污水沉淀淤泥的快速简单分析

图1.  污水处理设备的简图，污泥稳定性的关键因素是干燥物质中的有机质含量。

为了能够有效地跟踪污水沉淀池的质量流，控制相应的工艺设备，必须按照规定对其干燥物质进行测定。本文介绍了一种新的仪器组合，可以显著加快这种干燥与灰化过程，而且操作非常简单。

对于污水沉淀池而言，为了对其一级、二级乃至三级质量流进行有效的跟踪，不仅需要知道它们的体积而且还必须了解其固体含量，因此污水处理企业按照规定对干燥物（TS）进行测定是必要的。不管嗜氧或者厌氧，决定淤泥成分稳定性的因素是其有机干燥组分oTS-的含量。由于污水沉淀池的淤泥开始比较稀薄，TS仅占3%左右，因此需要采用一些方法将其浓缩，例如离心、滤压以及重力浓缩等等。污水处理设备通常还要借助于无机或有机沉淀剂或絮凝剂来工作。更有意义的是，这些辅料的加入并不只是根据总量而是按照各个组分的百分数，亦即按照相应的淤泥量和它的TS-量以及oTS-量来进行的。即使是污泥通过焚烧排除也需要控制其TS-量。由于污泥的焚烧花费巨大，必须对设备TS-和oTS-测定流通量方面提出一定要求。按照TS-和oTS-量对于污泥样品的依赖关系，产生了许多控制要求。这样一来就有必要为此建立一种快速而简单的分析方法。

TS-及oTS-的测定

TS-的测定：迄今根据有关水、废水和污泥分析的统一方法（DEV-方法），规定其干燥方法和TS-残渣分析步骤大致如下：

样品托盘的干燥；

样品托盘置干燥器中冷却；

样品托盘的称重、置干燥箱中干燥至恒重；

取出载样托盘置干燥器中冷却；

差减法称重计算干燥样品重量。

oTS-的测定方法与之相似，唯一不同的是样品于马弗炉中灼烧而不是在干燥箱中干燥。但是不论是在干燥箱中干燥或者在马弗炉中灼烧都是很费工费时的，通常需要花费数小时，此外还要在干燥器中长时间冷却。这样耗费时间所获得的分析结果显然不能用于对工艺设备进行及时的控制。

图2.  Smart 5 Turbo仪器：污泥样品被加到具有吸附性的样品载体上，并放置到集成于仪器内的天平上。 

选择微波消解技术

GEM公司开发了一套将湿度测定仪Smart 5 Turbo与马弗炉Phoenix结合的方案，能够于数分钟内完成样品的干燥与灰化。借助这样的快速测定结果便可以对工艺设备进行及时的控制，或者在货车送货时段内便能提供分析结果。在Smart 5 Turbo仪器中，样品加到具吸附能力的载体材料上，并放到设置在微波炉内的分析天平上（图2）。借助于一种温度传感器控制微波的发射，从而避免了样品的分解。在Smart 湿度测定仪中能够实现由DEV-方法预设的105℃干燥温度，这样可以使测定结果具有可比性。为了得到与通过干燥箱和分析天平的DEV方法所能得到的同样精度，在Smart 5 Turbo仪器中配置了一种具有0.0001g分辨率的天平。这种分析天平不停地进行样品称重，而数分钟后（典型为2min）当干燥过程中样品达到恒重时便关上开关，所产生的水蒸气通过一种阀门系统迅速排出样品室。

通过Smart 仪器高度的自动化减少了误差和提高了精度，使用者只要将样品置于载体上启动干燥过程，微波干燥器会自动进行样品称重、干燥，并在干燥过程中不断称重，直至快速达到恒重终点为止。接着进行结果计算并通过集成的视屏、接口和打印机给出结果，此外还可以连接一种条形码读取器。在Smart 仪器中天平具有防尘保护，使用中不会受到损坏，这对于环境粗放的污水处理企业来说是一大优点。

Smart 仪器还可完成对溶解的和悬浮的固体（总悬浮固体TSS）的测定，为此将一定体积（通常为1L）的水样在Smart 仪器中进行过滤，于2min内完成干燥，在干燥的终点，Smart 通过将所得固体物质的量与所用体积进行比较来计算TS-的含量。

图3.  Phoenix马弗炉在数分钟内达到指定的温度。

在Phoenix 马弗炉中测定oTS-

oTS-含量的测定是在Phoenix马弗炉中进行的（图3）。传统的马弗炉耗费大量的能量，其灰化过程耗时数小时，而坩埚在干燥器中的冷却同样耗费时间。相对于采用加热螺旋管的传统马弗炉来说，Phoenix马弗炉具有非常明显的优点。借助于小型的加热元件和迅速接纳所发射的微波能量，炉内温度可以在数分钟之内达到所设定的数值。同样可以实现温度的快速改变，例如在打开和放入样品时快速地控制温度。借助于透气性绝热陶瓷元件而获得的高气流透气性可以保证污泥样品快速灼烧并且很好地排气。GEM-特制坩埚的优点在于将样品坩埚从炉子中取出后数秒钟内便可冷却，而且不会吸收湿气。这样就不必再将样品坩埚转移到干燥器中。一根排气管直接与仪器相连接而避免了气体的集聚，室内的空气和操作者因此不会受到干扰，而且不再需要在排气口下进行安装作业。预灰化过程也可以在Phoenix马弗炉中直接进行，而不再需要采用敞开坩埚盖的方式来进行。一个污泥样品完整的灰化过程在Phoenix马弗炉中仅需5min即可实现。将载有残渣的坩埚从仪器中取出，冷却20s，便可于天平上称出残渣重量。包括称重和计算oTS-含量在内，这种测定需时总共不到10min。

结论

通过针对TS-和oTS-含量的比较测定表明：采用Smart 5 Turbo 和Phoenix仪器所得结果能够与采用DEV-方法所得的结果相符合。并且操作简便，即使是初学者也同样操作自如。时至今日，必要的污泥分析而今已能快速、安全和方便地完成。

干燥物质和有机质

按照联邦德国法律文集公布的“污水淤泥”定义为：“在处理废水时所沉淀的污泥，包括脱水和干燥的在内”。由最初含水的污泥所得到的干燥物质中大约50%~70%是由有机质组成的。因此标识污水淤泥性质的两个参数是：干燥物质（TS）和干燥物质中的有机质部分（oTS）。