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根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2013年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2013年末城市污水處理廠日處理能力達(dá)11 858萬(wàn)m3，城市污水處理率達(dá)到84.9%〔1〕。隨著污水處理量的不斷加大，產(chǎn)生了大量污泥，污泥的處理和處置受到廣泛關(guān)注〔2〕。污水廠產(chǎn)生的污泥未經(jīng)深度處理前成分復(fù)雜，含有大量重金屬、病毒、寄生蟲(chóng)卵等有害物質(zhì)，含水率一般在95%以上，很容易腐敗，易造成二次污染，因此必須對(duì)污泥進(jìn)行無(wú)害化、穩(wěn)定化處理〔3〕。國(guó)內(nèi)外最終處置污泥的方法主要有土地填埋、焚燒、農(nóng)用等〔4〕，這些污泥最終處置方法都面臨如何降低污泥含水率的問(wèn)題。超聲波技術(shù)由于具有清潔性、操作簡(jiǎn)單、可引起空穴效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等特性，已在處理剩余污泥中得到應(yīng)用〔5〕，一般作為污泥預(yù)處理手段來(lái)提高污泥的脫水性。絮凝劑陽(yáng)離子瓜爾膠（CGG）是對(duì)瓜爾膠進(jìn)行氨基化陽(yáng)離子改性得到的一種藥劑，目前主要用作增稠劑和調(diào)理劑，已有報(bào)道其在廢水處理領(lǐng)域中作為絮凝劑得到應(yīng)用。天然改性絮凝劑CGG相對(duì)人工合成高分子絮凝劑有著來(lái)源廣泛、無(wú)二次污染、易降解等優(yōu)點(diǎn)，是環(huán)保型絮凝劑，其絮凝機(jī)理主要有2個(gè)方面〔6〕：一方面是電中和產(chǎn)生的凝聚作用；另一方面是通過(guò)懸浮物之間的交聯(lián)吸附作用。

本研究主要探討了單獨(dú)超聲波作用、單獨(dú)改性天然高分子絮凝劑CGG作用、超聲波與CGG聯(lián)合作用、及超聲波與復(fù)合絮凝劑（CGG+PAM）聯(lián)合作用對(duì)污泥脫水性的影響，旨在探討超聲波與高分子絮凝劑聯(lián)合作用促進(jìn)污泥脫水的可行性及最佳參數(shù)，從而為超聲波和天然改性高分子絮凝劑在污泥處理方面的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及儀器
材料：污泥為江門(mén)市水質(zhì)凈化廠濃縮污泥，其理化性質(zhì)：pH為6.86，污泥質(zhì)量濃度為（49.5±0.3） g/L，含水率為95%左右，毛細(xì)吸水時(shí)間為470 s，污泥離心含水率為88.3%。污泥取回后，經(jīng)0.28 mm孔徑篩過(guò)濾后于4 ℃下貯存待用。陽(yáng)離子瓜爾膠（C-14-S），工業(yè)品，河北天時(shí)化工有限公司；聚丙烯酰胺，相對(duì)分子質(zhì)量≥500萬(wàn)，AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠。

儀器：AnKe DL-5-B離心機(jī)，上海安亭科技儀器廠；DAG-9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)，深圳市中潤(rùn)水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司；CY-5D型超聲波生物促進(jìn)生長(zhǎng)儀，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 分析方法
試驗(yàn)采用污泥毛細(xì)吸水時(shí)間（CST）和污泥離心含水率作為脫水性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2.1 污泥毛細(xì)吸水時(shí)間

分別取20 mL污泥加入到直徑為20 mm的有機(jī)玻璃圓柱中，兩塊有機(jī)玻璃板之間的Whatman色譜紙將從污泥中吸收水分，記錄色譜紙濕潤(rùn)半徑達(dá)到2 cm時(shí)所需時(shí)間，即為污泥CST〔7〕。

1.2.2 污泥離心含水率
取一定量污泥倒入離心管中，在轉(zhuǎn)速為2 000 r/min下離心30 min，然后將離心管中的泥餅取出，在恒溫烘箱內(nèi)于105 ℃烘干至恒重，冷卻，稱重，經(jīng)計(jì)算得到濾餅含水率〔8〕。

1.3 絮凝劑污泥調(diào)理試驗(yàn)條件
分別取1 L污泥，在相同攪拌速度和時(shí)間（先于350 r/min下攪拌60 s，再在60 r/min下攪拌10 min）條件下同時(shí)投加藥劑進(jìn)行污泥調(diào)理試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波調(diào)理污泥試驗(yàn)
在超聲波頻率為20 Hz，功率為60 W，處理污泥量為200 mL條件下，考察了超聲波作用時(shí)間對(duì)污泥脫水性的影響，結(jié)果如圖 1、圖 2所示。

圖 1 超聲波作用時(shí)間對(duì)污泥CST的影響

圖 1 超聲波作用時(shí)間對(duì)污泥CST的影響

從圖 1和圖 2可以看出，隨著超聲波作用時(shí)間的增加，CST先減小后增大，污泥離心含水率則先減小后增大再減小。當(dāng)超聲波作用時(shí)間為20 s時(shí)，CST和污泥離心含水率均最小，分別為354 s和86.23%。這是由于短時(shí)間的超聲波作用破壞了污泥的絮體結(jié)構(gòu)，使得污泥中的水容易釋放出來(lái)，便于脫水，致使CST和污泥離心含水率較低；長(zhǎng)時(shí)間的超聲波作用，由于超聲波的空穴效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，使得污泥顆粒過(guò)小而不利于脫水，CST和污泥離心含水率升高。本試驗(yàn)確定超聲波調(diào)理污泥的作用時(shí)間為20 s。

2.2 超聲波與CGG聯(lián)合調(diào)理污泥
采用超聲波與CGG聯(lián)合作用，先使用超聲波調(diào)理污泥，再加入CGG進(jìn)行污泥調(diào)理。

2.2.1 聯(lián)合作用對(duì)污泥CST的影響
試驗(yàn)比較了有、無(wú)超聲波預(yù)處理2種情況下，加入不同量的CGG調(diào)理污泥后污泥CST的變化情況，結(jié)果如圖 3所示。

圖 3 CGG投加量對(duì)污泥CST的影響

由圖 3可知，2種情況下污泥的CST均比原污泥有一定程度的降低，并都隨著CGG投加量的增加而減小。其中，經(jīng)超聲波預(yù)處理的污泥CST整體上比未經(jīng)超聲波預(yù)處理時(shí)低。未經(jīng)超聲波作用的污泥CST在CGG投加量為900 mg/L時(shí)最低，為154 s；經(jīng)超聲波作用后，當(dāng)CGG投加量＞540 mg/L后，CST介于65～95 s之間，變化較小。未經(jīng)超聲波處理的污泥在CGG投加量為900 mg/L時(shí)的CST值與經(jīng)超聲波處理的污泥在CGG投加量為540 mg/L時(shí)的CST值相當(dāng)，這表明超聲波與CGG的聯(lián)合作用可以節(jié)省CGG的用量。

2.2.2 聯(lián)合作用對(duì)污泥離心含水率的影響
試驗(yàn)比較了有、無(wú)超聲波預(yù)處理2種情況下，加入不同量的CGG調(diào)理污泥后污泥離心含水率的變化情況，結(jié)果如表 1所示。

由表 1可知，經(jīng)超聲波預(yù)處理的污泥，再加入一定量CGG處理后，污泥離心含水率低于未經(jīng)超聲波處理而直接采用CGG處理的污泥。經(jīng)超聲波預(yù)處理的污泥離心含水率隨CGG投加量的增加而降低，當(dāng)CGG投加量＞720 mg/L后，污泥離心含水率的變化趨于平緩，表明達(dá)到一定的CGG投加量后，進(jìn)一步增加CGG投加量對(duì)污泥離心含水率的作用效果減小。

2.3 超聲波與復(fù)合絮凝劑（CGG+PAM）聯(lián)合調(diào)理污泥
PAM具有良好的絮凝性，是目前常用的高分子絮凝劑之一，其在污泥處理中主要通過(guò)吸附架橋作用達(dá)到絮凝沉淀的效果。試驗(yàn)考察了超聲波與CGG+PAM聯(lián)合作用對(duì)污泥脫水性的影響。試驗(yàn)中，首先將污泥進(jìn)行超聲波預(yù)處理，再依次加入CGG和PAM。2種藥劑的投加量組合及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2。

從表 2可以看出，在復(fù)合絮凝劑作用下，經(jīng)超聲波預(yù)處理的污泥CST整體上要比未經(jīng)超聲波處理時(shí)低，除第1組外，經(jīng)超聲波處理的污泥CST都低于50 s，脫水效果很好。未經(jīng)超聲波處理的污泥CST，在藥劑投加量達(dá)到一定程度后也會(huì)有明顯的降低，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同等藥劑量經(jīng)超聲波預(yù)處理的污泥CST。這是因?yàn)榻?jīng)超聲波處理，大的污泥顆粒被擊破成小顆粒，小顆粒污泥能更充分地與絮凝劑接觸，從而更好地發(fā)揮了絮凝劑的絮凝作用，提高了污泥的脫水效果。綜合考慮，第4組藥劑投加量下的試驗(yàn)效果比較好，此時(shí)CST為18 s。污泥未經(jīng)超聲波預(yù)處理而只添加不同組合的絮凝劑處理時(shí)，污泥離心含水率均高于70%，而經(jīng)超聲波預(yù)處理再進(jìn)行絮凝處理時(shí)，污泥離心含水率則大幅度降低，特別是當(dāng)CGG、PAM投加量分別為300 、120 mg/L時(shí)，污泥離心含水率降低至58.8%，說(shuō)明超聲波與復(fù)合絮凝劑（CGG+PAM）聯(lián)合調(diào)理污泥大大提高了污泥的脫水性，并且減少了絮凝劑的添加量。

3 結(jié)論
（1）單獨(dú)超聲波處理污泥能夠改善污泥的脫水性。當(dāng)超聲頻率為20 Hz，功率為60 W時(shí)，最佳作用時(shí)間為20 s。

（2）采用超聲波和CGG聯(lián)合調(diào)理污泥，污泥的脫水性有一定程度的提高。當(dāng)CGG投加量為900 mg/L時(shí)，污泥脫水性較好，CST從原污泥的470 s降到76 s；污泥離心含水率從原污泥的88.3%降低到75.3%。

（3）采用超聲波與復(fù)合絮凝劑（CGG+PAM）聯(lián)合調(diào)理污泥，污泥的脫水性有了顯著提高。當(dāng)CGG和PAM投加量分別為300 、120 mg/L時(shí)，CST為18 s，污泥離心含水率達(dá)到58.8%，在提高了污泥脫水性的同時(shí)，節(jié)省了絮凝劑的使用量。