紅外超聲波處理對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。文章所述實驗以壓濾剩余污泥為材料，結(jié)合紅外處理，研究不同頻率、不同時間的超聲波處理對污泥失水率的影響，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)識碼：A

中圖分類號：X703 文章編號：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，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)的污泥量也呈增長趨勢。污泥處理處置已成為困擾污水處理廠和全社會的重大問題，其主要原因是含水量過高，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、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，并最終共振“內(nèi)爆”產(chǎn)生超高溫（5000℃）、高壓（500bar），同時產(chǎn)生的強(qiáng)力水噴射流形成巨大的水力剪切力，對污泥絮體結(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行及污泥處置。為了處理方便，本試驗以壓濾剩余污泥為材料，進(jìn)行紅外（模擬太陽能）、超聲波處理，研究紅外超聲波處理對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 測定方法

超聲波處理頻率設(shè)45kHz、80kHz、100kHz三個水平，超聲波處理時間設(shè)5min、10min、15min三個水平，烘箱處理時間設(shè)10min、20min、30min三個水平。對照不設(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)果計算。失水率=（W1-W2）/（W1-W0）×100%。

1.4 統(tǒng)計分析

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，各處理與對照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率顯著地高于對照，80kHz處理與對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，各處理與對照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率顯著地高于對照，其中45kHz處理達(dá)到極顯著水平，80kHz處理和對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，各處理與對照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率極顯著地高于對照，80kHz處理與對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，各處理與對照相比，45kHz處理的污泥失水率極顯著地高于對照，其他處理與對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，各處理與對照相比，45kHz處理和100kHz處理的污泥失水率極顯著地高于對照，80kHz處理和對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：超聲波時間相同時，不同頻率的超聲波處理對污泥失水率的影響效果如下：45kHz>100kHz>80kHz。

2.2 超聲波時間對污泥失水率的影響

從圖4可以看出：紅外處理10min、20min、30min后，各處理與對照相比，不同時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，各處理與對照相比，不同時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，各處理與對照相比，不同時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，不同時間的超聲波處理對污泥失水率的影響無顯著差異。

2.3 紅外時間對污泥失水率的影響

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

3 結(jié)語

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。本試驗結(jié)果表明，超聲波處理時間一定時，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，時間對污泥失水率也有影響。本試驗結(jié)果表明，不同時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間成正比，因此控制時間尤為重要。從本試驗的數(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，本試驗利用烘箱處理模擬太陽能干燥污泥，從圖1至圖7可以看出，污泥失水率與烘箱處理時間成正相關(guān)。因此在實踐中，利用超聲波處理結(jié)合可再生的太陽能對污泥脫水的方法，不但具有節(jié)能、成本低的優(yōu)點，而且充分利用了太陽能等可再生能源，具有很好的應(yīng)用前景。

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作者簡介：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、植物遺傳育種。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint