碳化硅辅助微波热解污泥反应条件优化

微波污泥处置工艺流程
微波污泥处置工艺流程：将淤泥脱水至含水量30%以下，得到待处理污泥料。

加入极性单晶硅超细粉和硬脂酸钙，搅拌均匀后得到混合料。

将混合料置于微波炉中，以中火分三次烧结，使得混合料脱水至含水率3%以下，得到初步烧结料，置于干锅中且用岩棉包裹，将干锅置于微波炉，以中火烧结15分钟左右，当温度超过400℃则将微波炉调整到高火而持续加热2分钟，当温度达到800℃以上后继续煅烧10分钟后取出，得到烧结料。

将污泥研磨成小颗粒状，加入热解催化剂和微波吸收剂，搅拌混匀后，将污泥加入微波热解装置中，通入氮气，反应后冷却收集能源气体和处理后的污泥。

随着科学技术的发展, 现代国防,空间技术以及汽车工业等领域不仅要求工程材料具备良好的机械性能,而且要求其具有良好的物理性能。

碳化硅(SiC) 陶瓷具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点，因而常常用于制造燃烧室、高温排气装置、耐温贴片、飞机引擎构件、化学反应容器、热交换器管等严酷条件下的机械构件,是一种应用广泛的先进工程材料。

它不仅在正在开发的高新技术领域( 如陶瓷发动机、航天器等) 发挥重要作用,在目前的能源、冶金、机械、建材化工等[1]领域也具有广阔的市场和待开发的应用领域。

为此，迫切需要生产不同层次、不同性能的各种碳化硅制品。

碳化硅的强共价键导致其熔点很高，进而使SiC 粉体的制备、烧结致密化等变得更加困难。

本文综述了近些年碳化硅粉体的制备及改性、成型和烧结工艺三个方面的研究进展。

[1] 蔡新民,武七德,刘伟安.反应烧结碳化硅过程的数学模型[J]. 武汉理工大学学报, 2002,24(4): 48-501 碳化硅粉体的制备及改性技术碳化硅粉体的制备技术就其原始原料状态主要可以分为三大类：固相法、液相法和气相法。

1.1 固相法固相法主要有碳热还原法和硅碳直接反应法。

碳热还原法又包括阿奇逊(Acheso n)法、竖式炉法和高温转炉法。

SiC粉体制备最初是采用Acheson法[2]，用焦炭在高温下(2400 C左右)还原SiO2制备的，但此方法获得的粉末粒径较大(>1mm)，耗费能量大、工艺复杂。

20世纪70 年代发展起来的ESK 法对古典Acheson 法进行了改进，80 年代出现了竖式炉、高温转炉等合成3-SiC粉的新设备。

随着微波与固体中的化学物质有效而特殊的聚合作用逐渐被弄清楚，微波加热合成SiC 粉体技术也日趋成熟。

最近,L N. Satapathy 等[3]优化了微波合成SiC的工艺参数。

他们以Si+2C为起始反应物，采用2.45 GHz的微波在1200-1300 C时保温5分钟即可实现完全反应，再通过650 C除碳即可获得纯的^SiC,其平均粒径约0.4 ym。

城市污泥水热碳化的探究与应用进展一、引言随着城市化进程的加快和生活水平的提高，城市面临着废弃物处理和能源需求的双重压力。

污泥作为城市生活污水处理过程中产生的一种废弃物，不仅含有大量氮、磷等有机养分，也具有一定的能源价值。

因此，对城市污泥进行高效的处置和回收利用是亟待解决的问题。

在城市污泥处理方法中，水热碳化技术被认为是一种环保、高效、经济的处理方法，能够将污泥转化为有机肥料和能源产品。

该技术通过高温高压水热环境下，将污泥中的有机物质转化为碳质产物，同步释放出能量。

本文将对城市污泥水热碳化的探究进展和应用状况进行综述，以期为该技术的进一步应用提供参考。

二、城市污泥水热碳化技术的原理城市污泥水热碳化技术是一种利用高温高压水环境下的化学反应过程，将污泥中的有机物质转化为固态碳质产物，同时释放出可再生能源的技术。

其基本原理如下：1. 高温高压条件下，污泥中的有机物质与水中的热能发生反应，产生热解和水解作用。

2. 热解作用将有机物质分解为低分子量的气体和液体产物，包括甲烷、乙烯、乙醇等。

3. 水解作用通过水的加入，将有机物质转化为酸性物质。

这些酸性物质会在碳化过程中参与反应，增进碳化产物的形成。

4. 炭化反应将酸性物质转化为稳定的固态碳质产物，包括热炭、活性炭等。

通过以上反应过程，城市污泥中的有机物质得以转化为可再生能源和碳质产物，实现了污泥的资源化和能源化利用。

三、城市污泥水热碳化技术的探究进展1. 催化剂的探究与应用在城市污泥水热碳化过程中，催化剂的作用是改善反应速率和产物选择性，提高碳化效率。

探究表明，添加金属催化剂可以增进水热碳化反应过程中的气体产物生成，并缩减碳质产物的生成。

常用的催化剂包括铜、镍、铁等金属，以及获得广泛关注的纳米催化剂。

2. 温度和压力的优化水热碳化反应的温度和压力是影响反应速率和产物分布的重要因素。

探究发现，适合的温度和压力可以提高碳化效率，改善产物的选择性。

一般来说，适合的温度范围为200-300摄氏度，压力范围为20-40MPa。

厌氧消化过程污泥产气能力提高实验参数设计优化在厌氧消化过程中，提高污泥产气能力是一个重要的研究方向。

为了实现产气能力的提高，需要进行实验参数的设计与优化。

本文将针对厌氧消化过程中污泥产气能力提高的实验参数设计进行探讨，并提出优化方案。

首先，为了设计合理的实验参数，我们需要考虑以下几个关键因素：1. 温度：温度是影响厌氧消化过程的关键参数之一。

一般情况下，较高的温度可以促进污泥中微生物的活动，从而提高产气能力。

因此，在实验中可以设置不同的温度条件，比较不同温度下的产气情况。

常见的实验温度范围为35-55摄氏度，可以根据实际情况进行调整。

2. 搅拌速率：搅拌速率是另一个影响产气能力的重要参数。

适当的搅拌可以提高污泥中的物质传递速率，促进微生物与底物的接触，从而提高产气效率。

在实验中，可以设置不同的搅拌速率条件，比较不同速率下的产气情况。

一般来说，搅拌速率可以在30-60转/分钟之间进行调整。

3. 底物浓度：底物浓度是影响产气能力的另一个重要因素。

较高的底物浓度可以提供更多的底物供微生物利用，从而增加产气量。

在实验中，可以设置不同的底物浓度条件，比较不同浓度下的产气情况。

一般来说，底物浓度可以在2-6g/L之间进行调整。

4. pH值：pH值对于厌氧消化过程中微生物活性和产气能力有一定影响。

一般情况下，pH值在6-8之间较为适宜。

在实验中，可以设置不同的pH值条件，比较不同pH值下的产气情况。

接下来，我们可以针对以上参数进行优化设计，以提高厌氧消化过程中污泥产气能力。

1. 温度优化：通过比较不同温度下的产气情况，可以确定最佳温度条件。

在实验中，可以逐渐增加温度，观察并记录不同温度下的产气量变化情况。

最终确定最适宜的温度范围，从而提高产气能力。

2. 搅拌速率优化：通过比较不同搅拌速率下的产气情况，可以确定最佳搅拌速率条件。

在实验中，可以逐渐增加搅拌速率，观察并记录不同速率下的产气量变化情况。

最终确定最适宜的搅拌速率范围，从而提高产气能力。

第35卷第9期2014年9月环境科学ENVIＲONMENTAL SCIENCEVol．35，No．9Sep．，2014微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究刘吉宝1，倪晓棠1，2，魏源送1，3*，佟娟1，王亚炜1（1.中国科学院生态环境研究中心，北京100085；2.中国矿业大学化学与环境工程学院，北京100083； 3.鄂尔多斯固体废弃物资源化工程技术研究所，鄂尔多斯017000）摘要：为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能，考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果，同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能．结果表明，微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷，其中微波-过氧化氢-碱（0.2）的强化效果最为显著，不仅30d 累计产甲烷量比对照组增加了13.34%，而且产甲烷速率也得到了提升．与单独微波处理相比，过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD 的释放量，这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥，进而强化厌氧消化效果；微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能，毛细吸水时间（CST ）只有9.85s ，污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关；不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后，污泥脱水性能较为接近．关键词：微波；污泥预处理；厌氧消化；脱水性能；理化特征中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：0250-3301（2014）09-3455-06DOI ：10．13227/j．hjkx．2014．09．029收稿日期：2014-01-22；修订日期：2014-03-23基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07202-005）作者简介：刘吉宝（1988 ），男，博士研究生，主要研究方向为污泥减量化与资源化，E-mail ：liujibaoneu@ *通讯联系人，E-mail ：yswei@rcees．ac．cnEnhancement for Anaerobic Digestion of Sewage Sludge Pretreated byMicrowave and Its Combined ProcessesLIU Ji-bao 1，NI Xiao-tang 1，2，WEI Yuan-song 1，3，TONG Juan 1，WANG Ya-wei 1（1．Ｒesearch Center for Eco-Environmental Sciences ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100085，China ；2．School of Chemical and Environmental Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083，China ；3.Ordos Institute of Solid Waste Technology ，Ordos 017000，China ）Abstract ：To improve anaerobic digestion and dewatering of sludge ，impacts of sludge pretreated by microwave （MW ）and itscombined processes on sludge anaerobic digestion and dewatering were investigated．The results showed that microwave and its combined processes could effectively enhance anaerobic sludge digestion．Not only the cumulative methane production in the test of the MW-H 2O 2-alkaline （0.2）was increased by 13.34%compared with the control ，but also its methane production rate was much higherthan that of the control．Compared with the single MW process ，the addition of both H 2O 2and alkaline enhanced the solubilization ofparticle COD （＞0.45micron ），indicating that synergistically generated soluble organics were faster to biodegrade which resulted in the enhancement of anaerobic digestion．The MW-acid process was effective in improving sludge dewaterability ，e．g．，Capillary SuctionTime （CST ）at only 9.85s．The improvement of sludge dewatering was significantly correlated with sludge physical properties such as zeta potential ，surface charge density and particle size．Under different sludge pretreatment conditions ，the sludge dewatering after anaerobic digestion was similar ，though the difference of sludge dewatering to some degrees was observed for pretreated sludge．Key words ：microwave ；sludge pretreatment ；anaerobic digestion ；dewaterability ；characteristics微波（microwave ，MW ）作为热处理方式之一，具有加热速度快、加热均匀、过程易于控制等优点，正逐渐被应用于污泥预处理．近来的研究表明，微波预处理能有效破碎污泥，释放污泥EPS 和微生物胞内蛋白质、多糖等溶解性有机物．而污泥厌氧消化过程受限于复杂大分子有机物的水解，微波预处理使污泥溶解性有机物释放，理论上可以强化污泥厌氧消化性能．Eskicioglu 等［1］利用CEM 微波消解仪（MAＲS-5、0 1250W 、2450MHz 、0 260ħ、0 33bars ）处理污泥，结果表明，在50 175ħ范围内，单独微波预处理可以在不同程度上提高污泥厌氧消化的沼气产量，在175ħ时能增加31%的沼气产量．此外，酸、碱、H 2O 2的添加，能与微波在污泥预处理中发挥协同作用，强化微波对污泥的溶胞效果［2］．与单独微波预处理可以提高污泥厌氧消化性能相比，微波与酸、碱、H 2O 2组合工艺虽能显著强化污泥溶胞效果，但对污泥厌氧消化性能的强化作用却不尽相同．Jang 等［3］用CEM 微波消解仪（MAＲS 、0 1600W 、2450MHz 、0330ħ，0 10MPa ）将污泥加热到135ħ，并与NaOH组合（20meq ·L －1）预处理污泥，在不同厌氧消化环境科学35卷SＲT下，每天产气量均有明显提高．Eskicioglu等［4］在利用微波（MAＲS-5、0 1250W、2450MHz、0260ħ、0 33bars）将污泥加热到100ħ，与H2O2组合强化污泥厌氧消化研究中，却发现在H2O2/TS（质量比，H2O2浓度100%V/V）=1的H2O2投加量下，预处理后单位污泥投加量的累计产甲烷量相比于对照组降低了25%，MW-H2O2预处理虽然促进了污泥非溶解性有机物的释放，污泥厌氧消化过程反而受到抑制．针对上述H2O2投加量过多导致处理后污泥厌氧消化受抑制，Eskicioglu建议未来研究中需进一步降低H2O2的投加量至0.5g·g－1（H2O2/TS，下同）及其以下．Shahriari等［5］在研究MW-H2O2预处理强化城市有机固体废物厌氧消化时，利用CEM微波消解仪（MAＲS-5、0 1200W、2450MHz、0 250ħ、0 3.45MPa）将污泥加热到85ħ，添加H2O20.66g·g－1，也发现了厌氧消化过程受到抑制的现象．导致上述现象的发生可能是因为H2O2过量投加（＞0.5g·g－1），残留的H2O2抑制了厌氧消化，或者H2O2在微波加热作用下，生成·OH，发生高级氧化（advanced oxidation process，AOP）作用，生成了对厌氧消化微生物菌群有毒性抑制作用的副产物．此外，目前国内外学者在微波预处理污泥研究中，大多采用密闭微波消解仪，进行高温高压污泥预处理．但由于密闭加压系统较为复杂，高压、高温的操作条件也存在一定的安全隐患，实际工程应用困难．有研究者已考察了大量常温常压下微波及其组合工艺进行污泥预处理时碳、氮、磷的释放特征［6 9］，并据此对不同组合工艺进行了优化．所以，在此基础上，本研究基于常温常压下的微波预处理，考察和比较了低剂量H2O2（≤0.2g·g－1）投加策略［9，10］下的MW-H2O2-碱、MW和MW-酸这3种微波及其组合工艺对污泥厌氧消化的强化效果，并对预处理后污泥脱水性能等进行了比较和分析，以期在探求强化污泥厌氧消化的同时改善污泥脱水性能．1材料与方法1.1试验装置试验采用的微波设备为自主研制的微波反应器（JWFY-1T，定制于巨龙微波能设备公司），频率为2450MHz，磁控管最大输出功率和温度分别为1 kW，100ħ．反应容器为容积2L的塑料容器，容器上部敞开，配备了搅拌桨均质和热电偶温度传感器实时监测温度．1.2试验方法试验所用污泥为北京小红门污水处理厂厌氧消化进泥，污泥取回后过筛（18目）除去大颗粒杂质，依据文献［6，7，9］优化后的微波及其组合工艺操作条件，按表1进行污泥预处理，其中MW-H2O2-OH 预处理工艺选取0.06g·g－1和0.2g·g－1两个H2O2投加剂量．预处理后污泥的pH调节近中性（6.8 7.5），厌氧消化产甲烷潜势（BMP）采用产甲烷活性（specific methanogenic activity，SMA）测试系统（AMPTSⅠ，bioprocess control，瑞典）．650mL的反应器装入厌氧污泥和基质，有效体积为400mL．污泥厌氧消化产甲烷潜势（BMP）测试的污泥接种比（inoculum to substrate，I/S）通常为2左右［11］，因此，本研究以未处理污泥（接种泥）ʒ处理污泥（基质）= 7ʒ3的体积比混合后作为试验组（保证污泥接种比接近2），以未经处理的厌氧消化进泥为对照组，在38ħ恒温水浴锅中厌氧消化30d，对照组和试验组分别为3个平行．1.3分析方法TS、VS、碱度按标准方法［12，13］测定；TCOD（污泥混合液总COD）、SCOD（上清液溶解性COD）采用DＲ2800HACH分光光度计（HACH，USA）测定；糖类、蛋白质、腐殖酸分别采用Dubois法［14］和修正Lowry法［15］测定；污泥经6000r·min－1离心10 min后上清液过0.45μm醋酸纤维滤膜，滤液用来测定SCOD，溶解态糖类、蛋白质；毛细吸附时间（capillary suction time，CST）采用Triton type304M表1微波及其组合工艺污泥预处理操作条件［2］Table1Operation conditions of sludge pretreated by microwave and its combined processes 工艺操作参数微波常压，600W微波功率，辐射样品，升温至100ħ，结束微波-酸加入5mol·L－1盐酸，调节样品pH至约2.5，其余同“微波”方法微波-H2O2-OH（0.06）加入5mol·L－1NaOH溶液，调节样品pH至10，600W微波功率，辐射样品，升温至80ħ，按H2O2/TS =0.06（质量比）的比例加入30%的过氧化氢溶液，继续辐射升温至100ħ结束微波-H2O2-OH（0.2）按H2O2/TS=0.2（质量比）的比例加入30%的过氧化氢溶液，其余同“微波-H2O2-碱（0.06）”65439期刘吉宝等：微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究CST（triton electronics，UK）测定仪测定；污泥粒径用Malvern Mastersizer2000（UK）测定；表面电荷密度采用胶体滴定法［16］测定；Zeta电位用MalvernZetasizer2000（UK）测定．2结果与讨论2.1有机物释放污泥经微波及其组合工艺处理前后TCOD、SCOD、蛋白质、多糖、腐殖酸的变化情况见表2．由于微波促使污泥中EPS和微生物细胞破解，蛋白质、多糖等有机物得到释放，污泥溶解性COD增加．与原污泥相比，经MW、MW-H、MW-H2O2-OH（0.06）、MW-H2O2-OH（0.2）处理后，SCOD分别增加了454.12%、328.24%、869.41%、1142.35%，其中MW-H2O2-OH工艺污泥溶胞效果最好，且随着H2O2投加量的增加，有机物释放量越高．不同预处理过程，蛋白质、多糖、腐殖酸等有机物的释放情况与SCOD的结果相一致．此外，从污泥预处理前后上清液SCOD与泥水混合液TCOD的比值变化情况可以看出，MW-H2O2-OH处理后污泥上清液SCOD相对于TCOD的释放率最高，两种H2O2投加量剂量下，SCOD/TCOD分别达到0.148、0.139，相对于原污泥提高了14倍以上，说明TCOD中一部分有机物溶解释放了．以上结果表明，对于污泥有机物的溶解释放，微波、H2O2、碱的组合处理效果要优于单独微波预处理，可能是三者之间存在协同作用，在已有的相关研究［17，18］中，普遍认为H2O2在微波作用下，会分解产生·OH，从而发生高级氧化（AOP）过程．Eskicioglu等［4］明确指出，H2O2通过催化作用，会分解产生强氧化性的·OH，而可以起到催化作用的方式包括O3/H2O2、UV/H2O2、H2O2/超声以及H2O2/加热，其研究结果表明，微波和H2O2组合能够显著提高溶解性有机物的释放量，这说明微波和H2O2组合能够发挥协同作用，因此该过程也被称为MW/H2O2-AOP．在本研究中，利用优化后的H2O2投加策略［9］，不但实现了较高的污泥有机物释放率，同时相比于其他研究，大幅降低了H2O2的投加量．表2污泥微波预处理前后的主要理化特征1）Table2Physicochemical characteristics of sludge pretreated by MW and its combined processes参数对照（原污泥）MW MW-H MW-H2O2-OH（0.06）MW-H2O2-OH（0.2）TS/g·L－125.1425.4025.9723.6625.38VS/g·L－117.1716.6118.2514.8616.01VS/TS0.680.650.700.630.63碱度（以CaCO3计）/mg·L－16867.99（3．68）1823.05（5．52）910.875（184．02）2836.73（36．80）2791.18（101．21）TCOD/mg·L－14580034350395502790037900SCOD/mg·L－14252355182041205280SCOD/TCOD0.0090.0690.0460.1480.139溶解性蛋白质/mg·L－1134.38（4．03）560.98（9．32）191.40（8．69）1725.89（83．86）2081.53（4．66）溶解性多糖/mg·L－116.23（2．37）171.68（8．52）151.98（10．6）521.63（24．28）548.56（22．03）溶解性腐殖酸/mg·L－1385.35（8．66）774.67（14．42）483.94（108．1）1947.75（57．71）1662.15（86．56）1）括号内为标准偏差2.2强化厌氧消化效果为便于比较，本研究将累计产甲烷量归一化为单位VS的累计产甲烷量．从图1可知，与对照组相比，经微波及其组合工艺处理后，污泥厌氧消化后的30d累计产甲烷量和产甲烷速率均有所提高．按照30d累计产甲烷量衡算，MW-H2O2-OH （0.2）的强化污泥厌氧消化效果最为显著，30d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%．虽然MW-H 处理后上清液溶解性COD释放效果不佳，但30d 累计产甲烷量却高于MW处理，略低于MW-H2O2-OH（0.06）．这说明MW-H条件下，除上清液含有的溶解性有机物外，固相中存在着易于生物降解的有机物．依据污泥厌氧消化三阶段理论，水解阶段为污泥厌氧消化的限速步骤．经微波及其组合工艺处理后的污泥，溶解性有机物的释放，提高了污泥中有机物的水解速率．与Eskicioglu等［4］、Shahriari等［5］的研究结果相比，本研究的低剂量（H2O2/TS=0.2g·g－1）H2O2投加，未对污泥厌氧消化过程产生抑制作用．这是因为在本研究的H2O2投加策略下，H2O2的有效利用效率高，减少了残余H2O2量．Xiao等［9］分析指出，H2O2的利用效率与污泥中过氧化氢酶活性以及H2O2分解产生·OH效率密切相关．将污泥pH调节到10，并加热到80ħ，可以有效抑制污泥中的过氧化氢酶活7543环境科学35卷性，避免H 2O 2被分解为H 2O 和O 2，同时，在碱性条件和加热环境中，加速了H 2O 2转化产生·OH 和O －2·速率，进而提高了H 2O 2的有效利用率．此外，NaOH 通过与微生物细胞膜发生皂化反应，改变了细胞膜的通透性和流动性，促进了微生物细胞的破解［19］．因此，本研究结果清楚地表明，通过在MW-H 2O 2污泥预处理过程中改善H 2O 2投加策略和降低H 2O 2投加量，不但能提高溶解性有机物的释放效率，而且极大地降低了H 2O 2残留量，消除了大量残留的H 2O 2对厌氧消化过程微生物的抑制作用，进而很好地强化了污泥的厌氧消化产甲烷效能．图1污泥厌氧消化累计甲烷产量和日产甲烷速率Fig．1Cumulative biogas methane production and flow rate during anaerobic sludge digestion如表3所示，经过厌氧消化后，污泥中VS 、COD 得到削减，对照组、MW 、MW-H 、MW-H 2O 2-OH （0.06）、MW-H 2O 2-OH （0.2）试验组的污泥VS 削减率分别为35.67%、35.46%、39.03%、36.68%、37.26%．尽管单因素方差分析结果表明，不同预处理条件［MW 、MW-H 、MW-H 2O 2-OH （0.06）、MW-H 2O 2-OH （0.2）］下污泥厌氧消化VS 的削减率与对照组之间，不具有显著性差异（P 为1.00、0.36、0.99、0.86），但通过数据对比，厌氧消化后污泥VS 的削减率是略高于对照组，这同30d 累计产甲烷量的提高幅度相对应．因此，为了更好地强化污泥厌氧消化效果，需要进一步深入研究基于微波预处理的强化污泥厌氧消化工艺．表3污泥厌氧消化前后有机物变化情况Table 3Changes in organic fraction of sludge before and after anaerobic digestion 参数Blank MW MW-H MW-H 2O 2-OH （0.06）MW-H 2O 2-OH（0.2）ΔTS 1）/g·L －1－6.15－6.35－6.98－5.99－6.46ΔVS /g ·L －1－6.12－6.02－6.82－6.04－6.26ΔVS /TS －0.10－0.09－0.11－0.11－0.11ΔTCOD /mg ·L －1－17550.00－13315.00－17925.00－14130.00－15230.00ΔSCOD /mg·L －1862.00256.00－78.50－207.50－609.50Δ溶解性蛋白质/mg ·L －1241.64117.84242.97－207.63－349.46Δ溶解性多糖/mg·L －111.19－33.14－27.52－130.22－135.16Δ溶解性腐殖酸/mg·L －1561.15479.74545.95231.77319.671）ΔTS =TS BMP 后－TS BMP 初始，其他指标同理2.3污泥理化特征及脱水性能污泥脱水是污泥处理处置的关键环节，直接影响到污泥后续运输及处置的难易程度，因此，本研究考察了微波及其组合工艺处理污泥厌氧消化前后的脱水性能．经过处理后，污泥粒径分布、表面电性等理化特性发生改变，进而影响到污泥的脱水性能．如图2所示，经MW-H 处理后，d 0.5为134.74μm ，相对于原污泥（d 0.5=96.64μm ）增大了39.2%．而MW 、MW-H 2O 2-OH （0.06）、MW-H 2O 2-OH （0.2）处理后的污泥d 0.5分别为107.55、97.33、83.61μm．单因素方差分析检验结果表明，经过MW 、MW-H 、MW-H 2O 2-OH （0.06）、MW-H 2O 2-OH （0.2）预处理后的污泥粒径与原污泥的粒径具有显著性差异（P为0.021、0.000、0.866、0.008），其中MW-H 处理85439期刘吉宝等：微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究后的污泥粒径显著增大，MW-H 2O 2-OH （0.2）处理后的污泥粒径显著减小．MW-H 处理后，污泥粒径的增大可能与污泥释放的蛋白质、多糖等高分子有机物的絮凝团聚有关．污泥胞外聚合物（extracelluler polymer substances ，EPS ）中含有的蛋白质、多糖等高分子有机物，具有一定的絮凝能力［20］．污泥经微波及其组合工艺处理后，虽然都释放了蛋白质、多糖等高分子有机物，但从预处理后污泥胶体颗粒表面电性（图3）的变化情况来看，除MW-H 外，其它预处理后污泥胶体颗粒表面负电性增强，而MW-H 处理后，污泥胶体颗粒表面负电性反而削弱，这降低了胶体颗粒间的静电斥力，促进了释放的蛋白质、多糖等高分子有机物的絮凝团聚．MW-H 条件下，污泥表面电负性的降低，可能与释放的蛋白质、多糖等有机物的等电点密切相关［21］．此外，预处理后原污泥EPS 中起桥接作用的Ca 2+、Mg 2+离子也得到释放，在MW-H 处理后，溶液中Ca 2+、Mg 2+离子释放浓度要远远高于其它处理条件［22］．而这些阳离子可通过架桥和电中和作用与释放的有机物（带负电荷）进行结合、凝聚，降低了胶体表面负电性．但为何MW-H 处理的Ca 2+、Mg 2+离子浓度仍远高于其它处理，以及这是否是Ca 2+、Mg 2+的选择性释放，仍有待深入研究．图2微波及其组合工艺预处理前后的污泥粒径分布Fig．2Sludge particle size distribution of sludge pretreatedby MW and its combined processes不同预处理方式下，污泥理化特征发生了不同变化，污泥脱水性能也由此不同．如图4所示，经过MW 、MW-H 、MW-H 2O 2-OH 处理后，MW-H 处理明显改善了污泥脱水性能，MW 、MW-H 2O 2-OH 都严重恶化了污泥脱水性能．在MW-H 条件下，污泥CST 只有9.85s ，远低于原污泥（51.20s ）以及单独图3微波及其组合工艺预处理后的污泥表面电性变化Fig．3Changes in zeta potential and surface charge densityof sludge pretreated by MW and its combined processes微波（104.10s ）处理．随着MW-H 2O 2-OH （0.06）处图4微波预处理污泥厌氧消化前后脱水性能变化Fig．4Changes in dewaterability of pretreated sludge before and after anaerobic digestion理，溶解性有机物释放量增加，负电性增强，污泥脱水性能相比MW 单独处理进一步恶化．但是与MW-H 2O 2-OH （0.06）相比，将H 2O 2投加量增加到0.2g ·g －1，CST 反而下降，脱水性能相对变好．该现象与Abelleira 等［23］的研究结果相一致，在加热-H 2O 2组合处理污泥时，污泥脱水性能随着加热温度（＞130ħ）和H 2O 2的投加量的提高而得到明显改善．这可能是由于H 2O 2投加量的增加，强化了有机胶体粒子（organic colloidal fraction ，1 100μm ［24］）水解为小分子有机物，特定分子量下有机胶体粒子数量的减少导致污泥脱水性能的改善［25］．预处理后的污泥经过厌氧消化，污泥脱水性能趋于一致，未处理、MW 处理、MW-H 处理、MW-H 2O 2-OH （0.06）处理、MW-H 2O 2-OH （0.2）处理的污泥经厌氧消化后的CST 分别为43.60、50.83、28.57、48.60、45.90s ，其中MW-H 处理后的污泥脱水性9543环境科学35卷能仍优于其他条件．经过MW、MW-H2O2-OH处理后释放的不利于污泥脱水的特定有机物，如络氨酸、色氨酸类蛋白质［26］，经过厌氧消化的生物降解，污泥脱水性能又重新得到了恢复．3结论（1）微波-H2O2-OH组合工艺预处理污泥，低剂量投加H2O2（≤0.2g·g－1）可以很好地强化污泥厌氧消化产甲烷效能，并且优于其他预处理工艺．（2）MW-H处理后的污泥脱水性能得到了明显改善，而其他预处理工艺都恶化了污泥的脱水性能，污泥脱水性能的改变与处理后污泥的表面电性、粒径分布的变化密切相关．参考文献：［1］Eskicioglu C，Kennedy K J，DrosteＲL．Enhanced disinfection and methane production from sewage sludge by microwaveirradiation［J］．Desalination，2009，248（1-3）：279-285．［2］肖庆聪，魏源送，王亚炜，等．微波及其组合工艺的污泥溶胞效果比较研究［J］．中国给水排水，2012，28（11）：61-64．［3］Jang J H，Ahn J H．Effect of microwave pretreatment in presence of NaOH on mesophilic anaerobic digestion of thickened wasteactivated sludge［J］．Bioresource Technology，2013，131：437-442．［4］Eskicioglu C，Prorot A，Marin J，et al．Synergetic pretreatment of sewage sludge by microwave irradiation in presence of H2O2forenhanced anaerobic digestion［J］．WaterＲesearch，2008，42（18）：4674-4682．［5］Shahriari H，Warith M，Hamoda M，et al．Anaerobic digestion of organic fraction of municipal solid waste combining twopretreatment modalities，high temperature microwave andhydrogen peroxide［J］．Waste Management，2012，32（1）：41-52．［6］程振敏．微波辐射技术应用于城市污水处理厂污泥磷回收的研究［D］．北京：中国科学院生态环境研究中心，2008.［7］阎鸿．微波及其组合工艺在污泥预处理中的比较研究［D］．北京：中国科学院生态环境研究中心，2010．［8］王亚炜．微波-过氧化氢协同处理剩余污泥的效能与机理研究［D］．北京：中国科学院生态环境研究中心，2009.［9］Xiao Q C，Yan H，Wei Y S，et al．Optimization of H2O2dosage in microwave-H2O2process for sludge pretreatment with uniformdesign method［J］．Journal of Environmental Sciences，2012，24（12）：2060-2067．［10］Wang Y W，Wei Y S，Liu J X．Effect of H2O2dosing strategy on sludge pretreatment by microwave-H2O2advanced oxidationprocess［J］．Journal of Hazardous Materials，2009，169（1-3）：680-684．［11］Ｒaposo F，De laＲubia M A，Fernández-CegríV，et al．Anaerobic digestion of solid organic substrates in batch mode：Anoverview relating to methane yields and experimental procedures［J］．Ｒenewable＆Sustainable EnergyＲeviews，2012，16（1）：861-877．［12］国家环境保护总局．水和废水监测分析方法［M］．（第四版）．北京：中国环境科学出版社，2002．［13］CJT221-2005．城市污水处理厂污泥检验方法［S］．2005．［14］Dubois M，Gilles K A，Hamilton J K，et al．Colorimetric method for determination of sugars and related substances［J］．AnalyticalChemistry，1956，28（3）：350-356．［15］Fr/olund B，Griebe T，Nielsen P H．Enzymatic-activity in the activated-sludge floc matrix［J］．Applied Microbiology andBiotechnology，1995，43（4）：755-761．［16］Jin B，Wilén B M，Lant P．A comprehensive insight 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碳化硅材料及器件减薄工艺解决方案1.引言1.1 概述碳化硅材料是一种具有优异性能的先进材料，在许多领域都有广泛的应用前景。

它具有极高的熔点、热导率和化学稳定性，同时也具备很高的硬度和耐磨性。

由于这些独特的特性，碳化硅材料被广泛用于半导体、光电子、机械工程等领域的器件制造中。

然而，传统的碳化硅材料由于其较厚的厚度限制了器件的应用范围和性能表现。

为了解决这一问题，人们开始着手研发碳化硅材料的减薄工艺，以进一步提高器件的性能。

本文旨在探讨碳化硅材料及器件减薄工艺的解决方案。

首先，我们将介绍碳化硅材料的基本特性和制备方法，包括传统的厚度控制技术和新颖的减薄方法。

然后，我们将重点讨论减薄后的碳化硅器件在不同领域的应用前景和性能优势。

最后，我们将总结减薄工艺的优点和存在的挑战，并提出一些解决方案，以促进碳化硅材料及器件的进一步发展和应用。

通过对碳化硅材料及器件减薄工艺的深入研究和探索，我们有望在半导体、光电子和机械工程等领域实现更多新颖器件的制造和应用。

从而推动碳化硅材料技术的发展，为现代科技创新和产业升级提供更高效、高性能的解决方案。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以根据以下内容进行编写：文章结构部分的主要目的是为读者提供一个概览，介绍文章的主要组成部分和内容安排。

本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要包括概述、文章结构和目的。

在概述部分，将简要介绍碳化硅材料及器件减薄工艺解决方案的背景和重要性。

接着，文章结构部分将说明文章的组织结构，包括各个章节的主题和内容。

最后，目的部分将阐述本文的目标，即对碳化硅材料及器件减薄工艺解决方案进行全面的介绍和分析。

正文部分将分为两个主要部分：碳化硅材料和碳化硅器件。

在碳化硅材料部分，将对碳化硅材料的性质、制备方法和应用进行详细的介绍和分析。

同时，将重点探讨碳化硅材料的减薄工艺，包括常用的减薄方法和减薄工艺优化策略。

在碳化硅器件部分，将介绍常见的碳化硅器件类型，如功率器件、光电器件等，并介绍与减薄工艺相关的器件设计和优化方法。

反应烧结碳化硅技术参数烧结碳化硅是一种高温材料制备技术，在高温条件下将碳化硅粉末烧结成为致密的块状材料。

一般来说，烧结碳化硅的制备过程包含了原料选取、粉末制备、烧结工艺以及后续加工等多个环节。

下面将会详细地说明烧结碳化硅的技术参数。

1.原料选取烧结碳化硅的原料主要是碳化硅粉末和添加剂。

碳化硅粉末通常采用高纯度的多晶硅碳化物粉末，其粒径大小要求在0.5~50微米范围内，其中以细粉末为主。

添加剂主要包括氧化铝、氧化钇、碳化硅等，用于改进烧结性能和电子性能等。

2.粉末制备碳化硅粉末的制备主要有干法和湿法两种方法。

干法主要采用反应物直接加热反应得到，即碳与二氧化硅在高温下反应，生成碳化硅粉末。

湿法主要是通过碳化硅前体经过水解、沉淀等过程形成碳化硅粉末。

在粉末制备过程中，需要注意烘干温度的选择和粉末过筛等操作。

3.烧结工艺碳化硅粉末经过制备后，需要进行烧结工艺。

烧结工艺的主要参数包括烧结温度、保温时间、烧结压力等。

在烧结温度方面，通常需要在2100~2400℃的高温下进行，其中烧结前期按照较低温度快速升温以促进碳化硅相的转变，而烧结后期则按照较高温度进行，以获得较高的致密度和较高的硬度。

在保温时间方面，通常需要3~10小时不等，其时间长短会直接影响到材料的致密度和硬度。

烧结压力方面，通常选择在200~400兆帕的范围内，以保证材料的致密性。

4.后续加工烧结碳化硅制备完成后，还需要进行后续的加工工艺。

后续加工主要包括磨削和抛光等工艺，以获得更高的表面光洁度和提高材料的硬度。

总的来说，烧结碳化硅技术参数的控制对于制备高性能的碳化硅材料至关重要。

不同的参数设定会直接影响到材料的烧结致密度、硬度和电子性能等方面，因此需要科学合理地进行参数选择和设定，以确保碳化硅材料的制备质量和性能。

微波法处理污泥的研究进展温超;曹珊珊;蒋雪;程刚【摘要】基于当前城镇污水处理厂污泥处理处置的现状，介绍了微波作用污泥机制以及当前国内外微波处理污泥技术的一些具有代表性的研究成果，主要包括：含油污泥微波脱油技术；微波热解污泥技术；微波污泥脱水干化技术；微波破解污泥细胞壁技术；将微波与其他物理、化学方法联合运用处理污泥技术。

并对微波法处理污泥的发展前景提出了自己的见解，以期推动该技术的发展。

%Based on the present situation of the current urban sewage treatment plant sludge disposal, microwave effect mechanism of sludge and some representative research results of the technology of microwave treatment sludge at home and abroad were introduced, including oily sludge microwave deoiling technology, microwave pyrolysis of sludge, microwave drying technology of sludge dewatering, microwave cracking sludge cell wall. Microwave and other physical and chemical methods will be combined with sludge technology. Some views about the development prospects of the sewage sludge treatment using microwave were put forward in order to promote the development of the technology.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】3页(P8-10)【关键词】微波;污泥;破解【作者】温超;曹珊珊;蒋雪;程刚【作者单位】西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安 710048;西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安 710048;西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安 710048;西安工程大学环境与化学工程学院，陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】X703.1近年来，随着污水处理设施不断完善与发展，污水污泥产量显著提高。