微波作用下剩余污泥破解实验研究毕业论文

第一章绪论1.1污泥的挑战目前世界上80％[1]以上的污水处理厂应用的是活性污泥法处理污水，它最大的弊端就是处理污水的同时产生惊人的大量剩余污泥。污泥中的固体有的是截留下来的悬浮物质，有的是由生物处理系统排出的生物污泥，有的则是因投加药剂而形成的化学泥，污水处理厂产生的污泥量约为处理水体积的0.15%—1%左右。污泥的处理和处置，就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。这些污泥一般富含有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境产生新的污染。对这些污泥处理方法主要有：农用、填海、焚烧、埋地。但这些方法都无一例外地存在弊端。如污泥中重金属的含量通常超过农用污泥重金属最高限量的规定。此外，污泥中还含有病原体、寄生虫卵等，如农业利用不当，将对人类的健康造成严重的危害。填埋处置容易对地下水造成污染，同时大量占用土地。焚烧处置虽可使污泥体积大幅减小，且可灭菌，但焚烧设备的投资和运行费用都比较大。投放远洋虽可在短期内避免海岸线及近海受到污染，但其长期危害可能非常严重，因此，已被界上大多数国家所禁用。据估算，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量（干重）大约为130万吨，而且年增长率大于10%，特别是在我国城市化水平较高的几个城市与地区，污泥出路问题已经十分突出。如果城市污水全部得到处理，则将产生污泥量（干重）为840万吨，占我国总固体废弃物的3.2％。目前，我国污泥处理处置主要方法中，污泥农用约占44.8%、陆地填埋约占31%、其它处置约10.5%、没有处置约13.7%，这些所谓的“处理”和“处置”基本上都是在特定的条件下估算的，严格来说以上数字将会有很大变化。据统计，我国用于污泥处理处置的投资约占污水处理厂总投资的20～50%，可以看出，污泥处理处置处于严重滞后状态。污泥处理处置问题已经在大城市中显现出来。早期的污水处理厂，由于没有严格的污泥排放监管，普遍将污水和污泥处理单元剥离开来，为了追求简单的污水处理率，尽可能地简化、甚至忽略了污泥处理处置单元；有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理设施长期闲置，甚至将未做任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多大城市出现了污泥围城的现象并已开始向中小城市蔓延，给生态环境带来了极不安全的隐患。目前我国虽然对污泥问题开始关注，但仍然停留在技术层次，2003年开始，我国主要大城市，开始尝试进行污泥处理处置规划，对其技术方案进行了充分论证，如：广州市近期采取生污泥填埋，远期将用于农肥；深圳市已完成专项规划，拟采取热干化加焚烧工艺；上海市则根据不同情况，采取处理分散化、处置集约化、技术多元化的方针；天津市计划建设3座污泥处理场，采用污泥消化发电工艺，但尚无污泥最终处置的方法；北京市污泥处理处置专项规划还未经审批，土地利用将是主要发展趋势。污水和污泥是解决城市水污染问题同等重要又紧密关联的两个系统。污泥处理处置是污水处理得以最终实施的保障，在经济发达国家，污泥处理处置是极其重要的环节，其投资约占污水处理厂总投资的50～70%。污泥处理处置方法主要有填埋、焚烧和多种形式的土地利用。由于各国具体情况不同，选择的方法各有侧重。在美国土地利用逐渐占据主角，80年代末以填埋为主约占42%，1998年土地利用急剧上升至59%，预计2005年土地利用的比例将上升至66%；日本由于国土面积较小，以焚烧为主约占63%，土地利用22%，填埋5%，其它约10%；欧盟各成员国的侧重不尽相同，目前卢森堡、丹麦和法国主要以污泥农用为主，爱尔兰、芬兰和葡萄牙等国污泥农用的比例还会逐步增加，而法国、卢森堡、德国和荷兰则计划加大焚烧的比例。即使一个国家的不同地区也有所侧重，如在英国北部大型工业城市，由于污泥中重金属含量较高且含有一些有毒成分，因此焚烧比例较大约占50%，而英国的其它城市则以污泥土地利用为主。以上分析得到两点启发：一是各国都把污泥处理处置作为污水处理系统的非常重要的环节，给予巨大投入，使污染治理能划上一个完整的句号，这是成熟的污水处理思路；二是不同国家和地区因地制宜地采取了适合各自国情的污泥处理处置技术路线，主要考虑因素为产业结构、土地资源、城市化程度等。一般每去除1kg的BOD5就产生15~100L活性污泥，这些污泥含水率达到95％以上，剩余污泥处理的成本高昂，约占污水厂运行费用的25％～65％[2]。

欧洲国家每年用于处理剩余污泥的费用就高达28亿人民币。显而易见，任何有利于减少剩余污泥的措施都将带来巨大的经济效益。

因此，首先对污泥进行处理有利于污泥处置费用的降低，有利于提高经济效益，使污泥处置更加安全，造福社会和人群。污泥的来源和形成十分复杂，不同来源的污泥存在差异，形成过程对污泥的物理化学特性同样有实质的影响。了解污泥的来源，尤其形成过程特性意义重大，是研究污泥理化性质的基础，处理污泥的前提，选择技术的依据。本文主要研究的是污水的二级生物处理工艺出来的污泥。二级生物处理工艺(生物膜法和活性污泥法)主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质，有机物从污水中去除过程的实质就是有机底物作为营养物质被微生物摄取、代谢与利用的过程。这一过程的结果是污水得到净化，微生物获得能量合成新的细胞。在稳定运行的生物处理系统中，为维持-恒定的生生物量，每天新增加生物细胞物质，需要作为剩余污泥(活性污泥法)和脱落的生物膜排放。污泥处理是比污水处理耗费更大的工程。虽然剩余污泥的产生量通常仅为处理废水体积的1%以下[3]，但其处理费用一般占到污水处理厂总运行费用的25%-40%，甚至高达60%[4]。剩余污泥如果处理或处置不当，会对环境形成危害。因此，无论从污染物净化的完着程度，废水处理技术开发中的重要性及投资比例，污泥处理都占有重要地位。据1996年对全国29家城市污水处理厂的调查，每处理万吨废水污泥的产生量为0.3～3.0吨(干重)。1992年上海市以实际废水处理量核算的万吨废水的污泥产生量为2.2～3.2吨(干重)。近几年来，我国城市污水厂的建设数量将会大幅增加，剩余污泥的产生量也会越来越大。以2000年为例，2000年我国工业和城市生活污水排放总量为415亿吨，其中工业废水排放量为194亿吨，处理率为94.7%，城市生活污水排放量为221亿吨，处理率为25%。假设工业废水与生活污水处理工艺65%采用生物处理，则可得，2000年我国产生的干污泥量约为420万吨，折合含水率为80%的脱水污泥为2100万吨。另外，影响污泥产率的主要因素是单位污水处理量中的BOD和悬浮物(SS)去除量。这样，在处理过程中采用了深度处理(三级处理)工艺的污水厂，一般而言，污泥产量是未采用深度处理工艺的污水厂的0.5-1倍。随着城市人口的增长、市政服务设施的不断完善，预计我国城市污水量在未来20年还会有较大增长，预计2010年污水排放量将达到440X108m3/d，2020年污水排放量将达到536×108m3/d[5]。随着污水处理技术的不断提高，污水处理率及处理深度都会提高，相应的污泥产量也会显著增长。因此，如何经济有效地处理处置剩余污泥，减少污泥产量、使污泥快速稳定，以保证污水处理厂的正常运行和处理效果，保护环境，变害为利，变废为宝是我们面临的一个重要问题。污泥的普遍特性为含水量高，脱水性很差，其组成粒子为水中悬浮固体经不同方式胶结凝聚而成，结构松散，形状不规则，高度非均匀，比表面积与孔隙率极高(孔隙率常大于99%)，具有分形结构，外观上具有类似绒毛的分支与网状结构。污泥含水和脱水性与污泥物理结构密切关联、相互依赖耦合存在强烈作用。化学特性污泥颗粒的形成与结构维持受许多因素的共同影响，化学与生物化学特性显然是最重要的影响因素之一，其作用可以从三个方面认识，化学生物反应与生成物质组成、化学吸附与生物纤维的凝絮作用和生成污泥的后续化学与生物演化过程。利用生物鉴定技术和化学分析方法探讨污泥结构，从对细胞间质(ECPs，extrocelluarpolymers)的萃取和成分鉴定发现[6]，钙离子等金属成分、丝状菌等可能是产生化学与生物絮凝的原因之一。比如，菌体细胞聚集形成胶质网状体完全决定了污泥的特性，甚至以后的演化方向。有研究者根据上述结果，试图配制人工污泥(syntheticsludge)，用来模拟实际的污泥，已经取得一定的成果[7]。综上所述，剩余活性污泥主要由悬浮的污泥絮体构成，而絮体是由大量的分散微生物细菌通过胞外多聚物(ECP)、阳离子(如Ca2+)和其他细颗粒架桥而组成。ECP的两个主要来源为:微生物的新陈代谢和自溶，如蛋白质、核酸、多糖和脂类;污水本身。活性污泥法的主要特点是降解污染物的细菌能通过胞外多聚物的生物絮凝而成为颗粒较大的絮体，从而能在二沉池中较好的沉降并与处理后的出水较好地分离。

表1－1两个污水厂剩余污泥的主要特征项目a天津己庄污水处理厂上海东区污水厂总固体（％）1.42.0挥发性固体占总固体（％）67.774.0油类b（％）6.4－蛋白质（％）38.2－碳水化合物（％）23.2－pH6.56.55碱度（CaCO3，mg/L）3.9－有机酸（HAC，mg/L）1.5－a除总固体外，百分比表示占污泥得干重的百分比；b以乙醚可萃取物；c初沉污泥与剩余污泥。活性污泥中有机物含量高达60%~70%，而且含丰富的氮、磷、钾等营养元素。表1-1是我两个污水厂污泥主要特性的测试结果[8]。由表1-1可以看出，剩余污泥中有机物含量较高，易发生厌氧降解，易腐败及产生恶臭，对环境造成一定危害。因此需要采用一定的污泥稳定化工艺使污泥中有机物达到稳定。1.2污泥厌氧消化污泥厌氧消化不仅现在是，而且未来仍是应用最为广泛的污泥稳定化工艺。厌氧消化较其他稳定化工艺获得广泛应用的原因是它具有以下优点：(1)产生能量(甲烷)(2)使最终需要处置的污泥体积减少30％～50％(3)消化完全时，可以消除恶臭(4)杀死病原微生物(5)消化污泥容易脱水，含有机肥效成分，适用于改良土壤厌氧消化(以下简称消化)是利用厌氧条件下厌氧菌群的作用，使有机物经液化、气化而分解成稳定物质的过程。在这一过程中，部分病菌、寄生虫卵被杀死，固体达到减量化的目的。污泥厌氧消化是一及其复杂的过程。厌氧消化分为三个阶段。第一阶段是在水解与发酵细菌的作用下，使碳水化合物、蛋白质、脂肪水解与发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、及二氧化碳、氢等;第二阶段是在产氢产酸的作用下，将第一阶段的产物转化成氢。二氧化碳和乙酸;第三阶段是甲烷化过程，即通过产申烷菌的作用，生成甲烷。污泥厌氧消化的控制步骤是水解步骤[9~10]。我国应用最广的厌氧消化技术是厌氧中温消化技术。污泥中温厌氧消化工艺，存在着反应速度慢，污泥在池内的停留时间过长，池体体积庞大，操作管理复杂，产气中甲烷含量低等缺点。国内大部分大型污水处理厂一般均建设有污泥消化池，但真正能够正常运行使用却不多。剩余污泥中大多数有机物质存在于微生物细胞内，微生物细胞的细胞壁是一稳定的半刚性结构，起着保护细胞的作用。细胞壁属于生物难降解惰性物质，细胞壁的破解较为困难，导致厌氧污泥消化过程需要较长的停留时间。胞壁的水解反应是污泥厌氧消化速率的限制步骤。为缩短污泥厌氧消化时间，减少污泥量和消化池体积，国外对污泥预处理技术有许多研究，例如在污泥厌氧消化前进行污泥破解，以促进消化速率。污泥破解的目的就是破坏污泥的结构及细胞壁，使污泥絮体结构发生变化，细胞内的内含物流出，进入水相，变难降解的固体性物质为易降解的溶解性物质。破解污泥后，水相中的有机物含量会在较短时间内会大大增加，从而缩短厌氧消化的停留时间，另外，还会大大提高生物产气量。1.3污泥破解技术的研究进展污泥破解技术有:物理法，化学法，生物方法及一些组合的方法等。本文主要介绍用非生物方法进行污泥的破解研究。物理法———泛指通过外加能量或应力以改变污泥性质的方法，如冷冻融化处理、加热处理、超声波处理、高压处理等[11]。在控制良好的情况下，冻融处理可以同时减少污泥内的致病菌量以及大幅改善脱水性，大幅降低污泥后处理的成本，但是它面临的问题是如何有效地设计机械冷冻设备。超声波振荡、沸腾热处理都可以有效破坏污泥颗粒的结构，但是同时也会带来脱水性能变异的影响。机械破解方法主要有:高压喷射法、珠磨法、超声波法等。高压喷射法Chio[12]等人研究了高压喷射法对污泥破解的影响。其破解步骤为:污泥经过一孔径为710Wm的筛网，除去砂子等杂质，进入贮泥池;利用一高压泵将污泥加压，经过一直径很小的喷嘴(Φ1.2mm)；高速(30－100m/s)喷射至一平板上，强大的撞击力是导致污泥破解的主要原因，而后污泥进入贮泥池，完成一次处理。为达到满意的结果，该过程可以循环数次进行。高压喷射法是一种较有效的破解方式，一般在喷射压力为50bar状况下，处理5次，可以使86%的总蛋白质溶出，处理1次，就可使溶解性化学需氧量(SCOD)由152mg/L上升至珠磨法珠磨法的主要设备是珠磨机。其主体是一圆筒形的腔体，内有带有圆盘状的轴，腔体内装有钢或是玻璃制的小珠，以提高破解效果。在珠磨机内由于电机带动的圆盘高速旋转，使污泥与珠子搅动，细胞的破解由剪切力层间的碰撞与珠的滚动引起。Muller[13]等人研究了搅拌研磨对污泥破解的影响。研究结果表明，当能量输出为l0000kJ/kg·SS时，COD的溶出率可达90%。UweNei等人[14]还进行了利用低频超声波技术处理污泥(53%初沉污泥、47%剩余污泥)及其对中温厌氧消化促进作用的中试研究。结果发现，利用超声波(31kHz，3.6kW)处理污泥64秒后，污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)从630mg/L提高到2270mg/L。由于空化过程释放的能量以热的形式被污泥吸收，处理后污泥的温度从15℃上升至450℃。后续的半连续式中温厌氧消化试验表明超声波破解污泥可以使厌氧消化的停留时间从22曹秀芹[15]等研究了不同声能密度下，超声破解剩余污泥的情况。结果表明，声能密度为0.25W/ml，破解污泥30min，污泥上清液中溶解性化学需氧量(SCOD)值从133m/L上升到2566m/L；而声能密度为0.5W/ml下，破解污泥30min后SCOD值从133mg/L上升到4532mg/L。在较低的能量输出下，超声波破解只是破坏了污泥的絮体结构，而不会破坏污泥细胞。D.J.Lee等人[16]研究了在低能量输出条件下污泥的破解情况及其对中温厌氧消化的促进作用。结果表明，在超声频率为20KHz，声强为0.33W/ml时，破解污泥20min，污泥中SCOD与总化学需氧量(TCOD)间的比值SCOD/TCOD仅从0.06～0.08上升至0.1。对破解后污泥进行厌氧消化的实验表明:未经过破解的污泥6天累积产气量为45gCH4/kgDS，而经破解后的污泥6天累积产气量为l30gCH4/kgDS，产气量大约提高了290%。以上几种机械破解方法都可以有效的破坏污泥结构及污泥胞壁，释放其胞内物质，但是该类方法一般能耗高.HarrisonandPandit[17]比较了高压喷射法与超声波法的能耗。结果表明，高压喷射法的能耗为50MJ/m3污泥，而超声波法的能耗为179MJ/m3污泥。Dicht[18]也比较了两者的能耗，结果表明，两者的能耗分别为2~7MJ/kgTS与200MJ/kgTS，即超声波的能耗较高。另外，高压喷射法及珠磨法要求设备材料耐高压、耐腐蚀。加热法高温可以破坏污泥微生物机体基本组成物质，如蛋白质、脂肪等。高温下，蛋白质会变性，细胞质膜的脂肪受热也会溶解使膜产生小孔，引起细胞内含物泄漏，所以，加热也可用作污泥破解。P.Camacho等人[19]研究了40～120℃高温对污泥破解的影响。结果发现，40℃下，破解效果不明显，60℃下加热24hr可以使25%的TCOD溶出；95℃下加热24hr可以使30~35%的TCOD溶出；开始2hr内，两者的反应速度都很快，随后速度变得很慢；120℃下，压力为1bar时，破解45min，TCOD溶出率为35±7%。使用传统加热法破解污泥的缺点是，要对加热过程中产生的臭气进行处理，处理量较大时，均匀加热较困难，而且加热法易造成反应器的腐蚀问题。微波加热处理法微波加热处理污水厂污泥国内有不少微波干燥污泥的研究，傅大放[20]等人用输出功率为750Ｗ微波炉实验室辐照污泥浓缩池污泥，研究发现污泥辐照45min含水率可降为36%；邹路易[21]等人微波辐照污泥浓缩池污泥研究表明：当电耗小于0.2×10-3ｋＷ·ｈ时，污泥含水率仍在80%以上，电耗达到0.35×10-3ｋw·ｈ时污泥含水率可降至60%，再继续辐照，微波能量达到0.6×10-3ｋw·ｈ时，污泥基本干化至固体状含水率只有20%，此外还研究微波功率，微波辐照时间，试样重量三个主要因素对污泥含水率的影响，正交实验表明对污泥含水率影响最大的是微波功率，其次是辐射时间，最后是所用污泥量。微波处理工业污泥全球每年工业产生的富油淤泥多达几十亿吨，我国也约有1亿ｔ/ａ。传统分离方法，如加热并使用去乳化添加剂，再分离或填埋需耗用大量资金、能源并占据相当多的土地。美国CamegieMellon环保研究中心开发了含油淤泥的微波脱油技术[22]，研究表明，微波脱油处理比常规法快30倍，系统体积比常规的乳液分离系统小90%，大幅度降低了需要填埋处理的固体数量和费用，成本只相当于传统方法处理成本的1/10。美国帝国原油回收公司[23]成功开发了原油淤泥微波脱油技术并已实现工业化应用。其过程为：首先用微波辐射原始乳液，然后再以连续流动的方式离心分离，其中油料回收率为98%，残余固体可进行填埋处理。由于脱油装置是便携式，可以流动作业。综上所述，微波技术处理废物具有加热速度快、有选择性、加热源与加热材料不直接接触，易于自动控制、节约能源等特点。只要我们加强基础理论研究，促进各种技术的有效结合并注意微波泄露对人及周围环境的危害，相信利用微波技术处理污泥会产生很好的经济效益与环境效益。1.3.2化学法化学法———以加入化学药剂的方法去改变污泥的特性，如改变酸碱度、改变粒子浓度、添加无机金属盐类凝聚剂，或添加有机高分子絮凝剂、臭氧曝气等[24]。其中加酸、电解质、铝盐凝聚等处理因可以改变溶液渗透压力并直接影响微生物新陈代谢，对于减菌有相当的帮助，但是对于结构复杂疏松、有机物比例偏高的污泥而言，不足以充分改变其组成颗粒的特性，因此无法有效改善其脱水性。同时大量电解质和铝盐凝聚剂的使用会造成抛弃固体量的增加，可能更会对弃置土地产生长期影响，因此并不适合做理想的前处理方法。臭氧氧化法臭氧(O3)是一种强氧化剂，利用臭氧的强氧化性，可以将部分污泥矿化为二氧化碳和水。同时，一部分污泥溶解为生物可降解性的物质。Yasui等人[25]研究了臭氧氧化破解对于污泥减量的影响。臭氧投加量为10mgO3/gMLSS·d状况下，氧化后的污泥回流处理后，可以使污泥产量减少50%，臭氧投加量增加到20mgO3/gMLSS·d时，好氧系统可以实现无剩余污泥排放。臭氧氧化后的污泥之所以可进行生物处理，是因为臭氧氧化后的污泥中半数以上的碳是易生物降解的[26]。但是，臭氧可能会与污水中其他还原性物质反应，臭氧氧化的效率取决于污泥的性质和操作条件，所以，臭氧的最佳投量及投加方式控制复杂。氮气氧化法氯气也是一种氧化剂，在节省运行费用方面，氯气氧化要优于臭氧氧化法。Saby等人[27]研究了氯气氧化破解污泥对于污泥减量的影响。结果表明，氯气投量为133mgCl2/gMLSS·d时，氧化后的污泥回流处理后，可以使污泥产量减少65%。由于氯气的氧化能力低于臭氧，所以氯气的投加量是臭氧的7-13倍。氯气氧化后的污泥沉降性能很差(SVI>400)，而且氯气会与水中的某些物质反应生成三卤甲烷(THMs)。但是，当好氧处理采用膜生物反应器时，由于采用膜分离和强曝气，可以将这些危害减少至最低。由Granit等开发的Mineralis工艺[28]采用湿式氧化法破解污泥。该工艺的与污水厂其他工艺结合在一起的流程图如图1-1示。剩余污泥剩余污泥氧气泥泵压率脱水沉淀池热交换器气体WO反应器出水沉淀池原水预处理好氧处理系统去除氨氮反应器浓缩池图1－1Mineralis工艺与常规工艺结合的污水处理流程示意图该湿式氧化法不需要催化剂，利用该工艺处理来自法国、瑞士6个不同污水处理厂的污泥，结果发现:在220℃下，破解后污泥COD的减少量为30～72%：300℃下，破解后污泥的COD的减少量为83～88％。300℃下，对其中3家污水厂污泥破解后的沥出液分析表明:沥出液中挥发性脂肪酸(VFA)与小分子有机物的含量占TCOD的61~99％。可见，沥出液可以作为反硝化的碳源。该方法也利于污泥减量，据估计，20吨浓缩后的污泥(含水率为55～60％)经湿式氧化压滤脱水后，可减少为0.6吨含水率为40~45％的泥饼。湿式氧化操作的压力与温度对处理效果影响较大，反应要在高温高压下进行，故要求反应器材料耐高温高压及耐腐蚀，设备投资费用高碱解法碱也可以溶解脂类物质使污泥细胞破解。林志高等人[29]研究了加碱破解污泥对于中温厌氧消化的促进作用。他们共进行了4组厌氧消化试验，研究对象分别为：未经破解的含1%TS的剩余活性污泥(A组)；20meq/LNaOH破解后的含10/DTS的污泥(B组)；40meq/LNaOH破解后的含1％TS的污泥(C组)；20meq/LNaOH破解后的含2%TS的污泥(D组)。结果表明，活性污泥经碱预处理后，可促进厌氧消化效率，即基质的去除率增加，产气量增加。而且，加碱量越大，产气组成中甲烷的比例越高。B，C，D三组去除单位基质所产生的甲烷量均比A组高。加碱法存在的主要问题是，需要投加碱，增加了运行费用。而且，碱预处理过程中若哪值过高，会发生褐变反应[29]生成较难生物降解的物质，降低厌氧消化效率[29]。1.3.3组合方式破解法热碱法过高或者是过低的pH值会降低微生物对高温的抵抗力，所以热碱法也可以用来进行污泥破解，其所需要的反应时间比单纯加热或单纯加碱短。S.Tanaka等人［[30]的研究成果表明；在130℃下，NaOH投加量为0.3gNaOH/gMLSS(污泥的pH值>12)时，处理5min，可以使53%的颗粒性COD溶解。将破解后的污泥与未经破解的污泥进行中温厌氧消化的试验对比表明：在水力停留时间为2~8d时，破解后的污泥经处理后可以使>60%的挥发性固体(VSS)溶解，而未经破解的污泥溶解率仅为热氧化法为了强化氧化的效果，可以采用热氧化法进行破解。P.Camacho等人[18]进行了过氧化氢与加热协同作用下破解污泥的研究。分别在60℃与95℃下进行了氧化试验，破解时间为1hr。结果表明，每消耗1摩尔H2O2可以释放20mgTOC，在60℃与95℃时，TOC的释放量分别为195mg/L与553mg/L，而单独采用加热破解时，TOC的释放量分别为145mg/L与153mg/L。可见，两者的协同作用显著。热氧化法破解污泥时，易造成反应器的腐蚀，过氧化氢有可能会与其他还原性物质反应，投加量较难控制。超声波与碱协同作用Ying-Chiu等人[31]研究了超声波与碱解联合破解污泥(来自实验室自行培养)效果，并考察了破解后污泥的产甲烷活性。他们采用两种组合方式处理污泥。第一种是，向污泥中加1mol/LNaOH溶液碱解24hr后，再用超声波处理400min；第二种为用超声波处理投加了1mol/LNaOH溶液的污泥240min。结果表明，第一种方式破解后污泥SCOD/TCOD为89.3%，第二种方式破解后SCOD/TCOD为77.9%。但是，同时使用碱与超声波进行处理的时间较短，破解速率要大得多。随后进行的产甲烷活性实验表明，采用第一种方式破解后的污泥经10几个小时后，总挥发性脂肪酸(TVFA)与总化学需氧量(TCOD)为66%；第二种方式经21小时后，TVFA/TCOD为84%。1.3.4污泥破解技术小结污泥破解技术可以溶出胞内物质，增加水相中可降解有机物的含量，大大缩短污泥厌氧消化时间，缩小厌氧消化池的体积，从而使操作管理简单；污泥破解程度较大时，可以终止污泥中微生物的活性，使污泥不经厌氧消化，直接达到稳定化，破解后污泥量也可减少。可以看出，污泥破解利于污泥的稳定化、减量化。污泥破解技术对于我国中小型污水处理厂(<10万M3/d)更有吸引力，这类污水处理厂由于技术或经济以及技术政策的原因，不愿建设厌氧消化池，即使建成厌氧消化池也不正常运行，而且该类污水厂污泥产量较低。所以，能够促进厌氧消化性能，使厌氧消化操作管理简单，甚至不需厌氧消化就可使污泥稳定的污泥破解技术，比较易于在这类污水厂中得到推广。以上所列举介绍的污泥破解技术中，化学方法需要投加大量药剂，投加量控制复杂；机械方法破解效果最好，但能耗较大，而传统加热处理法易造成反应器的腐蚀，污泥量大时，操作管理复杂，其中微波在污泥处理中的应用具有快速高效、简化操作程序、环境资源回收利用率高、省时节能、成本低的特点。1.4微波概述微波与无线电波、红外线、可见光一样都是电磁波，微波是指频率为300MHz~300KMHz的电磁波，即波长在1米到1毫米之间的电磁波。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”，通常用于电视、广播、通讯技术中。而近代把微波作为一种能源，又拓展了一个分支技术，在工农业上进行加热、干燥；在化学工业中进行催化、萃取等化学反应和激发等离子体等等。家用微波炉的使用更标志微波技术的日趋成熟。目前国内用于工业加热的常用频率为915兆赫和2450兆赫。微波频率与功率的选择可根据被加热材料的形状、材质、含水率的不同而定。微波波段位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间。频率频率波长民用频率介电加热频率2450MHZ微波远红外10-310-21010m3×1011HZ3×1010HZ3×107HZ3×108HZ射频915MHZ图1－2微波频率范围微波技术是近代科学的重大成就之一，几十年来，微波已发展成为一门比较成熟的学科。在雷达、通讯、导航、电子对抗等许多领域得到了广泛的应用。雷达更是微波技术的典型应用。可以说没有现代微波技术的发展，具体的说是没有微波有源器件的发展，就不可能有现代雷达。现代的手机通讯更是与微波休戚相关。在实际工作中，为了方便起见，常把微波波段简单的划分为：分米波段（B.dm）（频率从300～3000MHz）、厘米波段（B.cm）（频率从3～30GHz）、毫米波段（B.mm）（频率从30～300GHz）、亚毫米米波段（频率从300～3000GHz）。在雷达、通讯及常规微波技术中，常用英文字母来表示更为详尽的微波分波段，如下表1－2所示。表1－2常用英文字母表示的微波分波段常用微波分波段家用电器频率波段号标称波长（cm）频率范围（GHZ）波长范围（cm）名称频率范围LSCXKuKKaUVW22105321.250.80.60.40.31~22~44~88~1212~1818~2727~4040～6060～8080～10030~1515~7.57.5~3.753.75~2.52.5~1.671.67~1.111.11~0.750.75~0.50.5~0.3750.375~0.3调幅无线电短波无线电调频无线电商用电视1～5频道6～12频道13～24频道24～68频道家用微波炉手机通讯535～1605KHZ3～30KHZ88～108KHZ－48.5～92KHZ167～223KHZ470～566KHZ606～968KHZ2450KHZ900KHZ/1800KHZ1.4.1微波加热原理微波是一种电磁能。可改变离子迁移和偶极子转动情况，但不引起分子结构改变，是非离子化的辐射能。微波通常是指波长为1mm到1m之间(频率300～300000MHz)的电磁波，介于红外与无线电波之间，而最常用的加热频率是2450MHz。一般来说，介质在微波场中的加热有两种机理，即离子传导和偶极子转动。在微波加热的实际应用中，两种机理的微波能耗散同时存在。离子传导机理离子传导是电磁场中可离解离子的导电移动，离子移动形成电流，由于介质对离子的阻碍而产生热效应[32~34]。溶液中所有的离子起导电作用，但作用大小与介质中离子的浓度和迁移率有关。因此，离子迁移产生的微波能量损失依赖于离子的大小、电荷量和导电性，并受离子与溶液分子之间的相互作用的影响。偶极子转动机理介质是由许多一端带正电，一端带负电的分子(或偶极子)组成。如果将介质放在两块金属板之间，介质内的偶极子作杂乱运动，当直流电压加到金属板上，两极之间存在一直流电场，介质内部的偶极子重排，形成有一定取向的有规则排列的极化分子。若将直流电换成一定频率的交流电，两极之间的电场会以同样频率交替改变，介质中的偶极子也相应快速摆动，在2450MHz的电场中，偶极子以4.9×109次/s的速度快速摆动。由于分子的热运动和相邻分子的相互作用，使偶极子随外加电场方向的改变而作规则摆动时受到干扰和阻碍，产生了类似摩擦的作用，使杂乱无章运动的分子获得能量，以热的形式表现出来，介质的温度也随之升高。偶极子加热的效率与介质的弛豫时间、温度和粘度有关。而温度和介质离子的迁移率、浓度及介质的弛豫时间决定两种能量转换机理对加热的贡献。1.4.2微波加热发生器系统典型的微波系统图示热电偶探头热电偶探头电源系统计算机控制系统谐振腔磁控器探测器温控系统吸收负载反射波能量耦合器调配器RF耦合波导图1－3典型的微波系统1.5微波破解污泥的主要影响因素频率微波频率范围为300MHZ到300MHZ，常用的加热频率为2450MHZ（即家用微波炉频率），目前多数研究人员以2450MHZ为试验频率，如傅大放［8］等，或许本人见识浅薄，没能找到有关最优频率的研究。由于实验条件限制本文试验没能对不同频率下污泥破解进行分析。1.5.2微波微波能量密度微波微波能量密度〔W/ml)是指单位时间单位体积溶液被施加的微波能量。它是影响破解速度与反应器设计的一个重要参数。一般说来，污泥的破解速率随着微波能量密度的增大而增加。但是，也存在着最优值问题。目前，本文研究所涉及的微微波能量密度范围主要集中在2.4～4W/ml。1.5.2污泥性质污泥浓度目前，本试验微波破解污泥的研究主要集中在对未经浓缩的污泥和经过浓缩的污泥的研究上，被破解污泥的含水率在99.85～96.5％。污泥pH值对于很多反应来说，pH值都是一重要影响因素。本试验污泥pH值为6.5左右，溶液pH值对污泥的物化性质有较大影响，进而会影响微波破解的效果。1.5.3反应条件温度目前，微波破解污泥的实验多是在常温下开展的。还未见有研究系统保持温度下对微波破解污泥的影响的研究。压力试验压力也是影响微波破解的一个因素。目前，多数试验是在常压条件下进行的，还没见有在其他压下试验的研究。1.5.4反应器形状、结构由于污泥对微波的吸收收到反应容器形状，介质等的影响，所以污泥反应容器对污泥处理效果有很大影响。目前，还未见有研究反应器形状及结构对污泥破解影响的，大多见用微波炉。本试验也采用微波炉及其配套的容器。1.6本文研究的主要目的及内容本文主要目的是对污泥微波破解技术进行探索性研究。了解污泥破解反应中，污泥内含物的释放效果，影响因素，认识污泥微波破解的机理。为应用污泥微波破解方法，促进污泥稳定化、减量化和资源化技术在我国的发展作前期基础性研究工作。本文的主要研究内容如下。(1)研究剩余污泥微波作用处理后减量化效果分析；(2)研究不同微波微波能量密度对微波破解污泥效果的影响；(3)研究不同微波破解时间对微波破解污泥效果的影响；(4)研究不同污泥浓度对微波破解污泥效果的影响。分析比较各因素对污泥破解效果的影响；(5)研究污泥破解前后温度，pH，TS，VS，TCOD和SCOD的变化。第二章试验装置与试验方法2.1污泥来源本试验所采用的污泥取自活性污泥法的回流污泥。该种泥取自广州市市番禺区沥浩污水处理厂内A2/O活性污泥法二沉池的回流污泥。由于实验条件，大概一个星期到该地区取一次污泥，在实验室桶内培养，每天主要基质为葡萄糖，进水COD浓度为600mg/L.按照BOD:N:P为100:5:1的比例，投加葡萄糖、氯化按(或硫酸氨)、磷酸二氢钾(或磷酸氢二钾)作为碳、氮、磷源。反应器内MLSS为5000-6000mg/L。取桶内的污泥，直接进行破解试验(污泥含固率为0.5%，含水率为99.5%)，或经重力沉降，使污泥浓缩至原体积的一半时，弃去上清液，用浓缩污泥(污泥含固率为1%，含水率为99%左右)进行破解试验。使污泥浓缩至原体积的六分之一时，弃去上清液，用浓缩污泥（污泥含固率为2.5%，含水率为97.5%左右）。2.2试验主要装置及仪器试剂2.2.1试验主要装置试验装置如图2-1示，主要由微波发生器（微波炉）及反应容器组成。其中微波发生器是佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司制造生产的，微波输入功率为1300W，微波输出功率为800W，试验时可调功率到800W，640W，480W，微波炉容积为23L，常压操作。1—微波炉外框2—转盘3—污泥容器4—液晶显示5—功能调节按钮6—剩余污泥7—微波炉电源线图2-1微波法原理示意图反应容积为800ML的透明塑料容器，容器上部有盖封闭，防止蒸汽和热量散失，盖子上有开小孔透气，防止胀暴容器。2.2.2仪器及试剂仪器试剂列表如下：表2－1仪器列表仪器名称型号生产厂家用途电脑微波炉电热鼓风干燥器消解装置分光光度计马弗炉电子天平台式离心机酸度计恒温加热搅拌器坩锅温度计酸碱式滴定管锥形瓶磁力搅拌器组装G8023CTL-K3（银）SH系列XJ－Ⅲ721型KSW-4D-11JA2003NTDL－50BPHSHJ－6A－－－－DCG-C组装格兰仕上杭仪器公司韶关明天环保仪器公司上海精密科学仪器公司－上海精密仪器仪器公司上海海亭科学仪器厂上海理达仪器厂金坛市富华仪器公司广州祥发仪器广州祥发仪器广州祥发仪器广州祥发仪器上海司乐仪器有限公司数据处理微波处理干燥消解分析干燥称量固液分离pH测量加热搅拌干燥容器测温滴定滴定容器搅拌滴定表2－2试剂列表试剂名称化学式分子量纯度生产厂家磷酸二氢钾氯化铵硫酸亚铁十二水合硫酸铝钾碳酸氢钠硫酸银重铬酸钾目酸铵硫酸亚铁铵硫酸铝钾浓硫酸邻菲罗啉硫酸汞酚酞氢氧化钠盐酸KH2O4NH4FeSO4·7H2OKAl(SO4)2·12H2ONaHCO3Ag2SO4K2Cr2O7（NH4）6MO7O24·4H2OFe(SO4)2·(SO4)2·6H2OKAl(SO4)2·12H2OH2SO4C12H8N2H2OHgSO4C20H14O4NaOHHCL136.0953.49278.02474.3884.01311.79294.181235.86392.14474.3898.08198.22296.65318.3340.0036.46分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯指示剂分析纯分析纯天津市福晨化学试剂厂天津市化学试剂一厂天津市福晨化学试剂厂天津市化学试剂一厂天津市大茂化学试剂厂广州市立新化工厂天新精细化工开发中心天津市大茂化学试剂厂天津市福晨化学试剂厂天津市福晨化学试剂厂广州市东红化工厂天津市化学试剂一厂UNI-CHEM天津市化学试剂厂耀华化学试剂公司广州市东红化工厂2.3微波破解试验方法2.3.1剩余污泥含水率试验试验材料实验材料：污泥：取自广州市番禺区沥浩污水处理厂，再经调配而成。实验仪器实验仪器：烧杯；水浴锅；烘箱；干燥器；托盘天平；光学读数分析天平。实验方法①将100ml烧杯放在烘箱内，在105－110℃②取出后放在干燥器内，冷却半小时，用分析天平称重，记录重量为W1。③再用托盘天平粗称20克污泥置于烘干后的烧杯中，用水浴蒸干。④然后放入105±2℃⑤取出放入干燥器内冷却半小时，用分析天平称重，记录重量为W2。污泥含水率计算公式试验数据计算公式（2—1）p—含水率，%W1—第一次称重（蒸发皿净重），gW2—烘干后称重（蒸发皿＋样重），g2.3.2微波破解不同含水率的污泥试验直接从培养污泥桶中取足够多的污泥，将足够多的污泥静止沉淀体积分别为含水率为99.5％，99％，97.5％的污泥，然后去掉上清液，接着含水率为99.5％和99％分成8份，含水率为97.5％的污泥分成6份，每份用量桶量取200ml，移至玻璃杯中，调节微波功率至所需要的功率（分别为800W，640W和480W），进行微波辐照，至所需的微波处理作用时间为止（99.5％和99％分别为0S，20S，40S，80S，120S，180S，240S，300S，而97.5％的污泥为0S，40S，120S，180S，240S，300S）。2.3.3微波破解各含水率污泥综合试验在前面试验结果基础上，我们进行一次总的试验。按之前的方法配制相应浓度的污泥，相同的分配方式，含水率为99.5％的污泥分别在0W，640W，480W下处理作用0S，80S，180S进行微波辐照。含水率为97.5％的污泥分别在0W，800W，480W下处理作用0S，40S，300S进行微波辐照。含水率为96.5％的污泥分别在0W，800W，640W下处理作用0S，120S，240S进行微波辐照。2.4分析项目和试验方法污泥取来后测定其pH、VS、VSS、TS、TSS、TCOD、SCOD等参数。有关参数测定方法：2.4.1COD消解，测试试剂及配制方法1．重铬酸钾标准溶液C(1/6K2Cr2O7=0.500mol/L)；称取预先在120℃烘干2h的基准或优质纯重铬酸钾2.45162．试亚铁灵指示液：称取1.485g邻菲罗啉(C12H8N2·H2O)0.695g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)溶于水中，稀释至100mL,贮于棕色瓶中。3．硫酸亚铁铵标准溶液[C(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.05mol/L]：称取39.5g硫酸亚铁铵溶于水中，边搅拌边缓慢加入20mL浓硫酸，冷却后移入1000mL容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀。临用前，用重铬酸钾标准溶液标定。标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于250mL锥形瓶中，加水稀释至55mL左右，缓慢加入15mL浓硫酸，摇匀。冷却后，加入2～3滴试亚铁灵指示液(约0.15mL)，用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。（2－2）式中：C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度(mol/L)；V——硫酸亚铁铵标准溶液的用量(mL)。4．硫酸-硫酸银溶液：于500mL浓硫酸中加入5g硫酸银。放置1—2d，不时摇动使其溶解。5．硫酸汞：结晶或粉末。2.4.2溶解性化学需氧量(SCOD)实验试剂：污泥（广州市番禺区沥浩城市污水处理厂二沉池回流污泥）。实验仪器：离心机，离心管，化学需氧量快测仪（721分光光度计），100m1烧杯实验方法：取50mL污泥用离心机(转速为4500rpm)离心40min后，弃去管底污泥，取上清液，采用化学需氧量快测仪（721分光光度计）测定。2.4.3总化学需氧量((TCOD)实验试剂：污泥（广州市番禺区沥浩城市污水处理厂二沉池回流污泥）。实验仪器：化学需氧量快测仪（721分光光度计），100m1烧杯实验方法：将待测污泥稀释5倍后，采用化学需氧量快测仪测定。2.4.4总固体((TS)与总挥发性固体(VS)实验试剂：污泥（广州市番禺区沥浩城市污水处理厂二沉池回流污泥）。实验仪器：坩埚，烘箱，马弗炉，实验方法：用量桶量取20ml的污泥混合液置于坩埚，放入烘箱内在105℃下烘3小时，取出测定TS值，然后放入马弗炉内，在600℃下灼烧1h，取出测定VS值。2.4.5pH值实验试剂：污泥（广州市番禺区沥浩城市污水处理厂二沉池回流污泥）实验仪器：pH自动测量仪、玻棒，100ml烧杯实验方法：取出污泥后立即用玻棒搅拌，然后用pH自动测量仪测定其pH值。为了节省时间，我们先测温度、pH值，然后取定量污泥进行离心40min，离心过程中，取定量污泥进行总固体(TS)与总挥发性固体(VS)实验，以及将待测污泥稀释5倍进行总化学需氧量((TCOD)实验。离心完毕，取上清液进行溶解性化学需氧量(SCOD)实验。第三章实结果与讨论3.1含水率计算结果列表含水率试验计算结果汇总表入表3－1如下：表3－1污泥含水率试验日期坩锅重/g湿重/g干重/g含水率/%2007年4月9日47.09887.67847.38999.26092007年4月11日52.01980.40452.15399.52792007年4月12日58.12477.97758.20499.5972007年4月13日36.04153.75136.10399.64992007年4月17日56.11674.75456.45398.191951.42369.35951.59699.03552007年4月18日53.04970.91553.26798.779836.04053.10436.14299.40232007年4月19日48.50666.37248.65599.1662007年4月24日49.42367.61349.81297.86152007年4月25日51.70269.13052.13097.54422007年4月26日54.15971.13054.25999.410856.12174.83256.57297.589751.70569.88352.32796.578353.05371.41653.17899.319363.98481.50864.10099.338151.42969.95451.87597.592452.02376.21252.66797.337648.51165.70549.13896.353456.28873.68257.09995.3375由以上表格的数据可知，数据基本符合预想要求的含水率，符合试验要求。3.2含水率为99.5%的污泥微波破解试验结果本组试验被破解污泥的TS是6300~6800mg/L，本研究主要进行了输出功率为800W，640W，480W时破解时间分别：20s，40s，80s，120s，180s，240s，300s的200ml剩余污泥的试验，即微波能量密度为4W/m，3.2W/m，2.4W/ml时破解污泥的试验。主要试验结果如下。3.2.1△TS溶解率的变化△TS溶解率变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥TS扣除破解前TS值定义为△TS增加值(mg/L)。△TS增加值比上原剩余污泥得TS定义为△TS溶解率变化（‰），所得的数据如下表3－2表3－2含水率为99.5％的污泥在不同微波微波能量密度下△TS溶解率随时间的变化微波作用时间/S4W/ml微波能量密度下△TS溶解率变化/‰3.2W/ml微波能量密度下△TS溶解率变化/‰2.4W/ml微波能量密度下△TS溶解率变化/‰204080120180240300-11.9210.43214.90313.41335.76849.1855.14210.025－25.0615.03825.06320.0527.56917.544－12.86－67.52－32.15－64.3119.29312.86238.585△TS溶解率的变化分析△TS增加值随微波作用时间的变化如图3-1所示。图3-1△TS增加值随微波作用时间的变化由图3－1可知，总的来说，随着微波微波能量密度与破解时间的增加，△TS增加值显著增加。总的有一个上升的趋势，尤其在4W/S下，TS溶解变化率上升特别明显，试验点在3.2W/ml，2.4W/ml下图线有所起伏，或许是人为误差等误差。在微波能量密度为4W/ml，3.2W/ml，2.4W/ml时，破解75S后，的△TS溶解率变化分别为17.5‰，12.5‰，5‰。而破解300S后，各微波能量密度下△TS的溶解增加率变化分别为：58.6‰，32.8‰，13.2‰，由此可见，微波处理时间对剩余污泥破解效果的重要影响因数。由图3－1还可以看出，在试验微波作用时间范围内，随着破解时间的延长，△TS增加值呈线性增长趋势。以△TS增加值对时间t作图为一直线(如图3－1示)，说明在试验进行的反应时间内，微波破解含水率为0.5%的剩余污泥反应符合一级反应动力学规律，则反应速率方程如式3－1示。(3－1)式3－1中k1值为破解速率常数。求得微波能量密度4W/ml，3.2W/ml和2.4W/ml下的TS随时间的增加率分别为：10.96，5.41，2.87。又在微波能量密度4W/ml下，破解250S后，剩余污泥的TS为6360mg/l，在3.2W/ml下，处理250S后，剩余污泥的TS为3850mg/l为和在2.4W/ml下，处理250S后，剩余污泥的TS为3040mg/l，说明微波能量密度是影响剩余污泥处理效果的又一重要因素。以上数据结果小结得出时间，微波能量密度是影响剩余污泥处理效果得两个重要因数。3.2.2△VS溶解率的变化△VS溶解率的变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥VS扣除破解前VS值定义为△VS增加值(mg/L)。△VS增加值比上原剩余污泥得VS定义为△VS溶解率变化（‰），所得的数据如下表3－3表3－3含水率为99.5％的污泥在不同微波微波能量密度下△VS溶解率随时间的变化微波处理作用时间/S4W/ml微波微波能量密度下△VS溶解率变化/‰3.2W/ml微波微波能量密度下△VS溶解率变化/‰2.4W/ml微波微波能量密度下△VS溶解率变化/‰20408012018024030035.9987.40477.121105.398123.393118.252149.13.58414.33750.17978.85371.68564.516100.3580-32.430-108.11-10.8175.67654△VS溶解率的变化分析△VS增加值随微波作用时间的变化如图3－2所示。图3－2△VS增加值随微波作用时间的变化由图3－2可知，总的来说，随着微波微波能量密度与破解时间的增加，△VS增加值显著增加。总的有一个上升的趋势，三条线比较平行向上，试验点在3.2W/ml，2.4W/ml下图线有所起伏，尤其是2.4W/ml下的试验点起伏较大，或许是人为误差等误差，也可能是一些客观的原因。在微波能量密度为4W/ml，3.2W/ml，2.4W/ml时，破解85S后，的△VS溶解率变化分别为76.9‰，28.6‰，－9.8‰。而破解300S后，各微波能量密度下△TS的溶解增加率变化分别为：152.2‰，102.66‰，56.1‰，由此可见，微波处理时间对剩余污泥破解效果的重要影响因数。由图3－2还可以看出，在试验微波作用时间范围内，随着破解时间的延长，△VS增加值呈线性增长趋势，不过增长不明显，即微波能量密度对污泥VS增长率的增长速度影响不明显。以△VS增加值对时间t作图为一直线(如图3－2示)，说明在试验进行的反应时间内，微波破解含水率为99.5％的剩余污泥反应符合一级反应动力学规律，则反应速率方程如式3－2示。(3－2)式3－2中k2值为破解速率常数。求得微波能量密度4W/ml，3.2W/ml和2.4W/ml下的VS随时间的增加率分别为：21.02，20.67，18.39。又在微波能量密度4W/ml下，破解180S后，剩余污泥的VS为3400mg/l，在3.2W/ml下，处理180S后，剩余污泥的TS为2540mg/l为和在2.4W/ml下，处理180S后，剩余污泥的TS为1840mg/l，说明微波能量密度是影响剩余污泥处理效果的又一重要因素。以上数据结果小结得出时间，微波能量密度是影响剩余污泥处理效果得两个重要因数。3.2.3△TCOD增长率的变化△TCOD增长率的变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥TCOD扣除破解前TCOD值定义为△TCOD增加值(mg/L)。△TCOD增加值比上原剩余污泥得TCOD定义为△TCOD增长率变化（‰），所得的数据如下表3－3表3－4含水率为99.5％的污泥在不同微波微波能量密度下△TCOD增长率随时间的变化微波处理作用时间/S4W/ml微波微波能量密度下△TCOD增长率/‰3.2W/ml微波微波能量密度下△TCOD增长率/‰2.4W/ml微波微波能量密度下△TCOD增长率/‰2040801201802403005.44331.17367.293388.422698.664471.054569.52250.1283.60691.743273.634271.241242.122289.98841.75944.42569.747120.835506.886255.886209.24△TCOD增长率的变化分析△TCOD增加值随微波作用时间的变化如图3－3所示。图3－3△TCOD增加值随微波作用时间的变化由图3－3可知，总的来说，随着微波微波能量密度与破解时间的增加，△TCOD增加值有所增加。总的有一个上升的趋势，尤其是微波能量密度为4W/ml下，△TCOD增加值有显著增加，不过试验点在这里起伏比较大，在2.4W/ml下图线有所起伏。或许是人为误差等误差，也可能是一些客观的原因。在微波能量密度为4W/ml，3.2W/ml，2.4W/ml时，破解180S后，的VS溶解率变化分别为382.7‰，272.1‰，197.4‰。而破解300S后，各微波能量密度下△TCOD增加值变化分别为：625.9‰，302.5‰，278.1‰，由此可见，微波处理时间对剩余污泥破解效果的重要影响因数。由图3－3还可以看出，在试验微波作用时间范围内，随着破解时间的延长，△TCOD增加值在微波能量密度为4W/ml增长最快，在微波能量密度为2.4W/ml增长速度次之，而微波能量密度在3.2W/ml下增长速度最慢，这里可能存在微波能量密度最佳值，此值既省能耗，又有增长快的特点，污泥处理效果好，需要后期试验作进一步研究。以△TCOD增加值对时间t作图为一直线(如图3－3)，说明在试验进行的反应时间内，微波破解含水率为99.5％泥反应符合一级反应动力学规律，则反应速率方程如式3－3示。(3－3)式3－3中k3值为破解速率常数。求得微波能量密度4W/ml，3.2W/ml和2.4W/ml下的△TCOD增加值随时间的增加率分别为：121.6，15.2，40.35。又在微波能量密度4W/ml下，破解180S后，剩余污泥的TCOD为2797mg/l，在3.2W/ml下，处理180S后，剩余污泥的TCOD为3093mg/l为和在2.4W/ml下，处理180S后，剩余污泥的TCOD为2692mg/l，说明微波能量密度是影响剩余污泥处理效果的又一重要因素。以上数据结果小结得出时间，微波能量密度是影响剩余污泥处理效果得两个重要因数。3.2.4△SCOD增长率的变化△SCOD增长率的变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥SCOD扣除破解前SCOD值定义为△SCOD增加值(mg/L)。△SCOD增加值比上原剩余污泥得SCOD定义为△SCOD增长率变化（‰），所得的数据如下表3－4表3－5含水率为99.5％的污泥在不同微波微波能量密度下△SCOD增长率随时间的变化微波处理作用时间/S4W/ml微波微波能量密度下△SCOD增长率/‰3.2W/ml微波微波能量密度下△SCOD增长率/‰2.4W/ml微波微波能量密度下△SCOD增长率/‰20408012018024030026.5481008.84961212.38941292.03541831.85843106.19473805.3097242.7184165.0485776.6991631.0681834.95154553.39815407.767106.5574172.1311360.6557737.70493573.77056418.03287016.3934△SCOD增长率的变化分析△SCOD增加值随微波作用时间的变化如图3－4所示。图3－4△SCOD增加值随微波作用时间的变化由图3－4可知，总的来说，随着微波微波能量密度与破解时间的增加，△SCOD增加值有所增加。总的有一个上升的趋势。在微波作用时间在约65S前，△SCOD增加率从大到小分别为微波能量密度4W/m，3.2W/ml，2.4W/ml，而在165S后△SCOD增加率从大到小分别为微波能量密度2.4W/m，3.2W/ml，4W/ml。尤其是微波能量密度为2.4W/ml下，在120S后其△SCOD增加率有显著增加，根据以上图表，需要进一步验证结果的准确性，进一步研究最佳的微波能量密度，提高污泥微波破解效率，或许能找出一个最佳值。在微波能量密度为4W/ml，3.2W/ml，2.4W/ml时，破解180S后，的△VS溶解率变化分别为2274.7‰，3100‰，3750‰。而破解300S后，各微波能量密度下△SCOD增加率变化分别为：3950‰，5200‰，7016‰，由此可见，微波处理时间对剩余污泥破解效果的重要影响因数。由图3－4还可以看出，在试验微波作用时间范围内，随着破解时间的延长，125S前△SCOD增加率在微波能量密度为3.2W/ml增长最快，在微波能量密度为4W/ml增长速度次之，而微波能量密度在2.4W/ml下增长速度最慢，而在约180S后△SCOD增加率在微波能量密度为2.4W/ml增长最快，在微波能量密度为3.2W/ml增长速度次之，而微波能量密度在4W/ml下增长速度最慢。因此可以预测，在高微波能量密度时短处理作用时间，，污泥处理效果较好，在低微波能量密度时长时间对污泥作处理更有优势，至于采用低微波能量密度还是高微波能量密度就看进一步研究，需要后期试验作进一步研究。以△SCOD增加值对时间t作图为一直线(如图3－3)，说明在试验进行的反应时间内，微波破解含水率为99.5％泥反应符合一级反应动力学规律，则反应速率方程如式3－4示。(3－4)式3－4中k4值为破解速率常数。求得120S前微波能量密度4W/ml，3.2W/ml和2.4W/ml下的△SCOD增加值随时间的增加率分别为：830.4，1185，282。而微波能量密度为2.4W/ml下，在120S后，其△SCOD增加率显著增加，其增加速度为2093。在微波能量密度为4W/ml下，破解120S后，剩余污泥的SCOD为267mg/l，在3.2W/ml下，处理120S后，剩余污泥的STCOD为275mg/l为和在2.4W/ml下，处理120S后，剩余污泥的SCOD为212mg/l，说明微波能量密度是影响剩余污泥处理效果的又一重要因素。以上数据结果小结得出时间，微波能量密度是影响剩余污泥处理效果得两个重要因数。微波处理后污泥的SCOD增长非常快，处理剩余污泥效果好，有优势。由以上4组数据和图可以分析得，污泥微波处理后TS，VS，TCOD和SCOD都有所增长，而增长速度最快的是SCOD，几倍几倍地增加。3.3含水率为99%的污泥微波破解试验结果本组试验被破解污泥的TS是6300~6800mg/L，本研究主要进行了输出功率为800W，640W，480W时破解时间分别：20s，40s，80s，120s，180s，240s，300s的200ml剩余污泥的试验，即微波能量密度为4W/ml，3.2W/m，2.4W/ml时破解污泥的试验。主要试验结果如下。3.3.1△TS溶解率的变化△TS溶解率变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥TS扣除破解前TS值定义为△TS增加值(mg/L)。△TS增加值比上原剩余污泥得TS定义为△TS溶解率变化（‰），所得的数据如下表3－2表3－6含水率为99％的污泥在不同微波微波能量密度下△TS溶解率随时间的变化微波作用时间/S4W/ml微波微波能量密度下△TS溶解率变化/‰3.2W/ml微波微波能量密度下△TS溶解率变化/‰2.4W/ml微波微波能量密度下△TS溶解率变化/‰2040801201802403005.907－5.069.28342.19452.32159.07264.979－3.6710.08214.66523.83111.91631.16450.412－44.0215.3117.65619.13925.83722.96710.526△TS溶解率的变化分析△TS增加值随微波作用时间的变化如图3－5所示。图3－5△TS增加值随微波作用时间的变化由图3－5可知，总的来说，微波微波能量密度为4W/ml和3.2W/ml时随着破解时间的增加，TS有所增加。总的有一个上升的趋势，但是在一定范围内有起伏，而在微波能量密度为2.4W/ml时随着破解时间的增加，在一定试验范围内似乎有一个下降的趋势，在小范围内有所上升。或许是人为误差等误差，要进一步研究。相同污泥处理作用时间下，不同的微波能量密度下TS的溶解率的变化有时大有时小，相同微波能量密度下，不同污泥处理作用时间也不是会因为作用时间的增长而无限增大，需要进一步研究最佳点。以上数据结果及图表显示得出时间，微波能量密度是影响剩余污泥处理效果的两个重要因数，而且影响有可能在一定范围相反发展趋势。3.3.2△VS溶解率的变化△VS溶解率的变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥VS扣除破解前VS值定义为△VS增加值(mg/L)。△VS增加值比上原剩余污泥得VS定义为△VS溶解率变化（‰），所得的数据如下表3－3表3－7含水率为99％的污泥在不同微波微波能量密度下△VS溶解率随时间的变化微波处理作用时间/S4W/ml微波能量密度下△VS溶解率变化/‰3.2W/ml微波能量密度下△VS溶解率变化/‰2.4W/ml微波能量密度下△VS溶解率变化/‰20408012018024030023.15531.838037.62772.359182.344176.55632.21－98.2335.42757.97178.905127.21469.24345.11328.57179.699105.26391.72960.156.015△VS溶解率的变化分析△VS增加值随微波作用时间的变化如图3－6所示。图3－6△VS增加值随微波作用时间的变化由图3－6可知，总的来说，微波微波能量密度为4W/ml和3.2W/ml时随着破解时间的增加，TS有所增加。总的有一个上升的趋势，但是在一定范围内有起伏，250S后似乎有下降的趋势，而在微波能量密度为2.4W/ml时随着破解时间的增加，在一定试验范围内似乎有一个下降的趋势，在小范围内有所上升。或许是人为误差等误差，要进一步研究。相同污泥处理作用时间下，不同的微波能量密度下TS的溶解率的变化有时大有时小，相同微波能量密度下，不同污泥处理作用时间也不是会因为作用时间的增长而无限增大，需要进一步研究最佳点。以上数据结果和图表显示小结得出时间，微波能量密度是影响剩余污泥处理效果的两个重要因数。3.3.3△TCOD增长率的变化△TCOD增长率的变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥TCOD扣除破解前TCOD值定义为△TCOD增加值(mg/L)。△TCOD增加值比上原剩余污泥得TCOD定义为△TCOD增长率变化（‰），所得的数据如下表3－8表3－8含水率为99％的污泥在不同微波微波能量密度下△TCOD增长率随时间的变化微波处理作用时间/S4W/ml微波能量密度下△TCOD增长率/‰3.2W/ml微波能量密度下△TCOD增长率/‰2.4W/ml微波能量密度下△TCOD增长率/‰20408012018024030017.219173.179398.344325.497494.868654.47519.5368.80515.94127.06831.729158.798127.068635.34237.82956.05187.146346.009370.17293.286460.091△TCOD增长率的变化分析△TCOD增加值随微波作用时间的变化如图3－7所示。图3－7△TCOD增加值随微波作用时间的变化由图3－7可知，总的来说，在微波微波能量密度4W/m，3.2W/ml和2.4W/ml时，随着微波微波能量密度与破解时间的增加，有所增加。总的有一个上升的趋势，三种微波微波能量密度下的TCOD增长率都起伏较大，很不稳定，可能存在人为因素的误差存在，还需要后期进一步验证，在微波能量密度为2.4W/m时，处理作用时间增长到240秒后TCOD增长率非常快，还需要进一步验证。以上数据结果小结得出时间，微波能量密度是影响剩余污泥处理效果的两个重要因数。3.3.4△SCOD增长率的变化△SCOD增长率的变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥SCOD扣除破解前SCOD值定义为△SCOD增加值(mg/L)。△SCOD增加值比上原剩余污泥得SCOD定义为△SCOD增长率变化（‰），所得的数据如下表3－9表3－9含水率为99％的污泥在不同微波微波能量密度下△SCOD增长率随时间的变化微波处理作用时间/S4W/ml微波能量密度下△SCOD增长率/‰3.2W/ml微波能量密度下△SCOD增长率/‰2.4W/ml微波能量密度下△SCOD增长率/‰20408012018024030021.62161583.78386005.40546572.9737227.0277021.62167589.1892135.2941417.64711994.11763917.647148005517.64717241.1765149.65991993.19731442.17693578.23135741.49662993.19732809.5238△SCOD增长率的变化分析△SCOD增加值随微波作用时间的变化如图3－8所示。图3－8△SCOD增加值随微波作用时间的变化由图3－8可知，总的来说，在微波微波能量密度为4W/m，3.2W/ml时，随着微波微波能量密度与破解时间的增加，有所增加。总的有一个上升的趋势，在微波能量密度为4W/ml下，△SCOD增加率开始时增长较显著，在微波处理110秒后，增长开始缓慢下来，而在微波能量密度为2.4W/ml下处理，△SCOD增加率起伏很大，总体是上升的，局部有上升和下降，较不稳定，在190秒有一个△SCOD增加率最高值，需要进一步研究分析。以上数据结果小结得出时间，微波能量密度是影响剩余污泥处理效果的两个重要因数。在微波微波能量密度为4W/m，3.2W/ml时，微波处理后污泥的SCOD增长非常快，处理剩余污泥效果好，有优势。由以上4组数据和图可以分析得，污泥微波处理后TS，VS，TCOD和SCOD都有所增长，而增长速度最快的是SCOD，几倍几倍地增加。3.4含水率为97.5%的污泥微波破解试验结果本组试验被破解污泥的TS是6300~6800mg/L，本研究主要进行了输出功率为800W，640W，480W时破解时间分别：40s，120s，180s，240s，300s的200ml剩余污泥的试验，即微波能量密度为4W/ml，3.2W/m，2.4W/ml时破解污泥的试验。主要试验结果如下。3.4.1△TS溶解率的变化△TS溶解率变化的数据本文将微波破解后的剩余污泥TS扣除破解前TS值定义为△TS增加值(mg/L)。△TS增加值比上原剩余污泥得TS定义为△TS溶解率变化（‰），所得的数据如下表3－10表3－10含水率为99％的污泥在不同微波微波能量密度下△TS溶解率随时间的变化微波作用时间/S4W/ml微波能量密度下△TS溶解率变化/‰3.2W/ml微波能量密度下△TS溶解率变化/‰2.4W/ml微波能量密度下△TS溶解率变化/‰4012018024030017.81728.50840.08981.9671.26916.81535.49722.88745.30644.83918.00111.57211.57215.75125.394△TS溶解率的变化分析△TS增加值随微波作用时间的变化如图3－9所示。图3－9△TS增加值随微波作用时间的变化由图3－9可知，总的来说，随着微波微波能量密度与破解时间的增加，△T