根據(jù)《2011年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，2011年末中國城市污水處理廠日處理污水的能力已超過1.1億m3，城市污水處理率達到82.6%。隨著污水處理量的日益增加，還產(chǎn)生了大量的污泥。目前對這些污泥的處理、處置仍面臨著許多問題，處理不當則很容易產(chǎn)生二次污染問題，因此有必要在污泥的最終處置前進行污泥減量的預處理。

污泥預處理技術(shù)包括機械法(如超聲處理)、化學法(如堿法等)、熱力學法(如熱處理、凍/融處理)和生物法(如生物酶法)等。相對于機械法需要消耗大量能量或化學法需要添加化學藥劑的高成本來說，冷融法可自發(fā)進行，不需要額外添加聚合物，并且自然冷能作為一種清潔能源，可大大降低運行費用。

早在19世紀，加拿大已有把自然冷凍法應(yīng)用于污泥預處理的實例，并認為其處理費用是普通處理方法的十分之一，只是當時由于技術(shù)上的原因，自然冷凍法沒得到推廣。近年來，冷融法處理污泥在美國、瑞典等國家得到廣泛的應(yīng)用，而冷融法處理污泥在國內(nèi)尚處于初步探索階段。冷融處理是一種有效的污泥調(diào)理手段，不僅能夠改善污泥的脫水性能，使污泥顆粒結(jié)構(gòu)更加緊密，還可以減少結(jié)合水含量，同時實現(xiàn)污泥破解，加速后續(xù)的厭氧消化進程等。冷融過程破壞了污泥膠體性質(zhì)，使疏松的顆粒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅苄螒B(tài)結(jié)構(gòu)，沉降速度與過濾速度提高。冷融法同時也是一種有效滅活污泥細菌的方法，有研究表明其對異養(yǎng)菌群(HPC)滅活率可達95%，對大腸菌群滅活率可達84%左右。筆者研究了剩余污泥在-18℃下冷凍不同時間后，污泥理化性質(zhì)的變化情況，并分析了冷融后污泥的沉降性能和脫水性能。

1實驗材料與方法

1.1污泥來源

試驗所用的剩余污泥采集于江門市文昌沙水質(zhì)凈化廠，污泥采集后靜沉12h，棄去上清液，其含水率降至97%左右，貯存在4℃冰箱中備用。剩余污泥的TCOD和SCOD分別為(30126±237)mg/L和(1075±26)mg/L，pH為6.82。

1.2冷凍實驗

將剩余污泥置于-18℃的冰箱中冷凍不同時間。冷凍結(jié)束后，在相對濕度為41%~88%，室溫(約25℃)條件下進行解凍，然后分析其理化性質(zhì)、脫水性能和沉降性能。

1.3分析方法

將經(jīng)冷融處理的污泥50mL加入量筒中，每隔一定時間記錄一次污泥體積，共計時1h，比較經(jīng)不同試驗處理后污泥的沉降速度。將經(jīng)冷融處理的100mL污泥倒入布氏漏斗，在0.04~0.05MPa下進行真空抽濾。直至真空破壞時停止過濾，如真空長時間不破壞，則過濾20min后即停止。然后取出部分污泥濾餅置于表面皿中，于烘箱中105℃恒溫烘干至恒重，放入干燥器中冷卻后稱其質(zhì)量，最后計算濾餅的含水率。污泥的TCOD、SCOD和pH按照國家標準方法測定。

2結(jié)果與討論

2.1冷凍時間對污泥沉降性能的影響

污泥冷凍不同時間，再經(jīng)自然融化后，其沉降性能變化見圖1。

由圖1可以看出：原污泥沉降很慢，沉降1h后污泥體積還有43mL。而冷凍6h的污泥融化后，1min內(nèi)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。這是由于完全凍融后污泥顆粒間結(jié)合水和間隙水被排出，污泥顆粒迅速凝集沉降。當污泥經(jīng)13h的冷凍后，1min內(nèi)的沉降速度又比冷凍6h的污泥快很多，說明增加冷凍時間有助于改善污泥沉降性能，但將冷凍時間提高到22h時，沉降速度卻沒能進一步提高，由此說明，冷凍13h是提高污泥沉降性的既經(jīng)濟又有效的較佳冷凍時間。

有研究表明〔9〕，完全冷凍是污泥性狀發(fā)生改變的前提，P.A.Vesilind定義的完全冷凍時間為：

式中：tf———完全冷凍時間，h;

ρf———污泥冷凍后的密度，kg/m3;

L———熔化潛熱，W˙h/kg;

ε———污泥層厚度，m;

Tf———污泥的冰點，℃;

Taf———冷凍場的平均溫度，℃;

hc———平均對流系數(shù)，W/(m2˙℃)。

其中ρf=917kg/m3，L=93W˙h/kg，ε=0.006m，Tf=0℃。經(jīng)推導，本試驗裝置平均對流系數(shù)為2.368W/(m2˙℃)。由此可計算出-18℃完全凍結(jié)時間為12h。這個時間與本試驗確定的較佳冷凍時間13h較吻合。