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城市污泥是城市污水处理过程中产生的沉淀物和污水表面的浮沫所得的残渣,是城市污水处理的二次产物。随着城市化进程的加快,全国各大中小城市增加了对城市污水处理的投入,城市污泥产量日益增加,带来的环境威胁成为了环保界关注的焦点,如何合理处理和处置城市污泥受到了越来越广泛的关注。城市污泥脱水是城市污泥处理的一个瓶颈,城市污泥干化能进一步降低含水率使其减量化而成为了研究的热点。近年来,微波能由于具有加热速度快、加热效率高、清洁安全、易于控制等优点被用于城市污泥处理各方面的研究。本论文将微波辐射应用于城市污泥的脱水与干燥,研究了微波辐射改善活性污泥和脱水污泥的脱水性能的效能和内在机制,以及微波辐射干燥活性污泥和脱水污泥的效果,并作了经济可行性分析。
将微波辐射用于城市污水处理厂活性污泥的脱水预处理,考察了150 s内污泥沉降、离心脱水性和浊度的变化,并从胞外聚合物(EPS)角度探讨了相关机理,分析了污泥细胞的破碎过程。结果表明,适宜的微波辐射能改善污泥的脱水性,300、400和500 W微波改善污泥沉降和离心脱水性的最适宜时间分别是120、90和60 s,体系温度大约80℃时,SV30比原泥降低了35.73％、38.12％和33.31％,离心后含水率从84.32％降到了76％左右,污泥固体颗粒尺寸变大且表面变疏松。而浊度随辐射功率和时间不断增大。分析认为,EPS是脱水性改善的重要因素,当水中的EPS浓度增加到100～120 mg/gVS时,污泥的絮凝和去絮凝作用达到平衡,污泥细胞处于半破碎的状态,污泥的脱水性能最好。统计分析表明,胞外糖浓度的升高会使脱水性变差,而胞外蛋白对脱水性无明显作用。
将微波辐射用于改善城市污水处理厂脱水污泥的脱水性,考察了微波在污泥中的穿透性,辐射过程中泥浆粘度和污泥脱水性的变化,并从水的形态和EPS的角度解析了相关机理。结果表明,2450 MHz微波的穿透深度为8.7 nm,泥浆流动性最好时粘度降低了55％,而离心后的含水率降到约75％后不再明显降低。分析认为,温度高于60℃时,胞外DNA浓度增加变快,细胞开始大量破碎,胞内水释出转化为其他形式的水,离心后含水率随温度升高而降低；温度高于88℃时,EPS浓度无明显升高,但其亲水性在高温下迅速下降,污泥离心后含水率大幅降低,污泥固体颗粒变得疏松粗糙。
将微波辐射用于干燥城市污水处理厂活性污泥和脱水污泥,考察了干燥过程中含水率和温度的变化,并作了经济可行性分析。结果表明,微波干燥活性污泥或脱水污泥都比常规加热干燥具有更快的速度,微波干燥过程的后期温度过高,伴随着污泥的热解。微波在处理高含水率污泥时绝大部分的能量会消耗在将含水率降低到约80％,因此微波并不适用于干燥未经机械脱水的污泥。微波干燥脱水污泥时,污泥吸收的能量有约70.7％被有效利用,损失的能量基本上可通过干化污泥的燃烧放热得以补偿。