王琳，張夢偉

（河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000）

煤化工產(chǎn)業(yè)是一些煤炭資源型城市工業(yè)經(jīng)濟(jì)或產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要支柱，在煤化工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，城市新水的使用量和工業(yè)廢水的產(chǎn)生量都十分巨大，如果不對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的廢水進(jìn)行處理，不僅僅會(huì)導(dǎo)致周邊城市居民的生活用水質(zhì)量下降，更會(huì)造成地下水資源的無端浪費(fèi)和城市生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。

活性污泥法是煤化工產(chǎn)業(yè)普遍采用的一種污水處理方法，活性污泥一般由四部分組成：（1）具有代謝功能活性的微生物群體；（2）微生物內(nèi)源代謝、自身氧化的殘留物；（3）由原污水帶入的難以自然降解的惰性有機(jī)物質(zhì)；（4）由原污水代入的一些無機(jī)物質(zhì)。在使用活性污泥處理工業(yè)污水時(shí)，污水中的有機(jī)污染物將會(huì)作為營養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥中的微生物攝取、代謝、利用，從而使得有機(jī)污染物得以減少，工業(yè)污水得以凈化，同時(shí)活性污泥中的微生物得以增長。因此，污泥質(zhì)量濃度是該工法中重要的檢測參數(shù)之一，它直接反映了活性污泥對(duì)污水的處理效果并且會(huì)直接影響煤化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率。目前，往往采用傳統(tǒng)的重量法測定污泥質(zhì)量濃度，即通過測定單位體積混合液中烘干污泥的總量，然后計(jì)算其質(zhì)量濃度，該方法的優(yōu)點(diǎn)是測定程序簡單，測定結(jié)果直觀、準(zhǔn)確；然而，根據(jù)相關(guān)規(guī)范中對(duì)于污泥恒重的詳細(xì)要求及污泥質(zhì)量濃度的實(shí)際測定經(jīng)驗(yàn)[1-2]，污泥烘干過程至少需要3 h 才能完成，如若附加多組試驗(yàn)，相應(yīng)的試驗(yàn)準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)處理均非常耗時(shí)，甚至往往需要一天時(shí)間才能夠得到準(zhǔn)確有效的污泥質(zhì)量濃度測定結(jié)果。這對(duì)于及時(shí)獲取并動(dòng)態(tài)監(jiān)管污水處理情況，采取有效預(yù)防或處理措施而言，是嚴(yán)重滯后的[3-4]；另外，污泥烘干過程還需消耗大量電能以達(dá)到污泥恒重標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，高能耗、高耗時(shí)是重量法測定污泥質(zhì)量濃度最為顯著的缺點(diǎn)，也是亟需進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的方面。

對(duì)此，本文結(jié)合微波加熱技術(shù)，使用光波水分測試儀，參考《GB/T 211—2007》中煤質(zhì)全水分的分析方法，改進(jìn)使用光波水分法以快速測定污泥質(zhì)量濃度，設(shè)計(jì)試驗(yàn)提出并優(yōu)化了光波水分測定儀在污泥質(zhì)量濃度監(jiān)測中的使用方法和檢測流程，對(duì)相同試驗(yàn)材料，分別按傳統(tǒng)重量法和光波水分法進(jìn)行了污泥質(zhì)量濃度測定試驗(yàn)，對(duì)比后認(rèn)為本文提出的光波水分法有效解決了傳統(tǒng)重量法高耗能、高耗時(shí)的問題，能夠快速準(zhǔn)確地獲得污泥質(zhì)量濃度以提高生產(chǎn)效率。

1 光波水分法原理及方法

光波水分法的核心是微波加熱技術(shù)[5]。首先，將準(zhǔn)備好的一定量試樣置于微波爐內(nèi)，進(jìn)而控制爐內(nèi)磁控管發(fā)射非電離微波，由此讓試樣內(nèi)部均勻地受到微波輻射，從而使得試樣中的極性水分子隨微波電場方向的改變而產(chǎn)生超高速的振動(dòng)，伴隨著試樣中分子間的快速摩擦作用，最終達(dá)到將試樣中水分迅速蒸發(fā)的目的，后續(xù)可根據(jù)試樣處理結(jié)果得到其烘干的質(zhì)量及其損失計(jì)的水分質(zhì)量。

可見，光波水分法的微波加熱技術(shù)能夠切合地應(yīng)用到煤化工產(chǎn)業(yè)中對(duì)污泥質(zhì)量濃度的測定試驗(yàn)中。但是，若要將光波水分法應(yīng)用于污泥質(zhì)量濃度測定，還需要對(duì)光波水分測定儀的一些參數(shù)是否在污泥質(zhì)量濃度試驗(yàn)可行進(jìn)行檢查，具體如下：

1）光波水分測定儀自備萬分之一天平，可達(dá)到污泥質(zhì)量濃度測定精度的要求；

2）污泥本身為絮狀物等，其粒徑小于6 mm，滿足光波水分測定儀試樣粒徑要求，污泥中水分可被完全烘干；

3）光波水分測定儀測定溫度為107 ℃，該溫度符合污泥質(zhì)量濃度測定溫度的105～110 ℃區(qū)間要求，且定量濾紙?jiān)谠摐囟认虏粫?huì)達(dá)到燃點(diǎn)。

實(shí)際上，污泥質(zhì)量濃度測定的核心在于測定污泥質(zhì)量，其質(zhì)量濃度的計(jì)算公式如式（1）所示，傳統(tǒng)重量法的技術(shù)核心是通過電加熱烘干后直接獲取污泥質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算得到污泥質(zhì)量濃度。結(jié)合上述光波水分法原理、特點(diǎn)，對(duì)比后可知兩種方法的原理和方法其實(shí)是相同的，只不過對(duì)污泥試樣的烘干方式不同，這就說明將污泥混合液作為試樣，采用光波水分法得到試驗(yàn)前后質(zhì)量分析計(jì)算污泥質(zhì)量濃度，是科學(xué)有效的；另外，顯而易見的是相較于傳統(tǒng)重量法污泥混合液的過濾和烘干等工序，微波加熱方法比傳統(tǒng)電熱烘干的效率要更高。

2 光波水分法測定流程及注意事項(xiàng)

2.1 試驗(yàn)流程

根據(jù)光波水分測定儀的使用方法，結(jié)合污泥質(zhì)量濃度的測定原理，采用光波水分法進(jìn)行試驗(yàn)的具體流程設(shè)計(jì)如下：

1）稱量提前烘干至恒重的定量濾紙，記錄其質(zhì)量；

2）使用量筒量取搖勻的污泥混合液25～40 mL，記錄混合液體積，并用已烘干至恒重的濾紙進(jìn)行過濾，盡量使濾紙中的水分控干；

3）將步驟（2）中帶有污泥的濾紙放入光波水分測試儀，按儀器說明書步驟操作，執(zhí)行微波加熱程序（約耗時(shí)40 min），最終得到烘干前后的試樣質(zhì)量分別為m1、m2；

4）根據(jù)試驗(yàn)記錄的質(zhì)量和體積數(shù)據(jù)，按式計(jì)算污泥質(zhì)量濃度；

5）對(duì)同一試樣重復(fù)試驗(yàn)，即重復(fù)試驗(yàn)步驟（1）-（4），匯總多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)后準(zhǔn)確分析污泥質(zhì)量濃度計(jì)算結(jié)果。

2.2 注意事項(xiàng)

在具體的試驗(yàn)操作中，還有以下幾點(diǎn)需要注意：

1）將污泥混合液過濾至定量濾紙上時(shí)，盡量使濾紙中的水分控干，以減小水分儀內(nèi)萬分之一天平稱量時(shí)的誤差，濾紙上水分蒸發(fā)易帶來極小的稱量誤差。

2）可以使用醫(yī)用手套直接接觸濾紙，不必?fù)?dān)心手套上沾有水分。

3）濾紙放入光波水分測定儀內(nèi)坩堝時(shí)，最好將污泥折疊在濾紙內(nèi)，以免污泥從濾紙表面被風(fēng)吹落。

4）光波水分測定儀上顯示的全水分結(jié)果（約80%～90%），為不準(zhǔn)確結(jié)果，可以完全忽略，只需記錄皮重和殘重。

3 與傳統(tǒng)重量法測定結(jié)果對(duì)比

為檢驗(yàn)光波水分法在測定污泥質(zhì)量濃度的準(zhǔn)確性，分別使用傳統(tǒng)重量法和光波水分法對(duì)不同日期SBR 池內(nèi)的污泥質(zhì)量濃度進(jìn)行測定，試樣周期為5天，試驗(yàn)次數(shù)共8 次。

使用不同方法對(duì)不同日期污泥質(zhì)量濃度的測定結(jié)果如表1 所示，兩種方法測定的污泥質(zhì)量濃度的差值分別為：0.02、-0.03、-0.01、0.01、0、0、0.02、0 g·mL-1，差值的絕對(duì)值最大為0.03 g·mL-1，最小為0?？梢姡瑑煞N方法在8 次試驗(yàn)中的平均誤差為0.001 25 g·mL-1，占比小于0.03%，說明光波水分法與傳統(tǒng)測量法的測定結(jié)果基本一致，采用光波水分法進(jìn)行污泥質(zhì)量濃度的測定可靠且準(zhǔn)確。

表1 不同方法下的污泥質(zhì)量濃度測定結(jié)果

另外，在試驗(yàn)時(shí)還同時(shí)記錄了采用不同方法測定每組污泥質(zhì)量濃度所需的時(shí)間，如圖1 所示；傳統(tǒng)重量法的試驗(yàn)時(shí)間最長234 min，最短198 min，平均時(shí)長212 min，對(duì)應(yīng)光波水分法的試驗(yàn)時(shí)間最長55 min，最短 min，平均時(shí)長51 min?？梢?，光波水分法分析時(shí)間縮短約為原來的1/4，相應(yīng)計(jì)算得到試驗(yàn)?zāi)芎目s減為原來的1/5。

圖1 不同方法測定污泥質(zhì)量濃度所需實(shí)際時(shí)間

4 結(jié) 論

針對(duì)目前按傳統(tǒng)重量法測定污泥質(zhì)量濃度高能耗及高耗時(shí)的缺點(diǎn)，利用光波水分測定儀的技術(shù)特點(diǎn)，提出一種改進(jìn)的污泥質(zhì)量濃度測定方法——光波水分法。通過設(shè)計(jì)并完成一系列試驗(yàn)，將兩種方法的測定結(jié)果對(duì)比，顯示光波水分法的工作效率優(yōu)秀，測定過程簡單，測定結(jié)果可靠，同時(shí)能夠有效降低測定能耗成本，為方便動(dòng)態(tài)監(jiān)管活性污泥法對(duì)工業(yè)污水的處理效果提供了更優(yōu)的技術(shù)基礎(chǔ)，值得行業(yè)內(nèi)借鑒推廣。