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1、污泥调理实验与脱水特性表征研究微波调理实验2超声波调理实验34微波、超声波组合调理实验5连续式微波调理实验DSC水分表征实验67结论1绪论污泥调理实验与脱水特性表征研究污泥调理实验与脱水特性表征研究1污水处理厂3500多座日处理量1.4亿m3污水处理量大绪论研究背景及研究意义1污泥处理难度大25%65%占总成本比重高处理方式原始污泥脱水是关键研究微波调理本研究的重点将放在应用微波辐射调理技术对污泥进行调理的研究。同时，在研究的过程中认识到，污泥中结合水的分布情况与污泥的脱水性能关系密切，可直接影响并用以表征污泥脱水的难易程度，因此，在污泥调理研究的基础上，结合水分布情况用以表征污泥脱水特性的研

2、究污泥调理污泥调理实验与脱水特性表征研究1绪论研究现状1污泥颗粒三级结构模型2.5m13m125m细菌细胞小聚集体单一颗粒H2O来源形式颗粒之间、网状体间隙、胶体表面和微生物体内自由水、间隙水、表面水和结合水污泥中的水污泥调理主要是指通过不同的物理和化学方法改变污泥理化性质，调整污泥胶体粒子群排列状态，克服电性排斥及水合作用，降低其亲水性，增强污泥絮体的凝聚力，增大颗粒尺寸，改善污泥的脱水性能，提高其脱水效果，减少运输费用和后继处置费用污泥调理实验与脱水特性表征研究1绪论研究现状1污泥调理技术现状化学调理技术热水解调理技术超声波解调理技术微波解调理技术化学调理所用药剂多种多样，同时复合调理经实

3、验证明比单絮凝剂的调理效果更好，但化学调理的主要不足是需要投加的药量较大从而导致成本过高。污泥分离液浓度很高，回流处理将大大增加污水处理构筑物的负荷，有臭气，设备易腐蚀，因此需要增加高温高压设备、热交换设备及气味控制设备，成本费用很高，这些条件通常限制了热处理法优点的充分发挥，因此难以普及。超声波调理技术具有能量密度高、分解污泥速度快等特点，不仅可以有效地破碎污泥细胞，提高污你的溶解性能，还可以将其内部结合水释放成容易去除的自由水改善污泥的脱水性能且对环境几乎无任何负面影响，但超声波作用机理较复杂，实现在线应用技术较困难，其改善污泥脱水性能的效果还存在争议，另外现有的研究存在着超声发生装置能量

4、分布不均，试验规模过小等情况。有研究已经证明，在较短微波作用时间内，通过微波技术得到调理的污泥，其絮体的结构和EPS的组分就可得到改善，并使污泥的脱水性能得到明显的提高，而且污泥的温度不需将加热到很高，同时微波辐射还具有杀菌消毒的作用，与其他方法联用时也起到很好的促进作用，能促进污泥对金属离子的吸附作用，因此，采用微波技术能改善污泥脱水性能，效率高、设备简单，较传统加热预处理大大节省了能量消耗。污泥调理实验与脱水特性表征研究1绪论研究现状1污泥脱水特性表征的现状表征污泥脱水特性好坏的指标1粒径分布2粘度3EPS4毛细管吸水时间本课题组对污泥的调理技术和脱水特性做了大量研究，研究中通过污泥的CS

5、T、粘度、粒度及EPS对污泥的脱水特性进行分析，结果表明所测指标与污泥经调理后脱水性能的改变存在相关性，同时对污泥进行调理能够有效地提高污泥的脱水效果。结合水测量方法研究现状 热干燥法膨胀计法TG-DTA法DSC法抽滤法水活度法污泥调理实验与脱水特性表征研究1绪论研究现状1研究内容1对污泥的微波调理技术进行了研究，通过各个预设的污泥脱水特性表征指标，如CST、粒度和SV，对污泥的调理效果进行评价，从而得出较好的调理条件2对比研究不同流动状态的污泥经处理(处理和连续式处理)后的效果进行，以此推进污泥微波调理的实际工程应用微波调理的优势研究内容化学调理热水解调理微波解调理超声波解调理污泥调理实验与

6、脱水特性表征研究1绪论研究现状1技术路线污泥微波调理超声调理微波、超声组合调理连续式微波调理CST粒径SVDSC测量间歇式调理分析数据得出结论含水率微波调理300W 400W 700W 600W 500W 30s 60s 240s 180s 120s 超声波调理90W 270W 630W 450W 30s 60s 240s 180s 120s 20s 40s ￥国家自然科学基金（51104022）调质对污泥脱水特性与离心分离性能影响的研究污泥调理实验与脱水特性表征研究2微波调理实验实验结果和讨论203060901201501802102402705.56.06.57.07.58.08.59.0

7、CST/(S)Microwave Time/(s) 300W 400W 500W 600W 700WCST测量结果及讨论可以看出，污泥在微波调理条件变化时，污泥的CST也明显发生了变化。实验中可控的处理条件分别是微波的功率和微波作用的时间，单就微波功率来看，各个功率下随作用时间的增加其CST的变化趋势不尽相同。当微波功率为700W且作用时间接近210s时，样品剧烈沸腾，部分样品沸腾至容器外，因此，取消了功率为700W、作用时间为240s条件下的实验。处理时间300W400W500W600W700W30s7.7s7.6s7.3s6.8s7.1s60s6.3s7.1s6.8s6.5s7.9s120

8、s6.6s8.6s7.7s8.4s7.3s180s5.8s6.8s6.5s7.5s8.9s240s6.7s8.1s7.3s8.5s污泥调理实验与脱水特性表征研究2微波调理实验实验结果和讨论2含水率测量结果及讨论03060901201501802102402708081828384858687888990Moisture/(%)Microwave Time/(s) 300W 400W 500W 600W 700W可以看出，微波调理条件对污泥的脱水性能具有显著影响。单就各个微波功率来看，污泥含水率随作用时间的增大变化趋势各有不同。处理时间300W400W500W600W700W30s88.85%8

9、8.65%88.18%85.38%86.10%60s88.90%87.61%83.64%85.97%84.03%120s88.34%82.37%87.12%86.00%84.18%180s88.17%83.77%84.98%80.95%85.51%240s84.47%83.38%88.56%85.80%污泥调理实验与脱水特性表征研究2微波调理实验实验结果和讨论2粒径测量结果及讨论03060901201501802102402704.04.55.05.56.06.57.07.58.08.5Particle Mean Size/(m)Microwave Time/(s) 300W 400W 500

10、W 600W 700W可以看出，微波功率为300W和700W时，随着微波作用时间的增加污泥的平均粒径逐渐减小，同时在各个微波作用时间条件下，微波功率为700W时污泥的粒径都低于微波功率为300W时的污泥粒径，可见微波功率对粒径的影响显著。400W的条件下，污泥平均粒径在作用时间为30s、60s、120s及180s时数值比较稳定，都在5.4至6.6m之间，在240s处发生较大改变，平均粒径达到8.164m。600W时，随着微波作用时间的增加污泥的平均粒径逐渐减小，仅在作用时间为240s时所测平均粒径的数值有所增加，且增加到7.703m。在作用时间为180s处测得最小值5.813m微波功率为400

11、W和600W时在240s时都出现颗粒粒径增大的现象，这与之前提到的，当絮体遭到破坏丝状碎片起到连桥作用而使碎片重新团聚的现象相符CST污泥调理实验与脱水特性表征研究2微波调理实验本章小结2各组CST值变化范围相差不大，且数值变化都较为波动，未呈现非常显著的变化趋势，但在较低功率时CST值都在较低范围或存在波动，而在较高功率时CST随时间在波动同时也呈现出快速上升的趋势，由此可认为在较低功率时污泥的脱水较为稳定且效果好，在较高功率时随作用时间增加，污泥的脱水效果明显变差，而该判断也在之后的含水率测试中得以证实含水率泥饼的含水率都在80%至89%之间，未出现低于80%和高于90%的情况粒径粒径在5

12、m至6.5m左右时，污泥的脱水效果都比较好，粒径过大或者过小都会对污泥的脱水产生不利影响污泥调理实验与脱水特性表征研究3超声波波调理实验实验结果和讨论3CST测量结果及讨论0501001502002501020304050607080CST/(S)Ultrasound Time/(s) 90W 270W 450W 630W处理时间90W270W450W630W20s11.0s13.4s17.1s21.0s30s12.1s15.5s15.0s14.2s40s14.9s14.5s17.1s15.8s60s14.0s14.5s26.6s18.2s120s18.7s24.6s22.1s16.2s180

13、s20.4s24.4s32.5s13.5s240s22.2s21.6s77.3s13.4s随着超声功率和作用时间的变化，污泥的CST值发生了很大的变化和波动，即对污泥的脱水特性有显著的影响。单就各个超声功率来说，随着超声作用时间的增加污泥CST值的变化趋势各不相同污泥调理实验与脱水特性表征研究3超声波波调理实验实验结果和讨论3含水率测量结果及讨论050100150200250707580859095Moisture/(%)Ultrasound Time/(s) 90W 270W 450W 630W处理时间90W270W450W630W20s86.28%88.78%88.25%88.35%30s

14、82.21%88.61%88.12%87.97%40s88.30%84.27%86.22%88.57%60s90.53%84.81%92.29%87.22%120s86.16%94.59%92.52%88.45%180s84.42%92.58%85.18%86.93%240s69.23%92.44%85.88%85.82%随着超声功率和作用时间的变化，其对污泥的脱水特性有显著影响，抽滤后泥饼的含水率有很大的变化，且单就超声功率来说，各组变化趋势不尽相同污泥调理实验与脱水特性表征研究3超声波波调理实验实验结果和讨论3粒径测量结果及讨论0100200300468Particle Mean Size

15、/(m)Ultrasound Time/(s) 90W 270W 450W 630W超声功率为630W时，除在作用时间为30s处粒径陡然下降到3.880m外，其余作用时间下污泥平均粒径值波动不大，最大相差值仅为0.427m，都在4.7m左右微小波动。可以看出，单从超声功率着眼，超声功率越大其同一作用时间下污泥的平均粒径值越小，超声功率的变化对污泥粒径的影响是非常显著的。90W时，随着作用时间的增加，污泥平均粒径大体呈下降趋势，在作用时间为30s是有最小值5.506m，在作用时间为40s是陡然上升至6.710m后，粒径值随作用时间缓慢下降。270W和450W时，随着作用时间的增加，污泥平均粒径呈

16、下降趋势。在超声功率为270W作用时间为240s时达到该功率下最小值4.620m，在作用时间为20s处有最大值6.597m。在超声功率为450W作用时间为180s时达到该功率下最小值4.499m，在作用时间为20s时有最大值5.695m。污泥调理实验与脱水特性表征研究3超声波波调理实验本章小结3CST除去在450W、240s处的最大值77.3s，其他各组值相差大多都在7s内，波动还是较大，大致都随作用时间呈上升趋势。对于含水率测量结果，可明显看出超声功率为90W时的污泥脱水效果较好，这也与CST值的测量结果相吻合。同时可注意到粒径测量结果中超声功率为90W时，其粒径都普遍大于其他超声功率时的粒

17、径，且粒径范围在5.5m至7.5m之间，可认为在该粒径范围内，污泥的脱水特性较好含水率CST超声波调理含水率CST微波调理粒径微波粒径超声波污泥调理实验与脱水特性表征研究4微波、超声波组合调理实验结果与讨论4=450W=450W=60s=10s、20s、30s、40s实验条件超声时间/s10203040CST/s10.811.212.813.81020304002468101214CST/(s)Ultrasound Time/(s)当超声功率为450W，作用时间为20s、30s、40s，其对应的CST值分别为15.0s、17.1s、26.6s，而微波和超声组合实验中，在相同超声功率下，20s、

18、30s、40s时的CST值分别为11.2s、12.8s、13.8s。相较可以很容易的看出，微波与超声组合时的CST值明显低于只有超声作用时的CST值，充分体现了微波和超声组合的效果高于只有超声作用的效果污泥调理实验与脱水特性表征研究4微波、超声波组合调理实验结果与讨论4含水率测量结果及讨论超声时间/s10203040含水率/%85.2386.9984.3581.58102030408082848688Moisture/(%)Ultrasound Time/(s)在超声功率为450W的情况下，作用时间分别为20s、30s、40s时抽滤后含水率分别为88.25%、88.12%、86.22%。而在组

19、合情况下，作用相同时间时其含水率分别为86.99%、84.35%、81.58%。由此可知，微波与超声组合下的含水率明显低于只有超声作用下的含水率，即微波与超声组合作用的效果明显好于只有超声作用时的效果微波与超声组合处理后的污泥经抽滤后有明显的变化。经过微波与超声组合作用时间至40s时，污泥含水率变化效果最为理想，次条件下达到最小值81.58%，较原泥99.58%含水率相比，减少了18.00%的水分。可见经微波与超声组合作用后，污泥的脱水效果有明显改善。污泥调理实验与脱水特性表征研究4微波、超声波组合调理实验结果与讨论4粒径测量结果及讨论微波与超声组合处理时，在超声作用时间为30s时污泥的平均粒

20、径达到最小值4.588m，在10s时有最大值6.581m。但由之前本组实验含水率测量结果可知，在微波功率为450W，超声功率为450W，微波时间为60s，超声时间为40s时，抽滤后泥饼的含水率最小。由此可见，在这个条件下，有较好的作用效果，且并非污泥粒径越小脱水的效果越好，过小也会影响效果。污泥调理实验与脱水特性表征研究4微波、超声波组合调理实验本章小结4CST含水率粒径四组实验的CST值都比较接近且呈缓慢上升趋势四组含水率的测量结果也较为接近，都在81%到85%左右污泥的粒径分布在4.5m至6.5m左右+组合处理的效果明显优于超声处理的效果污泥调理实验与脱水特性表征研究5连续式微波调理实验实

21、验基础5反应器连续式微波调理系统实验仪器实验方法300W 400W 700W 600W 500W 30s 60s 240s 180s 120s CST含水率粒径污泥调理实验与脱水特性表征研究5连续式微波调理实验实验基础5CST测量结果及讨论处理时间300W400W500W600W700W30s11.3s12.1s14.2s12.7s12.6s60s11.7s12.5s11.4s9.3s12.4s120s12.8s11.8s11.1s13.4s10.1s180s11.4s12.2s12.4s11.8s16.3s240s11.3s16.6s12.7s13.1s15.9s01002003009121

22、5CST/(s)Microwave Time/(s) 300W 400W 500W 600W 700W微波处理条件发生变化时，污泥的CST值也明显发生了变化。但就各个微波功率来看，其各自的变化趋势各不相同，但除去个别值外，大部分值都在11s至13s较窄范围里波动本组实验的CST值与超声调理实验相比，前者CST值明显低于后者。将本组实验CST值与微波调理实验相比，前者CST值明显高于后者。除了处理方式不同可能造成差异外，连续实验时所用污泥性质与间歇实验所用污泥性质有所不同，也可能对CST值有影响污泥调理实验与脱水特性表征研究5连续式微波调理实验结果与讨论5含水率测量结果及讨论处理时间300W40

23、0W500W600W700W30s77.84%79.83%78.98%78.84%81.36%60s78.13%77.56%79.63%78.52%79.51%120s81.89%80.78%88.38%91.33%90.44%180s84.74%92.16%91.15%94.30%95.33%240s89.48%96.47%95.10%96.50%95.30%010020030077849198Moistrue/(%)Microwave time/(s) 300W 400W 500W 600W 700W随着微波作用时间的增加含水率明显增加，且通过抽滤实验能明显看出，微波功率为300W时，抽滤

24、的速度、污泥的脱水性能及抽滤后泥饼的含水率都明显优于其他处理条件。在作用时间为30s时有最小值77.84%，在作用时间为240s时有最大值89.48%。微波功率为400W时，在作用时间为60s和120s都有低于300W同等条件的值出现，即77.56%和80.78%，但与300W时相差仅1%左右，就能耗效率方面考虑，显然还是300W较为理想整体呈上升趋势的现象并未在其他组实验中体现，这可能与污泥处理时的流动状态，及处理和连续式处理有关污泥调理实验与脱水特性表征研究5连续式微波调理实验结果与讨论5SV30 测量结果及讨论0100200300849198SV30/(%)Microwave Time/

25、(s) 300W 400W 500W 600W 700W处理时间300W400W500W600W700W30s97%97%98%98%98%60s96%96%97%98%97%120s97%95%98%97%96%180s95%92%95%91%81%240s94%95%94%90%90%在各个不同微波功率及微波作用时间下，污泥的沉降比并没有太多太大的变化，仅在微波功率为700W、作用时间为180s时，污泥的沉降比出现较大幅度的变化，其值为81%，但关联该点的其他测试项，如CST值、含水率和粒径等都未出现特殊变化微波处理条件与SV30的关系污泥调理实验与脱水特性表征研究5连续式微波调理实验结果

26、与讨论5粒径测量结果及讨论010020030081012Particle Mean Size/(m)Microwave Time/(s) 300W 400W 500W 600W 700W各微波处理条件下污泥的平均粒径微波功率及作用时间对污泥的粒径存在影响，且随作用时间的增加，污泥的粒径大致呈逐渐减小的趋势，但其变化的幅度普遍看来都不是很大。在微波功率为400W、500W、600W和700W时，他们的粒径随微波作用时间的变化趋势都非常相近，且所测得的平均粒径值也非常相近，仅在微波功率为600W，时间为30s处出现最低值9.000m，在180s及240s出变化幅度变大。在微波功率为300W时，粒径

27、随作用时间的增加有先减小后增大的趋势，在作用时间为120s处达到最小值9.666m，在30s处有最大值11.78m。污泥调理实验与脱水特性表征研究5连续式微波调理实验结果与讨论5粒径测量结果及讨论050100150200250180190200210Particle Mean Size/(m)Microwave Time/(s) 300W 400W 500W 600W 700W各微波处理条件与污泥粒径关系随着微波作用时间的增加，在各个微波功率下污泥的粒径都大体呈现下降的趋势，与微波处理后各个微波功率下呈现不同趋势的现象不同，连续式微波处理后的污泥粒径变化在各个处理功率下变化的趋势大体都相同，因

28、此，可认为微波处理与连续式微波处理，两者的处理效果存在差异，且该差异很可能是由于处理过程中污泥的流动状态所致。 同时可注意到，不同测量方法所测得的污泥的颗粒粒径存在较大差异，但总体的变化趋势还是比较一致的，都是随作用时间的增大而呈减小的趋势污泥调理实验与脱水特性表征研究5连续式微波调理实验本章小结5粒径CST含水率300W时，其CST值都在11s至12s左右，与其他组相比其值较小，抽滤后泥饼的含水率都在90%以下，最低在30s处达到77.84%，30s处的平均粒径为11.78m，相较其他粒径该粒径值不大。400W时，在作用时间为60s和120s时有低于300W同等条件的值出现，即77.56%和

29、80.78%，但与300W时相差1%左右，从能耗效率方面考虑，300W较为理想SV30Turbiscan LAB分散稳定分析测试比较详尽的描述出了污泥在沉降过程中的变化同时运用仪器也能计算出污泥的粒径，但其值与库尔特粒度仪所测数据存在差异。对于污泥沉降比的测量，未发现污泥沉降比与污泥脱水特性之间的明显关系，且存在与其他学者研究结果不符情况，因此污泥沉降比对污泥脱水特性的表征有待进一步商榷污泥调理实验与脱水特性表征研究6DSC水分表征实验实验基础6差示扫描量热仪差示扫描量热仪(DSC)测量的是与材料内部热转变相关的温度、热流的关系功率补偿单元差热放大器记录仪热电偶冷端补偿IS+IRISdTIRT

30、SRDSC在测量时记录的热谱图称之为DSC曲线，曲线的纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt，也称为热流率，其横坐标为温度(T)或者时间(t)。一般在DSC的热谱图中，吸热效应用凸起的峰值来表征(即热焓增加)，放热效应则用反相的峰值表征(即热焓减少)TA公司生产的Q20型DSC实验方法均匀样品后取5mg至10mg左右放入特定的铝制坩埚内，盖上坩埚盖，用卷边压制器进行冲压制片即可。除气体外，固体、液态或粘稠状样品均可用于测定。装样时应尽量使样品均匀、密实地分布于样品坩埚中，以提高传热效率，降低热阻配取的葡萄糖溶液浓度分别为10%、20%、30%，并分别进行DSC测试，随着葡萄糖溶液浓度的增加放热

31、峰的出峰温度在逐渐降低，同时放热峰的峰面积也在逐渐减小，可见试样中溶质的浓度对试样的冰点温度有显著影响随着葡萄糖粉与纯牛奶质量比的比例1:3、1:4、1:5、1:6，放热峰出峰温度逐渐上升，峰面积也大体呈逐渐上升趋势，且当溶液中成分越复杂且溶质浓度越高时，试样的冰点和溶点都会相应的发生下降现象污泥调理实验与脱水特性表征研究6DSC水分表征实验结果和讨论6+5%、10%、15%、20%、25%的NaCl溶液，分别进行DSC测试溶质如NaCl对冰点和溶点温度的改变有着显著的影响。冰点温度一般会随溶液浓度的增加而降低。选取土壤进行对比试验性DSC实验，以此与之后的污泥DSC实验进行对比。所取土壤测得

32、含水率约为10%，将土样烘干后取样测试，同时向所取土样中加入定量的水配制成含水率为20%、30%、40%、50%的土样分别进行测试0%、10%、20%土壤样热分析30%、40%、50%土壤样热分析NaCl土壤牛奶&葡萄糖脱脂牛奶纯牛奶纯奶出峰温度低于脱脂奶且峰面积两者也存在差异，可见样品主体物质类似仅存在部分不同时，DSC还是能很灵敏且准确测量出差异污泥调理实验与脱水特性表征研究6DSC水分表征实验结果和讨论6污泥的DSC实验结果及讨论在失去的水分占到55%、65%、75%的时候，在测量的温度范围内都未有放热峰出现，而试样中的含水率分别在10%至30%左右，即试样中确实含有水分但未在测

33、量温度范围内冰冻凝固，由此可排除当自由水出峰掩盖结合水出峰的问题，同时也侧面证明了污泥中确实还含有结合水，且该结合水在测量范围内未冰冻凝固，即排除污泥中结合水是否真正存在的疑虑干燥污泥污泥五个污泥试样经微波调理，功率600W，处理时间对应为30s、60s、120s、180s、240s，进行DSC热分析污泥0100200300120130140150Bound Water Content/(kg/kg DS)Time/(s)五个污泥试样经微波调理，功率300W，处理时间对应为30s、60s、120s、180s、240s，进行DSC热分析0100200300162432Bound Water Content/(kg/kg DS)Time/(s)污泥调理实验与脱水特性表征研究6DSC水分表征实验本章小结6成分单纯的NaCl+水二元溶液试样，在测量温度范围内，质量浓度为5%、10%、15%时，能够测得试样结合水的出峰，且各项结果都与权威学者研究结果一致，由此可反应实验方法的正确性和实验仪器的良好测量状态土壤、牛奶、葡萄糖溶液的DSC研究可以证实，在试样成分非常复杂，物质对水的束缚力过大的情况下，在测量温度范围内未出现结