脱水作用明显，含水率均逐渐降低，各处理堆肥前7 d的脱水速率均要高于后 7 d；处理1、处理2、处理3的含水率分别由开始堆肥时的53%左右降为42.3%、38.5%、36.7%；3个处理中以处理3的脱水效果最好，处理2次之，处理1最差。可见与高温前期（处理1）和高温中期开始翻堆（处理2）相比，高温后期开始翻堆（处理3）更有利于堆肥物料的脱水，从而取得更好的干化效果。

2.3堆体挥发性固体的动态变化

堆肥化处理是微生物活动降解有机物的过程，表现为堆肥物料中挥发性固体含量的逐渐降低。由图3可知，3个处理的挥发性固体含量在堆肥过程中均呈明显的下降趋势，且表现为堆肥前期（前4 d）降低较快，后期相对较慢。堆肥前期易降解的有机物（如可溶性糖、有机酸、淀粉等）分解速率较快，而中后期随着易降解物质的减少，微生物需要利用较难降解的有机物质（如纤维素、半纤维素和木质素等）作为碳源，分解相对缓慢[15]。处理1的挥发性固体含量从52.1%降为46.8%，处理2的挥发性固体含量从51.8%降为45.5%，处理3的挥发性固体含量从51.6%降为44.1%，3个处理的挥发性固体含量分别下降了10.2%、12.2%、14.5%，说明翻堆策略对有机物的降解有显著影响；高温后期开始翻堆（处理3）能促进挥发性固体的降解，有利于促进堆肥的腐熟，这与处理3温度较处理1、处理2相比更高（图1）、微生物活性更大、降解有机物的能力更强有关。

2.4堆体总氮含量的动态变化

高温堆肥过程中普遍存在氮素损失的现象，不仅会污染环境，而且会降低肥料中的养分含量。堆肥过程中的氨基酸、蛋白质进行脱羧作用和脱氨作用后排出NH3，造成总氮含量的下降。由图4可知，3个处理污泥堆肥过程中总氮含量变化趋势相同，均呈逐渐下降趋势，且表现为堆肥前期（前4 d）降低较快，后期相对较慢，与挥发性固体动态变化趋势一致。各处理总氮含量分别由堆肥开始时的20.5、20.1、20.3 g/kg，降为堆肥结束时的18.8、17.5、17.1 g/kg，分别下降了8.3%、12.9%、15.8%，可见在整个堆肥过程中处理3的氮损失最严重，而处理1的氮损失最小，这可能与处理1在高温前期（6 d时）就进行翻堆作业，从而有效降低了堆体温度并抑制了微生物活性，降低了有机质矿化速度和NH3产生量有关。

2.5堆体pH值的动态变化

pH值是影响微生物生命活动的重要因素之一，一般认为堆肥物料的pH值应该以6～9 为宜，pH值太高或太低都不利于堆肥化过程顺利进行。由图5可以看出，在堆肥开始的前4 d，3个处理 pH值均有不同程度的上升，这可能是由于堆体升温较快，第5天时已经进入高温期第4天，在微生物的作用下含氮有机物矿化和氨化作用产生的大量NH3致使 pH值上升；处理1在第8天的pH值有所下降，后持续升高，最后稳定在8.7左右；处理2在第5天后pH值逐渐下降，到第11天达到最低（7.8左右），第11天后pH值逐渐增加，到堆肥结束时达到8.7左右；处理3在整个堆肥过程中，除第5至第14天，pH值均持续升高；堆肥结束时，3个处理的pH值分别为8.7、8.7、8.5左右，均符合无害化要求，可见翻堆策略对堆体pH值没有显著影响。

2.6堆体种子的发芽指数动态变化

污泥好氧发酵后的土地利用是资源化的最终出路，种子发芽指数（GI）是检验堆肥腐熟度最直接、最有效的方法，并且可以预测堆肥毒性的大小。一般来说，堆肥种子发芽指数达到50%时，可认为其对植物基本没有毒害，若种子发芽指数超过80%，则可认为堆肥完全腐熟[16]。由图6可知，各处理的种子发芽指数变化趋势相似，均呈现先降低后升高的趋势；在堆肥第11天，各处理的种子发芽指数均达到50%以上，对植物已经基本没有毒害作用；堆肥结束时，各处理的种子发芽指数均可达到80%左右，表明各处理均能够实现物料的腐熟和无害化，能够满足植物生长的需要。

3结论

不同翻堆策略对堆体理化性质的影响不同，翻堆作业可以显著降低堆体温度，加快降温期的降温速度。高温后期开始翻堆（处理3）可提高堆体达到的最高温度及整个堆肥周期的温度。采用处理3的翻抛策略更有利于堆肥物料的脱水干化、提高挥发性固体（VS）降解率，但会增大氮素损失量，因而要注意控制氨气的释放。不同翻堆策略对物料pH值和种子发芽率没有显著影响，3个处理均可实现物料的腐熟和无害化。由于污泥堆肥更侧重的是脱水干化和无害化，为了保证污泥的脱水干化效果，建议采用处理3的翻抛策略。

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篇5：工程规模超声波对污泥性质的影响研究

近年来,由于物流业的快速发展以及人们生活质量的逐步提升,国内机动车保有量持续增加。截至2012年底,中国机动车保有量达2. 33亿辆,加油站数量已有10万多座[1]。加油站作为石油销售终端,广泛分布于城市、乡镇及城镇的交通要道旁。就上海市而言,正在运营的加油站有近700家,其中67% 的加油站建于10年前[2]。由于加油站设备老化、管理疏漏以及人员操作不当,油品渗漏现象时有发生,对加油站附近的土壤、地表—地下水及大气环境造成一定程度的污染[3~6]。对于加油站油品渗漏问题,目前国内外的研究主要集中在油品污染修复和油品防渗技术方面,而对其所引发的城市环境岩土工程问题研究较少。

作为一种特殊的污染土,石油污染土的工程实践及地质评价已逐渐引起了国内外学者的关注。Mashalah等人[7]研究了石油开采区溢油污染对粘土和砂土工程性质的影响,发现污染土的强度减弱且压缩性增强; Adejumo[8]对尼日尔三角洲地区的原油污染软粘土进行了野外和室内试验,得到原油污染软粘土的孔隙度和膨胀力随原油的吸附时间和浓度的增加而减小的规律; Ahmed[9]则对不同程度的石油污染土分别进行了研究,指出随着土体污染程度的增加,地基的沉降量增加且承载力急剧下降;Sanjay等人[10]研究了煤油污染土的稳定性,发现煤油污染会增加地基土的界限含水率并降低其渗透性; Al-Mutairi[11]研究了科威特地区石油污染对土工程性质的影响。结果表明: 石油污染物质的富集会增加土的压缩性,而土的渗透性则取决于土本身性质; 傅世法和林颂恩[12]概括了污染土工程勘察的内容、手段、评价原则及处理方法等问题; 郑天元等人[13]通过室内击实试验发现柴油污染土的最大干密度和最优含水率均随含油量的增加而减小;陈伟胜等人[14]测定了不同含水率、原油含量、柴油含量的砂土的抗剪强度,指出原油和柴油含量对非饱和砂土抗剪强度均有影响,但油的作用要远小于相同含量水的作用; 王林昌等人[15]对黄河口胜利油田油井附近的沉积物进行了石油污染状况调查研究,其结果表明,石油污染后沉积物的密度、渗透系数及强度均有所降低。

从现有的研究成果来看,有关石油污染对环境岩土工程的影响研究主要集中在石油开采区及加工地的原油污染土的工程性质方面。然而,加油站油品的性质与原油差异较大,原油污染土的工程性质不能完全代表成品油污染土的工程性质,因此,本文以加油站0号柴油污染为例,研究油品渗漏污染对上海地区粉质粘土的强度、渗透系数及压缩系数的影响规律,为今后城市环境岩土工程实践、环境地质评价及油污土的工程利用提供参考。

1 试验材料和方法

1. 1 试验材料

试验用土为上海地区粉质粘土,其工程性质如表1所示; 试验采用油品为加油站0号柴油,为淡黄色粘稠液体,有刺激性气味,可以与水混溶,具有较强的挥发性,其物理化学性质见表2。

1. 2 试验方法

加油站污染土的污染程度及结构组成非常复杂。为了弄清柴油污染程度对粉质粘土工程性质的影响规律,本研究基于重塑土进行了一系列土工室内试验。重塑土样的配制方法如下: 先将取来的试验用土风干后过2mm标准筛,配制成含水量为最佳含水率19. 6% 的湿土 ( 称为素土) ; 然后将素土与不同掺量的柴油均匀混合以配制不同的柴油污染土土样 ( 称为“油污土”) ; 最后将配制好的油污土用塑料薄膜密封且放置一昼夜备用。考虑到柴油含量达到16% ( 干土重) 时,配制的油污土土样在压制过程中油品已达到充分饱和,因此本研究选取的柴油含量分别为0、4% 、8% 、12% 及16%( 干土重) 。试验试样采用静力压实,压实后的密度和含水量分 别为1. 70g /cm3( 最大干密 度) 和19. 6% ( 最佳含水率) 。

剪切试验为快剪,采用STZJ-5电动四联直剪仪。施加垂直压力分别为100kP a、200kP a、300k Pa、400k Pa,剪切速度为0. 8mm / min; 压缩固结试验采用WG-1B型三联中 压固结仪, 分四级加 荷:50k Pa、100k Pa、200k Pa、400k Pa。压缩固 结及直剪试样尺寸均为直径61. 8mm×高20mm; 变水头渗透试验采用TST-55型渗透仪,试样尺寸为直径61. 8mm×高40mm; 颗粒分析试验采用筛析法 ( 筛的孔径分别为5mm、3mm、2mm、1mm、0. 5mm) ,对不同柴油含量的油污土 ( 各取100g) 分别进行测试。为了提高试验结果的可靠性和准确性,本研究对不同柴油含量的油污土进行了四次平行试验。

2 试验结果

本研究对不同柴油含量的试样分别进行了剪切试验、渗透试验、压缩固结试验及颗粒分析试验。各试验结果为其平行试验中测量数据的平均值,见表3和表4。

( 粒组表示法)( Grain group representation)

2. 1 强度

本研究中,油污土的粘聚力与柴油含量的关系曲线如图1所示。从图中可以看出,油污土的粘聚力随柴油含量的增加而先增大后减小。粘聚力最大值57. 6k Pa出现在柴油含量为4% 处,与素土相比,粘聚力增加了11. 6% 。当柴油含量为16% 时,油污土的粘聚力为31. 2k Pa,较素土下降了39. 5% 。

试验所得油污土的内摩擦角与柴油含量的关系曲线如图2所示。从图中可以看出,当柴油含量不超过4% 时,油污土的内摩擦角变化不明显; 当柴油含量从4% 增加到8% 时,内摩擦角显著增大;当柴油含量超过8% 时,内摩擦角随柴油含量的增加缓慢增大。柴油含量为4% 时,油污土的内摩擦角为17. 6°,与素土的内摩擦角较为接近。当柴油含量为16% 时,内摩擦角为24. 3°,与素土相比增加了34. 3% 。

2. 2 压缩性

本研究中,油污土的压缩系数与柴油含量的关系曲线如图3所示。由图3可以得出,随着柴油含量的增加,油污土的压缩系数先减小再逐渐增大。压缩系数的最小值0. 30MPa- 1出现在柴油含量为4% 处,与素土相比,压缩系数下降了25% 。当柴油含量为16% 时, 油污土的 压缩系数 为0. 63MPa- 1,相对于素土,增加了57. 5% 。

2. 3 渗透性

图4为变水头渗透试验获得的油污土渗透系数变化曲线。从图中可以得出,随着柴油含量的增加,油污土的渗透系数也是先减小再逐渐增大。油污土渗透系数的最小值1. 79E-06cm/s出现在柴油含量为4% 处,与素土相比渗透系数下降了38% 。当柴油含量 为16% 时,油污土的 渗透系数 为6. 92E-06cm / s,较素土的渗透系数增加137. 8% 。

2. 4 颗粒分析

本研究中,不同油污土的颗分累计曲线如图5所示。从图中可以看出,当柴油含量为4% 时,油污土与素土的粒径大小相差不大; 当柴油含量超过4% 后,油污土的粒径大小产生明显变化。对于粒径小于0. 5mm的土颗粒,当柴油含量为8% 时,其含量明显减小,仅为素土的1 /3; 而柴油含量为12% 和16% 时,其含量不到素土的1 /20; 对于粒径大于5mm的土颗粒,当柴油含量为8% 和12%时,其含量是素土的1. 6倍,而当柴油含量为16%时,其占土样总量的33. 4% ,为素土的2. 5倍,详见表4。

可以看出,当柴油含量较小时,颗粒大小的变化不明显。随着柴油掺量的不断增加,油污土颗粒的粒径大小有明显变大的趋势。这是由于大量柴油的存在降低了土中液体的介电常数,使土颗粒易发生絮凝,形成了大颗粒土粒,这一结论也与Abidin和Hsai-Yang[16]的研究结果一致。

3 分析与讨论

通过上述的试验研究发现,柴油的掺入改变了粉质粘土的强度、渗透性、压缩性及颗粒大小等工程性质。这可能是因为柴油对土的成分特性、结构构造及粒间孔隙等产生了影响。鉴于试验中油污土的粘聚力、内摩擦角、渗透系数和压缩系数的变化曲线在柴油含量0到8% 之间均出现转折点,因此本文将油污土的工程性质变化机理分为柴油含量低于和高于转折点两种情况进行讨论。

当柴油含量较小 ( 低于转折点) 时,油污土的工程性质表现为高粘聚力、小摩擦角、弱渗透性和低压缩性。这可能是由于土颗粒表面覆盖油层较薄,薄油膜引起的表面张力使得土粒间产生一定的吸力,增强了土颗粒的粒间连结作用 ( 即液桥连结力) ,从而导致了油污土的粘聚力的增加。此外,以油膜形式存在的柴油堵塞了土粒间的孔隙,使得水在土中的流动受阻,所以土的渗透系数减小。而且,孔隙堵塞导致土中气体和液体受到外力作用时较难排出,所以土的压缩系数减小。然而,由于柴油含量较小,其对土颗粒表面的摩擦系数及土水间的作用影响较小,故油污土 的内摩擦 角变化不明显。

当柴油含量较大 ( 高于转折点) 时,油污土的工程性质表现为低粘聚力、大摩擦角、强渗透性和高压缩性。这可能是因为大量柴油的存在使得土颗粒周围的油膜变厚,减弱了土—水之间的作用,导致了土颗粒结构松散,故土粒间的作用力下降,表现为较低的粘聚力。同时,随着柴油含量的不断增加,污染土中较大土粒占土样总量百分比越来越大,形成较大的孔隙,呈现粉质粘土砂化现象。这一结论与郑天元等人[17]的研究成果相一致。由于较粗土颗粒间的摩擦力及咬合力一般较大,所以油污土表现为较大的内摩擦角。另外,土粒间较大孔隙的增多和聚粒絮凝结构的疏松,使得水在油污土中更易流动,且当受到外力作用时,土中气体和液体也较易排出,所以油污土的渗透性和压缩性都比较强。

4 结论

本研究通过直接剪切试验、变水头渗透试验和压缩固结试验分析了柴油含量对上海地区粉质粘土的强度、渗透性、压缩性及颗粒大小的影响,得出以下一些结论。

不同程度的柴油污染对土的工程性质的影响存在着差异。随着柴油含量的增加油污土的粘聚力先增大再减小,内摩擦角则先微小变化再增大。油污土的压缩系数和渗透系数均随着柴油含量的增加先减小再增大。而且油污土的粘聚力、内摩擦角、压缩系数和渗透系数的变化曲线的转折点均出现在柴油含量为0到8% 之间。

当柴油含量较小时,柴油对土的颗粒影响较小,油污土的颗粒大小与素土相似。当柴油含量超过转折点后,随着柴油的不断掺入,其对土颗粒的影响越来越明显,油污土中小颗粒占总量比例不断减少而大颗粒比例不断增多。

当柴油含量小于转折点时,液桥连结力使油污土的粘聚力增加,油膜对孔隙的堵塞则导致油污土的压缩系数和渗透系数减小,少量柴油对土的内摩擦角和颗粒大小的影响较小; 当柴油含量大于转折点后,土—水之间的作用减弱,油污土表现为粘聚力降低,大量柴油的存在,使土颗粒易发生絮凝,大土颗粒所占比例也越来越大,油污土表现为较大的内摩擦角。同时,由于油污土的结构变得松散、大孔隙的数量增多,其压缩系数和渗透系数增大。

本次研究主要是针对柴油污染粉质粘土的力学和水理性质进行试验研究。在后续研究中笔者还将通过扫描电镜等手段对油污土的微观结 构进行分析。

摘要：随着城市加油站设备逐渐老化及数量不断增加,油品渗漏污染形势日趋严峻。为了弄清油品渗漏污染所带来的城市环境岩土工程问题,本文以加油站0号柴油污染为例,采用直剪、变水头渗透试验及压缩试验,研究了柴油含量(0、4%、8%、12%和16%干土重)对油污粉质粘土的强度、渗透性及压缩性的影响,并结合颗粒分析试验研究其工程性质的变化机理。试验结果表明:随着柴油含量的增加,土的粘聚力先增大后减小,而内摩擦角、渗透系数和压缩系数则先减小后增大,其转折点均出现在柴油含量为0到8%之间。当柴油含量较小(低于转折点)时,柴油对土的影响主要表现为液桥连结、润滑及堵塞孔隙的作用;当柴油含量较大(高于转折点)时,柴油的存在使得土粒发生絮凝,土颗粒粒径明显增大,大孔隙数目增多,表现出粉质粘土砂化现象。

篇6：工程规模超声波对污泥性质的影响研究

摘 要：研究超声波处理对猪血浆蛋白电导率及其起泡性、乳化性和凝胶性的影响。结果表明：超声波处理对猪血浆蛋白电导率及其起泡性、乳化性和凝胶性均有显著影响（P<0.05）。当频率为100 kHz时，在超声时间（0～3 h）和功率（0～300W）范围内，随着处理时间和功率的增加，电导率和凝胶性均逐渐增大，在300W功率下处理3h，血浆蛋白凝胶强度达208.5 g，较对照组提高了62.3%（P<0.05）；起泡性和乳化性在超声时间和功率范围内，表现出先增加再降低的趋势。在150 W功率下处理2 h，血浆蛋白起泡性最高为19.8%，较对照组提高了43.5%

（P<0.05）；在300 W功率下处理2 h，血浆蛋白的乳化性最高为60.6%，较对照组提高了25.0%（P<0.05）；但过长的超声时间不利于提高血浆蛋白粉的乳化性。提示，超声波处理是一种有效的血浆蛋白改性方法。

关键词：猪血浆蛋白；超声波处理；功能性；改性

Effect of Ultrasound Treatment on Functional Properties of Plasma Protein

L? Lu1， CHEN Yan1， QIAO Lianjie1， LING Yunxiao2， WU Mingwen2， CAI Kezhou1，*， JIANG Shaotong1

（1. Key Laboratory for Agricultural Products Processing of Anhui Province， College of Biotechnology and Food Engineering，

Hefei University of Technology， Hefei 230009， China； 2. Huaibei Enbi Feed Co. Ltd.， Huaibei 235000， China）

Abstract： The effects of ultrasonic power and treatment time on the electrical conductivity， foaming， emulsifying and gelling properties of porcine plasma protein （PPP） were studied. The results showed that the electrical conductivity， foaming， emulsifying and gelling properties of PPP were significantly changed after ultrasound treatment （P < 0.05）. The electrical conductivity and gelling properties of PPP were increased with increasing ultrasonic time and power. The heat-induced gel strength of PPP ultrasonicated for 2 h at 300 W reached 208.5 g， being increased by 62.3% when compared with that of control （P < 0.05）. The highest foaming capacity of PPP of 19.8% was obtained upon ultrasonic treatment at 150 W for 2 h， indicating a 43.5% increase over that of control （P < 0.05）. The highest emulsifying capacity was achieved after ultrasonic treatment at 300 W for 2 h. However， foaming and emulsifying properties of PPP were decreased by ultrasound treatment for an excessively long time. In conclude， ultrasonic treatment is an effective method of plasma protein modification.

Key words： plasma protein； ultrasound treatment； properties； modification

中图分类号：TS251.1 文献标志码：A文章编号：1001-8123（2015）07-0001-05

doi： 10.7506/rlyj1001-8123-201507001

蛋白质作为人体三大营养素之一，在食品工业中是重要的营养来源，同时蛋白质还具有其自身特有的功能特性，如起泡性、乳化性和凝胶性等，作为辅料广泛被应用于多种食品加工中[1]。食品蛋白的改性加工是当前食品科学研究的一大热点，也是获得既安全又具备多种功能特性的食品辅料的一条有效途径。相比化学改性可能会引入新化学基团或者产生次生产物，物理方法改性主要是利用热、电、磁和机械能作用对食品蛋白的分子结构加以改善，具有无毒副作用及对产品营养性能影响较小等优点，是一种更加安全可行的方案[2-3]。

近年来，国内外学者在食品蛋白物理改性加工方面做了大量工作，其中食品蛋白主要集中在大豆分离蛋白[4-5]、乳清蛋白[6-7]、乳球蛋白[8]、花生蛋白[9]、麦胚清蛋白[10]、鸡蛋白蛋白[11]方面，采用的物理方法主要有挤压[12]、微波[13]、超高压[14]、高压脉冲[15]、超声[16]和高压微射流[17]等多种方法。多数物理处理方法存在设备成本高、工序复杂等问题，相比超声波处理具有操作简单、成本低的优点。超声波是一种高频的机械振荡，在超声过程中物料局部小区域压缩和膨胀迅速交替，对物料施加张力和压溃作用，产生“空蚀”，对蛋白质大分子产生机械性断键作用，从而实现对蛋白的功能改性[18]，早期研究也认为，超声波处理只对蛋白质的三级和四级结构有影响，对蛋白质的一级、二级结构并无明显影响[20-21]。

猪血浆蛋白是一种公认的优质蛋白源，它除了含有丰富均衡的氨基酸外，还具有优良的凝胶性、乳化性、起泡性和吸水性等多种功能，目前已经被广泛应用于低温火腿、糕点、面点、冰激淋等多种食品加工中[21]。国内已有人开展利用美拉德反应改性制备高凝胶性血浆蛋白粉的研究[22]，关于物理方法改性猪血浆蛋白粉的研究还未见报道，本实验研究了超声波处理对猪血浆蛋白电导率、起泡性、乳化性和凝胶性的影响，以期为血浆蛋白粉功能提升提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷冻干燥猪血浆蛋白粉（粗蛋白含量79.2%、粗灰分含量8.5%、水分含量8.5%） 淮北恩彼饲料有限公司。

金龙鱼玉米胚芽油（GB19111）购于合家福超市；HCl为分析纯。

1.2 仪器与设备

TA-XT Plus物性分析仪 英国Stable Micro Systems公司；CT14RD台式冷冻高速离心机 美国Beckman公司；HH-S恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；FA25高速乳化分散机 上海弗鲁克流体机械制造有限公司；FA1104N型分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；AM-501超声锅 济南科尔超声波设备有限公司；DDS307电导仪 上海双旭电子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同超声时间对猪血浆蛋白功能特性的影响

将猪血浆蛋白粉溶于去离子水中，制备成不同浓度的蛋白溶液，在固定频率为100 kHz、超声功率300 W的超声池中分别超声处理0、0.5、1、2、3 h后，取出样品再按照对应检测方法，检测不同超声时间对血浆蛋白电导率、起泡性、起泡稳定性、乳化性、乳化稳定性和凝胶性的影响。每个处理组至少3 个平行，实验至少重复3 次。

1.3.2 不同超声功率对猪血浆蛋白功能特性的影响

将猪血浆蛋白粉溶于去离子水中，制备成不同浓度的蛋白溶液，在固定频率为100 kHz的超声池中，在超声功率分别为0、100、150、200、300 W时，均超声处理2 h，取出样品再按照对应检测方法，检测不同超声功率对血浆蛋白电导率、起泡性、起泡稳定性、乳化性、乳化稳定性和凝胶性的影响。每个处理组至少3 个平行，实验至少重复3 次。

1.3.3 电导率检测

将8.0 g血浆蛋白粉溶于800 mL去离子水中，分装于100 mL烧杯中，每烧杯50 mL，然后置于超声池中经不同超声功率和时间处理后，取出直接用电导仪测定血浆蛋白溶液的电导率。

1.3.4 起泡性和起泡稳定性测定

参考Yin等[23]的方法，进行一定调整，具体步聚为：将4.0 g血浆蛋白粉溶解到400 mL蒸馏水中，用3 mol/L的盐酸溶液调pH 7.0，分装于100 mL烧杯中，每烧杯25 mL，置于超声池中经不同超声功率和时间处理后，在高速剪切分散乳化机（10 000～12 000 r/min）中分散60 s，然后迅速转移入50 mL量筒，记录泡沫体积（V），按照式（1）计算起泡性。

（1）

将上述均质后的泡沫在量筒中静置30min后，记录此时泡沫体积（V1），按照式（2）计算起泡稳定性。

（2）

1.3.5 乳化性和乳化稳定性

参考Liu等[24]的方法，进行一定调整，具体步骤为：将4.0 g血浆蛋白粉溶解到400 mL去离子水中，用3 mol/L

的盐酸溶液调pH 7.0，分装于100 mL烧杯中，每烧杯20 mL，置于超声池中经不同超声功率和时间处理后，向上述血浆蛋白粉溶液中分别加入20 mL玉米油，在高速剪切分散乳化机（10 000～12 000 /min）中分散60 s，转移至50 mL透明刻度离心管中，置于80 ℃水浴锅中，加热30 min后，冷却至室温，再2 000 r/min离心10 min，测定此时的乳化层高度，按照式（3）计算乳化性。

（3）

式中：h1为离心管中乳化层的高度；h2为离心管中液体总高度。

将上述均质乳化溶液在离心管中静置30 mim后，测定此时乳化层高度，按照式（4）计算稳定性。

（4）

式中：h1为30 min后的乳化层高度；h2为初始时的乳化层高度。

1.3.6 凝胶性测定

根据凌云霄等[22]的方法，具体调整为：称取2.4 g血浆蛋白粉于100 mL烧杯中，加入去离子水40 mL，用高速均质机分散加速溶解，静置消泡后，置于超声池中经不同超声功率和时间处理，用保鲜膜封口扎紧，再置于80 ℃水浴锅中，加热30 min后，取出于冰水中冷却20 min，于4 ℃冰箱中存放过夜，测定凝胶强度前取出恢复到室温。

测试条件为：测试前速率5 mm/s，测试速率2 mm/s，测试后速率5 mm/s，测试距离为15 mm，夹具为直径1.27 cm的圆柱状平头探头。凝胶强度用硬度，即探头下压过程中的最大感应力（g/cm2）表示[25]。

1.4 数据分析

所有数据采用Origin 8.0分析软件分析和作图，结果均以平均值±标准差表示，显著性分析采用Student，t检验方法，P<0.05被认为差异显著。

2 结果与分析

2.1 超声对血浆蛋白电导率的影响

小写字母不同，表示差异显著（P<0.05）。下同。

图 1 超声时间对血浆蛋白电导率的影响

Fig.1 Effect of ultrasonic time on the electrical conductivity of PPP

由图1可知，超声时间对血浆蛋白电导率的影响差异显著（P<0.05），随着超声时间的增加，血浆蛋白的电导率逐渐增大。在超声时间达2 h时，电导率由对照组的1.55 mS/cm增加到2.12 mS/cm（P<0.05），在处理3 h后，电导率达到2.21 mS/cm，显著高于对照组和1 h处理组（P<0.05）。

图 2 超声功率对血浆蛋白导率的影响

Fig.2 Effect of ultrasonic power on the electrical conductivity of PPP

由图2可知，超声功率对血浆蛋白电导率的影响差异显著（P<0.05），随着超声功率的增加，血浆蛋白的电导率逐渐增大，当功率增大到300 W时，电导率达到最大，为2.42 mS/cm，较对照组1.48 mS/cm提高了63.5%，差异显著（P<0.05）。

2.2 超声对血浆蛋白起泡性的影响

图 3 超声时间对血浆蛋白起泡特性的影响

Fig.3 Effect of ultrasonic time on foaming properties of PPP

由图3可知，超声时间对血浆蛋白起泡性和起泡稳定性的影响均差异显著（P<0.05），随着超声时间的增加，血浆蛋白的起泡性和起泡稳定性呈先增大后减小的趋势。血浆蛋白在处理1 h后，起泡性增长缓慢，在2 h时达到最大为17.5%，此时血浆蛋白的起泡性最好，在3 h时降低为15.8%；而对于起泡稳定性，在处理1 h后达到最高为54.5%，当延长超声时间至3h，稳定性反而下降至42.6%。

图 4 超声功率对血浆蛋白起泡特性的影响

Fig.4 Effect of ultrasonic power on foaming properties of PPP

由图4可知，超声功率对血浆蛋白起泡性的影响差异显著（P<0.05），对其起泡稳定性没有明显影响

（P<0.05），对于起泡性以150W处理组最高为19.8%，继续增加功率起泡性呈现下降。可见，超声处理血浆蛋白能一定程度上增加其起泡性，但过大的超声功率反而会降低血浆蛋白粉的起泡性能。

2.3 超声对血浆蛋白乳化性的影响

图 5 超声时间对血浆蛋白乳化特性的影响

Fig.5 Effect of ultrasonic time on emulsifying properties of PPP

由图5可知，随着超声时间的增加，血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性都有先增大后减小的趋势，但超声时间只对血浆蛋白乳化性影响差异显著

（P<0.05）。在2 h时血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性最好，分别为60.6%、59.0%，较对照组分别提高了25.0%

（P<0.05）、16.1%（P>0.05）。可见，超声处理虽能增加血浆蛋白乳化性，但过长的超声时间反而会降低血浆蛋白的乳化性。

图 6 超声功率对血浆蛋白乳化特性的影响

Fig.6 Effect of ultrasonic power on emulsifying properties of PPP

由图6可知，随着超声功率的增加，血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性都有先增大后减小的趋势，在200 W时血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性最好，分别为60.2%、58.2%，较对照组分别提高了20.0%（P<0.05）、13.7%（P>0.05），但是在300 W时，血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性分别为45.9%和47.9%，相比对照组还要低。

2.4 超声对血浆蛋白凝胶性的影响

图 7 超声时间对血浆蛋白凝胶性的影响

Fig.7 Effect of ultrasonic time on the heat-induced gel strength of PPP

由图7可知，超声时间对血浆蛋白凝胶性的影响差异显著（P<0.05），随着超声时间的延长，血浆蛋白的凝胶性逐渐增加。在超声处理0.5 h后，血浆蛋白凝胶强度即由对照组128.5 g增加到163.9 g（P<0.05），其后随着时间延伸，增速延缓，在超声处理3 h后，血浆蛋白凝胶强度增加到208.5 g，显著高于对照组和0.5 h处理组

（P<0.05）。

由图8可知，超声功率对血浆蛋白凝胶性的影响差异显著（P<0.05），随着超声功率的增加，血浆蛋白的凝胶性基本呈增加的趋势。在300 W时血浆蛋白的凝胶强度最高，为190.5 g，相比对照组120.5 g提高了58.1%，差异显著（P<0.05）。

图 8 超声功率对血浆蛋白凝胶性的影响

Fig.8 Effect of ultrasonic power on the heat-induced gel strength of PPP

3 结 论

超声波处理过程中通过能量传递，能在蛋白溶液介质中产生空化作用，进而对大分子蛋白产生剪切力和温度效应。本实验研究了100 kHz超声波不同处理时间和处理功率对猪血浆蛋白电导率及其起泡性、乳化性和凝胶性的影响。结论如下：1）超声波处理是一种有效的血浆蛋白改性方法；2）超声处理可以导致血浆蛋白电导率明显变化；3）起泡性和乳化性在超声处理时间和功率范围内，先增加后降低，需要注意适度的处理时间和功率；4）对于凝胶性，受超声影响较大，在实验的超声时间（0～3 h）和功率（0～300 W）范围内，随着处理时间和功率的增加逐渐增大。

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