本研究主要探討了單獨(dú)超聲波（是一種頻率高于20000赫茲的聲波）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(collaborate)用、及超聲波與復(fù)合絮凝劑聯(lián)合作用對污泥脫水性的影響，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(Material)及儀器
材料：污泥為江門市水質(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 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孔徑篩過濾后于4 ℃下儲藏待用。陽離子瓜爾膠，工業(yè)品，河北天時(shí)化工有限公司；聚丙烯酰胺，相對分子質(zhì)量≥500萬，AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠。
儀器：AnKe DL-5-B離心機(jī)，安亭科技儀器廠；DAG-9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)，市中潤水工業(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)間和污泥離心含水率作為脫水性評價(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 (是一種通俗的名稱，縮寫為PMMA)材質(zhì)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)間對污泥CST的影響(influence)
圖 1 超聲波作用時(shí)間對污泥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(release)出來，便于脫水，致使CST和污泥離心含水率較低；長時(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（是一種頻率高于20000赫茲的聲波）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)合作用對污泥CST的影響(influence)
試驗(yàn)比較了有、無超聲波（是一種頻率高于20000赫茲的聲波）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。中空纖維膜紡絲機(jī)外形像纖維狀，具有自支撐作用的膜。它是非對稱膜的一種，其致密層可位于纖維的外表面／如反滲透膜，也可位于纖維的內(nèi)表面(如微濾膜和超濾膜)。對氣體分離膜來說，致密層位于內(nèi)表面或外表面均可。其中，經(jīng)超聲波（是一種頻率高于20000赫茲的聲波）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)合作用對污泥離心含水率的影響(influence)
試驗(yàn)比較了有、無超聲波預(yù)處理(chǔ lǐ)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（是一種頻率高于20000赫茲的聲波）與CGG+PAM聯(lián)合作(collaborate)用對污泥脫水性的影響(influence)。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(表現(xiàn)出內(nèi)在的能力)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)CG
G、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%，說明超聲波與復(fù)合絮凝劑聯(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。具體參見
3 結(jié)論
單獨(dú)超聲波處理污泥能夠改善污泥的脫水性。膜生物反應(yīng)器在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。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。
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%。
采用超聲波與復(fù)合絮凝劑聯(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。
