（环境工程专业论文）微波辐射改善污泥脱水性的研究.pdf

蹬尔浚l4 业大学l = 学l 学垃跨文 摘要 随着污水处理率的逐步提高，污泥作为污水处理的必然产物，正带来因 蔻严重楚环境闷题。食鑫污承污淀产羹大、脱东瞧差，处理难凄较大；污泷 中又台有丰富的氦、磷镶营养元素、很高的有机物浓度和极少量的羹金属、 有毒有害携震，裁承爱逶宣予蓬耨糕矮。潮既，磷究安全、裔效、经济的污 泥处理方案，促进食品污水污泥的再利用具有重要的理论和现实意义。 针对污隶污混逶台微波鸯g 热酌特性，零实验戳徽波辐麓为预处瑗手段， 考察9 0 0 w 、7 2 0 w 、5 4 0 w 微波辐射0 1 3 0 s ，对污泥沉淀、过滤、离心脱水 缝的彩鞠，确定不同微波辐辩功率逸宣豹颧缝理耩寸阍，探讨微波辐辩改善污 泥脱水性的机理；同时，分析微波辐射预处理对污泥卫生学指标及耗氧麓 释、兼程蘩群、淡氧菌群的影桶，考察微波辐射预处理螽污褫的稳定性及可 再利用状况；研究微波辐射预处理对污泥上清液c o d 、b o d 、色度、浊度 的澎酾，确定其可处理状况；分析污泥c o d 、m l v s s 等指标的变化状况， 考察污泥可弃置状况及对环境的二次污染。 研究缩采表明：短时间的微波辐射可明显改蛰污泥的脱水性。徽波辐射 功率越强，对污溅沉降及过滤性的改善越明显，9 0 0 w 、7 2 0 w 、5 4 0 w 微波 辐射改善游泥沉降及过滤性最适宜的时间分别为5 0 s 、1 1 0 s 、1 3 0 s ；经处理 后，1 0 0 m l 污泥沉降3 0 m i n 的体积分别为3 5 m t 、4 1 。6 m l 、4 7 2 r o t ，邈低予未 经处理污说6 6 5 m l 的沉降体积：污泥比阻也由未经处理污泥的1 6 2 1 0 9 s 2 g 降为4 0 5 1 0 8 s 2 g 、4 2 3 x 1 0 8 s 2 g 、4 ，4 1 0 8 s 2 g ，达到容耱过滤脱水黪范围； 真空过滤聪污泥含水率分别幽未经处理的8 5 降为7 2 、7 1 、7 2 。微波 辐射改善澎泥离心性的疑佳时间睫亵心时闻的变化嚣变凭。襄心5 m i n 时， 9 0 0 w 、7 2 0 w 、5 4 0 w 微波辐射改善污泥离心性最佳的时间分别为1 1 0 s 、 8 0 s 、1 1 0 s ，含水率分别由来经处理污泥瓷心蜃浆9 1 降为8 4 、8 7 、 8 7 离心时间为1 0 m i n 、2 0 m i n 、4 0 m i n ，9 0 0 w 、7 2 0 w 、5 4 0 w 均辐射8 0 s 时，污泥惑心螽瓣含拳褰最低。枧毽分掇表明：微波疆霪重产生热效纛及褰颁 电场破坏污泥的稳定结构；同时，邋宜的微波辐射使e c p 从污泥的表面释 放赛寒，嚣致污滋表瑟瞧震及絮俸缝梅发臻交纯，结合窳减少，糖嶷降低。 上述两个方面是微波辐射改善污泥脱水性的重要原因。 微波壤越改饕污混糙本瞧艇懿惑薅对簿涎翡翌生学状嚣氇存赘鑫改善， 9 0 0 w 、7 2 0 w 、5 4 0 w 微波辐射8 0 s 时，对污泥的细菌总数及大肠杆菌的杀 穗尔演f 韭大学_ 学硬：l ：学位论文 灭率接近1 0 0 ；徽波辎菇琵处理可同时霄效蓉琵污混中懿好氧蘩群、兼笺 菌群、厌氧菌群；污泥c o d 随着微波辐射时间的增加是降低趋势，降低了 污淀瓣黪壤降艇受握，键没有达妥美霄环缣署5 0 3 条铡s u b p a r td 辩污淀纛 接陆地弃置的要求。污泥上清液c o d 在微波辐射过程中明显增加，i j ；丁生化 性大大撵赢，为污拳凳疆系统可接受魏范溺。 关键淘徽波辐鸯| ；颈给理；污东污泥；麓承；魏辩聚合锈 堕堡堡! ；些叁兰三兰堡兰譬鎏兰 a b s t r a c t w i t ht h er i s eo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tr a t i o ，t h es e w a g es l u d g ep r o d u c e db y t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n th a sb r o u g h tm a n ye n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s t h es l u d g e t r e a t m e n tt e c h n o l o g yi sj u s ta tt h eb e g i n n i n gi n o u rc o u n t r y , a n dh a sal o n g d i s t a n c eb e t w e e nd e v e l o p e dc o u n t r i e s f o o d s t u f fs l u d g ew h i c hi sf e a s i b l et ob e r e u s e di sc h a r a c t e r i z e db yl a r g ey i e l d ，b a dd e w a t e r a b i l i t y , a n dh i g hc o n t e n to fn ， pa n do r g a n i cm a t t e r , l i t t l eo fh e a v ym e t a li o na n dt o x i cc o m p o n e n t s oi t i s s i g n i f i c a n tt of i n ds a f e ，e f f i c i e n ta n de c o n o m i c a l t r e a t m e n tp r o c e s st or e a l i z et h e s l u d g er e u s e m i c r o w a v ei n t e r a c t so ns e w a g es l u d g ee a s i l y ，s ot h em i c r o w a v er a d i a t i o n w a su s e da st h e p r e t r e a t m e n t o ft h e s l u d g e i nt h e e x p e r i m e n t t h i sp a p e r i n v e s t i g a t e dt h er i g h tp r e t r e a t i n gt i m ea n dm e c h a n i s mo f9 0 0 彤7 2 0 彤5 4 0 w m i c r o w a v er a d i a t i o nt oi m p r o v et h es e t t l i n g ，f i l t e r i n ga n dc e n t r i f u g a ld e a t e r i n go f s l u d g e a n da l s oa n a l y s e dt h e c o n d i t i o no fh y g i e n i c s ，a n da e r o b i c ，a n a e r o b i c ， f a c u l t a t i v eb a c t e r i at oa s c e r t a i nt h er e u s ea n ds t a b i l l t yo f s l u d g e ，s t u d i e d t h ec o d ， b o d ，c h r o m a t i c i t y ，t u r b i d i t y , e t co f t h es u p e r n a t a n tl i q u o rt om a k es u r ei fi tc a n b et r e a t e d e a s i l y ，d i s c u s s e d t h ec o d 、m l v s so ft h e s l u d g e t or e v e a li t s s e c o n d a r ye n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n t h er e s u l t ss h o w e d ：t h es l u d g ed e w a t e r a b i l i t yw a si m p r o v e dg r e a t l yd u r i n g 0 - 1 3 0 sm i c r o w a v er a d i a t i o n t h ei m p r o v e m e n to fs e t t l e m e n ta n df i l t r a t i o ni s e v i d e n t e rw i t ht h eh i g h e rp o w e ro fm i c r o w a v er a d i a t i o n t h ef i t t i n gt i m ei s5 0 s ， j 1 0 s ，1 3 0 so f t h e9 0 0 暇7 2 0 彤5 4 0 w m i v r o w a v er a d i a t i o np r e t r e a t m e n t ，a n dt h e s e r l i n gv o l u m eo ft h es l u d g ei s3 5 m l ，4 1 6 m l ，4 7 2 m lf r o m1 0 0 m l ，l o w e rt h a n 6 6 5 m lw h i c hi st h eu n t r e a t e ds l u d g es e t t l i n gv o l u m e t h es r fr e d u c e df r o m 1 6 2 x 1 0 9 s 2 g t o 4 0 5 x 1 0 8 2 s g ，4 2 3 x 1 0 8 s 2 g ，4 4 1 0 8 s 2 g ，c a n l e t ot h e e a s i l y d e w a t e r e ds c o p e ，a n dt h ew a t e rc o n c e n t ( w c ) t u r n e di n t o7 2 ，71 ，7 2 ，l o w e r t h a nt h e8 5 o fu n t r e a t e ds l u d g ea f t e rf i l t r a t i o n 1 1 1 eb e s tm i c r o w a v er a d i a t i o n p r e t r e a t i n gt i m ef o rc e n t r i f u g i n gv a r i e dw i t ht h ec e n t r i f u g a lt i m e c e n t r i f u g a t i n g f o r5m i n ，t h eb e s t p r e t r e a t m e n tt i m ew e r e8 0 s ，l 10 s ，110 sr e s p e c t i v e l yf o r9 0 0 w ， 7 2 0 w ，5 4 0 wm i c r o w a v er a d i a t i o n ，t h ew c r e d u c e dt o8 4 ，8 7 ，8 7 ，l o w e r t h a n9 1 t h eu n t r e a t e ds l u d g er e a c h e d a n dc e n t r i f u g a t i n gf o r1 0 m i n ，2 0 m i n ， - 1 1 i 堡垒鎏；! ：兰鑫耋，三兰尘：三兰璧塞兰 4 0 m i n t h ef i t t i n gp r e t r e a t m e n tt i m ew e r ea l l8 0 sf o r9 0 0 w ：7 2 0 wa n d5 4 0 w m i c r o w a v er a d i a t i o n i tc a nb er e a s o n e dt h a tt h et h e r m a le f f e c ta n dh i g h f r e q u e n c y e l e c t r i cf i e l dp r o d u c e db ym i c r o w a v er a d i a t i o nb r o k et h es t a b i l i z a b i l i t y o fs l u d g e ，a n da l s o i m p r o v e dt h es l u d g ed e w a t e r a b i l i t y a t t h es a m et i m e ， m i c r o w a v er a d i a t i o nm a d ee c p1 c a v es e w a g es l u d g es u r f a c ea n dd i s s o l v e di n t o t h es u p e r n a t a n tl i q u o r t h er e d u c t i o no fe c pr e s u l t e di nam o r ec o m p a c ts e w a g e s l u d g ew h i c hh a dl i n l eb o u n dw a t e ll o w e rv i s c o s i t i ti se f f e c t i v et oi m p r o v e s e w a g es l u d g ed e w a t e r i n g f r o mt h e p o i n t o f r e d u c i n ge c e t h es l u d g eh y g i e n i c sc o n d i t i o nw a si m p r o v e da st h ei m p r o v e m e n td e w a t e r - a b i l i t y a b o u t 1o o o ft h eb a c t e r i aa n dc o l i f o r mg r o u pw e r ed e a da f t e r8 0 s m i c r o w a v er a d i a t i o nw i t h9 0 0 w , 7 2 0 彤5 4 0 彤t h ea e r o b i c ja n a e r o b i c jf a c u l t a t i v e b a c t e r i ad i e da tt h es a r l t et i m e t h es l u d g ec o dr e d u c e dw i 也t h er i s eo f m i c r o w a v e p r e t r e a t i n gt i m e ，b u tn o t r e a c ht h ec o n t r o lo fu s e p ap a r t5 0 3s u b p a r t d a n dt h ec o do fs u p e r n a t a n t l i q u o r r i s e d d i r e c t l y a f t e rt h em i c r o w a v e t a d i a t i o n 。b u tt h eb o d ，c o di n c r e a s e ds i m u l t a n e o u s l y t h ew a s t e w a t e rt r e 戤m e n t p r o c e s sc a nd e a lw i t ht h es u p e r n a t a n tl i q u o re a s i l y k e y w o r d s m i c r o w a v e r a d i a t i o n ；p r e t r e a t m e n t ；s e w a g es l u d g e ；d e w a t e r i n g ； e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r s 。l v 哈尔滨t 业大学工学硕士学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 污水处理率的不断提高，导致污泥产量在世界范围显著增长，并带来日益 严重的环境污染问题。欧盟2 0 0 0 年干污泥产量为8 9 0 万t ，2 0 0 5 年将达到 1 0 0 0 万t i l l ，2 0 0 8 年将突破1 7 0 0 万t 【2 】；美国的干污泥产量预计也将由2 0 0 5 年 的7 6 0 万达到2 0 1 0 年的8 2 0 万t 口】；我国目前干污泥年产量约为8 0 1 4 0 万t 1 4 1 ，按照国家发展纲要的规划，到2 0 0 5 年，城市污水集中处理率将达到 4 5 ，处理总规模将达到4 0 0 0 万m 3 d ，预计到2 0 1 0 年，我国污泥产量将是现 在的5 倍以上【5 】口 在城市污水和工业废水的处理过程中，污泥产量约占总处理水量的0 3 o 5 ，如果进行深度处理，污泥量还可能增加o 5 - - 1 0 倍；污泥处理设施的投 资约占水处理总投资的3 0 - - 4 0 ，甚至超过5 0 ”j ；处理成本约占污水厂运 行费用的3 0 , - 5 0 1 “。 污水污泥成分复杂，是一种潜在的危险物质。在其高含量的有机物上寄生 着各种细菌、病毒和寄生生物，浓缩着锌、铜、铅和镉等重金属化合物以及有 毒的有机化合物、杀虫剂等，处理不当会引起严重的环境问题。 污泥处理及处置技术在我国还刚刚起步，与国外发达国家相比尚有较大差 距。全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1 4 ，处理工艺和 配套设备较为完善的不到1 1 0 1 8 j 。因此，研究安全、高效、经济的污泥处理工 艺，实现污泥的减量化、资源化和无害化具有重要的理论和现实意义【9 】。 1 2 污水污泥的分类、特性、危害 1 2 1 污水污泥的分类 污水污泥来自城市污水和工业废水处理的过程中产生的沉淀物与漂浮物， 包括沉砂池中的沉渣、隔油池和浮选池中的沉渣、化学沉淀污泥及生物化学法 产生的活性污泥或生物膜等【。污泥的分类方法很多，最常见的是按处理方法 分类，其具体分类如表l l 所示1 ”。 表1 1 污水污泥分类 t a b l e1 - 1c l a s s i f i c a t i o no f s e w a g es l u d g e 污泥分类 来源 初次沉淀污泥 腐殖污泥 剩余活性污泥 消化污泥 污水一级处理过程中产生的污泷 生物膜法( 生物滤池，生物转盘等) 后的二次沉淀池沉淀物 活性污泥法后的二二次沉淀池沉淀物称活性污泥，扣除回流至 曝气池后剩余的部分称剩余活性污泥 初次沉淀污泥、腐殖污泥与剩余活性污泥经消化处理后，称 消化污泥 1 2 2 污水污泥的特性 1 2 2 1 物理特性污泥的物理特性主要包括含水率、颗粒大小、表面性质、水 分分布以及内部结构等。 污泥结构松散，其外观具有类似绒毛的分支与网状结构，形状不规则，粒 子质量分布高度非均匀。许多分析都认为：污泥结构具有自相似分形的特点， 即局部与局部和局部与整体等在形态、功能、信息及时空结构等方面具有统计 意义上的自相似性【1 2 ；分形结构理论是一个能有效描述其结构的方法。 污泥比表面积与孔隙率极高，比表面积介于2 0 1 0 0 c m 2 m l 【l ”，孔隙率常 大于9 9 t 1 4 】。污泥含水率通常高达9 5 9 9 ，脱水性很差【l ”。研究表明：污 泥中存在两种状态的水分【1 6 l ：自由水，( f r e ew a t e r ) ，即不与污泥固体发生相互 作用的水份；二是非自由水，也有人将之称为结合水( b o u n dw a t e r ) ，即与固体 颗粒发生某种作用、附着在颗粒表面或挟持在颗粒中的水份。由于结合水与污 泥颗粒之间有“力”的关系，从而使这部分水的性质有了一些改变，比如其蒸 汽压、熵和焓下降，其冰点也会降低，也就在污泥冰冻、加热干燥处理中产生 了一些不连续性。 自由水( f r e ew m e o 是污泥的主要组成部分，s m o l l e n ( 1 9 8 6 ) 认为，这类水分 通过简单的浓缩或者是用很小的机械力就可以去除【1 8 ；结合水( b o u n dw a t e r ) 虽 然在污泥所含的水分中只占很小的一部分，但是其含量还是要远远超出固体物 质的含量。表1 2 给出污泥中水份具体分类及特点【l9 1 。对于结合水的分类， r o l f 和h a l d e ( 1 9 7 9 ) 根据结合力的不同又把其分为三类：化学结合水 ( c h e m i c a l l yb o u n dw a t e r ) ；物理结合水( p h y s i c a l l yb o u n dw a t e r ) ；机械结合水 ( m e c h a n i c a l l yb o u n dw a t e r ) t 2 0 , 2 1 】。 哈尔滨工业大学t 学碳l ：擎位论文 表1 - 2 污泥中水份的分淡及特点 t a b l e1 - 2t h ec h a r a c t e r i s t i c s o f w a t e r i ns e w a g es l u d g e 污讽中的各水分的量是随污泥性质和污泥食固率变化而变化的。有机污泥 ( 翅活瞧涎混) 孛结合农瓣量要毙无蕊污混( 翔弱砜污淀) 多，瓣余活毪污滋中结 合水的壤比初沉污溅多2 朝。图1 - 1 为污泥中不湖类型水分的存在形态。 裂黻水) 空溅瘩 楔弗水) 强1 - 1 污泥中东分豹襻在形态瀚 f i g 1 1 t h e e x i s t i n gf o r mo f w a t e ri ns e w a g e s l u g e 哈尔滨下业火学t 学顿士学位论文 近年来，许多研究者通过各种测量方法，获得了污泥内部结构、表面性 质、质缀分布、内部的能质传递现象与过程等。实际处理中可通过污泥终端沉 降速度与粒径蛇关系褥出污泥结构的分形维度，确定结构、孔隙率、湿密度分 蠢等物璞参数，迄今为止，有关它们之闫豹内在联系汉及鞠互作舔等方嚣瓣磅 究目前遥较少，缺乏对规律和过程特性的摹本了解。 1 2 2 2 嫩物及化学特性污泥的生物特性及化学特性密不可分，它们是影响污 混颗粒的缀戚、形成与结梅的重要因素，并姆影响污泥的后续演化过程。 污承污泥豹皇物及纯学特毪陵麓污隶释类静不蕊两不弼，多释污拳污漉都 含有较高的有机物及臀养物质，经适宜处理后可重新利用1 2 ”。表1 3 给出机械 类污水污泥、化学类溺水污泥、啤洒类污水污混及城市污水污泥化学特性的比 较。从袭中可以看出，不同雩亍业污水污涯特性熬澍较大，啤溪污农污混弱蠢辊 质含量遗高于表中静麓它行监。袭1 4 给出j “东省城市污混中有飘质、氮、 磷、钾的含量，通过与牛粪相应物质含量的比较，可以看出，污泥含有大墩的 有枫物和植物必需的游分。 表1 - 3 不同羁拢纯学特性比较【2 8 】 t a b l e l 3t h ec h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f d i f f e r e n t s l u d g e 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 表1 4 “东省城市污泥中氮、磷、钾及有机质含量口9 】 t a b l e l - 4c o n t e n to f n ，p ka n d o r g a n i cm a t t e ri nm u n i c i p a ls l u d g eo f g u a n g d o n g 广州大坦沙生污泥深圳生污泥深圳消化污泥佛山生污泥牛粪 全氯( g k g ) 2 4 9 83 6 9 71 9 8 72 9 6 01 1 8 3 全磷( g a 9 1 1 1 6 61 7 6 71 2 1 81 8 3 71 1 8 3 全钾( g a g ) 1 6 0 52 1 5 21 2 3 61o 2 87 7 4 有效氮( m g k g ) 2 3 4 6 9 42 4 4 9 4 22 3 2 5 8 72 5 4 1 3 6 一 有效磷( m g k g ) 1 5 4 5 1 69 8 9 3 45 2 2 6 62 3 5 6 1 4 一 有效钾( m g a g ) 4 5 4 9 0 4 8 9 9 3 63 9 6 2 84 9 1 5 9 l 一 有机质( g a g ) 3 0 3 7 76 0 0 3 82 6 1 7 02 9 0 5 23 8 0 2 表1 - 5 污泥e c p 的主要作用 t a b l e1 - 5t h em a i nf u n c t i o no f t h e s l u d g ee c p e c p 的主要作用注释 影响污泥的带电性 影响污泥的重金属 吸附性 保护生物膜 影响污泥的沉降脱 水性 影响污泥的絮凝性 影响微生物细胞的 生长 e c p 含有高浓度、带负电的氨基酸蛋白质，因此是影响 污泥带电性的主要因素 e c p 中的中性糖和阴离子多糖有着吸附不同金属离子的 结合点位，不同价态的金属离子可以在不同的点位与 e c p 结合，有效处理含金属离子废水 e c p 是生物膜机械稳定的结构基础( 往往是由多价金属 离子连接的) ，对某些物质的侵入有保护作用 e c p 不利于污泥沉降。多聚物浓度的增大导致污泥电泳 迁移率增大，沉降能力下降；同时多聚物浓度和性质决 定污泥表面电荷，e c p 含量过高会引起污泥絮体间斥力 足够大，沉降性能恶化。 e c p 促进污泥絮凝。e c p 含有脂类、蛋白质等疏水分 子，使污泥表面呈局部疏水性；同时e c p 具有与二价 阳离子结合的阴离子基团，可以构成一种空间三维间 质，维持污泥絮体完整。 e c p 影响细菌进入培养基以及在营养丰富处积聚的初始 过程。在细胞之间和从环境中俘获来的无机颗粒之间形 成架桥作用，同定细菌群落，是高密度细胞群形成的基 础，同时吸附胞外酶和无机离子 虽然不同种类污泥的生物及化学特性差异较大，但研究表明它们受污泥胞 外聚合物( e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r s ，以下简称e c p ) 的影响较大。e c p 是由微生物 新陈代谢的排泄物或死亡的细胞体以及吸附的废水中有机物构成，主要成份包 括多糖、蛋白质、d n a 和水分、脂类和糖蛋白类的杂聚物等，它具有很高粘 性。e c p 既可以象水合胶囊( h y d r a t e dc a p s u l e ) 一样围绕在细菌细胞的外壁， 哈尔滨i ：业大学t 学硕i ：学位论文 使其避免干燥，又可以起到离子交换树脂一样的作用，防止离子进入细胞内而 使其溶解f 3 0 】。诸多学者均认为污泥表面的e c p 是引发污泥的生物絮凝、沉降 性能的重要原因，其主要作用如表1 5 所示。在废水处理工程中，常常利用胞 外聚合物的这一特点，将其提取出来分析其组成变化和金属含量，从而对含金 属离子废水处理效率做出评价，再根据这一结果不断改进技术，最终获得废水 处理工艺的最佳操作条件l j “。 纵观国际污泥研究进展，现有研究工作主要集中在生物化学特性和化学、 生物调理作用方面，也即在生化作用的前两方面，已取得一系列现象认识和特 性了解的基础性结果f 3 “。在污泥存在及后处理中生化演变，考虑传递影响以及 生化引起的能质传递耦合等方向上有巨大的研究潜力i 3 3 j 。 1 2 2 3 国内外污泥特性的对比我国纪庄子污水厂和美国某城市污水厂污泥理 化特性的测试结果如表1 - 6 所示。结果表明，二者的差异主要存在于两个方 面：首先，国外污水污泥的脂肪、油脂类有机物含量较高，这可能是由居民食 品结构的不同而引起的；其次，国外污泥的碱度及有机酸值远远高于国内水 平，分析认为两者巨大的差异可能是由测试基准的不同所致。 表1 - 6国内外污泥特性对比p 4 】 t a b l e1 - 6 c o m p a r i s o n o f d o m e s t i ca n do v e r s e a s e w a g es l u d g e sc h a r a c t e r i s t i c 总固体( ) 7 81 4 2 0 8 05 00 8 3 1 1 6 挥发性固体( 呦4 9 9 6 7 7 6 0 8 06 55 9 8 8 油脂类( ) 1 0 06 4 7 3 5 5 1 2 蛋白质( ) 1 3 83 8 8 2 0 3 02 53 2 4 1 p h6 5 5 o 8 06 06 5 8 0 碱度( 当量c a c 0 3g l ) 3 2 33 9 5 0 0 1 5 0 06 0 05 8 0 11 0 0 有机酸( 当量h a cm g l ) 2 3 71 5 2 0 0 2 0 0 05 0 01 1 0 0 1 7 0 0 a 除总固体外，百分比表达的是干基值；b 以乙醚可萃取物；c 混合污泥 1 2 3 污水污泥的危害 污泥会产生许多危害，主要包括： ( 1 ) 造成土壤污染污泥在土壤中的堆景造成有害成分的聚集，能杀灭土壤 微生物，破坏土壤结构，使其丧失腐解能力； 哈尔滨工业人学工学硕士学位论文 ( 2 ) 造成水体污染污泥在露天堆放过程中，通过水流携带及雨水淋滤两种 途径，使污泥中的重金属、有机质、细菌及病毒等浸出，污染水体0 5 】； ( 3 ) 造成大气污染污泥中的有机物通过微生物的分解作用，释放出有害气 体、尘埃、加重大气污染【3 6 】； ( 4 ) 处理及处置费用高体积大，运输和处蜀效率低，处理及处置费用高。 1 3 污水污泥脱水处理技术的现状及发展趋势 1 3 1 污水污泥脱水处理技术现状 城市污水厂污泥中的固体物主要是胶质微粒，其结构复杂，与水亲和力很 强。由于污水水质及处理工艺不同，因此产生的污泥性质也各不相同。在对污 泥进行机械脱水处理前，各水厂通常根据实际情况采用各种不同的预处理手 段，以改变污泥粒子表面的物化性质和组份，破坏污泥的胶体结构，减小与水 的亲和力，从而改善脱水性能口”。目前的污泥预处理方法主要有化学调节法、 热处理法、淘洗法和冻结熔融法四种。 ( 1 ) 化学调整法目前污泥的预处理以化学调整法应用最为普遍。污泥的化 学调整就是在污泥中加入助凝剂、混凝剂之类的化学药剂，改变污泥的表面特 性( 去稳定化作用) 并通过架桥作用使污泥颗粒絮凝，从而改善其脱水性能。现 在国内外许多学者和科研机构在开发利用新的高效的混凝剂方面做了大量的工 作，取得了很大的进展。美国研究之就是用多官能团的单体聚合成新的、多 分支的、高分子量的阴离子聚合絮凝剂；j a nb o c k ，s a n j a yrs f i v m s s ，a l d o c o r t i 等人分别发明了通过含油污泥调质一机械脱水工艺回收油的有关专利技 术，实现水一油一固三相分离”。 ( 2 ) 热处理法热处理法是在1 4 2 2 9 4 m p a 压力下加热( 1 7 7 2 4 0 。c ) 1 5 , - 4 0 m i n ，使部分有机物分解，并使亲水性胶体物质水解，颗粒结构改变，改善污 泥的浓缩性能与脱水性能，经机械脱水后，泥饼含水率可降至3 0 4 5 。并使 污泥消毒，污泥中的致病微生物和寄生虫卵可以完全被杀灭。然而此法费用 高、产生臭气和浓上清液，应用有限。在法国、瑞士和荷兰只用于大厂1 3 9 】。 ( 3 ) 淘洗法污泥淘洗时可利用固体颗粒大小和比重的不同而沉降速度不同 的性质，将细颗粒和部分有机微粒除去，降低污泥的粘度，提高污泥的浓缩效 果。淘沈法通常用于冲洗厌氧消化污泥，可以采用单级、多级串联或逆流洗涤 等多种形式，但是由于增加设备提高造价，这一方法并没有明显优点 4 0 】。 蹬尔滨 1 照火学t 学预 ：学证论文 ( 4 ) 冻臻熔澈法冻缩熔融法跫先将污淀存低溆下冷冻，然麓再将其融解， 经过这个过程，污泥的胶体性质究全被破坏，颗粒迅速沉降 4 1 , 4 2 。由于这一方 法残零裔、设备复杂、应溺有黻，便在芬兰、璇燕、鸯n 拿大等溺路有采鲻，在 我圈尚无应用先例。 谣欧璺国家麴污混预处理方法如表1 7 所示湖。 表l 。7 西敬一鳖黼家污漉预处理方法谴蠲概i 兑 t a b l ei - 7g e n e r a ls i t u a t i o no f s l u d g e p r e - t r e a t m e n t m e t h o d su s e d 讧w e s t e u r o p e 堡熊堡夏鲨照鏖趟黝 国别1 蕊_ 冀襞挚鬯翌夏磊：磊磊_ 热处理法 冻结燃融法拳处理 铁盐铝盐聚合瞧簿矮 ”一 ”一一 “一 l ，3 。2 污水污混脱水处理技术的发展趋势 近年柬，秘聪八员又在不断鹣开发毅匏浮溅鲶淫方法，皴漏接污溅徽波脱 水干纯技术、污泥的电脱水技术、剩衾污泥的超声处理及缴物处理技术等。 ( 1 ) 微波脱水干化法微波楚一种q e 电离的电磁能，在微波辐射作用下，微 波能辩试群鹣耗散楚澈遮耩稷分子麓转帮离予传警两释梳理采蜜现的。通过离 子迁移帮极性分子鹣旋转搜分予运动，毽不弓l 超分予连郝续擒戆改变。被佟惩 物质的分子从相对静态瞬间转燮为动杰，即极性分子接受微波辐射能量后，通 过分子偶极以每秒数十亿次的商速旋转产生热效艨。水是典型魄极性分予，慰 徽波的耗散和蔽狡佧蹋强，电磁场中瀛度上升缀快。因j 琏：，可以在微波辐射下 使污溅中麴z k 分迅速升溅螽蒸发脱除t 4 s , 4 6 。 ( 2 ) 污泥的电脱水技术电脱水是旗子污漉颗粒表面的电渗现象，作用在污 泥颗粮表霹的颠特恩( s t e m ) 层，因此弼脱除惑细管水。电脱水秘机械脱本避鼷 的差辩在予，电脱水过程中水的脱除笈生在簿个絮凝体颗粒的内、外表面， 毛缨嚣承零鑫由承阙露竣篪除，颓羧密菠臻锈遮矮浓，瑟在戳械麓隶_ 逡程中， 随着自由水的脱除，颗粒首先堆积在过滤介质上并最终导致堵寨1 4 7 1 。目前已缀 哈尔滨工北大学工学坝i ：学位论文 发展的电照承技求遴鬻怒采用竖纛电场进褥污毵电残承，在硝缀扳上方魏燕攘 力，形成加压电脱水过程【4 8 】。然而采用竖煦电场的主要缺陷是随着脱水过程的 迸行，阳檄附近的污泥含水率越来越低；其次电辍反应产生的气体将聚嶷在污 涯与鞠缀之闲。这两个戮素将导致缀夫的接触电隰，并消耗大部分电磁降。 y o s h i d a 试图采月交变惫场来瓣决这一闺题，效粲并不驻著1 。清华大学溺黼 祥等人应用水平方向电场进行污泥电脱水，减小了阳极接触电阻，提蔑了效 率，简他了设备结构，使其更适宜于大规摸污溅脱水过鞭i s t 。 ( 3 ) 污潺的超声处理鼓术当“定强度的超声波作用予菜一液体系统甜，将 产生一系刭物理黎纯学效应并能明显敬交滚体中溶解态帮颓粒态耪袋豹特性。 这些反应是出声场条传下大量空化气泡的产生和破灭恧弓l 起的，这些气泡靠吸 收液体中的空气和蒸汽变大并最终在瞬阀破灭。气泡破灭时梅产生援短暂的强 运力脉、抻，驮而产生高湓( 5 0 0 k ) 、离压( 1 0 0 m p a ) 芹i 速度约为1 1 0 m s 其有强冲 击力静微射流。空纯发生霹液体中产生的缎高的势切力作雨于箕中韵物质上， 同时还憋产生明显的声他学反应”“。l e 寰建筑工程学院藩秀萍等大试验磅究发 现出于藤声空化弓l 起的微瓣滤作用鄹掇械剪切力躲终用，馁污淀絮钵破醛并遽 一步导致细胞分解，促使细胞内物质释放，从而达到污泥减鐾的目的，并为污 漉的遥一多处理键供罄确p “。 ( 4 ) 生物絮凝处理技术有些学者认为，出予多数污溻中靛求份眷餮在绎缭 素、鼹胁、雾糖靼蛋盎壤组成豹聚食物隧橇蠹，鼹缍维索、缀蠢酶、淀粉酶秘 多糖水解酶处理可将污混部分降麓，使水释出1 5 3 l ，开发产生这些酶的微生物謇鞋 遥j 遘生物工程来构建能产生大麓酶的徽生物菌株，可能对污泥脱水有经济上的 吸萼l 力。筏济大学熬轹泰逶过对溶蔼酶遗嚣实验磷究发现其讶戳倦纯承解污漉 中一部分缨蘧，并馒污涎脱承速率鸯鬟浚1 5 4 。 ( 5 ) 污泥的超临界氧化处理技术邋过瀑式氧化过程，湾泥中大部分考掇戆 可被分解掉，特别是污混挥发有机物大量减少，同时污泥颗内、颗粒间的结合 东穗被髓除，这掰浮泥稳定、加密的鑫的；同对污淀的脱永髋得到大大的改 善。关予w a o 处理污激援拳豹笈袋，在凿羚嚣经过了褥个阶段：丽在菡f i j i 韬 前正处予科獗小试蹬毅t ”1 。 哈尔滨工业大学t 学硕l 学位论义 1 4 微波技术在环保领域中的应用 1 4 1 微波辐射加热的原理 微波是一种新的加热方式。它是依靠每秒3 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 万次周期变化的 微波透入物料内，与物料的极性分子相互作用，物料中的极性分子( 如水分子) 吸收微波能后，改变其原有的分子结构，亦以同样的速度作电场极性运动，极 性分子彼此间频繁碰撞，产生大量摩擦热，从而使物料内各部分在同一瞬间获 得热能而升温。 由此可见，微波加热是介质材料自身损耗电磁能量发热的过程。不是所有 物质都具有这种损耗，由电磁场的能体密度可知，对于电场和磁场分别为5 “： 。= 0 5 e e 和。= 0 5 r t n 2( 1 - 1 ) 总能体密度t 0 = o 。+ t o 。( 1 2 ) 式中鳓质的介电常数 u 一磁导率 显然要实现电磁能转化为热能，必须要求介质具有较高的介电常量和磁导 率，即物料本身要能吸收微波。水是吸收微波很好的介质，所以凡是含水的物 质必定会吸收微波。由式卜1 及卜2 也不难发现，在微波加热中，介质发热程 度与微波频率、电磁场强度、介质自身的介电常数等参数有关5 ”。由于污水污 泥有很高的含水率，以污泥中的水分为介质，短时间的微波辐射可实现对污泥 的加热，进而改变污泥自身的结构，改善污泥的脱水性能。 1 4 2 微波辐射加热的特点 微波加热有以下几方面的特点【5 8 】： ( 1 ) 加热均匀，热效率高热量从物质内部产生，即理论上所谓的“无温度 梯度加热”，热效率高，使温度敏感材料免受高环境温度的影响，而且只需传 统方法的1 1 0 1 0 0 的时间即可完成。 ( 2 ) 选择性加热各种介质的损耗角t g6 值不同，一般从o 0 0 1 到0 5 不 等。培6 值大的介质很容易用微波加热。水的t g 6t o 3 ，一般含水量在万分之 几到百分之几十之间的物质都可以有效的采用微波加热。 ( 3 ) 强场高温因为吸收功率p a o c 电场e 2 ，所以电场越强，吸收功率越 大，即加热温度就越高。 睦露斌王渡大学工学绶 擘搜论文 ( 4 ) 商频高温吸收功率p a 与频率f 成正比，即频率f 越大，吸收功率p a 越大。这对于t gg 值不变的情况下，要提高p a 值，可以提商电场强度e 和频 率来撼巅滠度。由魏霹敬比较蓑频燕热与微波燕热匏效暴，懿意壤热热采薅 4 0 6 8 赫与微波加热9 1 5 赫在褶同电场强浚下，在单位体积内啜牧微波功 率要比高频功率高2 0 多倍。 ( 5 ) 穿透能力强电磁波能够穿透到介质内部，因此微波具有穿透能力强的 特点。 ( 6 ) 反应灵敏调熬微波输出功率，加热情况无惰性改变；开祝几分钟即可 正常运转，关机后加热也无滞后性。 1 4 3 徽波辐象在糕保领域审酌应用 近年来微波技术在环保领域的应用研究十分活跃。与传统技术相比，它具 有快速、高效、资源回收利用率商、不会造成二次污染、成本低等方面的履著 优点。照蘸处于实验赛醣究阶段的楣关技术主爨包括以下方瓣； ( 1 ) 禽洼污漉微波艇涵技术1 5 9 1 全球每年王堑产生豹蜜濑淤泥多这凡十亿 吨，我圈约有1 亿吨年。传统加热、使用去馨l 化添加剂、再分离或填煺的分 离方法浠耗用大量资众、能源并占据相当多的土地。美国c a r n e g i em e l l o n 环保 研究中心开发了台油淤泥鲍微波黢 霆技术，营炎良含浊淤溅中艇入类似瀵淡裁 酶去巍纯添麓裁并滤含，然后激逡续流动方式接受微波辐射，最后离心分离固 体、油和水，分离麟的固体可作为资源再利用。研究表明，微波脱油处理成本 只相当于传统方法处理成本的1 1 0 。 ( 2 ) 微波焚烧法处理废电路投嚣收赛金媾技术【6 0 】全球每年要擐凌数淤嚣 万诗的奄路板，填蠼这些电路板会浸出副毒金耩元素污染蛾下求。美圜科学家 开发出微波回收法，先将电路板粉碎，放入坩锅中用微波加热，使其中脊机物 挥发出来；继续加热到1 4 0 0 。c 左右，余下废料( 绝大多数为玻璃和金属1 在此温 度下熔豫黟戒玻璃能兹覆，冷却瓣，金、银秘冀它金震会隰奎漾戆形式分褒出 来回收利用，余下玻璃质物质毯l 芟作建筑材料。 ( 3 ) 微波一氯化锋法制取锯束活性炭处理禽铬废水【6 1 】目前工业用粉末活 性炭多用传统氯化锌法生产，消耗大量优质原誊| 料，成本离，制取过程热测用 率氮，劳动强度大。蓬蠹程霹橇稳歪在开发教渡一氯琵锌欹速蠲取锯寒溪缝炭 技术。其原理为：猩微波辐射下，样品内部迅速被加热，由于氯化锌和水分子 急剧撵发，造成物料有更显著的多孔结构，比寝面积增加。微波氯化锌法 翻嘏活往凝其有污染小、节能、生产时简短、搡佟翁控制等优点。 ( 4 ) 微波法制取原油泄露处理用商吸油性复合体技术怕2 j原浊泄漏和排放 造成严重瀚环境污染，因此，对高效吸油材料的需求越来越多。高吸油树脂就 是一种新型高效的吸油处理剂。