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根据《2011年国民经济和社会发展统计公报》，2011年末中国城市污水处理厂日处理污水的能力已超过1.1亿m3，城市污水处理率达到82.6%。随着污水处理量的日益增加，还产生了大量的污泥。目前对这些污泥的处理、处置仍面临着许多问题，处理不当则很容易产生二次污染问题，因此有必要在污泥的最终处置前进行污泥减量的预处理。

污泥预处理技术包括机械法(如超声处理)、化学法(如碱法等)、热力学法(如热处理、冻/融处理)和生物法(如生物酶法)等。相对于机械法需要消耗大量能量或化学法需要添加化学药剂的高成本来说，冷融法可自发进行，不需要额外添加聚合物，并且自然冷能作为一种清洁能源，可大大降低运行费用。

早在19世纪，加拿大已有把自然冷冻法应用于污泥预处理的实例，并认为其处理费用是普通处理方法的十分之一，只是当时由于技术上的原因，自然冷冻法没得到推广。近年来，冷融法处理污泥在美国、瑞典等国家得到广泛的应用，而冷融法处理污泥在国内尚处于初步探索阶段。冷融处理是一种有效的污泥调理手段，不仅能够改善污泥的脱水性能，使污泥颗粒结构更加紧密，还可以减少结合水含量，同时实现污泥破解，加速后续的厌氧消化进程等。冷融过程破坏了污泥胶体性质，使疏松的颗粒结构转变为致密形态结构，沉降速度与过滤速度提高。冷融法同时也是一种有效灭活污泥细菌的方法，有研究表明其对异养菌群(HPC)灭活率可达95%，对大肠菌群灭活率可达84%左右。笔者研究了剩余污泥在-18℃下冷冻不同时间后，污泥理化性质的变化情况，并分析了冷融后污泥的沉降性能和脱水性能。

1实验材料与方法

1.1污泥来源

试验所用的剩余污泥采集于江门市文昌沙水质净化厂，污泥采集后静沉12h，弃去上清液，其含水率降至97%左右，贮存在4℃冰箱中备用。剩余污泥的TCOD和SCOD分别为(30126±237)mg/L和(1075±26)mg/L，pH为6.82。

1.2冷冻实验

将剩余污泥置于-18℃的冰箱中冷冻不同时间。冷冻结束后，在相对湿度为41%~88%，室温(约25℃)条件下进行解冻，然后分析其理化性质、脱水性能和沉降性能。

1.3分析方法

将经冷融处理的污泥50mL加入量筒中，每隔一定时间记录一次污泥体积，共计时1h，比较经不同试验处理后污泥的沉降速度。将经冷融处理的100mL污泥倒入布氏漏斗，在0.04~0.05MPa下进行真空抽滤。直至真空破坏时停止过滤，如真空长时间不破坏，则过滤20min后即停止。然后取出部分污泥滤饼置于表面皿中，于烘箱中105℃恒温烘干至恒重，放入干燥器中冷却后称其质量，最后计算滤饼的含水率。污泥的TCOD、SCOD和pH按照国家标准方法测定。

2结果与讨论

2.1冷冻时间对污泥沉降性能的影响

污泥冷冻不同时间，再经自然融化后，其沉降性能变化见图1。

由图1可以看出：原污泥沉降很慢，沉降1h后污泥体积还有43mL。而冷冻6h的污泥融化后，1min内就沉降了13mL，沉降速度由原先的0.002mL/s上升至0.217mL/s，沉降速度提高了108.5倍，污泥沉降速度大幅度提高。这是由于完全冻融后污泥颗粒间结合水和间隙水被排出，污泥颗粒迅速凝集沉降。当污泥经13h的冷冻后，1min内的沉降速度又比冷冻6h的污泥快很多，说明增加冷冻时间有助于改善污泥沉降性能，但将冷冻时间提高到22h时，沉降速度却没能进一步提高，由此说明，冷冻13h是提高污泥沉降性的既经济又有效的较佳冷冻时间。

有研究表明〔9〕，完全冷冻是污泥性状发生改变的前提，P.A.Vesilind定义的完全冷冻时间为：

式中：tf———完全冷冻时间，h;

ρf———污泥冷冻后的密度，kg/m3;

L———熔化潜热，W˙h/kg;

ε———污泥层厚度，m;

Tf———污泥的冰点，℃;

Taf———冷冻场的平均温度，℃;

hc———平均对流系数，W/(m2˙℃)。

其中ρf=917kg/m3，L=93W˙h/kg，ε=0.006m，Tf=0℃。经推导，本试验装置平均对流系数为2.368W/(m2˙℃)。由此可计算出-18℃完全冻结时间为12h。这个时间与本试验确定的较佳冷冻时间13h较吻合。