微波作用下剩余污泥破解实验研究.doc

1、摘 要对剩余污泥的处理在污水处理中占用昂贵的费用，基于经济环境和其它因素的考虑，如何解决剩余污泥的问题正是我们面临的挑战。由于环境结和相关法律的要求不断增加，那么对剩余污泥处理方案的选择就越来越严格，而减少污泥总量又是迫切的目标。污泥厌氧消化过程中，污泥水解是限速步骤。如在厌氧消化前，对污泥进行破解预处理，即使细胞壁破裂，细胞内含物溶出，可以加速污泥的水解过程，从而达到缩短消化时间，减少消化池容积，提高甲烷产量的目的。本课题采用微波技术，破解人工配水条件下培养的污泥。主要研究内容是:不同微波强度、声能密度、破解时间、污泥浓度对污泥破解效果的影响。试验结果表明，采用微波技术破解污泥，可以破坏污泥

2、絮体及污泥细胞，使胞内物质由污泥相进入水相，导致水相中SCOD值增加。SCOD增加值随微波能量密度，微波强度、微波作用时间、声能密度及污泥浓度的增加而增加。在一定微波强度与微波能量密度下，SCOD增加值随时间延长线性增长。即在一定试验时间范围内，污泥破解反应相对于时间符合一级反应动力学规律。但是，在较高微波强度与较低污泥浓度下，SCOD增加值随时间延长不再呈线性增长趋势，而是随超声作用时间的延长，增长速度减缓。关键词：剩余污泥 微波 破解 ABSTRACTExcess biomass produced during the biological treatment of wastewaters

3、 requires costly disposal. Excess sludge treatment and disposal currently represents a rising challenge for wastewater treatment plants due to economic, environmental and regulation factors. As environmental and legislative constraints increase, thus limiting disposal options, there is considerable

4、impetus for reducing the amount of biomass produced. In the case of sewage sludge digestion, the biological hydrolysis has been identified as the ratelimiting step. If some methods are applied as pretreatment to disintegrate the sludge flocs and disrupt bacterial cells wall, the hydrolysis can be im

5、proved a lot, so that the residence time can be shortened, fermenter volume be reduced, methane production be significantly increased. In this paper, the pretreatment of waste sludge by microwave disintegration on a laboratoryscale is studied .The sludge disintegrated in the research is cultivated u

6、sing synthetic water. This study covers the following: the effect of changing microwave density, intensity, sludge concentration and disintegration time on the disintegration result.It has been found that applying microwave as pretreatment to disintegrates ludge is an effective method which can brea

7、k up sludge flocs and disrupt bacterial cells wall and lead to the release of intracellular material into the sludge supernatant. After being disintegrated, the SCOD in the sludge supernatant is increased greatly. The increment of SCOD is enhanced with the augment of microwave density, intensity, sl

8、udge concentration and disintegration time. Under a certain microwave density and intensity, the increment of SCOD is enhanced lineally with the extending of time. That is to say, during the disintegration in this experiment, the reaction of microwave sludge disintegration is a one-order reaction. H

9、owever, under low sludge concentration and high microwave density, the increment of SCOD would not enhanced lineally with the extending of time but turn slow as time extending.KEYWORDS: waste activated sludge, microwave, disintegration.目 录摘要ABSTRACT.第一章 绪论11.1污泥的挑战11.1.1我国污泥处理处置的背景与问题11.1.2污泥处理处置的国际

10、经验21.1.3剩余污泥的形成过程31.1.4剩余污泥的结构及特性41.2污泥厌氧消化51.2.1厌氧消化的原理51.2.2污泥厌氧消化存在的问题及污泥破解处理的意义61.3污泥破解技术的研究进展61.3.1 物理方法61.3.2 化学法91.3.3 组合方式破解法121.3.4 污泥破解技术小结131.4微波概述131.4.1 微波加热原理151.4.2 微波加热发生器系统151.5 微波破解污泥的主要影响因素161.5.2 污泥性质161.5.3 反应条件171.5.4 反应器形状、结构171.6 本文研究的主要目的及内容17第二章 试验装置与试验方法192.1 污泥来源192.2 试验主

11、要装置及仪器试剂192.2.1 试验主要装置192.2.2 仪器及试剂202.3 微波破解试验方法212.3.1 剩余污泥含水率试验212.3.2 微波破解不同含水率的污泥试验212.3.3 微波破解各含水率污泥综合试验222.4 分析项目和试验方法22第三章 实结果与讨论243.1 含水率计算结果列表243.2 含水率为99.5%的污泥微波破解试验结果243.3 含水率为99%的污泥微波破解试验结果333.4 含水率为97.5%的污泥微波破解试验结果393.5 温度变化453.6 pH变化483.7 SCOD与比能耗的关系513.8 TS减少率随比能耗的变化563.9 VS减少率与比能耗的变

12、化关系593.10 温度增加与比能耗的关系62第四章 微波辐射机理66结论67参考文献68致谢71 第一章 绪论1.1污泥的挑战目前世界上801以上的污水处理厂应用的是活性污泥法处理污水，它最大的弊端就是处理污水的同时产生惊人的大量剩余污泥。污泥中的固体有的是截留下来的悬浮物质，有的是由生物处理系统排出的生物污泥，有的则是因投加药剂而形成的化学泥，污水处理厂产生的污泥量约为处理水体积的0.15 % 1 %左右 。污泥的处理和处置，就是要通过适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中。这些污泥一般富含有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境产生新的污染。

13、对这些污泥处理方法主要有：农用、填海、焚烧、埋地。但这些方法都无一例外地存在弊端。如污泥中重金属的含量通常超过农用污泥重金属最高限量的规定。此外，污泥中还含有病原体、寄生虫卵等， 如农业利用不当，将对人类的健康造成严重的危害。填埋处置容易对地下水造成污染，同时大量占用土地。焚烧处置虽可使污泥体积大幅减小，且可灭菌，但焚烧设备的投资和运行费用都比较大。投放远洋虽可在短期内避免海岸线及近海受到污染，但其长期危害可能非常严重，因此，已被界上大多数国家所禁用。1.1.1我国污泥处理处置的背景与问题据估算，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量（干重）大约为130万吨，而且年增长率大于10%，特别是在我

14、国城市化水平较高的几个城市与地区，污泥出路问题已经十分突出。如果城市污水全部得到处理，则将产生污泥量（干重）为840万吨，占我国总固体废弃物的3.2。目前，我国污泥处理处置主要方法中，污泥农用约占44.8%、陆地填埋约占31%、其它处置约10.5%、没有处置约13.7%，这些所谓的“处理”和“处置”基本上都是在特定的条件下估算的，严格来说以上数字将会有很大变化。据统计，我国用于污泥处理处置的投资约占污水处理厂总投资的2050%，可以看出，污泥处理处置处于严重滞后状态。污泥处理处置问题已经在大城市中显现出来。早期的污水处理厂，由于没有严格的污泥排放监管，普遍将污水和污泥处理单元剥离开来，为了追求

15、简单的污水处理率，尽可能地简化、甚至忽略了污泥处理处置单元；有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理设施长期闲置，甚至将未做任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多大城市出现了污泥围城的现象并已开始向中小城市蔓延，给生态环境带来了极不安全的隐患。目前我国虽然对污泥问题开始关注，但仍然停留在技术层次，2003年开始，我国主要大城市，开始尝试进行污泥处理处置规划，对其技术方案进行了充分论证，如：广州市近期采取生污泥填埋，远期将用于农肥；深圳市已完成专项规划，拟采取热干化加焚烧工艺；上海市则根据不同情况，采取处理分散化、处置集约化、技术多元化的方针；天津市计划建设3座污泥处理场，采用污泥消化发电工艺，但尚无污泥最终处置的方法；北京市污泥处理处置专项规划还未经审批，土地利用将是主要发展趋势。1.1.2污泥处理处置的国际经验污水和污泥是