根據國家統計局發布的《2013年國民經濟和社會發展統計公報》，2013年末城市污水處理廠日處理能力達11 858萬m3，城市污水處理率達到84.9%〔1〕。隨著污水處理量的不斷加大，產生了大量污泥，污泥的處理和處置受到廣泛關注〔2〕。污水廠產生的污泥未經深度處理前成分復雜，含有大量重金屬、病毒、寄生蟲卵等有害物質，含水率一般在95%以上，很容易腐敗，易造成二次污染，因此必須對污泥進行無害化、穩定化處理〔3〕。國內外最終處置污泥的方法主要有土地填埋、焚燒、農用等〔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題。超聲波技術由于具有清潔性、操作簡單、可引起空穴效應和機械效應等特性，已在處理剩余污泥中得到應用〔5〕，一般作為污泥預處理手段來提高污泥的脫水性。絮凝劑陽離子瓜爾膠（CGG）是對瓜爾膠進行氨基化陽離子改性得到的一種藥劑，目前主要用作增稠劑和調理劑，已有報道其在廢水處理領域中作為絮凝劑得到應用。天然改性絮凝劑CGG相對人工合成高分子絮凝劑有著來源廣泛、無二次污染、易降解等優點，是環保型絮凝劑，其絮凝機理主要有2個方面〔6〕：一方面是電中和產生的凝聚作用；另一方面是通過懸浮物之間的交聯吸附作用。

本研究主要探討了單獨超聲波作用、單獨改性天然高分子絮凝劑CGG作用、超聲波與CGG聯合作用、及超聲波與復合絮凝劑（CGG+PAM）聯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合作用促進污泥脫水的可行性及最佳參數，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用提供參考。

1 試驗
 
1.1 試驗材料及儀器
材料：污泥為江門市水質凈化廠濃縮污泥，其理化性質：pH為6.86，污泥質量濃度為（49.5±0.3） g/L，含水率為95%左右，毛細吸水時間為470 s，污泥離心含水率為88.3%。污泥取回后，經0.28 mm孔徑篩過濾后于4 ℃下貯存待用。陽離子瓜爾膠（C-14-S），工業品，河北天時化工有限公司；聚丙烯酰胺，相對分子質量≥500萬，AR，天津市大茂化學試劑廠。

儀器：AnKe DL-5-B離心機，上海安亭科技儀器廠；DAG-9053A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精密實驗設備有限公司；ZR4-6混凝試驗攪拌機，深圳市中潤水工業技術發展有限公司；CY-5D型超聲波生物促進生長儀，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 分析方法
試驗采用污泥毛細吸水時間（CST）和污泥離心含水率作為脫水性評價指標。

1.2.1 污泥毛細吸水時間
 
分別取20 mL污泥加入到直徑為20 mm的有機玻璃圓柱中，兩塊有機玻璃板之間的Whatman色譜紙將從污泥中吸收水分，記錄色譜紙濕潤半徑達到2 cm時所需時間，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，在恒溫烘箱內于105 ℃烘干至恒重，冷卻，稱重，經計算得到濾餅含水率〔8〕。

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

2 結果與分析
 
2.1 超聲波調理污泥試驗
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間對污泥脫水性的影響，結果如圖 1、圖 2所示。

圖 1 超聲波作用時間對污泥CST的影響

圖 1 超聲波作用時間對污泥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。當超聲波作用時間為20 s時，CST和污泥離心含水率均最小，分別為354 s和86.23%。這是由于短時間的超聲波作用破壞了污泥的絮體結構，使得污泥中的水容易釋放出來，便于脫水，致使CST和污泥離心含水率較低；長時間的超聲波作用，由于超聲波的空穴效應和機械效應，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。本試驗確定超聲波調理污泥的作用時間為20 s。

2.2 超聲波與CGG聯合調理污泥
采用超聲波與CGG聯合作用，先使用超聲波調理污泥，再加入CGG進行污泥調理。

2.2.1 聯合作用對污泥CST的影響
試驗比較了有、無超聲波預處理2種情況下，加入不同量的CGG調理污泥后污泥CST的變化情況，結果如圖 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。其中，經超聲波預處理的污泥CST整體上比未經超聲波預處理時低。未經超聲波作用的污泥CST在CGG投加量為900 mg/L時最低，為154 s；經超聲波作用后，當CGG投加量＞540 mg/L后，CST介于65～95 s之間，變化較小。未經超聲波處理的污泥在CGG投加量為900 mg/L時的CST值與經超聲波處理的污泥在CGG投加量為540 mg/L時的CST值相當，這表明超聲波與CGG的聯合作用可以節省CGG的用量。

2.2.2 聯合作用對污泥離心含水率的影響
試驗比較了有、無超聲波預處理2種情況下，加入不同量的CGG調理污泥后污泥離心含水率的變化情況，結果如表 1所示。

由表 1可知，經超聲波預處理的污泥，再加入一定量CGG處理后，污泥離心含水率低于未經超聲波處理而直接采用CGG處理的污泥。經超聲波預處理的污泥離心含水率隨CGG投加量的增加而降低，當CGG投加量＞720 mg/L后，污泥離心含水率的變化趨于平緩，表明達到一定的CGG投加量后，進一步增加CGG投加量對污泥離心含水率的作用效果減小。

2.3 超聲波與復合絮凝劑（CGG+PAM）聯合調理污泥
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到絮凝沉淀的效果。試驗考察了超聲波與CGG+PAM聯合作用對污泥脫水性的影響。試驗中，首先將污泥進行超聲波預處理，再依次加入CGG和PAM。2種藥劑的投加量組合及試驗結果見表 2。

從表 2可以看出，在復合絮凝劑作用下，經超聲波預處理的污泥CST整體上要比未經超聲波處理時低，除第1組外，經超聲波處理的污泥CST都低于50 s，脫水效果很好。未經超聲波處理的污泥CST，在藥劑投加量達到一定程度后也會有明顯的降低，但遠遠高于同等藥劑量經超聲波預處理的污泥CST。這是因為經超聲波處理，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效果比較好，此時CST為18 s。污泥未經超聲波預處理而只添加不同組合的絮凝劑處理時，污泥離心含水率均高于70%，而經超聲波預處理再進行絮凝處理時，污泥離心含水率則大幅度降低，特別是當CGG、PAM投加量分別為300 、120 mg/L時，污泥離心含水率降低至58.8%，說明超聲波與復合絮凝劑（CGG+PAM）聯合調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http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

3 結論
（1）單獨超聲波處理污泥能夠改善污泥的脫水性。當超聲頻率為20 Hz，功率為60 W時，最佳作用時間為20 s。

（2）采用超聲波和CGG聯合調理污泥，污泥的脫水性有一定程度的提高。當CGG投加量為900 mg/L時，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）采用超聲波與復合絮凝劑（CGG+PAM）聯合調理污泥，污泥的脫水性有了顯著提高。當CGG和PAM投加量分別為300 、120 mg/L時，CST為18 s，污泥離心含水率達到58.8%，在提高了污泥脫水性的同時，節省了絮凝劑的使用量。