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投稿指南在城市污水处理过程中，产生的污泥约占总污水量的0.3%～0.5%(体积)，如果进行深度处理，污泥量还可能增加0.5～1.0倍。城市污水处理厂的剩余污泥经浓缩处理后含水率约为95%～97%，大、中型污水处理厂采用机械脱水可以将污泥含水率降低到75%～80%。
本研究旨在通过试验，分析微波在污泥脱水、干燥等方面的功效，试图将机械脱水与微波处理相结合，实现污泥农肥化、袋装化，为污水厂污泥的资源化利用探索便捷、高效的新途径。
1 污泥脱水与干燥试验
微波加热使污泥脱水和干燥的过程，从本质上说也是水吸收热量后蒸发的过程。与传统加热法相比，微波加热不是热传递过程，而是一种容积加热，没有热传递过程的热损失。因此，从理论上说，微波加热的热效率比传统加热法高。
由于污泥是典型的混合物，除了主要成分水以外，还有氧化物、无机盐和有机物。在微波场中，无机颗粒物提供了共沸中心，会出现局部过热现象，污泥在达到水的沸点以前开始沸腾，水从污泥混合物中进入气相。因此，微波加热过程中，污泥中的水开始蒸发的温度不是100℃，而是低于100℃。
试验用微波炉为三乐牌SL75型，输入功率为1200W，最大输出功率为750W(±10%)。将功率调节开关置于100%档，即实际输出功率约为750W。
1.1 污泥含水率测定
试验用污泥取自污水处理厂的污泥浓缩池，在实验室静置24h后去掉上清液，剩下的即为试验用污泥。
含水率P的测定方法如下：
将60 mL蒸发器放在烘箱内，在105～110 ℃的烘箱内烘干至恒重，取出放入干燥器内冷却0.5h，用万分之一天平称重，记录重量W2，代入式(2)计算含水率：
P=20-（W2-W1）/20×100% （1）
式中 P——污泥含水率，%
W1——第一次称重(空蒸发器重)，g
W2——烘干后称重(蒸发器+样重)，g
20——所取污泥重量，g
用该方法测定试验用污泥的含水率为95.16%。
在一定的微波功率下，重量为G1的污泥辐照一定时间后，污泥试样的重量变为G2，试样原来的含水率为P0，则试样经微波辐射后的含水率P1可按式(2)计算：
P1=G1/G2P0-[(G1-G2)/G2] （2）
1.2 污泥开始沸腾的温度
取一定量的污泥于烧杯中，测得污泥的温度为23℃。将烧杯置于微波炉中，功率调节至100%。加热至污泥开始沸腾时，微波炉停止工作，迅速测量污泥的温度。用不同含水率的污泥重复该试验，观测污泥开始沸腾的温度，见表1。
| 污泥含水率（%） | 99.0 | 97.6 | 95.2 | 90.5 | 85.7 | 80.5 |
| 开始沸腾的温度（℃） | 98 | 87 | 78 | 77 | 75.5 | 75.2 |
结果表明，污泥开始沸腾的温度低于100 ℃。污泥含水率不同，污泥开始沸腾的温度不同，含水率越高，越接近水的沸点。当含水率降低到85%后，污泥开始沸腾的温度不再变化，为75 ℃左右。
1.3 污泥微波脱水干燥的效果
按水量800g的要求，称取840.3g(G1)污泥(含水率95.2%)，平均倒入两只800 mL经烘干的烧杯置于微波炉中加热，到设定的时间后迅速用薄膜封盖烧杯口，冷却后称得污泥的重量为G2，G1与G2之差即为微波处理后去除的水量M，根据式(2)可得到处理后污泥的含水率。
试验中样品的水含量为800g，可算出M和P1。
M=[p·t-c·m(T2-T1)]/H (3)
P1=(800-M)/(840.3-M) (4)
式中 m=800g,p=750W,c=4.18J/(g·℃),T2=78℃,T1=23℃,H=2280J/g
理论计算结果与实测值基本相同，见表2。
| 微波辐照时间(min） | 去除水量（g) | 含水率（%） | ||
| 理论值 | 实测值 | 理论值 | 实测值 | |
| 5 | 18.0 | 17.2 | 95.1 | 95.1 |
| 10 | 116.7 | 114.2 | 94.4 | 94.4 |
| 15 | 215.4 | 212.6 | 93.6 | 93.6 |
| 20 | 314.1 | 312.1 | 92.3 | 92.3 |
| 25 | 412.8 | 410.5 | 90.6 | 90.6 |
| 30 | 511.4 | 510.1 | 87.7 | 87.7 |
| 35 | 610.1 | 600.5 | 82.5 | 83.2 |
| 40 | 708.8 | 691.3 | 69.4 | 73.0 |
| 42 | 748.3 | 727.8 | 56.2 | 64.2 |
| 45 | 807.5 | 777.3 | 0 | 36.0 |
2 经济分析
试验的实际能耗及能量转换效率见表3。
| 微波辐照时间(min） | 去除水量（g） | 污泥含水率（%） | 耗电量（kW.h） | 能量转换效率（%） |
| 5 | 17.2 | 95.1 | 0.1 | 99.2 |
| 10 | 114.2 | 94.4 | 0.2 | 98.7 |
| 15 | 212.6 | 93.6 | 0.3 | 99.1 |
| 20 | 312.1 | 92.3 | 0.4 | 99.5 |
| 25 | 410.5 | 90.6 | 0.5 | 99.5 |
| 30 | 510.1 | 87.7 | 0.6 | 99.8 |
| 35 | 600.5 | 83.2 | 0.7 | 98.6 |
| 40 | 691.3 | 73.0 | 0.8 | 97.8 |
| 42 | 727.8 | 64.2 | 0.84 | 97.5 |
| 45 | 777.3 | 36.0 | 0.9 | 96.6 |
若污泥的初始温度、微波炉的输出功率与输入功率之比均以本试验中的数据取值，即T1＝23 ℃、η＝62.5%，污泥开始沸腾的温度按表1中的数据，电费价格按1.0元/(kW·h)计算。含水率由98%降低到80%、75%、70%，处理成本分别为1012、1032、1045元/t,含水率由75%降低到50%、40%、30%，处理成本分别为583.2、667.6、728元/t。传统的机械脱水方法可以得到75%左右的污泥，而处理成本只有10元/t。因此，直接用微波对含水率为98%以上的污泥进行脱水，在经济上不可行。但是，与热空气干燥法相比，经过机械脱水的污泥用微波进行干燥，含水率由75%降低到50%以下，处理成本并不高，而且时间短，设备较回转圆筒式干燥器简单，若再考虑蒸汽的回用和干污泥的农用，还可能带来一定的经济效益。
3 结论
用微波来处理污水厂未经消化的污泥，直接的效应是污泥含水率的降低。理论和试验结果的综合分析表明，在机械脱水后，以微波代替传统的热空气干燥方法，对污泥进行干燥处理，在技术上是可行的，经济上与传统方法也有可比性。
参考文献
1 张自杰，林荣忱，金儒霖.排水工程：下册.北京：中国建筑工业出版社，1997
2 Klaus，Imhoff R.城市排水工程手册.北京：中国建筑工业出版社，1993
3 Perkin,Sep R M J.Process Technol,1979;(1):14
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5 Fu Dafang,Liu Juzheng,Zhou Zongbai.Proceedings of the Thirteenth International Conference on Solid Waste Technology and Management.Philadelohia,USA:1997
6 傅大放，吴海锁.中国给水排水，1998；14(4)：4
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