基于电磁波生物效应的剩余污泥脱水动态控制研究

随着我国大量污水处理厂的建成与运行，剩余污泥的减量化与资源化成为迫在眉睫的问题。超声波技术和微波技术被引入，但均有弊端而很难大范围推广，且含水率无法突破性降低。本项目旨在采用电磁波进行连续流条件下的剩余污泥脱水，根据均匀性试验法，将电磁波加载于不同含水率的剩余污泥，动态跟踪污泥加载电磁波前后的SCOD、TCOD、TS、VS、TN、TP、VFA、pH值、温度、比阻、比能耗和生物相的变化，探索不同加载条件下剩余污泥所发生的物理行为和化学行为以及生物效应，探讨污泥脱水过程中的生物窗特征、协同效应与各影响因素之间的响应机制，建立脱水过程中的含水率变化模型、有机物溶出动力学模型和溶出量预测模型，对电磁波生物效应进行量子理论分析。

本项目首次采用电磁波连续流剩余污泥脱水，完成了电磁波污泥脱水试验装置的设计、安装与调试；采用单因素试验和均匀设计试验法，通过对加载电磁波前后的污泥进行动态跟踪，实现了电磁波频率、电磁波加载功率、加载时间、污泥加载量等试验因素的实时调控对污泥的胞内有机物溶出性能、污泥沉降性能和脱水性能的影响研究；均匀性试验的回归分析结果表明，2450MHz电磁波生物效应污泥脱水试验系统的最优工况为：加载功率270W、加载时间200s、加载泥量150mL，该工况下污泥离心含水率由原泥的90.46%降低到87.32%；5800MHz电磁波生物效应污泥脱水试验系统的最优工况为：加载功率214W、加载时间86s、加载泥量94mL，该工况下污泥离心含水率由原泥的88.24%预测降低到86.53%。污泥接受5800MHz电磁波处理后，含水率降低一个百分点需要的电磁波处理费用是987元/（t干污泥（以80%计）），比2450MHz电磁波处理费用降低了约45%。最后，提出了污泥胞内物质的溶出量与电磁波加载条件关系的预测模型。