材料，结合红外处理，研究不同频率、不同时间的超声波处理对污泥失水率的影响，并得出了较为科学的结果。
关键词：剩余污泥；红外处理；超声波处理；失水率；污水处理；固态沉积物 文献标识码：A
中图分类号：X703 文章编号：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处理厂污水处理后所产生的固态沉积物。近年来，随着经济快速发展，所需能耗日益增多，由此产生的污水量逐渐增加，相应的污泥量也呈增长趋势。污泥处理处置已成为困扰污水处理厂和全社会的重大问题，其主要原因是含水量过高，未经处理的污泥含水率高达95%以上。经机械脱水后仍有80%以上，后续处置十分困难。开发新的处理工艺，提高污泥的失水率，不仅可以解决剩余污泥的处理问题，而且可以保护环境、回收资源，具有重大的经济、社会、生态效益。超声波是频率高于20kHz的声波。超声波作用下的污泥不断被压缩和膨胀，使内部可产生气穴泡，且不断成长，并最终共振“内爆”产生超高温（5000℃）、高压（500bar），同时产生的强力水喷射流形成巨大的水力剪切力，对污泥絮体结构与污泥中微生物细胞壁产生巨大的破坏，使细胞质和酶从细胞中溶出，使污泥的物理、化学和生物性质发生不同程度的改变，从而有益于污水厂运行及污泥处置。为了处理方便，本试验以压滤剩余污泥为材料，进行红外（模拟太阳能）、超声波处理，研究红外超声波处理对剩余污泥失水率的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
压滤剩余污泥来自山西省临汾市污水处理厂。
1.2 仪器设备
变频超声波处理器、电子天平、电热恒温烘箱、干燥器。
1.3 测定方法
超声波处理频率设45kHz、80kHz、100kHz三个水平，超声波处理时间设5min、10min、15min三个水平，烘箱处理时间设10min、20min、30min三个水平。对照不设超声波处理。
1.3.1 超声波处理。取压滤剩余污泥于包装袋中，超声波处理。
1.3.2 红外处理（模拟太阳能）。铝盒在105℃烘箱中烘烤2h，移入干燥器内冷却至室温，称重为W0g。
取超声处理后的泥样5g左右，均匀地平铺在铝盒中，盖好，称重为W1g。
揭开铝盒盖，放在盒底下，置于已预热至40℃的烘箱中烘烤，取出，盖好，移入干燥器内冷却至室温，称至恒重为W2g。
1.3.3 结果计算。失水率=（W1-W2）/（W1-W0）×100%。
1.4 统计分析
采用SPSS 17.0软件进行Duncan′s新复极差多重比较进行显著性分析，Microsoft Excel作图。
2 结果与分析
2.1 超声波频率对污泥失水率的影响
从图1可以看出：（1）红外处理10min后，各处理与对照相比，超声波处理后的污泥失水率显著提高，其中45kHz处理和100kHz处理达到极显著水平；各处理之间相比，45kHz处理的污泥失水率极显著地高于80kHz处理，显著地高于100kHz处理，100kHz处理和80kHz处理之间差异不显著。（2）红外处理20min后，各处理与对照相比，45kHz处理和100kHz处理的污泥失水率显著地高于对照，80kHz处理与对照之间的差异不显著；各处理之间相比，45kHz处理的污泥失水率极显著地高于80kHz，与100kHz处理之间的差异不显著。（3）红外处理30min后，各处理与对照相比，45kHz处理和100kHz处理的污泥失水率显著地高于对照，其中45kHz处理达到极显著水平，80kHz处理和对照之间的差异不显著；各处理之间相比，45kHz处理的污泥失水率显著地高于100kHz处理和80kHz处理，100kHz处理和80kHz处理之间差异不显著。
从图2可以看出：（1）红外处理10min后，各处理与对照相比，45kHz处理和100kHz处理的污泥失水率极显著地高于对照，80kHz处理与对照之间的差异不显著；各处理之间相比，45kHz处理的污泥失水率极显著地高于其他两个处理，100kHz处理的污泥失水率显著地高于80kHz处理。（2）红外处理20min、30min后，各处理与对照相比，45kHz处理和100kHz处理的污泥失水率极显著地提高，80kHz处理的污泥失水率显著地提高；各处理之间相比，差异达极显著水平。
从图3可以看出：（1）红外处理10min后，各处理与对照相比，45kHz处理的污泥失水率极显著地高于对照，其他处理与对照之间的差异不显著；各处理之间相比，45kHz处理的污泥失水率极显著地高于其他处理。（2）红外处理20min后，各处理与对照相比，超声波处理后的污泥失水率显著提高，其中45kHz处理和100kHz处理达到极显著水平；各处理之间相比，45kHz处理的污泥失水率极显著地高于其他处理，100kHz处理和80kHz处理之间差异不显著。（3）红外处理30min后，各处理与对照相比，45kHz处理和100kHz处理的污泥失水率极显著地高于对照，80kHz处理和对照之间的差异不显著；各处理之间相比，45kHz处理的污泥失水率极显著地高于其他处理，100kHz处理的污泥失水率显著地高于80kHz处理。
从图1、图2、图3可以看出：超声波时间相同时，不同频率的超声波处理对污泥失水率的影响效果如下：45kHz>100kHz>80kHz。
2.2 超声波时间对污泥失水率的影响
从图4可以看出：红外处理10min、20min、30min后，各处理与对照相比，不同时间的超声波处理的污泥失水率显著提高，并且达到极显著水平；各处理之间相比，差异不显著。
从图5可以看出：（1）红外处理10min后，各处理与对照相比，差异不显著；各处理之间相比，差异也不显著。（2）红外处理20min、30min后，各处理与对照相比，不同时间的超声波处理的污泥失水率显著提高；各处理之间相比，差异不显著。
从图6可以看出：（1）红外处理10min后，各处理与对照相比，不同时间的超声波处理的污泥失水率显著提高，其中5min处理和10min处理达到极显著水平；各处理之间相比，差异不显著。（2）红外处理20min、30min后，各处理与对照相比，差异不显著；各处理之间相比，差异也不显著。从图4、图5、图6可以看出：超声波频率相同时，不同时间的超声波处理对污泥失水率的影响无显著差异。
2.3 红外时间对污泥失水率的影响
从图7可以看出：随着红外时间增加，污泥失水率呈逐上升趋势。不同处理之间差异极显著。
3 结语
由于污泥处理主要利用超声波的机械效应，因此低频下效果较好。本试验结果表明，超声波处理时间一定时，45kHz超声波处理可以显著地提高污泥失水率。超声波能有效地破坏菌胶团结构，将其内部包含水被释放成为比较容易去除的自由水。在超声波频率一定的条件下，时间对污泥失水率也有影响。本试验结果表明，不同时间超声波处理之间的差异虽不显著，但污泥失水率并不与时间成正比，因此控制时间尤为重要。从本试验的数据处理结果可以看出，最优处理组合为45kHz超声波处理5min后红外处理30min，失水率高达13.60%。
另外，本试验利用烘箱处理模拟太阳能干燥污泥，从图1至图7可以看出，污泥失水率与烘箱处理时间成正相关。因此在实践中，利用超声波处理结合可再生的太阳能对污泥脱水的方法，不但具有节能、成本低的优点，而且充分利用了太阳能等可再生能源，具有很好的应用前景。
参考文献
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作者简介：任颖（1993-），女，山西师范大学生命科学学院学生，研究方向：土壤理化性质检测、植物遗传育种。
（责任编辑：秦逊玉）