畢業(yè)論文----微波作用下剩余污泥破解實(shí)驗(yàn)研究

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ</b></p><p>　　ABSTRACT..........................................................................................................

2、....................Ⅱ</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1污泥的挑戰(zhàn)1</p><p>　　1.1.1我國污泥處理處置的背景與問題1</p><p>　　1.1.2污泥處理處置的國際經(jīng)驗(yàn)2</p><p>　　1.1.3剩余污

3、泥的形成過程3</p><p>　　1.1.4剩余污泥的結(jié)構(gòu)及特性4</p><p>　　1.2污泥厭氧消化5</p><p>　　1.2.1厭氧消化的原理5</p><p>　　1.2.2污泥厭氧消化存在的問題及污泥破解處理的意義6</p><p>　　1.3污泥破解技術(shù)的研究進(jìn)展6</p>

4、<p>　　1.3.1 物理方法6</p><p>　　1.3.2 化學(xué)法9</p><p>　　1.3.3 組合方式破解法12</p><p>　　1.3.4 污泥破解技術(shù)小結(jié)13</p><p>　　1.4微波概述13</p><p>　　1.4.1 微波加熱原理15</p>

5、<p>　　1.4.2 微波加熱發(fā)生器系統(tǒng)15</p><p>　　1.5 微波破解污泥的主要影響因素16</p><p>　　1.5.2 污泥性質(zhì)16</p><p>　　1.5.3 反應(yīng)條件17</p><p>　　1.5.4 反應(yīng)器形狀、結(jié)構(gòu)17</p><p>　　1.6 本文研究的

6、主要目的及內(nèi)容17</p><p>　　第二章 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法19</p><p>　　2.1 污泥來源19</p><p>　　2.2 試驗(yàn)主要裝置及儀器試劑19</p><p>　　2.2.1 試驗(yàn)主要裝置19</p><p>　　2.2.2 儀器及試劑20</p><p&

7、gt;　　2.3 微波破解試驗(yàn)方法21</p><p>　　2.3.1 剩余污泥含水率試驗(yàn)21</p><p>　　2.3.2 微波破解不同含水率的污泥試驗(yàn)21</p><p>　　2.3.3 微波破解各含水率污泥綜合試驗(yàn)22</p><p>　　2.4 分析項(xiàng)目和試驗(yàn)方法22</p><p>　　第三章

8、 實(shí)結(jié)果與討論24</p><p>　　3.1 含水率計算結(jié)果列表24</p><p>　　3.2 含水率為99.5%的污泥微波破解試驗(yàn)結(jié)果24</p><p>　　3.3 含水率為99%的污泥微波破解試驗(yàn)結(jié)果33</p><p>　　3.4 含水率為97.5%的污泥微波破解試驗(yàn)結(jié)果39</p><p>　

9、　3.5 溫度變化45</p><p>　　3.6 pH變化48</p><p>　　3.7 △SCOD與比能耗的關(guān)系51</p><p>　　3.8 △TS減少率隨比能耗的變化56</p><p>　　3.9 △VS減少率與比能耗的變化關(guān)系59</p><p>　　3.10 溫度增加與比能耗的關(guān)系

10、62</p><p>　　第四章 微波輻射機(jī)理66</p><p><b>　　結(jié)論67</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)68</b></p><p><b>　　致謝71</b></p><p><b>　　第一章 緒論

11、</b></p><p><b>　　1.1污泥的挑戰(zhàn)</b></p><p>　　目前世界上80％[1]以上的污水處理廠應(yīng)用的是活性污泥法處理污水，它最大的弊端就是處理污水的同時產(chǎn)生驚人的大量剩余污泥。污泥中的固體有的是截留下來的懸浮物質(zhì)，有的是由生物處理系統(tǒng)排出的生物污泥，有的則是因投加藥劑而形成的化學(xué)泥，污水處理廠產(chǎn)生的污泥量約為處理水體積的0.15

12、 % —1 %左右 。污泥的處理和處置，就是要通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，使污泥得到再利用或以某種不損害環(huán)境的形式重新返回到自然環(huán)境中。這些污泥一般富含有機(jī)物、病菌等，若不加處理隨意堆放，將對周圍環(huán)境產(chǎn)生新的污染。</p><p>　　對這些污泥處理方法主要有：農(nóng)用、填海、焚燒、埋地。但這些方法都無一例外地存在弊端。如污泥中重金屬的含量通常超過農(nóng)用污泥重金屬最高限量的規(guī)定。此外，污泥中還含有病原體、寄生蟲卵等， 如農(nóng)業(yè)利

13、用不當(dāng)，將對人類的健康造成嚴(yán)重的危害。填埋處置容易對地下水造成污染，同時大量占用土地。焚燒處置雖可使污泥體積大幅減小，且可滅菌，但焚燒設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較大。投放遠(yuǎn)洋雖可在短期內(nèi)避免海岸線及近海受到污染，但其長期危害可能非常嚴(yán)重，因此，已被界上大多數(shù)國家所禁用。</p><p>　　1.1.1我國污泥處理處置的背景與問題</p><p>　　據(jù)估算，目前我國城市污水處理廠每年排放的污

14、泥量（干重）大約為130萬噸，而且年增長率大于10%，特別是在我國城市化水平較高的幾個城市與地區(qū)，污泥出路問題已經(jīng)十分突出。如果城市污水全部得到處理，則將產(chǎn)生污泥量（干重）為840萬噸，占我國總固體廢棄物的3.2％。</p><p>　　目前，我國污泥處理處置主要方法中，污泥農(nóng)用約占44.8%、陸地填埋約占31%、其它處置約10.5%、沒有處置約13.7%，這些所謂的“處理”和“處置”基本上都是在特定的條件下估算

15、的，嚴(yán)格來說以上數(shù)字將會有很大變化。據(jù)統(tǒng)計，我國用于污泥處理處置的投資約占污水處理廠總投資的20～50%，可以看出，污泥處理處置處于嚴(yán)重滯后狀態(tài)。</p><p>　　污泥處理處置問題已經(jīng)在大城市中顯現(xiàn)出來。早期的污水處理廠，由于沒有嚴(yán)格的污泥排放監(jiān)管，普遍將污水和污泥處理單元剝離開來，為了追求簡單的污水處理率，盡可能地簡化、甚至忽略了污泥處理處置單元；有的還為了節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用將已建成的污泥處理設(shè)施長期閑置，甚至將

16、未做任何處理的濕污泥隨意外運(yùn)、簡單填埋或堆放，致使許多大城市出現(xiàn)了污泥圍城的現(xiàn)象并已開始向中小城市蔓延，給生態(tài)環(huán)境帶來了極不安全的隱患。目前我國雖然對污泥問題開始關(guān)注，但仍然停留在技術(shù)層次，2003年開始，我國主要大城市，開始嘗試進(jìn)行污泥處理處置規(guī)劃，對其技術(shù)方案進(jìn)行了充分論證，如：廣州市近期采取生污泥填埋，遠(yuǎn)期將用于農(nóng)肥；深圳市已完成專項(xiàng)規(guī)劃，擬采取熱干化加焚燒工藝；上海市則根據(jù)不同情況，采取處理分散化、處置集約化、技術(shù)多元化的方針；

17、天津市計劃建設(shè)3座污泥處理場，采用污泥消化發(fā)電工藝，但尚無污泥最終處置的方法；北京市污泥處理處置專項(xiàng)規(guī)劃還未經(jīng)審批，土地利用將是主要發(fā)展趨勢。</p><p>　　1.1.2污泥處理處置的國際經(jīng)驗(yàn)</p><p>　　污水和污泥是解決城市水污染問題同等重要又緊密關(guān)聯(lián)的兩個系統(tǒng)。污泥處理處置是污水處理得以最終實(shí)施的保障，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，污泥處理處置是極其重要的環(huán)節(jié)，其投資約占污水處理廠總投資

18、的50～70%。</p><p>　　污泥處理處置方法主要有填埋、焚燒和多種形式的土地利用。由于各國具體情況不同，選擇的方法各有側(cè)重。在美國土地利用逐漸占據(jù)主角，80年代末以填埋為主約占42%，1998年土地利用急劇上升至59%，預(yù)計2005年土地利用的比例將上升至66%；日本由于國土面積較小，以焚燒為主約占63%，土地利用22%，填埋5%，其它約10%；歐盟各成員國的側(cè)重不盡相同，目前盧森堡、丹麥和法國主要以污

19、泥農(nóng)用為主，愛爾蘭、芬蘭和葡萄牙等國污泥農(nóng)用的比例還會逐步增加，而法國、盧森堡、德國和荷蘭則計劃加大焚燒的比例。即使一個國家的不同地區(qū)也有所側(cè)重，如在英國北部大型工業(yè)城市，由于污泥中重金屬含量較高且含有一些有毒成分，因此焚燒比例較大約占50%，而英國的其它城市則以污泥土地利用為主。</p><p>　　以上分析得到兩點(diǎn)啟發(fā)：一是各國都把污泥處理處置作為污水處理系統(tǒng)的非常重要的環(huán)節(jié)，給予巨大投入，使污染治理能劃上一

20、個完整的句號，這是成熟的污水處理思路；二是不同國家和地區(qū)因地制宜地采取了適合各自國情的污泥處理處置技術(shù)路線，主要考慮因素為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地資源、城市化程度等。</p><p>　　一般每去除1kg的BOD5就產(chǎn)生15~100L活性污泥，這些污泥含水率達(dá)到95％以上，剩余污泥處理的成本高昂，約占污水廠運(yùn)行費(fèi)用的25％～65％[2]。 歐洲國家每年用于處理剩余污泥的費(fèi)用就高達(dá)28億人民幣。顯而易見，任何有利于減

21、少剩余污泥的措施都將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 因此，首先對污泥進(jìn)行處理有利于污泥處置費(fèi)用的降低，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益，使污泥處置更加安全，造福社會和人群。</p><p>　　1.1.3剩余污泥的形成過程</p><p>　　污泥的來源和形成十分復(fù)雜，不同來源的污泥存在差異，形成過程對污泥的物理化學(xué)特性同樣有實(shí)質(zhì)的影響。 了解污泥的來源，尤其形成過程特性意義重大，是研究污泥理化性質(zhì)的基礎(chǔ)

22、，處理污泥的前提，選擇技術(shù)的依據(jù)。</p><p>　　本文主要研究的是污水的二級生物處理工藝出來的污泥。二級生物處理工藝(生物膜法和活性污泥法)主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物質(zhì)，有機(jī)物從污水中去除過程的實(shí)質(zhì)就是有機(jī)底物作為營養(yǎng)物質(zhì)被微生物攝取、代謝與利用的過程。這一過程的結(jié)果是污水得到凈化，微生物獲得能量合成新的細(xì)胞。在穩(wěn)定運(yùn)行的生物處理系統(tǒng)中，為維持-恒定的生生物量，每天新增加生物細(xì)胞物質(zhì)，需要作

23、為剩余污泥(活性污泥法)和脫落的生物膜排放。污泥處理是比污水處理耗費(fèi)更大的工程。雖然剩余污泥的產(chǎn)生量通常僅為處理廢水體積的1%以下[3]，但其處理費(fèi)用一般占到污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的25%-40%，甚至高達(dá)60%[4]。剩余污泥如果處理或處置不當(dāng)，會對環(huán)境形成危害。因此，無論從污染物凈化的完著程度，廢水處理技術(shù)開發(fā)中的重要性及投資比例，污泥處理都占有重要地位。</p><p>　　據(jù)1996年對全國29家城市污水處

24、理廠的調(diào)查，每處理萬噸廢水污泥的產(chǎn)生量為0.3～3.0噸(干重)。1992年上海市以實(shí)際廢水處理量核算的萬噸廢水的污泥產(chǎn)生量為2.2～3.2噸(干重)。近幾年來，我國城市污水廠的建設(shè)數(shù)量將會大幅增加，剩余污泥的產(chǎn)生量也會越來越大。以2000年為例，2000年我國工業(yè)和城市生活污水排放總量為415億噸，其中工業(yè)廢水排放量為194億噸，處理率為94.7%，城市生活污水排放量為221億噸，處理率為25%。假設(shè)工業(yè)廢水與生活污水處理工藝65%采

25、用生物處理，則可得，2000年我國產(chǎn)生的干污泥量約為420萬噸，折合含水率為80%的脫水污泥為2100萬噸。另外，影響污泥產(chǎn)率的主要因素是單位污水處理量中的BOD和懸浮物(SS)去除量。這樣，在處理過程中采用了深度處理(三級處理)工藝的污水廠，一般而言，污泥產(chǎn)量是未采用深度處理工藝的污水廠的0.5-1倍。隨著城市人口的增長、市政服務(wù)設(shè)施的不斷完善，預(yù)計我國城市污水量在未來20年還會有較大增長，預(yù)計2010年污水排放量將達(dá)到440X108

26、m3/d，2020年污水排放量將達(dá)到536×108 m3/d[5]。隨著污水處理技術(shù)的</p><p>　　1.1.4剩余污泥的結(jié)構(gòu)及特性</p><p>　　1.1.4.1物理特性</p><p>　　污泥的普遍特性為含水量高，脫水性很差，其組成粒子為水中懸浮固體經(jīng)不同方式膠結(jié)凝聚而成，結(jié)構(gòu)松散，形狀不規(guī)則，高度非均勻，比表面積與孔隙率極高(孔隙率常大于

27、99 %)，具有分形結(jié)構(gòu)，外觀上具有類似絨毛的分支與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 污泥含水和脫水性與污泥物理結(jié)構(gòu)密切關(guān)聯(lián)、相互依賴耦合存在強(qiáng)烈作用。</p><p>　　1.1.4.2 化學(xué)特性</p><p>　　污泥顆粒的形成與結(jié)構(gòu)維持受許多因素的共同影響，化學(xué)與生物化學(xué)特性顯然是最重要的影響因素之一，其作用可以從三個方面認(rèn)識，化學(xué)生物反應(yīng)與生成物質(zhì)組成、化學(xué)吸附與生物纖維的凝絮作用和生成污泥的后續(xù)化學(xué)

28、與生物演化過程。 利用生物鑒定技術(shù)和化學(xué)分析方法探討污泥結(jié)構(gòu)，從對細(xì)胞間質(zhì)( ECPs ， extrocelluar polymers) 的萃取和成分鑒定發(fā)現(xiàn)[6]，鈣離子等金屬成分、絲狀菌等可能是產(chǎn)生化學(xué)與生物絮凝的原因之一。 比如，菌體細(xì)胞聚集形成膠質(zhì)網(wǎng)狀體完全決定了污泥的特性，甚至以后的演化方向。 有研究者根據(jù)上述結(jié)果，試圖配制人工污泥( synthetic sludge)，用來模擬實(shí)際的污泥，已經(jīng)取得一定的成果[7]。</

29、p><p>　　綜上所述，剩余活性污泥主要由懸浮的污泥絮體構(gòu)成，而絮體是由大量的分散微生物細(xì)菌通過胞外多聚物(ECP)、陽離子(如Ca2+)和其他細(xì)顆粒架橋而組成。ECP的兩個主要來源為:微生物的新陳代謝和自溶，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂類;污水本身?；钚晕勰喾ǖ闹饕攸c(diǎn)是降解污染物的細(xì)菌能通過胞外多聚物的生物絮凝而成為顆粒較大的絮體，從而能在二沉池中較好的沉降并與處理后的出水較好地分離。</p><

30、;p>　　表1－1兩個污水廠剩余污泥的主要特征</p><p>　　a除總固體外，百分比表示占污泥得干重的百分比；</p><p><b>　　b以乙醚可萃取物；</b></p><p>　　c初沉污泥與剩余污泥。</p><p>　　活性污泥中有機(jī)物含量高達(dá)60%~70%，而且含豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素。表1-

31、1是我兩個污水廠污泥主要特性的測試結(jié)果[8]。由表1-1可以看出，剩余污泥中有機(jī)物含量較高，易發(fā)生厭氧降解，易腐敗及產(chǎn)生惡臭，對環(huán)境造成一定危害。因此需要采用一定的污泥穩(wěn)定化工藝使污泥中有機(jī)物達(dá)到穩(wěn)定。</p><p><b>　　1.2污泥厭氧消化</b></p><p>　　污泥厭氧消化不僅現(xiàn)在是，而且未來仍是應(yīng)用最為廣泛的污泥穩(wěn)定化工藝。厭氧消化較其他穩(wěn)定化工藝

32、獲得廣泛應(yīng)用的原因是它具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1) 產(chǎn)生能量(甲烷)</p><p>　　(2) 使最終需要處置的污泥體積減少30％～50％</p><p>　　(3) 消化完全時，可以消除惡臭</p><p>　　(4) 殺死病原微生物</p><p>　　(5) 消化污泥容易脫水，含有機(jī)肥效成分，適用

33、于改良土壤</p><p>　　1.2.1厭氧消化的原理</p><p>　　厭氧消化 (以下簡稱消化)是利用厭氧條件下厭氧菌群的作用，使有機(jī)物經(jīng)液化、氣化而分解成穩(wěn)定物質(zhì)的過程。在這一過程中，部分病菌、寄生蟲卵被殺死，固體達(dá)到減量化的目的。</p><p>　　污泥厭氧消化是一及其復(fù)雜的過程。厭氧消化分為三個階段。第一階段是在水解與發(fā)酵細(xì)菌的作用下，使碳水化合物、

34、蛋白質(zhì)、脂肪水解與發(fā)酵轉(zhuǎn)化成單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、及二氧化碳、氫等;第二階段是在產(chǎn)氫產(chǎn)酸的作用下，將第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成氫。二氧化碳和乙酸;第三階段是甲烷化過程，即通過產(chǎn)申烷菌的作用，生成甲烷。污泥厭氧消化的控制步驟是水解步驟[9~10]。</p><p>　　1.2.2污泥厭氧消化存在的問題及污泥破解處理的意義</p><p>　　我國應(yīng)用最廣的厭氧消化技術(shù)是厭氧中溫消化技術(shù)。污泥

35、中溫厭氧消化工藝，存在著反應(yīng)速度慢，污泥在池內(nèi)的停留時間過長，池體體積龐大，操作管理復(fù)雜，產(chǎn)氣中甲烷含量低等缺點(diǎn)。國內(nèi)大部分大型污水處理廠一般均建設(shè)有污泥消化池，但真正能夠正常運(yùn)行使用卻不多。</p><p>　　剩余污泥中大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)存在于微生物細(xì)胞內(nèi)，微生物細(xì)胞的細(xì)胞壁是一穩(wěn)定的半剛性結(jié)構(gòu)，起著保護(hù)細(xì)胞的作用。細(xì)胞壁屬于生物難降解惰性物質(zhì)，細(xì)胞壁的破解較為困難，導(dǎo)致厭氧污泥消化過程需要較長的停留時間。胞壁的

36、水解反應(yīng)是污泥厭氧消化速率的限制步驟。為縮短污泥厭氧消化時間，減少污泥量和消化池體積，國外對污泥預(yù)處理技術(shù)有許多研究，例如在污泥厭氧消化前進(jìn)行污泥破解，以促進(jìn)消化速率。污泥破解的目的就是破壞污泥的結(jié)構(gòu)及細(xì)胞壁，使污泥絮體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)含物流出，進(jìn)入水相，變難降解的固體性物質(zhì)為易降解的溶解性物質(zhì)。破解污泥后，水相中的有機(jī)物含量會在較短時間內(nèi)會大大增加，從而縮短厭氧消化的停留時間，另外，還會大大提高生物產(chǎn)氣量。</p>

37、<p>　　1.3污泥破解技術(shù)的研究進(jìn)展</p><p>　　污泥破解技術(shù)有:物理法，化學(xué)法，生物方法及一些組合的方法等。本文主要介紹用非生物方法進(jìn)行污泥的破解研究。</p><p><b>　　1.3.1物理方法</b></p><p>　　物理法———泛指通過外加能量或應(yīng)力以改變污泥性質(zhì)的方法，如冷凍融化處理、加熱處理、超聲波

38、處理、高壓處理等[11] 。 在控制良好的情況下，凍融處理可以同時減少污泥內(nèi)的致病菌量以及大幅改善脫水性，大幅降低污泥后處理的成本，但是它面臨的問題是如何有效地設(shè)計機(jī)械冷凍設(shè)備。 超聲波振蕩、沸騰熱處理都可以有效破壞污泥顆粒的結(jié)構(gòu)，但是同時也會帶來脫水性能變異的影響。</p><p>　　1.3.1.1機(jī)械方法</p><p>　　機(jī)械破解方法主要有:高壓噴射法、珠磨法、超聲波法等。<

39、;/p><p>　　1.3.1.1.1 高壓噴射法</p><p>　　Chio[12]等人研究了高壓噴射法對污泥破解的影響。其破解步驟為:污泥經(jīng)過一孔徑為710Wm的篩網(wǎng)，除去砂子等雜質(zhì)，進(jìn)入貯泥池;利用一高壓泵將污泥加壓，經(jīng)過一直徑很小的噴嘴(Φ1.2 mm)；高速(30－100 m/s)噴射至一平板上，強(qiáng)大的撞擊力是導(dǎo)致污泥破解的主要原因，而后污泥進(jìn)入貯泥池，完成一次處理。為達(dá)到滿意的結(jié)

40、果，該過程可以循環(huán)數(shù)次進(jìn)行。高壓噴射法是一種較有效的破解方式，一般在噴射壓力為50 bar狀況下，處理5次，可以使86 %的總蛋白質(zhì)溶出，處理1次，就可使溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)由152 mg/L上升至1250 mg/L。</p><p>　　1.3.1.1.2 珠磨法</p><p>　　珠磨法的主要設(shè)備是珠磨機(jī)。其主體是一圓筒形的腔體，內(nèi)有帶有圓盤狀的軸，腔體內(nèi)裝有鋼或是玻璃制的小

41、珠，以提高破解效果。在珠磨機(jī)內(nèi)由于電機(jī)帶動的圓盤高速旋轉(zhuǎn)，使污泥與珠子攪動，細(xì)胞的破解由剪切力層間的碰撞與珠的滾動引起。Muller[13]等人研究了攪拌研磨對污泥破解的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)能量輸出為l0000 kJ/kg·SS時，COD的溶出率可達(dá)90%。</p><p>　　1.3.1.1.3超聲波法</p><p>　　Uwe Nei等人[14]還進(jìn)行了利用低頻超聲波技術(shù)

42、處理污泥(53%初沉污泥、47%剩余污泥)及其對中溫厭氧消化促進(jìn)作用的中試研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用超聲波(31kHz，3.6kW)處理污泥64秒后，污泥中溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)從630 mg/L提高到2270 mg/L。由于空化過程釋放的能量以熱的形式被污泥吸收，處理后污泥的溫度從15℃上升至450 ℃。后續(xù)的半連續(xù)式中溫厭氧消化試驗(yàn)表明超聲波破解污泥可以使厭氧消化的停留時間從22天下降至8天，產(chǎn)氣量也有顯著提高。破解后污泥的溫度對厭

43、氧消化未造成不良影響。</p><p>　　曹秀芹 [15]等研究了不同聲能密度下，超聲破解剩余污泥的情況。結(jié)果表明，聲能密度為0.25 W/ml，破解污泥30min，污泥上清液中溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)值從133 m/L上升到2566 m/L；而聲能密度為0.5 W/ml下，破解污泥30 min后SCOD值從133 mg/L上升到4532 mg/L。</p><p>　　在較低的能量

44、輸出下，超聲波破解只是破壞了污泥的絮體結(jié)構(gòu)，而不會破壞污泥細(xì)胞。D.J. Lee 等人[16]研究了在低能量輸出條件下污泥的破解情況及其對中溫厭氧消化的促進(jìn)作用。結(jié)果表明，在超聲頻率為20KHz，聲強(qiáng)為0.33 W/ml時，破解污泥20min，污泥中SCOD與總化學(xué)需氧量(TCOD)間的比值SCOD/TCOD僅從0.06～0.08上升至0.1。對破解后污泥進(jìn)行厭氧消化的實(shí)驗(yàn)表明:未經(jīng)過破解的污泥6天累積產(chǎn)氣量為45gCH4/kgDS，而

45、經(jīng)破解后的污泥6天累積產(chǎn)氣量為l30gCH4/kgDS，產(chǎn)氣量大約提高了290%。</p><p>　　以上幾種機(jī)械破解方法都可以有效的破壞污泥結(jié)構(gòu)及污泥胞壁，釋放其胞內(nèi)物質(zhì)，但是該類方法一般能耗高. Harrison and Pandit [17]比較了高壓噴射法與超聲波法的能耗。結(jié)果表明，高壓噴射法的能耗為50 MJ/m3污泥，而超聲波法的能耗為179 MJ/m3污泥。Dicht[18]也比較了兩者的能耗，結(jié)

46、果表明，兩者的能耗分別為2~7 MJ/kgTS與200 MJ/kgTS，即超聲波的能耗較高。另外，高壓噴射法及珠磨法要求設(shè)備材料耐高壓、耐腐蝕。</p><p>　　1.3.1.2 加熱法</p><p>　　1.3.1.2.1傳統(tǒng)加熱法</p><p>　　高溫可以破壞污泥微生物機(jī)體基本組成物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪等。高溫下，蛋白質(zhì)會變性，細(xì)胞質(zhì)膜的脂肪受熱也會溶解使

47、膜產(chǎn)生小孔，引起細(xì)胞內(nèi)含物泄漏，所以，加熱也可用作污泥破解。P. Camacho 等人[19]研究了40～120℃高溫對污泥破解的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，40℃下，破解效果不明顯，60℃下加熱24hr可以使25%的TCOD溶出；95℃下加熱24 hr可以使30~35%的TCOD溶出；開始2 hr內(nèi)，兩者的反應(yīng)速度都很快，隨后速度變得很慢；120℃ 下，壓力為1bar時，破解45min，TCOD溶出率為35±7%。</p>

48、<p>　　使用傳統(tǒng)加熱法破解污泥的缺點(diǎn)是，要對加熱過程中產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行處理，處理量較大時，均勻加熱較困難，而且加熱法易造成反應(yīng)器的腐蝕問題。</p><p>　　1.3.1.2.2 微波加熱處理法</p><p>　　1.3.1.2.2.1 微波加熱處理污水廠污泥</p><p>　　國內(nèi)有不少微波干燥污泥的研究，傅大放[20]等人用輸出功率為75

49、0Ｗ微波爐實(shí)驗(yàn)室輻照污泥濃縮池污泥，研究發(fā)現(xiàn)污泥輻照45 min含水率可降為 36% ；鄒路易[21]等人微波輻照污泥濃縮池污泥研究表明：當(dāng)電耗小于0.2×10-3ｋＷ·ｈ時，污泥含水率仍在80%以上，電耗達(dá)到0.35×10-3ｋw·ｈ時污泥含水率可降至60% ，再繼續(xù)輻照，微波能量達(dá)到0.6×10-3ｋw·ｈ時，污泥基本干化至固體狀含水率只有20%，此外還研究微波功率，微波輻

50、照時間，試樣重量三個主要因素對污泥含水率的影響，正交實(shí)驗(yàn)表明對污泥含水率影響最大的是微波功率，其次是輻射時間，最后是所用污泥量。</p><p>　　1.3.1.2.2.2 微波處理工業(yè)污泥</p><p>　　全球每年工業(yè)產(chǎn)生的富油淤泥多達(dá)幾十億噸，我國也約有1億ｔ/ａ。傳統(tǒng)分離方法 ，如加熱并使用去乳化添加劑，再分離或填埋需耗用大量資金、能源并占據(jù)相當(dāng)多的土地。美國Camegie

51、Mellon 環(huán)保研究中心開發(fā)了含油淤泥的微波脫油技術(shù)[22]，研究表明，微波脫油處理比常規(guī)法快30倍，系統(tǒng)體積比常規(guī)的乳液分離系統(tǒng)小90%，大幅度降低了需要填埋處理的固體數(shù)量和費(fèi)用，成本只相當(dāng)于傳統(tǒng)方法處理成本的 1/10。</p><p>　　美國帝國原油回收公司[23]成功開發(fā)了原油淤泥微波脫油技術(shù)并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。其過程為：首先用微波輻射原始乳液，然后再以連續(xù)流動的方式離心分離，其中油料回收率為98%，

52、殘余固體可進(jìn)行填埋處理。由于脫油裝置是便攜式，可以流動作業(yè)。</p><p>　　綜上所述，微波技術(shù)處理廢物具有加熱速度快、有選擇性、加熱源與加熱材料不直接接觸，易于自動控制、節(jié)約能源等特點(diǎn)。只要我們加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，促進(jìn)各種技術(shù)的有效結(jié)合并注意微波泄露對人及周圍環(huán)境的危害，相信利用微波技術(shù)處理污泥會產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。</p><p><b>　　1.3.2 化學(xué)法&

53、lt;/b></p><p>　　化學(xué)法———以加入化學(xué)藥劑的方法去改變污泥的特性，如改變酸堿度、改變粒子濃度、添加無機(jī)金屬鹽類凝聚劑，或添加有機(jī)高分子絮凝劑、臭氧曝氣等[24] 。 其中加酸、電解質(zhì)、鋁鹽凝聚等處理因可以改變?nèi)芤簼B透壓力并直接影響微生物新陳代謝，對于減菌有相當(dāng)?shù)膸椭?，但是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜疏松、有機(jī)物比例偏高的污泥而言，不足以充分改變其組成顆粒的特性，因此無法有效改善其脫水性。 同時大量電解質(zhì)和

54、鋁鹽凝聚劑的使用會造成拋棄固體量的增加，可能更會對棄置土地產(chǎn)生長期影響，因此并不適合做理想的前處理方法。</p><p>　　1.3.2.1 臭氧氧化法</p><p>　　臭氧 (O3)是一種強(qiáng)氧化劑，利用臭氧的強(qiáng)氧化性，可以將部分污泥礦化為二氧化碳和水。同時，一部分污泥溶解為生物可降解性的物質(zhì)。Yasui 等人[25]研究了臭氧氧化破解對于污泥減量的影響。臭氧投加量為10mgO3/gM

55、LSS·d狀況下，氧化后的污泥回流處理后，可以使污泥產(chǎn)量減少50%，臭氧投加量增加到20 mgO3/gMLSS·d時，好氧系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無剩余污泥排放。臭氧氧化后的污泥之所以可進(jìn)行生物處理，是因?yàn)槌粞跹趸蟮奈勰嘀邪霐?shù)以上的碳是易生物降解的 [26]。但是，臭氧可能會與污水中其他還原性物質(zhì)反應(yīng)，臭氧氧化的效率取決于污泥的性質(zhì)和操作條件，所以，臭氧的最佳投量及投加方式控制復(fù)雜。</p><p>　

56、　1.3.2.2 氮?dú)庋趸?lt;/p><p>　　氯氣也是一種氧化劑，在節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用方面，氯氣氧化要優(yōu)于臭氧氧化法。Saby 等人[27]研究了氯氣氧化破解污泥對于污泥減量的影響。結(jié)果表明，氯氣投量為133mgCl2/ gMLSS·d時，氧化后的污泥回流處理后，可以使污泥產(chǎn)量減少65%。由于氯氣的氧化能力低于臭氧，所以氯氣的投加量是臭氧的7-13倍。氯氣氧化后的污泥沉降性能很差(SVI>400)，

57、而且氯氣會與水中的某些物質(zhì)反應(yīng)生成三鹵甲烷(THMs)。 但是，當(dāng)好氧處理采用膜生物反應(yīng)器時，由于采用膜分離和強(qiáng)曝氣，可以將這些危害減少至最低。</p><p>　　1.3.2.3濕式氧化法</p><p>　　由Granit等開發(fā)的Mineralis工藝[28]采用濕式氧化法破解污泥。該工藝的與污水廠其他工藝結(jié)合在一起的流程圖如圖1-1示。</p><p>　　圖

58、1－1 Mineralis工藝與常規(guī)工藝結(jié)合的污水處理流程示意圖</p><p>　　該濕式氧化法不需要催化劑，利用該工藝處理來自法國、瑞士6個不同污水處理廠的污泥，結(jié)果發(fā)現(xiàn):在220℃下，破解后污泥COD的減少量為30～72%：300℃下，破解后污泥的COD的減少量為83～88％。 300℃下，對其中3家污水廠污泥破解后的瀝出液分析表明:瀝出液中揮發(fā)性脂肪酸(VFA)與小分子有機(jī)物的含量占TCOD的61~9

59、9％?？梢?，瀝出液可以作為反硝化的碳源。該方法也利于污泥減量，據(jù)估計，20噸濃縮后的污泥(含水率為55～60％)經(jīng)濕式氧化壓濾脫水后，可減少為0.6噸含水率為40~45％的泥餅。濕式氧化操作的壓力與溫度對處理效果影響較大，反應(yīng)要在高溫高壓下進(jìn)行，故要求反應(yīng)器材料耐高溫高壓及耐腐蝕，設(shè)備投資費(fèi)用高</p><p>　　1.3.2.4 堿解法</p><p>　　堿也可以溶解脂類物質(zhì)使污泥細(xì)

60、胞破解。林志高等人[29]研究了加堿破解污泥對于中溫厭氧消化的促進(jìn)作用。他們共進(jìn)行了4組厭氧消化試驗(yàn)，研究對象分別為：未經(jīng)破解的含1%TS的剩余活性污泥(A組)；20meq/LNaOH破解后的含10/DTS的污泥(B組)；40meq/LNaOH破解后的含1％TS的污泥(C組)；20meq/LNaOH破解后的含2%TS的污泥(D組)。結(jié)果表明，活性污泥經(jīng)堿預(yù)處理后，可促進(jìn)厭氧消化效率，即基質(zhì)的去除率增加，產(chǎn)氣量增加。而且，加堿量越大，產(chǎn)氣

61、組成中甲烷的比例越高。B， C， D三組去除單位基質(zhì)所產(chǎn)生的甲烷量均比A組高。加堿法存在的主要問題是，需要投加堿，增加了運(yùn)行費(fèi)用。而且，堿預(yù)處理過程中若哪值過高，會發(fā)生褐變反應(yīng)[29]生成較難生物降解的物質(zhì)，降低厭氧消化效率[29]。</p><p>　　1.3.3 組合方式破解法</p><p>　　1.3.3.1 熱堿法</p><p>　　過高或者是過低的p

62、H值會降低微生物對高溫的抵抗力，所以熱堿法也可以用來進(jìn)行污泥破解，其所需要的反應(yīng)時間比單純加熱或單純加堿短。 S. Tanaka等人［[30]的研究成果表明；在130℃下，NaOH 投加量為0.3gNaOH/g MLSS(污泥的pH值>12)時，處理5min，可以使53%的顆粒性COD溶解。將破解后的污泥與未經(jīng)破解的污泥進(jìn)行中溫厭氧消化的試驗(yàn)對比表明：在水力停留時間為2~8d時，破解后的污泥經(jīng)處理后可以使>60%的揮發(fā)性固體

63、(VSS)溶解，而未經(jīng)破解的污泥溶解率僅為16-36%。破解后污泥比甲烷產(chǎn)量是未處理污泥的4.6倍。該方法的主要缺點(diǎn)是耗時較長，需要投加藥劑，增加了運(yùn)行費(fèi)用。</p><p>　　1.3.3.2 熱氧化法</p><p>　　為了強(qiáng)化氧化的效果，可以采用熱氧化法進(jìn)行破解。P. Camacho等人[18]進(jìn)行了過氧化氫與加熱協(xié)同作用下破解污泥的研究。分別在60℃與95℃下進(jìn)行了氧化試驗(yàn)，破

64、解時間為1hr。結(jié)果表明，每消耗1摩爾H2O2可以釋放20mgTOC，在60℃與95℃時，TOC的釋放量分別為195mg/L與553mg/L，而單獨(dú)采用加熱破解時，TOC的釋放量分別為145mg/L與153 mg/L。可見，兩者的協(xié)同作用顯著。熱氧化法破解污泥時，易造成反應(yīng)器的腐蝕，過氧化氫有可能會與其他還原性物質(zhì)反應(yīng)，投加量較難控制。</p><p>　　1.3.3.3 超聲波與堿協(xié)同作用</p>

65、<p>　　Ying- Chiu等人[31]研究了超聲波與堿解聯(lián)合破解污泥(來自實(shí)驗(yàn)室自行培養(yǎng))效果，并考察了破解后污泥的產(chǎn)甲烷活性。他們采用兩種組合方式處理污泥。第一種是，向污泥中加1 mol/LNaOH 溶液堿解24 hr 后，再用超聲波處理400 min；第二種為用超聲波處理投加了1 mol/LNaOH溶液的污泥240min。結(jié)果表明，第一種方式破解后污泥SCOD/TCOD為89.3%，第二種方式破解后SCOD/TC

66、OD為77.9%。但是，同時使用堿與超聲波進(jìn)行處理的時間較短，破解速率要大得多。隨后進(jìn)行的產(chǎn)甲烷活性實(shí)驗(yàn)表明，采用第一種方式破解后的污泥經(jīng)10幾個小時后，總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)與總化學(xué)需氧量(TCOD)為66%；第二種方式經(jīng)21小時后，TVFA/TCOD為84%。</p><p>　　1.3.4 污泥破解技術(shù)小結(jié)</p><p>　　污泥破解技術(shù)可以溶出胞內(nèi)物質(zhì)，增加水相中可降解有機(jī)物

67、的含量，大大縮短污泥厭氧消化時間，縮小厭氧消化池的體積，從而使操作管理簡單；污泥破解程度較大時，可以終止污泥中微生物的活性，使污泥不經(jīng)厭氧消化，直接達(dá)到穩(wěn)定化，破解后污泥量也可減少?？梢钥闯觯勰嗥平饫谖勰嗟姆€(wěn)定化、減量化。污泥破解技術(shù)對于我國中小型污水處理廠(<10萬M3/d)更有吸引力，這類污水處理廠由于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)政策的原因，不愿建設(shè)厭氧消化池，即使建成厭氧消化池也不正常運(yùn)行，而且該類污水廠污泥產(chǎn)量較低。所以，能夠促

68、進(jìn)厭氧消化性能，使厭氧消化操作管理簡單，甚至不需厭氧消化就可使污泥穩(wěn)定的污泥破解技術(shù)，比較易于在這類污水廠中得到推廣。以上所列舉介紹的污泥破解技術(shù)中，化學(xué)方法需要投加大量藥劑，投加量控制復(fù)雜；機(jī)械方法破解效果最好，但能耗較大，而傳統(tǒng)加熱處理法易造成反應(yīng)器的腐蝕，污泥量大時，操作管理復(fù)雜，其中微波在污泥處理中的應(yīng)用具有快速高效、簡化操作程序、環(huán)境資源回收利用率高、省時節(jié)能、成本低的特點(diǎn)。</p><p><b

69、>　　1.4微波概述</b></p><p>　　微波與無線電波、紅外線、可見光一樣都是電磁波，微波是指頻率為300 MHz~300 KMHz的電磁波，即波長在1米到1毫米之間的電磁波。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”， 通常用于電視、廣播、通訊技術(shù)中。而近代把微波作為一種能源，又拓展了一個分支技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)上進(jìn)行加熱、干燥；在化學(xué)工業(yè)中進(jìn)行催化、萃取等化學(xué)反應(yīng)和激發(fā)等

70、離子體等等。家用微波爐的使用更標(biāo)志微波技術(shù)的日趨成熟。目前國內(nèi)用于工業(yè)加熱的常用頻率為915兆赫和2450兆赫?！∥⒉l率與功率的選擇可根據(jù)被加熱材料的形狀、材質(zhì)、含水率的不同而定。微波波段位于電磁波譜的紅外輻射和無線電波之間。</p><p>　　圖1－2 微波頻率范圍</p><p>　　微波技術(shù)是近代科學(xué)的重大成就之一，幾十年來，微波已發(fā)展成為一門比較成熟的學(xué)科。在雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航

71、、電子對抗等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。雷達(dá)更是微波技術(shù)的典型應(yīng)用?？梢哉f沒有現(xiàn)代微波技術(shù)的發(fā)展，具體的說是沒有微波有源器件的發(fā)展，就不可能有現(xiàn)代雷達(dá)?，F(xiàn)代的手機(jī)通訊更是與微波休戚相關(guān)。</p><p>　　在實(shí)際工作中，為了方便起見，常把微波波段簡單的劃分為：分米波段（B.dm）（頻率從300～3000MHz）、厘米波段（B.cm）（頻率從3～30GHz）、毫米波段（B.mm）（頻率從30～300GHz）、亞毫米

72、米波段（頻率從300～3000GHz）。在雷達(dá)、通訊及常規(guī)微波技術(shù)中，常用英文字母來表示更為詳盡的微波分波段，如下表1－2所示。</p><p>　　表1－2 常用英文字母表示的微波分波段</p><p>　　1.4.1 微波加熱原理</p><p>　　微波是一種電磁能?？筛淖冸x子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動情況，但不引起分子結(jié)構(gòu)改變，是非離子化的輻射能。微波通常是指波長為1

73、 mm 到1 m 之間(頻率300～300000 MHz) 的電磁波，介于紅外與無線電波之間，而最常用的加熱頻率是2450 MHz。一般來說，介質(zhì)在微波場中的加熱有兩種機(jī)理，即離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動。在微波加熱的實(shí)際應(yīng)用中，兩種機(jī)理的微波能耗散同時存在。</p><p>　　1.4.1.1 離子傳導(dǎo)機(jī)理</p><p>　　離子傳導(dǎo)是電磁場中可離解離子的導(dǎo)電移動，離子移動形成電流，由于介質(zhì)對

74、離子的阻礙而產(chǎn)生熱效應(yīng)[32~34]。溶液中所有的離子起導(dǎo)電作用，但作用大小與介質(zhì)中離子的濃度和遷移率有關(guān)。因此，離子遷移產(chǎn)生的微波能量損失依賴于離子的大小、電荷量和導(dǎo)電性，并受離子與溶液分子之間的相互作用的影響。</p><p>　　1.4.1.2 偶極子轉(zhuǎn)動機(jī)理</p><p>　　介質(zhì)是由許多一端帶正電，一端帶負(fù)電的分子(或偶極子) 組成。如果將介質(zhì)放在兩塊金屬板之間，介質(zhì)內(nèi)的偶極子

75、作雜亂運(yùn)動，當(dāng)直流電壓加到金屬板上，兩極之間存在一直流電場，介質(zhì)內(nèi)部的偶極子重排，形成有一定取向的有規(guī)則排列的極化分子。若將直流電換成一定頻率的交流電，兩極之間的電場會以同樣頻率交替改變，介質(zhì)中的偶極子也相應(yīng)快速擺動，在2450 MHz 的電場中，偶極子以4. 9×109 次/ s 的速度快速擺動。由于分子的熱運(yùn)動和相鄰分子的相互作用，使偶極子隨外加電場方向的改變而作規(guī)則擺動時受到干擾和阻礙，產(chǎn)生了類似摩擦的作用，使雜亂無章運(yùn)

76、動的分子獲得能量，以熱的形式表現(xiàn)出來，介質(zhì)的溫度也隨之升高。</p><p>　　偶極子加熱的效率與介質(zhì)的弛豫時間、溫度和粘度有關(guān)。而溫度和介質(zhì)離子的遷移率、濃度及介質(zhì)的弛豫時間決定兩種能量轉(zhuǎn)換機(jī)理對加熱的貢獻(xiàn)。</p><p>　　1.4.2 微波加熱發(fā)生器系統(tǒng)</p><p><b>　　典型的微波系統(tǒng)圖示</b></p>&

77、lt;p>　　圖1－3 典型的微波系統(tǒng)</p><p>　　1.5 微波破解污泥的主要影響因素</p><p>　　1.5.1. 頻率 </p><p>　　微波頻率范圍為300MHZ到300MHZ，常用的加熱頻率為2450MHZ（即家用微波爐頻率），目前多數(shù)研究人員以2450MHZ為試驗(yàn)頻率，如傅大放［8］等，或許本人見識淺薄，沒能找到有關(guān)最優(yōu)頻率的研究

78、。由于實(shí)驗(yàn)條件限制本文試驗(yàn)沒能對不同頻率下污泥破解進(jìn)行分析。</p><p>　　1.5. 2 微波微波能量密度</p><p>　　微波微波能量密度〔W/ml)是指單位時間單位體積溶液被施加的微波能量。它是影響破解速度與反應(yīng)器設(shè)計的一個重要參數(shù)。一般說來，污泥的破解速率隨著微波能量密度的增大而增加。但是，也存在著最優(yōu)值問題。目前，本文研究所涉及的微微波能量密度范圍主要集中在2.4～4

79、W /ml。</p><p>　　1.5.2 污泥性質(zhì)</p><p>　　1.5.2.1 污泥濃度</p><p>　　目前，本試驗(yàn)微波破解污泥的研究主要集中在對未經(jīng)濃縮的污泥和經(jīng)過濃縮的污泥的研究上，被破解污泥的含水率在99.85～96.5％。</p><p>　　1.5.2.2 污泥pH值</p><p>

80、　　對于很多反應(yīng)來說，pH值都是一重要影響因素。本試驗(yàn)污泥pH值為6.5左右，溶液pH值對污泥的物化性質(zhì)有較大影響，進(jìn)而會影響微波破解的效果。</p><p>　　1.5.3 反應(yīng)條件</p><p>　　1.5.3.1 溫度</p><p>　　目前，微波破解污泥的實(shí)驗(yàn)多是在常溫下開展的。還未見有研究系統(tǒng)保持溫度下對微波破解污泥的影響的研究。</p>

81、;<p>　　1.5.3.2 壓力</p><p>　　試驗(yàn)壓力也是影響微波破解的一個因素。目前，多數(shù)試驗(yàn)是在常壓條件下進(jìn)行的，還沒見有在其他壓下試驗(yàn)的研究。</p><p>　　1.5.4 反應(yīng)器形狀、結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于污泥對微波的吸收收到反應(yīng)容器形狀，介質(zhì)等的影響，所以污泥反應(yīng)容器對污泥處理效果有很大影響。目前，還未見有研究反應(yīng)器形

82、狀及結(jié)構(gòu)對污泥破解影響的，大多見用微波爐。本試驗(yàn)也采用微波爐及其配套的容器。</p><p>　　1.6 本文研究的主要目的及內(nèi)容</p><p>　　本文主要目的是對污泥微波破解技術(shù)進(jìn)行探索性研究。了解污泥破解反應(yīng)中，污泥內(nèi)含物的釋放效果，影響因素，認(rèn)識污泥微波破解的機(jī)理。為應(yīng)用污泥微波破解方法，促進(jìn)污泥穩(wěn)定化、減量化和資源化技術(shù)在我國的發(fā)展作前期基礎(chǔ)性研究工作。</p>

83、<p>　　本文的主要研究內(nèi)容如下。</p><p>　　(1)研究剩余污泥微波作用處理后減量化效果分析；</p><p>　　(2) 研究不同微波微波能量密度對微波破解污泥效果的影響；</p><p>　　(3) 研究不同微波破解時間對微波破解污泥效果的影響；</p><p>　　(4) 研究不同污泥濃度對微波破解污泥效果的影響。

84、分析比較各因素對污泥破解效果的影響；</p><p>　　(5) 研究污泥破解前后溫度，pH，TS，VS，TCOD和SCOD的變化。</p><p>　　第二章 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法</p><p><b>　　2.1 污泥來源</b></p><p>　　本試驗(yàn)所采用的污泥取自活性污泥法的回流污泥。該種泥取自廣州市市

85、番禺區(qū)瀝浩污水處理廠內(nèi)A2/O活性污泥法二沉池的回流污泥。由于實(shí)驗(yàn)條件，大概一個星期到該地區(qū)取一次污泥，在實(shí)驗(yàn)室桶內(nèi)培養(yǎng)，每天主要基質(zhì)為葡萄糖，進(jìn)水COD濃度為600mg/L.按照BOD: N: P為100: 5: 1的比例，投加葡萄糖、氯化按(或硫酸氨)、磷酸二氫鉀(或磷酸氫二鉀)作為碳、氮、磷源。反應(yīng)器內(nèi)MLSS為5000-6000mg/L。取桶內(nèi)的污泥，直接進(jìn)行破解試驗(yàn)(污泥含固率為0.5%，含水率為99.5%)，或經(jīng)重力沉降，使

86、污泥濃縮至原體積的一半時，棄去上清液，用濃縮污泥(污泥含固率為1%，含水率為99%左右)進(jìn)行破解試驗(yàn)。使污泥濃縮至原體積的六分之一時，棄去上清液，用濃縮污泥（污泥含固率為2.5%，含水率為97.5%左右）。</p><p>　　2.2 試驗(yàn)主要裝置及儀器試劑</p><p>　　2.2.1 試驗(yàn)主要裝置</p><p>　　試驗(yàn)裝置如圖2-1示，主要由微波發(fā)生器（

87、微波爐）及反應(yīng)容器組成。其中微波發(fā)生器是佛山市順德區(qū)格蘭仕微波爐電器有限公司制造生產(chǎn)的，微波輸入功率為1300W，微波輸出功率為800W，試驗(yàn)時可調(diào)功率到800W，640W，480W，微波爐容積為23L，常壓操作。</p><p>　　1—微波爐外框 2—轉(zhuǎn)盤 3—污泥容器 4—液晶顯示5—功能調(diào)節(jié)按鈕 </p><p>　　6—剩余污泥 7—微波爐電源線</p>&

88、lt;p>　　圖2-1 微波法原理示意圖</p><p>　　反應(yīng)容積為800ML的透明塑料容器，容器上部有蓋封閉，防止蒸汽和熱量散失，蓋子上有開小孔透氣，防止脹暴容器。</p><p>　　2.2.2 儀器及試劑</p><p><b>　　儀器試劑列表如下：</b></p><p><b>　　表2－

89、1儀器列表</b></p><p><b>　　表2－2試劑列表</b></p><p>　　2.3 微波破解試驗(yàn)方法</p><p>　　2.3.1 剩余污泥含水率試驗(yàn)</p><p>　　2.3.1.1 試驗(yàn)材料</p><p>　　實(shí)驗(yàn)材料：污泥：取自廣州市番禺區(qū)瀝浩污水處

90、理廠，再經(jīng)調(diào)配而成。</p><p>　　2.3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器</p><p>　　實(shí)驗(yàn)儀器：燒杯；水浴鍋；烘箱；干燥器；托盤天平；光學(xué)讀數(shù)分析天平。</p><p>　　2.3.1.3 實(shí)驗(yàn)方法</p><p>　?、賹?00ml燒杯放在烘箱內(nèi)，在105－110℃的溫度下烘2小時。</p><p>　　②取出

91、后放在干燥器內(nèi)，冷卻半小時，用分析天平稱重，記錄重量為W1。</p><p>　?、墼儆猛斜P天平粗稱20克污泥置于烘干后的燒杯中，用水浴蒸干。</p><p>　?、苋缓蠓湃?05±2℃的烘箱內(nèi)烘30分鐘。</p><p>　?、萑〕龇湃敫稍锲鲀?nèi)冷卻半小時，用分析天平稱重，記錄重量為W2。 </p><p>　　2.3.1.4

92、污泥含水率計算公式</p><p><b>　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)計算公式</b></p><p><b>　?。?—1）</b></p><p><b>　　p—含水率，%</b></p><p>　　W1—第一次稱重（蒸發(fā)皿凈重），g</p><p>　　W2

93、—烘干后稱重（蒸發(fā)皿＋樣重），g</p><p>　　2.3.2 微波破解不同含水率的污泥試驗(yàn)</p><p>　　直接從培養(yǎng)污泥桶中取足夠多的污泥，將足夠多的污泥靜止沉淀體積分別為含水率為99.5％，99％，97.5％的污泥，然后去掉上清液，接著含水率為99.5％和99％分成8份，含水率為97.5％的污泥分成6份，每份用量桶量取200ml，移至玻璃杯中，調(diào)節(jié)微波功率至所需要的功率（分別為

94、800W，640W和480W），進(jìn)行微波輻照，至所需的微波處理作用時間為止（99.5％和99％分別為0S，20S，40S，80S，120S，180S，240S，300S，而97.5％的污泥為0S， 40S，120S，180S，240S，300S）。</p><p>　　2.3.3 微波破解各含水率污泥綜合試驗(yàn)</p><p>　　在前面試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行一次總的試驗(yàn)。按之前的方法配制

95、相應(yīng)濃度的污泥，相同的分配方式，含水率為99.5％的污泥分別在0W，640W，480W下處理作用0S，80S，180S進(jìn)行微波輻照。含水率為97.5％的污泥分別在0W，800W，480W下處理作用0S，40S，300S進(jìn)行微波輻照。含水率為96.5％的污泥分別在0W，800W，640W下處理作用0S，120S，240S進(jìn)行微波輻照。</p><p>　　2.4 分析項(xiàng)目和試驗(yàn)方法</p><p

96、>　　污泥取來后測定其pH、VS、VSS、TS、TSS、TCOD、SCOD等參數(shù)。有關(guān)參數(shù)測定方法：</p><p>　　2.4.1 COD消解，測試試劑及配制方法</p><p><b>　　2.4.1.1試劑</b></p><p>　　1．重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液C(1/6K 2 Cr2O7 =0. 500mol/L)；稱取預(yù)先在120℃

97、烘干2h的基準(zhǔn)或優(yōu)質(zhì)純重鉻酸鉀2.4516g溶于水中，移入1000mL容量瓶，稀釋至標(biāo)線，搖勻。 </p><p>　　2．試亞鐵靈指示液：稱取1.485g鄰菲羅啉(C12H8N2·H2O)0.695g硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)溶于水中，稀釋至100mL,貯于棕色瓶中。 </p><p>　　3．硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液[C(NH4)2 Fe(SO4)2·6H

98、2O≈0.05mol/L]：稱取39.5g硫酸亞鐵銨溶于水中，邊攪拌邊緩慢加入20mL濃硫酸，冷卻后移入1000mL容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線，搖勻。臨用前，用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定。</p><p>　　2.4.1.2 標(biāo)定方法： </p><p>　　準(zhǔn)確吸取 10.00mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液于250mL錐形瓶中，加水稀釋至55mL左右，緩慢加入15mL濃硫酸，搖勻。冷卻后，加入2～3滴試

99、亞鐵靈指示液(約0.15mL)，用硫酸亞鐵銨溶液滴定，溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色即為終點(diǎn)。 </p><p><b>　?。?－2）</b></p><p>　　式中： C——硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mol/L)； </p><p>　　V——硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量(mL)。 </p><p>　　4．硫酸-硫

100、酸銀溶液：于500mL濃硫酸中加入5g硫酸銀。放置1—2d，不時搖動使其溶解。 </p><p>　　5．硫酸汞：結(jié)晶或粉末。 </p><p>　　2.4.2 溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)試劑：污泥（廣州市番禺區(qū)瀝浩城市污水處理廠二沉池回流污泥）。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)儀器：離心機(jī)，離心管，化學(xué)需氧量快測儀（7

101、21分光光度計），100 m1燒杯</p><p>　　實(shí)驗(yàn)方法：取50mL污泥用離心機(jī)(轉(zhuǎn)速為4500rpm)離心40min后，棄去管底污泥，取上清液，采用化學(xué)需氧量快測儀（721分光光度計）測定。 </p><p>　　2.4.3 總化學(xué)需氧量((TCOD)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)試劑：污泥（廣州市番禺區(qū)瀝浩城市污水處理廠二沉池回流污泥）。</p>

102、<p>　　實(shí)驗(yàn)儀器：化學(xué)需氧量快測儀（721分光光度計），100 m1燒杯</p><p>　　實(shí)驗(yàn)方法：將待測污泥稀釋5倍后，采用化學(xué)需氧量快測儀測定。</p><p>　　2.4.4 總固體((TS)與總揮發(fā)性固體(VS)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)試劑：污泥（廣州市番禺區(qū)瀝浩城市污水處理廠二沉池回流污泥）。</p><p>

103、;　　實(shí)驗(yàn)儀器： 坩堝，烘箱，馬弗爐，</p><p>　　實(shí)驗(yàn)方法：用量桶量取20ml的污泥混合液置于坩堝，放入烘箱內(nèi)在105℃下烘3小時，取出測定TS值，然后放入馬弗爐內(nèi)，在600℃下灼燒1h，取出測定VS值。 </p><p>　　2.4.5 pH值</p><p>　　實(shí)驗(yàn)試劑：污泥（廣州市番禺區(qū)瀝浩城市污水處理廠二沉池回流污泥）</p>&

104、lt;p>　　實(shí)驗(yàn)儀器：pH自動測量儀、玻棒，100ml燒杯</p><p>　　實(shí)驗(yàn)方法：取出污泥后立即用玻棒攪拌，然后用pH自動測量儀測定其pH值。 </p><p><b>　　2.4.6實(shí)驗(yàn)安排</b></p><p>　　為了節(jié)省時間，我們先測溫度、pH值，然后取定量污泥進(jìn)行離心40min，離心過程中，取定量污泥進(jìn)行總固體 (T

105、S)與總揮發(fā)性固體(VS)實(shí)驗(yàn)，以及將待測污泥稀釋5倍進(jìn)行總化學(xué)需氧量((TCOD)實(shí)驗(yàn)。離心完畢，取上清液進(jìn)行溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)實(shí)驗(yàn)。 </p><p>　　第三章 實(shí)結(jié)果與討論</p><p>　　3.1含水率計算結(jié)果列表</p><p>　　含水率試驗(yàn)計算結(jié)果匯總表入表3－1如下：</p><p>　　表3－1 污泥含水率

106、</p><p>　　由以上表格的數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)基本符合預(yù)想要求的含水率，符合試驗(yàn)要求。</p><p>　　3.2 含水率為99.5%的污泥微波破解試驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　本組試驗(yàn)被破解污泥的TS是6300~6800mg/L，本研究主要進(jìn)行了輸出功率為800W，640W，480W時破解時間分別：20s，40s，80s，120s，180s，240s，300s的

107、200ml剩余污泥的試驗(yàn)，即微波能量密度為4W/m，3.2 W/m，2.4 W/ml時破解污泥的試驗(yàn)。主要試驗(yàn)結(jié)果如下。</p><p>　　3.2.1 △TS溶解率的變化</p><p>　　3.2.1.1 △TS溶解率變化的數(shù)據(jù)</p><p>　　本文將微波破解后的剩余污泥TS扣除破解前TS值定義為△TS增加值(mg/L)?！鱐S增加值比上原剩余污泥得TS

108、定義為△TS溶解率變化（‰），所得的數(shù)據(jù)如下表3－2</p><p>　　表3－2含水率為99.5％的污泥在不同微波微波能量密度下△TS溶解率隨時間的變化</p><p>　　3.2.1.2 △TS溶解率的變化分析</p><p>　　△TS增加值隨微波作用時間的變化如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 △TS增加值隨微波作用

109、時間的變化</p><p>　　由圖3－1可知，總的來說，隨著微波微波能量密度與破解時間的增加，△TS增加值顯著增加?？偟挠幸粋€上升的趨勢，尤其在4W/S下，TS溶解變化率上升特別明顯，試驗(yàn)點(diǎn)在3.2W/ml，2.4W/ml下圖線有所起伏，或許是人為誤差等誤差。</p><p>　　在微波能量密度為4W/ml，3.2W/ml，2.4W/ml時，破解75S后，的△TS溶解率變化分別為17.5