紅外超聲波處理對(duì)城市剩余污泥失水率的影響

任穎　吳忠紅

摘要：剩余污泥是指城市污水處理廠污水處理后所產(chǎn)生的固態(tài)沉積物。文章所述實(shí)驗(yàn)以壓濾剩余污泥為材料，結(jié)合紅外處理，研究不同頻率、不同時(shí)間的超聲波處理對(duì)污泥失水率的影響，并得出了較為科學(xué)的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：剩余污泥；紅外處理；超聲波處理；失水率；污水處理；固態(tài)沉積物 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X703 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0085-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.044

剩余污泥是指城市污水處理廠污水處理后所產(chǎn)生的固態(tài)沉積物。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，所需能耗日益增多，由此產(chǎn)生的污水量逐漸增加，相應(yīng)的污泥量也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。污泥處理處置已成為困擾污水處理廠和全社會(huì)的重大問(wèn)題，其主要原因是含水量過(guò)高，未經(jīng)處理的污泥含水率高達(dá)95%以上。經(jīng)機(jī)械脫水后仍有80%以上，后續(xù)處置十分困難。開發(fā)新的處理工藝，提高污泥的失水率，不僅可以解決剩余污泥的處理問(wèn)題，而且可以保護(hù)環(huán)境、回收資源，具有重大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益。超聲波是頻率高于20kHz的聲波。超聲波作用下的污泥不斷被壓縮和膨脹，使內(nèi)部可產(chǎn)生氣穴泡，且不斷成長(zhǎng)，并最終共振“內(nèi)爆”產(chǎn)生超高溫（5000℃）、高壓（500bar），同時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)力水噴射流形成巨大的水力剪切力，對(duì)污泥絮體結(jié)構(gòu)與污泥中微生物細(xì)胞壁產(chǎn)生巨大的破壞，使細(xì)胞質(zhì)和酶從細(xì)胞中溶出，使污泥的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)發(fā)生不同程度的改變，從而有益于污水廠運(yùn)行及污泥處置。為了處理方便，本試驗(yàn)以壓濾剩余污泥為材料，進(jìn)行紅外（模擬太陽(yáng)能）、超聲波處理，研究紅外超聲波處理對(duì)剩余污泥失水率的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

壓濾剩余污泥來(lái)自山西省臨汾市污水處理廠。

1.2 儀器設(shè)備

變頻超聲波處理器、電子天平、電熱恒溫烘箱、干燥器。

1.3 測(cè)定方法

超聲波處理頻率設(shè)45kHz、80kHz、100kHz三個(gè)水平，超聲波處理時(shí)間設(shè)5min、10min、15min三個(gè)水平，烘箱處理時(shí)間設(shè)10min、20min、30min三個(gè)水平。對(duì)照不設(shè)超聲波處理。

1.3.1 超聲波處理。取壓濾剩余污泥于包裝袋中，超聲波處理。

1.3.2 紅外處理（模擬太陽(yáng)能）。鋁盒在105℃烘箱中烘烤2h，移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重為W0g。

取超聲處理后的泥樣5g左右，均勻地平鋪在鋁盒中，蓋好，稱重為W1g。

揭開鋁盒蓋，放在盒底下，置于已預(yù)熱至40℃的烘箱中烘烤，取出，蓋好，移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱至恒重為W2g。

1.3.3 結(jié)果計(jì)算。失水率=（W1-W2）/（W1-W0）×100%。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行Duncan′s新復(fù)極差多重比較進(jìn)行顯著性分析，Microsoft Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波頻率對(duì)污泥失水率的影響

從圖1可以看出：（1）紅外處理10min后，各處理與對(duì)照相比，超聲波處理后的污泥失水率顯著提高，其中45kHz處理和100kHz處理達(dá)到極顯著水平；各處理之間相比，45kHz處理的污泥失水率極顯著地高于80kHz處理，顯著地高于100kHz處理，100kHz處理和80kHz處理之間差異不顯著。（2）紅外處理20min后，各處理與對(duì)照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率顯著地高于對(duì)照，80kHz處理與對(duì)照之間的差異不顯著；各處理之間相比，45kHz處理的污泥失水率極顯著地高于80kHz，與100kHz處理之間的差異不顯著。（3）紅外處理30min后，各處理與對(duì)照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率顯著地高于對(duì)照，其中45kHz處理達(dá)到極顯著水平，80kHz處理和對(duì)照之間的差異不顯著；各處理之間相比，45kHz處理的污泥失水率顯著地高于100kHz處理和80kHz處理，100kHz處理和80kHz處理之間差異不顯著。

從圖2可以看出：（1）紅外處理10min后，各處理與對(duì)照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率極顯著地高于對(duì)照，80kHz處理與對(duì)照之間的差異不顯著；各處理之間相比，45kHz處理的污泥失水率極顯著地高于其他兩個(gè)處理，100kHz處理的污泥失水率顯著地高于80kHz處理。（2）紅外處理20min、30min后，各處理與對(duì)照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率極顯著地提高，80kHz處理的污泥失水率顯著地提高；各處理之間相比，差異達(dá)極顯著水平。

從圖3可以看出：（1）紅外處理10min后，各處理與對(duì)照相比，45kHz處理的污泥失水率極顯著地高于對(duì)照，其他處理與對(duì)照之間的差異不顯著；各處理之間相比，45kHz處理的污泥失水率極顯著地高于其他處理。（2）紅外處理20min后，各處理與對(duì)照相比，超聲波處理后的污泥失水率顯著提高，其中45kHz處理和100kHz處理達(dá)到極顯著水平；各處理之間相比，45kHz處理的污泥失水率極顯著地高于其他處理，100kHz處理和80kHz處理之間差異不顯著。（3）紅外處理30min后，各處理與對(duì)照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率極顯著地高于對(duì)照，80kHz處理和對(duì)照之間的差異不顯著；各處理之間相比，45kHz處理的污泥失水率極顯著地高于其他處理，100kHz處理的污泥失水率顯著地高于80kHz處理。

從圖1、圖2、圖3可以看出：超聲波時(shí)間相同時(shí)，不同頻率的超聲波處理對(duì)污泥失水率的影響效果如下：45kHz>100kHz>80kHz。

2.2 超聲波時(shí)間對(duì)污泥失水率的影響

從圖4可以看出：紅外處理10min、20min、30min后，各處理與對(duì)照相比，不同時(shí)間的超聲波處理的污泥失水率顯著提高，并且達(dá)到極顯著水平；各處理之間相比，差異不顯著。endprint

從圖5可以看出：（1）紅外處理10min后，各處理與對(duì)照相比，差異不顯著；各處理之間相比，差異也不顯著。（2）紅外處理20min、30min后，各處理與對(duì)照相比，不同時(shí)間的超聲波處理的污泥失水率顯著提高；各處理之間相比，差異不顯著。

從圖6可以看出：（1）紅外處理10min后，各處理與對(duì)照相比，不同時(shí)間的超聲波處理的污泥失水率顯著提高，其中5min處理和10min處理達(dá)到極顯著水平；各處理之間相比，差異不顯著。（2）紅外處理20min、30min后，各處理與對(duì)照相比，差異不顯著；各處理之間相比，差異也不顯著。從圖4、圖5、圖6可以看出：超聲波頻率相同時(shí)，不同時(shí)間的超聲波處理對(duì)污泥失水率的影響無(wú)顯著差異。

2.3 紅外時(shí)間對(duì)污泥失水率的影響

從圖7可以看出：隨著紅外時(shí)間增加，污泥失水率呈逐上升趨勢(shì)。不同處理之間差異極顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

由于污泥處理主要利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)，因此低頻下效果較好。本試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波處理時(shí)間一定時(shí)，45kHz超聲波處理可以顯著地提高污泥失水率。超聲波能有效地破壞菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，將其內(nèi)部包含水被釋放成為比較容易去除的自由水。在超聲波頻率一定的條件下，時(shí)間對(duì)污泥失水率也有影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同時(shí)間超聲波處理之間的差異雖不顯著，但污泥失水率并不與時(shí)間成正比，因此控制時(shí)間尤為重要。從本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以看出，最優(yōu)處理組合為45kHz超聲波處理5min后紅外處理30min，失水率高達(dá)13.60%。

另外，本試驗(yàn)利用烘箱處理模擬太陽(yáng)能干燥污泥，從圖1至圖7可以看出，污泥失水率與烘箱處理時(shí)間成正相關(guān)。因此在實(shí)踐中，利用超聲波處理結(jié)合可再生的太陽(yáng)能對(duì)污泥脫水的方法，不但具有節(jié)能、成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且充分利用了太陽(yáng)能等可再生能源，具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 安麗，陳祖奇，潘智生.污泥處置方法的研究[J].環(huán)境工程，2000，（1）.

[2] G.R.Chang，J.C.Liu，D.J.Lee.Co-conditioning and dewatering of chemical sludge and waste activated sludge[J].Wat.Res.，2001，35（3）.

[3] 李丹陽(yáng)，陳剛，張光明.超聲波預(yù)處理污泥研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4（8）.

[4] 李兆輝，王曉，胡永定，等.超聲波處理城市污泥的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科技，2010，23（4）.

[5] 丘錦榮，吳啟堂，衛(wèi)澤斌，等.城市污泥干燥研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境，2007，16（2）.

作者簡(jiǎn)介：任穎（1993-），女，山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)生，研究方向：土壤理化性質(zhì)檢測(cè)、植物遺傳育種。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint