201*年9月網(wǎng)絡(luò)填寫(xiě)版--中國(guó)博士后科學(xué)基金資助總結(jié)報(bào)告-樣式
中國(guó)博士后科學(xué)基金資助總結(jié)報(bào)告
獲資助者姓名：全國(guó)博士后編號(hào)：電話(huà)：電子郵件：資助項(xiàng)目：資助編號(hào)：執(zhí)行年限：年月至年月所在設(shè)站單位：填表日期：年月日
中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)制
201*年9月一、獲博士后科學(xué)基金資助開(kāi)展研究工作的基本情況
研究題目（中文）：研究題目（英文）：所屬學(xué)科：一級(jí)學(xué)科二級(jí)學(xué)科是否結(jié)題□是□否中文摘要（500字以?xún)?nèi)）關(guān)鍵詞（不超過(guò)5個(gè)，用分號(hào)隔開(kāi)）：本研究工作獲得其它國(guó)家級(jí)或省部級(jí)科技計(jì)劃資助情況（計(jì)劃名稱(chēng)、項(xiàng)目名稱(chēng)、資助總經(jīng)費(fèi)、本人分工、執(zhí)行期限）本研究工作依托的研究平臺(tái)和團(tuán)隊(duì)：□國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室□國(guó)家工程技術(shù)研究中心□國(guó)家工程研究中心□國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室□企業(yè)國(guó)家技術(shù)中心□教育部985工程研究平臺(tái)□國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科基地□中科院院士研究團(tuán)隊(duì)□中國(guó)工程院院士研究團(tuán)隊(duì)□國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體□教育部創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)□其他
二、獲博士后科學(xué)基金資助開(kāi)展的研究工作總結(jié)
1．與預(yù)期研究計(jì)劃和目標(biāo)比較，說(shuō)明執(zhí)行情況及存在的問(wèn)題。2．研究工作主要進(jìn)展及所取得的成果（說(shuō)明主要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新之處，附必要數(shù)據(jù)。）3．研究成果的科學(xué)意義、應(yīng)用前景、推廣開(kāi)發(fā)價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。4．開(kāi)展國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)合作交流及本人的成長(zhǎng)情況。三、獲博士后科學(xué)基金資助的研究成果目錄（可加項(xiàng)）
序號(hào)111111成果類(lèi)型專(zhuān)著期刊論文會(huì)議論文專(zhuān)利獲獎(jiǎng)其他成果或論文名稱(chēng)主要完成者成果說(shuō)明標(biāo)注狀況注1、“成果類(lèi)型”欄，分為“專(zhuān)著/期刊論文/會(huì)議論文/專(zhuān)利/獲獎(jiǎng)/其他”六類(lèi)，請(qǐng)歸類(lèi)集中填寫(xiě)并單獨(dú)編號(hào)；
注2、“標(biāo)注狀態(tài)”欄，用于說(shuō)明有無(wú)標(biāo)注“中國(guó)博士后科學(xué)基金資助及項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)”等。注3、“成果說(shuō)明”欄，用于填寫(xiě)如期刊名、獲獎(jiǎng)?lì)悇e、級(jí)別等必要的說(shuō)明和便于其他人查詢(xún)的信息，具體要求如下：
1）期刊論文按“全部作者，論文題目，刊物名稱(chēng)卷（期）起-止頁(yè)碼，年月（SCI/SSCI,EI,ISR收錄，如是該類(lèi)雜志）”格式填寫(xiě)說(shuō)明；
2）會(huì)議論文按“國(guó)際/國(guó)內(nèi)，特邀報(bào)告/口頭報(bào)告/墻報(bào)展示，全部作者，論文題目，會(huì)議名稱(chēng)，時(shí)間，地點(diǎn)”格式填寫(xiě)說(shuō)明；
3）專(zhuān)著按“全部作者，書(shū)名、出版社，出版時(shí)間，字?jǐn)?shù)，發(fā)行量”格式填寫(xiě)說(shuō)明；4）專(zhuān)利按“獲準(zhǔn)專(zhuān)利國(guó)別，類(lèi)別，專(zhuān)利號(hào)，獲專(zhuān)利時(shí)間”格式填寫(xiě)說(shuō)明；5）獲獎(jiǎng)按“授獎(jiǎng)單位，授獎(jiǎng)時(shí)間，獎(jiǎng)勵(lì)名稱(chēng)，等級(jí)”格式填寫(xiě)說(shuō)明。6）其他，根據(jù)實(shí)際情況填寫(xiě)并做必要的說(shuō)明。
四、獲博士后科學(xué)基金資助的成果統(tǒng)計(jì)表
國(guó)家級(jí)獲獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)科技進(jìn)步獎(jiǎng)發(fā)明獎(jiǎng)省部級(jí)自然科學(xué)獎(jiǎng)科技進(jìn)步獎(jiǎng)專(zhuān)著中文外文國(guó)際學(xué)術(shù)獎(jiǎng)其它（項(xiàng)）一等二等一等二等一等二等一等二等一等二等專(zhuān)著/論文發(fā)表論文數(shù)國(guó)際會(huì)議全國(guó)性會(huì)議刊物特邀分組特邀分組國(guó)際國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)一刊物（篇）報(bào)告報(bào)告報(bào)告報(bào)告刊物刊物般專(zhuān)利（項(xiàng)）專(zhuān)利及其他國(guó)內(nèi)國(guó)外四大檢索系統(tǒng)SCIEIISR已出版待出版已出版待出版成果推廣及經(jīng)濟(jì)效益可推廣項(xiàng)數(shù)已推廣項(xiàng)數(shù)3
經(jīng)濟(jì)效益軟件/其他成果圖表/圖集新儀器/鑒定及新方法其他申請(qǐng)批準(zhǔn)申請(qǐng)批準(zhǔn)（萬(wàn)元）數(shù)據(jù)庫(kù)五、獲博士后科學(xué)基金資助以來(lái)獲得其它科技計(jì)劃和人才計(jì)劃資助情況
計(jì)劃名稱(chēng)資助部門(mén)資助時(shí)間資助金額項(xiàng)目名稱(chēng)負(fù)責(zé)或參與六、獲資助者承諾
我所承擔(dān)的博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目是：，編號(hào)：。我所填寫(xiě)的資助總結(jié)報(bào)告內(nèi)容實(shí)事求是，數(shù)據(jù)詳實(shí)。在今后的研究工作中，如有與本項(xiàng)目相關(guān)的成果，將標(biāo)注“中國(guó)博士后科學(xué)基金資助”。獲資助者：年月日七、審核意見(jiàn)
合作導(dǎo)師審核意見(jiàn)：合作導(dǎo)師：年月日設(shè)站單位審核意見(jiàn)：負(fù)責(zé)人：設(shè)站單位公章年月日八、博士后基金資助金使用情況
開(kāi)支內(nèi)容金額（單位：元）備注支出合計(jì)：余額：
獲資助者（簽字）：
年月日
設(shè)站單位管理部門(mén)負(fù)責(zé)人（簽字）：
（公章）年月日
設(shè)站單位財(cái)務(wù)負(fù)責(zé)人（簽字）：
（公章）年月日
擴(kuò)展閱讀：污水處理廠脫水污泥強(qiáng)化干化技術(shù)機(jī)理研究-中國(guó)博士后基金結(jié)題報(bào)告
中國(guó)博士后科學(xué)基金資助
項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告
姓名李春萍編號(hào)67425
所在設(shè)
站單位清華大學(xué)
項(xiàng)目名稱(chēng)污水處理廠脫水污泥堿式強(qiáng)化干化
技術(shù)機(jī)理研究
資助金額三萬(wàn)元
中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)制
（二零一零年六月）
I中文摘要
本文通過(guò)研發(fā)快速高效泥灰混合設(shè)備對(duì)脫水污泥進(jìn)行加堿處理，研究脫水污泥加堿穩(wěn)定化及半干化的效果；考察泥灰混合設(shè)備的混合效果，及對(duì)脫水污泥性能的改善作用和對(duì)污泥半干化的促進(jìn)作用。主要研究成果如下：
自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、國(guó)產(chǎn)化的犁刀形污泥/石灰高效混合樣機(jī)，可以提高氧化鈣在污泥中的分散度，實(shí)現(xiàn)污泥和石灰的充分的混合。解決了我國(guó)較為原始的在蝸桿輸送機(jī)中加入鈣粉，物料主要只經(jīng)過(guò)推送過(guò)程，而導(dǎo)致混合不均勻（耗鈣粉多、混合不均勻，效果差）同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)污泥性狀的改善的現(xiàn)狀。為其規(guī)�；�、工廠化的應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。
實(shí)驗(yàn)選擇溫度、pH、糞大腸菌值、臭度四個(gè)指標(biāo)做為污泥穩(wěn)定化的評(píng)價(jià)因子。通過(guò)在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，從污泥的溫度最高能達(dá)到53℃，并能維持兩個(gè)小時(shí)以上。pH>12并維持值3天以上。同時(shí)殺菌效果極顯著，原污泥中糞大腸菌值為1.10×10-8g/MPN，而所有處理后污泥中，糞大腸菌基本全被殺滅，其值大于0.333g/MPN，達(dá)到了未檢出的指標(biāo)，污泥實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定化和無(wú)害化。在臭度方面，污泥中臭味強(qiáng)度顯著降低，從5級(jí)降為2級(jí)以下，即：從無(wú)法忍受的強(qiáng)烈臭味降低至勉強(qiáng)可以感覺(jué)到輕微臭味。最后對(duì)不同處理的污泥穩(wěn)定化進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)，模糊評(píng)價(jià)的結(jié)果表明：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，污泥穩(wěn)定化程度高，評(píng)價(jià)結(jié)果都為一級(jí)。
實(shí)驗(yàn)通過(guò)含水量和蒸發(fā)速率來(lái)評(píng)價(jià)污泥半干化的效果。隨著石灰添加量的增加，單位質(zhì)量污泥中水分的蒸發(fā)速率也隨著增加。在污泥中添加15%工業(yè)用生石灰，自然蒸發(fā)24小時(shí)后，含水率就從剛混合后的72.78%降為59.75%，48小時(shí)之后更是降低到了38.20%。
與未添加石灰的對(duì)照相比，添加7%、10%、12%、15%的石灰后，污泥中的重金屬Cd、Pb、Cu、Zn在酸可提取形態(tài)中的含量大幅度降低，在鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)中的含量增加，不可利用態(tài)均達(dá)到了95%以上；不同處理之
I間，以添加15%的石灰對(duì)重金屬的鈍化效果最好，其次為7%，10%與12%的處理沒(méi)有差異。因此，基于經(jīng)濟(jì)因素考慮，添加7%的石灰就可以將污泥中的重金屬鈍化。
關(guān)鍵詞：污泥石灰半干化穩(wěn)定化犁刀形污泥/石灰高效混合器
IIABSTRACT
Thisarticalfocusesonthefastspeed,highefficiencysludgeandlimemixingequipment,researchonthesludge’sstabilityandsemi-dryingeffectbyaddinglime.Alsoinvestigatetheequipment’smixingeffects,andthepromotiononthedewateredsludge’spropertyandsemi-dryingeffect.Themainresearchresultsareasfollows:
Designaplow-shapedsludgemixerindependently,whichcanfullymixthesludgeandlimeandcanfreelyadjustsomeparameters.Breakthecurrentsituationthatourcountryhasnorelevantequipmentsinthisfield,andprovidesomeimportantreferencesfortheindustrialapplication.
Fourindicatorssuchastemperature,pH,manurecoliformvalueandfetiditywereselectedasthefactorstoevaluatethestabilizationofsludgeinthisexperiment.Afterthatthesludgesamplesweremixedwith15%oflime(AR)and5%,7%,10%,12%and15%ofindustriallimeseparately,thetemperatureandpHofthesesamplesmetthestabilizationrequirementsofsludgeinEUDirection(CR13714-201*)andthestabilizationstandardissuedbytheUnitedStatesEnvironmentalAgency(USEPA1993).Atthesametime,thebactericidaleffectwasverysignificantandmanurecoliformvaluetrendedtodeclinesignificantlyinsludge.Itachievedthestableandinnocuousmanagementofsludge.Thedegreeoffetidityofsludgedeclined
significantlyfromClass5toClass2orlower,i.e.fromastrongunbearablesmelltoaslightodor.Finally,thestabilizationofsludgewithdifferenttreatmentswasgivenafuzzyevaluationandtheresultsshowthat:afterthatthesludgesamplesaremixedwith15%oflime(AR)and5%,7%,10%,12%and15%ofindustriallimeseparately,thestabilizationdegreeofsludgeisahighandallevaluationresultsareClass1.
Theeffectofsemi-desiccationofsludgewasevaluatedbymoisturecontentandevaporationrate.Thedehydratedsludgemixedwith15%oflimecanbeproducedintheexperimentanditcanmeettherequirement(i.e.themoisturecontentshouldbelowerthan60%)of“PollutionControlStandardfortheLandfillSiteofMunicipalSolidWaste”(GB16889-201*)issuedinChinanewlyafternaturalcuringadayortwo.
IIIComparedtothecontrolwithoutaddedlime,add7%,10%,12%,15%ofthelime,theheavymetalsofCd,Pb,Cu,Zninacidextractableformcametoasignificantreductioninthecontent,and,increasedinmanganeseoxidationstate,organicboundandresidualinthecontent.Theusablestatecanexceededtomorethan95%.Adding15%ofthelimehadthebesteffectonheavymetalpassivityamongdifferenttreatments,followedby7%.10%and12%ofthedealwerenotdifferent.Therefore,basedoneconomicconsiderations,add7%ofthelimetosludgecanbeencouragedontheheavymetalpassivity.
Keywords：Sludgelimesemi-dryingstabilityplow-shapedsludgemixer
IV
目錄
第1章引言..............................................................................................81.1研究背景...........................................................................................91.1.1污泥的產(chǎn)生及危害........................................................................91.1.2脫水污泥處理處置現(xiàn)狀..............................................................101.1.3污泥干化技術(shù)研究現(xiàn)狀..............................................................121.2污泥堿式干化處理技術(shù)研究進(jìn)展....................................................131.2.1污泥堿式干化技術(shù)研究意義.......................................................131.2.2污泥堿式干化技術(shù)原理..............................................................141.2.3污泥堿式干化研究現(xiàn)狀..............................................................151.3課題設(shè)計(jì).........................................................................................161.3.1研究目標(biāo).....................................................................................161.3.2技術(shù)路線(xiàn).....................................................................................16第2章加堿干化核心設(shè)備的研發(fā)..........................................................182.1污泥泥質(zhì)特性及與堿性物質(zhì)的混合要求.........................................182.1.1污泥的泥質(zhì)特性..........................................................................182.1.2污泥加堿的混合要求..................................................................192.2加堿干化設(shè)備存在的技術(shù)難點(diǎn)........................................................192.3犁刀型污泥/石灰高效混合器的開(kāi)發(fā)...............................................202.3.1研究中對(duì)犁刀型污泥/石灰高效混合器的改進(jìn)............................212.3.2其他配置組件的開(kāi)發(fā)..................................................................232.3.3加堿干化的工藝流程..................................................................23第3章加堿對(duì)脫水污泥的穩(wěn)定化效果...................................................253.1實(shí)驗(yàn)材料及方法..............................................................................253.1.1實(shí)驗(yàn)材料.....................................................................................253.1.2測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法..................................................................25
V3.2加堿對(duì)污泥的升溫效果...................................................................263.2.1加堿升溫原理.............................................................................263.2.2不同對(duì)污泥升溫增加的效果.......................................................263.3加堿對(duì)污泥pH值的改變................................................................273.4加堿對(duì)污泥中糞大腸菌群的殺滅效果............................................293.5加堿對(duì)污泥臭味的控制...................................................................313.6不同處理對(duì)污泥穩(wěn)定化的模糊評(píng)價(jià)................................................323.6.1評(píng)價(jià)因子及等級(jí)..........................................................................323.6.2評(píng)價(jià)等級(jí).....................................................................................323.6.3隸屬函數(shù).....................................................................................333.6.4權(quán)重計(jì)算.....................................................................................333.6.5模糊運(yùn)算.....................................................................................343.6.6綜合評(píng)價(jià)結(jié)果.............................................................................343.7本章小結(jié).........................................................................................35第4章脫水污泥加堿后的半干化效果...................................................364.1脫水污泥半干化的必要性...............................................................364.1.1污泥處置方法與水分要求...........................................................364.1.2脫水污泥中水分的存在狀態(tài).......................................................364.1.3常用的污泥破解方法..................................................................374.1.4污泥的半干化.............................................................................374.2實(shí)驗(yàn)材料及方法..............................................................................384.2.1實(shí)驗(yàn)材料.....................................................................................384.2.2測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法..................................................................384.3脫水污泥加堿后的蒸發(fā)速率變化....................................................394.3.1蒸發(fā)速率的計(jì)算..........................................................................394.3.2污泥含水率隨蒸發(fā)速率的變化...................................................404.4生石灰中CaO的有效含量對(duì)污泥半干化的影響............................414.4.1材料與方法.................................................................................414.4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果.....................................................................................414.5石灰對(duì)不同含水率脫水污泥的半干化效果.....................................424.5.1石灰對(duì)不同含水率脫水污泥半干化效果....................................42
VI4.5.2石灰添加量對(duì)不同含水率脫水污泥半干化效果.........................434.5.3養(yǎng)護(hù)對(duì)不同含水率脫水污泥半干化效果....................................444.6不同堿劑對(duì)污泥半干化的效果........................................................464.7本章小結(jié).........................................................................................48第5章脫水污泥加堿對(duì)重金屬的固定效果...........................................495.1BCR法.............................................................................................495.2分析方法.........................................................................................505.3石灰不同處理對(duì)重金屬的鈍化效果................................................505.3.1不同比例的石灰對(duì)Cd形態(tài)的影響.............................................505.3.2污泥加堿對(duì)Pb形態(tài)的影響........................................................525.3.3污泥加堿對(duì)Cu形態(tài)的影響........................................................545.3.4污泥加堿對(duì)Zn形態(tài)的影響........................................................565.4石灰不同處理與重金屬鈍化效果的灰色關(guān)聯(lián)度分析......................585.4.1灰色關(guān)聯(lián)度.................................................................................585.4.2不同處理對(duì)重金屬鈍化效果的灰色關(guān)聯(lián)度分析.........................58第6章結(jié)論與建議.................................................................................616.1結(jié)論.................................................................................................616.2建議.................................................................................................63參考文獻(xiàn)....................................................................................................64
VII第1章引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，公眾對(duì)環(huán)境問(wèn)題愈來(lái)愈關(guān)注，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求也逐漸提高。為節(jié)約水資源，改善生態(tài)環(huán)境，我國(guó)的污水處理事業(yè)迅猛發(fā)展，污水處理過(guò)程中所產(chǎn)生的污泥量也日益增加。廢水處理目前常用的方法有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。污泥是城市污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品。在污水處理中，通過(guò)微生物的作用，污染物質(zhì)從水相轉(zhuǎn)移到固相，從而產(chǎn)生了污泥。
污泥中有機(jī)物含量多，性質(zhì)不穩(wěn)定，易腐化發(fā)臭，有毒有害污染物含量高，污泥中還含有病原菌及寄生蟲(chóng)卵，威脅著人類(lèi)健康。隨著城市生活污水處理量和處理率的大幅度提高，污泥已經(jīng)成為困擾污水處理廠的最嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)難題之一，只有實(shí)現(xiàn)了污泥的安全無(wú)害化處置才能達(dá)到消除污染的目的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅城市污水處理廠每年就排放干污泥約2×105t,以濕污泥計(jì)約（3.8～5.5）×106t。據(jù)有關(guān)預(yù)測(cè)，我國(guó)城市污水量在未來(lái)二十年還會(huì)有較大增長(zhǎng)，201*年污水排放量將達(dá)到140×108m3/d；2020年污水排放量將達(dá)到440×108m3/d。
但是我國(guó)污泥處理處置技術(shù)才剛剛起步，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)一直存在重廢水處理，輕污泥處理的傾向。在我國(guó)已經(jīng)建成的污水處理廠中，具有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到1/4，污泥處理工藝和配套設(shè)備較為完善的還不到1/10。大部分污水處理廠都沒(méi)有污泥處理的配套設(shè)施。有資料顯示：60%以上的污泥未經(jīng)處理直接農(nóng)用，不僅不符合污泥農(nóng)用的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，而且容易產(chǎn)生重金屬污染和有毒有害污染等二次污染的環(huán)境問(wèn)題。雖然相對(duì)于污水處理的體積來(lái)說(shuō)，污泥產(chǎn)生的體積要小得多，如活性污泥法處理廢水時(shí)，剩余活性污泥體積通常只占到處理廢水體積1%以下，但從污染凈化的完善程度出發(fā)，污泥處理占有十分重要的地位，必須引起高度重視。
污泥加鈣處理是脫水污泥進(jìn)一步處理中最早得到應(yīng)用的方法之一，由于工藝簡(jiǎn)單，能耗低等原因，至今仍是污泥處理處置中一個(gè)常用的手段。較為經(jīng)典的應(yīng)用分別是利用加入氧化鈣后pH和溫度的升高來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥的殺菌；或利用添加氧化鈣及其他物質(zhì)（如飛灰、水泥、碳酸鈣等）后污泥的固化效果來(lái)滿(mǎn)足污泥的填埋工藝要求。另外，處理過(guò)程中選擇適宜的混合條件可有效改變污泥的性質(zhì)，由致密、粘稠變成疏松、流動(dòng)性能好、便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)奈锪稀?/p>
1.1研究背景
1.1.1污泥的產(chǎn)生及危害
城市污水污泥的處理處置問(wèn)題是伴隨著污水處理廠的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。污泥是城市污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的體積最大的副產(chǎn)品，含水率高、不易脫水。污泥中既含有易腐敗的有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素，也含有大量的病原菌、寄生蟲(chóng)（卵），還有Cu、Zn、Cr和Hg等重金屬，以及部分有害的難降解有機(jī)物，如多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔锏取＿@些化學(xué)物質(zhì)不僅會(huì)污染地表水和地下水源，污泥散發(fā)的臭氣也會(huì)污染空氣，病原體對(duì)人類(lèi)健康也是潛在的威脅。
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，污水處理量逐年增加，污泥產(chǎn)生量也迅速增加。表1.1中列出了《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》中公布的近幾年來(lái)我國(guó)城市污水日處理能力及污水處理率。201*年末我國(guó)城市污水處理廠日處理能力達(dá)7000萬(wàn)立方米，增長(zhǎng)率達(dá)10.0%；城市污水處理率由1995年的19.4%上升到59.0%。按處理1000噸污水產(chǎn)生1t含水率為80%的污泥計(jì)算，年產(chǎn)生污泥約2600萬(wàn)t。目前我國(guó)城市污水廠每年排放干泥約130萬(wàn)t，并以每年10%的速度增長(zhǎng)[1,2]。按照《國(guó)務(wù)院關(guān)于落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定》和《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》要求：到201*年，全國(guó)設(shè)市城市的污水處理率不低于70%，“十一五”期間新增城市污水日處理能力4500萬(wàn)噸。城市污水處理量和污泥產(chǎn)生量還將進(jìn)一步增加。污泥處理處置問(wèn)題的解決迫在眉睫。
表1.1城市污水處理量及處理率[3]
年份201*201*201*201*201*
城市污水日處理能力/萬(wàn)m3
42537402809161227000
城市污水處理率/%
42.143.648.45659
過(guò)去我國(guó)一直“重水輕泥”，污泥在我國(guó)目前尚無(wú)妥善的最終處置方法，許多污水廠污泥隨意堆放造成二次污染，污泥發(fā)臭引起居民不滿(mǎn)，帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。隨著污泥產(chǎn)量增加，城市污水污泥的處理與處置已成為最復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題之一，引起各國(guó)政府、社會(huì)和生產(chǎn)部門(mén)的廣泛關(guān)注，并作為環(huán)保熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研究。我國(guó)十一五期間(201*~201*)預(yù)計(jì)將有3000多億資金投向污水處理設(shè)
施建設(shè)，其中在污泥處理方面的投資約占總投資的40%，污泥處理處置已成為重點(diǎn)。各國(guó)各地區(qū)都在積極探索城市污水廠污泥的有效處理處置道路。
1.1.2脫水污泥處理處置現(xiàn)狀
目前我國(guó)污泥的處理處置所依據(jù)的原則是“減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化”。脫水污泥的處理處置方法有多種，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的脫水污泥的處理工藝有熱干化、堆肥和焚燒，最終處置工藝有衛(wèi)生填埋、農(nóng)業(yè)利用和建材利用。處置工藝見(jiàn)表1.2。
表1.2我國(guó)脫水污泥處理處置工藝說(shuō)明
處理處置方法
在機(jī)械干化裝置中，通過(guò)提供補(bǔ)充
熱干化
降低重量，縮小體積
熱量來(lái)增加污泥周?chē)諝獾臐窈�，并提供蒸發(fā)的潛熱。干化后的污泥含水率可降至10%以下，這對(duì)于污泥焚燒和制造肥料非常有利。
回收產(chǎn)物，減小
污泥堆肥
體積，提高污泥用于農(nóng)業(yè)的適用性
堆肥是將干污泥中的有機(jī)物進(jìn)行好氧氧化和降解形成穩(wěn)定的類(lèi)似腐殖質(zhì)最終產(chǎn)物的過(guò)程。堆肥后的污泥可用作土壤的改良劑。
如果污泥肥效不高，或者存在有毒
污泥焚燒
的重金屬，不能保證其用于農(nóng)業(yè)，
縮小體積
污泥可以焚燒。用于焚燒的污泥一般是未經(jīng)好氧或厭氧消化處理而直接脫水的污泥，這種污泥熱值較高。
衛(wèi)生填埋農(nóng)業(yè)利用
接納處理后的污泥，解決處理后的最終出路接納處理后的污泥，充分利用
可以和城市垃圾一起在垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行衛(wèi)生填埋。
處理后的污泥應(yīng)具有較高的肥力，重金屬和有毒有害物質(zhì)的含量也達(dá)
要求處理后的污泥體積盡可能小，且有較高的承載能力。主要焚燒設(shè)備有回轉(zhuǎn)窯爐、多段焚燒爐、流化床焚燒爐等。主要干化機(jī)械有急驟干化器、轉(zhuǎn)動(dòng)干化器、流化床干化器等，熱源可以用濕污泥厭氧消化后的沼氣。
堆肥過(guò)程所需的氧氣可以通過(guò)定期機(jī)械翻堆和強(qiáng)制通風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。污泥可以單獨(dú)堆肥，也可以和木屑或者城市垃圾一并堆肥。
目的和作用
工藝方法
主要設(shè)備和要求
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污泥的肥分，改良土壤接納處理后的
建材利用
污泥，利用污泥的土質(zhì)成分，燒制磚瓦等
到農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)
燒制磚瓦、制造輕骨料等需要處理后的土質(zhì)污泥，而利用玻璃體骨料技術(shù)則可以直接接納處理后的剩余污泥
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以上常見(jiàn)的處理處置工藝，對(duì)污泥的含水率都有一定要求。將脫水污泥直接用于上述處理處置工藝，存在很多問(wèn)題。
焚燒對(duì)污泥的減量化效果最好，但是含水率高大大降低了污泥的熱值。干污泥的熱值為3000～4000kcal/kg，而脫水污泥的熱值僅為200kcal/kg，需要[4]添加大量的輔助燃料。資料顯示，焚燒含水率80%的污泥，每噸污泥（干基）的輔助燃料需消耗304～565L重油，能耗很大[2]。若脫水污泥含水率高于80%，將消耗更多的重油，能耗更大。近幾年，在我國(guó)江蘇、浙江等地，陸續(xù)建立了污泥焚燒廠，污泥焚燒可以達(dá)到很好的減量化、無(wú)害化，但由于污泥含水率高，使得污泥焚燒熱值低，焚燒時(shí)需要添加大量的輔助燃料，這一方法將會(huì)受到很大限制。
污泥堆肥化是一種受控制的生物降解和轉(zhuǎn)化過(guò)程，并且產(chǎn)物可以作為肥料出售獲得收益，是一種資源化的處理方式。但是微生物的生長(zhǎng)對(duì)含水率也有要求，關(guān)于堆肥的最佳含水率在文獻(xiàn)中并不一致，但多數(shù)認(rèn)為50%～60%的含水率最利于有機(jī)物的降解。
污泥的填埋一直存在爭(zhēng)議，目前，污泥消化后經(jīng)脫水再進(jìn)行填埋是國(guó)內(nèi)許多大型污水處理廠中常采取的方式，但是由于消化工藝復(fù)雜、一次性投資大、運(yùn)行操作難度大，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明往往難以達(dá)到預(yù)期的效果。由于污泥含水量高，呈塑性，易流動(dòng)，若大量進(jìn)入填埋場(chǎng)，很可能引起堆體滑坡，存在較大的安全隱患。因此，一般脫水污泥不適合進(jìn)行填埋。我國(guó)《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-201*）規(guī)定，城市污水廠污泥只有在處理后含水率降到60%以下，才可進(jìn)入填埋場(chǎng)。在其他國(guó)家，污泥填埋也受到嚴(yán)格限制。如在歐洲，含有可生物降解有機(jī)物的固體廢棄物將不允許填埋，丹麥、瑞士已分別于1997年7月1日和201*年1月1日實(shí)施了該項(xiàng)禁令。德國(guó)已經(jīng)通過(guò)的新版本《城市廢物技術(shù)指南》明文規(guī)定，禁止填埋有機(jī)物含量超過(guò)5%的污泥[5,6]。
可見(jiàn)，脫水污泥的高含水率高是其進(jìn)一步處理處置的障礙，這就要求污泥必須進(jìn)一步降低含水率，以滿(mǎn)足減量化和資源化的要求。
1.1.3污泥干化技術(shù)研究現(xiàn)狀
污泥干化技術(shù)分為熱干化、石灰干化和生物干化三類(lèi)。（1）污泥熱干化
污泥經(jīng)機(jī)械脫水后，在外部加熱的條件下，通過(guò)傳熱和傳質(zhì)過(guò)程，使污泥中水分蒸發(fā)，即隨著相變化使水從泥中分離出去。
（2）污泥石灰干化
污泥經(jīng)機(jī)械脫水后，往污泥中投加干燥的生石灰（CaO）或熟石灰Ca(OH)2，進(jìn)一步降低污泥含水率，同時(shí)使其pH和溫度升高，以抑制病菌和微生物的生長(zhǎng)。
（3）污泥生物干化
污泥經(jīng)機(jī)械脫水后，在生物活動(dòng)產(chǎn)生的較高溫度條件下，對(duì)有機(jī)物的生物降解和穩(wěn)定過(guò)程，最終生成性質(zhì)穩(wěn)定、可利用于土壤的熟化污泥。
污泥的三種干化技術(shù)都同時(shí)實(shí)現(xiàn)了污泥的干化和穩(wěn)定化，達(dá)到“減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化”的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用或最終消納，并有效防止污泥中污染物對(duì)人體健康和環(huán)境造成不良影響。不同的干化方式都有自己的特點(diǎn)，見(jiàn)表1.3
表1.3我國(guó)脫水污泥干化處理處置特點(diǎn)比較
種類(lèi)優(yōu)點(diǎn)1污泥顯著減容，體積可減少4~5倍；1設(shè)備昂貴；缺點(diǎn)2形成顆�；蚍蹱罘�(wěn)定產(chǎn)品，2能耗高；污泥熱干化污泥性狀大大改善；3干化產(chǎn)品的含水率控制在抑制污泥中的微生物的活動(dòng)水平。1成本低，工藝簡(jiǎn)單；2脫水污泥進(jìn)行處理可以達(dá)污泥石灰干化到半干化固化和殺菌的作用；3產(chǎn)品具有多種用途，如建筑材料、土地利用等。污泥生物干化1能耗低；2系統(tǒng)安全性能高；1污泥與石灰不容易均勻混合；2對(duì)設(shè)備有腐蝕作用。1普遍存在干化時(shí)間長(zhǎng)（一般為2~4周）、粘度大、通風(fēng)效3蒸發(fā)潛熱高；4存在粉塵爆炸等安全隱患。
3干化產(chǎn)品可直接填埋、肥料化或燃料化。果不佳；2裝置龐大，操作不方便；3存在滲濾液和臭氣控制的問(wèn)題。1.2污泥堿式干化處理技術(shù)研究進(jìn)展
1.2.1污泥堿式干化技術(shù)研究意義
201*年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋泥質(zhì)（CT/T249-201*）》規(guī)定城市污泥進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)填埋含水率應(yīng)該≤60%，這一新規(guī)定使污泥填埋受到限制；污泥堆肥由于占地面積大、對(duì)周遭環(huán)境造成污染及堆肥產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)等原因應(yīng)用也受到限制。近年來(lái)，污泥堿式強(qiáng)化干化技術(shù)因其成本低、效能高等優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到關(guān)注。
在污泥中加入石灰使污泥的PH值大于12并保持一段時(shí)間，利用強(qiáng)堿性和釋放出的大量熱能殺死病原體，降低惡臭并鈍化重金屬[7,8]，經(jīng)過(guò)堿式強(qiáng)化干化后的污泥呈粉末狀或塊狀，體積僅為原來(lái)1/5～1/4。同時(shí)，微生物的活性受到抑制，避免了產(chǎn)品因?yàn)樯锏淖饔枚l(fā)霉發(fā)臭利用儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。堿式干化使污泥性能得到全面改善，產(chǎn)品用途廣泛，可進(jìn)行堆肥處理、農(nóng)用及用于建材等。[9-11]在污泥處置策略中,污泥堿式干化被認(rèn)同是的一種安全可靠的處置方式由此可見(jiàn)，歐洲乃至全世界的污泥處置技術(shù)正逐漸地向污泥的熱處理（即：污泥堿式干化）方向發(fā)展。如圖1.1是根據(jù)污泥加鈣處理后物料性能的變化來(lái)匯總處理后各種可能的處置和利用途徑。
原始污泥生物穩(wěn)定（如厭氧發(fā)酵）機(jī)械脫水污泥加堿處理（半干化/穩(wěn)定化）建材利用垃圾焚燒電廠焚燒水泥廠焚燒農(nóng)業(yè)、綠化利用、土壤改良圖1.1污泥加鈣處理后的處置和利用途徑
衛(wèi)生填埋1.2.2污泥堿式干化技術(shù)原理
（1）由于堿性物質(zhì)的作用致使污泥中的pH值增高；（2）由于反應(yīng)放熱導(dǎo)致污泥溫度升高；
（3）反應(yīng)生成物中結(jié)合了游離水，同時(shí)由于放熱反應(yīng)，一部分游離的水被蒸發(fā)。
將污泥與石灰均勻混合，石灰與污泥中所含的水分發(fā)生如下反應(yīng)：
1kgCaO+0.32kgH2O→1.32kgCa(OH)2+1177kJ
根據(jù)這一反應(yīng)，每投加1公斤的氧化鈣有0.32的水被結(jié)合成為氫氧化鈣，反應(yīng)所生成的熱可蒸發(fā)約0.5公斤的水。
生石灰與水反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鈣后，會(huì)繼續(xù)與污泥中的其他物質(zhì)發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，如生成物氫氧化鈣與CO2的反應(yīng)：
1.32kgCa(OH)2+0.78kgCO2→1.78kgCaCO3+0.32kgH2O+2212kJ這一反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步發(fā)熱，致使污泥溫度不斷升高。
1.2.3污泥堿式干化研究現(xiàn)狀
污泥堿式干化在意大利羅馬，美國(guó)華盛頓，德國(guó)漢堡等地方有著廣泛的應(yīng)用。如圖為歐盟指引（CR13714-201*），其工藝要求為：pH值為12，溫度為55oC，時(shí)間為2小時(shí)。原污泥石灰脫水混合器絕熱污泥倉(cāng)圖1.2歐盟指引中污泥堿式干化工藝流程
衛(wèi)生化，中等穩(wěn)定化污泥
在美國(guó)的污水處理廠theBluePlainsAdvancedWastewaterTreatmentPlantinWashingtonD.C.。也采用石灰來(lái)提高脫水污泥的穩(wěn)定性。水廠的工藝流程為：這些由主沉降缸產(chǎn)生的固體-或污泥-被送往大桶中，在重力作用下較濃的污泥沉淀至底部隨后逐漸富集。中級(jí)及氮化反應(yīng)器產(chǎn)生的生物學(xué)固體分別被使用氣浮濃縮而富集。富集后的污泥隨后被脫水，并加入石灰以殺死病原體，隨后有機(jī)的生物學(xué)固體被應(yīng)用于馬里蘭州和維吉尼亞州的農(nóng)田里，如圖1.3。
初沉污泥重力濃縮池石灰濃縮污泥進(jìn)料生物學(xué)固體污泥氣浮濃縮池離心和帶式脫水混合后續(xù)利用
圖1.3美國(guó)的污水處理廠加堿穩(wěn)定化過(guò)程
而在我國(guó)的現(xiàn)狀對(duì)污泥處理處置的現(xiàn)狀是：
（1）裝置問(wèn)題：較為原始的處理裝置是在蝸桿輸送機(jī)中加入鈣粉，物料主要
只經(jīng)過(guò)推送過(guò)程，所以混合不均勻（耗鈣粉多、混合不均勻，效果差）同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)污泥性狀的改善。
（2）內(nèi)部結(jié)合水問(wèn)題：污泥通過(guò)堿式干化后蒸發(fā)掉一部分水。還有一部分水存在于污泥中需要較長(zhǎng)的自然干化才能實(shí)現(xiàn)。所以考慮通熱風(fēng)加快干化速度。
1.3課題設(shè)計(jì)
1.3.1研究目標(biāo)
針對(duì)我國(guó)污泥產(chǎn)量大、處理成本高的現(xiàn)狀特點(diǎn)，以污泥減量化和資源化為目標(biāo)：
（1）研發(fā)實(shí)驗(yàn)室堿式半干化設(shè)備；
（2）明確污泥干化技術(shù)反應(yīng)機(jī)理，找出最經(jīng)濟(jì)最合適的干化效果；（3）減少污泥最終處置數(shù)量，污泥含水率控制在60%以下；
（4）污泥干化處理產(chǎn)物可以達(dá)到201*年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋泥質(zhì)（CT/T249-201*）》所規(guī)定的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥排放的最高限值。
1.3.2技術(shù)路線(xiàn)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究目的與內(nèi)容，設(shè)計(jì)了技術(shù)路線(xiàn)圖，如圖1.4。
加堿干化核心設(shè)備研發(fā)加堿對(duì)脫水污泥穩(wěn)定化效果研究污泥干化設(shè)備及其不足污泥泥質(zhì)特性分析污泥加堿的混合要求0%工業(yè)石灰5%工業(yè)石灰7%工業(yè)石灰10%工業(yè)石灰12%工業(yè)石灰15%工業(yè)石灰15%分析純灰犁刀型污泥/石灰高效混合器的開(kāi)發(fā)高效混合器的改進(jìn)其它配置組件的開(kāi)發(fā)對(duì)污泥升溫的效果對(duì)污泥pH值的改變對(duì)糞大腸菌群殺滅效對(duì)污泥臭味的控制脫水污泥加堿半干化效果研究原始脫水污泥5%工業(yè)石灰7%工業(yè)石灰10%工業(yè)石灰12%工業(yè)石灰15%工業(yè)石灰15%分析純脫水污泥加堿后蒸發(fā)速率變化CaO含量對(duì)污泥半干化影污泥穩(wěn)定化模糊評(píng)價(jià)石灰對(duì)不同含水率脫水污泥半干化效果石灰對(duì)不同污泥不同石灰添加量養(yǎng)護(hù)對(duì)不同污泥
圖1.4技術(shù)路線(xiàn)圖
第2章加堿干化核心設(shè)備的研發(fā)
由于污水處理廠脫水污泥的含水率高，一般在75～80%，給污泥處置、運(yùn)輸和利用造成了困難。要解決污泥處置問(wèn)題，首先必須對(duì)污泥進(jìn)行進(jìn)一步脫水處理。經(jīng)研究比較，最佳的污泥再脫水方法是進(jìn)行干化。
脫水污泥加堿干化在西歐和北美有很長(zhǎng)的歷史，是至今在污泥處理處置中仍然采用的一個(gè)方法，如美國(guó)華盛頓污水處理廠每天1000多噸（201*年數(shù)據(jù)）的污泥經(jīng)過(guò)加鈣消毒后用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和土地修復(fù)。
2.1污泥泥質(zhì)特性及與堿性物質(zhì)的混合要求
2.1.1污泥的泥質(zhì)特性1）粘度高
污泥屬于粘性流體中的非牛頓流體[12,13]。即：污泥的切應(yīng)力和剪切速率之間存在著非線(xiàn)性關(guān)系，粘度值隨剪切應(yīng)力或剪切速率的變化而改變。工程中，常用“粘度”表示其流變特性。
描述非牛頓流體流變性的方程主要有Ostwald方程、Herscher一Bulkly方程和Bingham方程[14]，分別如下式所示：
τw=μ(dv/dy)n
(2-l)(2-2)(2-3)
τw=τ0+μ(dv/dy)nτw=τ0+μ(dv/dy)
其中：τw表示剪切應(yīng)力；τ0表示初始屈服應(yīng)力；μ表示粘度。
根據(jù)黃志斌等人[15]的測(cè)量，含水率為80.5%的污泥，其粘度為0.738×103Pas；且隨著含水率的增加，污泥的粘度也增加，55%～65%左右的含水率被眾多學(xué)者認(rèn)為是污泥的膠粘臨界點(diǎn)[16]。
污泥的“膠粘相”一直被視為污泥干化的瓶頸。污泥干化設(shè)備首先需要打破其粘度，因此，混合成為污泥加堿干化的關(guān)鍵。
2）密度高
污泥密度的測(cè)量方法為：在25ml量筒中加入體積為V1的去離子水，稱(chēng)量其初始質(zhì)量M1；往量筒內(nèi)加入少量污泥，稱(chēng)量其質(zhì)量M2，記錄其體積V2，則污泥的密度為
ρ=M/V=(M2-M1)/(V2-V1)
經(jīng)測(cè)量，本試驗(yàn)所用污泥的密度為1.05g/cm3。3）流動(dòng)性差
本試驗(yàn)中，不同含水率下的污泥物理狀態(tài)見(jiàn)表2.1。
表2.1不同含水率下的污泥物理狀態(tài)
含水率（%）90%以上80～9070～8060～7050
物理形態(tài)近似液態(tài)粥狀柔軟，但不可流動(dòng)
近似固態(tài)粘土狀
4）顆粒細(xì)
污泥顆粒的大小、表面電荷水合的程度以及顆粒間的相互作用是影響污泥濃縮、脫水、干化等性能的主要因素。首先，污泥顆粒越小顆粒的比表面積越大。這意味著更高的水合程度和對(duì)過(guò)濾(脫水)更大的阻力及改變污泥脫水性能更多的化學(xué)藥劑。其次，污泥中顆粒大多是相互排斥的。由于水合作用，有一層或幾層水附在顆粒表面而阻礙了顆粒相互結(jié)合，并且污泥顆粒一般都帶負(fù)電荷，相互之間表現(xiàn)為排斥，造成了穩(wěn)定的分散狀態(tài)[11,12]。
2.1.2污泥加堿的混合要求
污泥加堿處理工藝的關(guān)鍵是污泥與石灰的有效混合。如何實(shí)現(xiàn)低廉的運(yùn)行成本（即低電耗、低消耗CaO）以及良好的污泥物理形態(tài)是混合技術(shù)的關(guān)鍵。較為原始的處理裝置是在蝸桿輸送機(jī)中加入鈣粉，物料主要只經(jīng)過(guò)推送過(guò)程，所以混合不均勻（耗鈣粉多、混合不均勻，效果差）同時(shí)難以實(shí)現(xiàn)污泥性狀的改善[17]。因此，采用傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌混合技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足這一要求[18]。
干化設(shè)備開(kāi)發(fā)應(yīng)主要考慮以下因素：干化效果好；設(shè)備性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單；運(yùn)行費(fèi)用低；購(gòu)置設(shè)備的一次性投資較低；安全措施完善；維護(hù)保養(yǎng)方便等。
2.2加堿干化設(shè)備存在的技術(shù)難點(diǎn)
脫水污泥是一個(gè)粘稠、致密及具有觸變性的物料，在既定的污泥和氧化鈣原料下，氧化鈣粉料如何在工程上均勻的與污泥混合，是污泥加鈣處理中的一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)。North等[26]對(duì)同樣的污泥來(lái)源（華盛頓污水處理廠）用兩種不同
的工藝條件處理并對(duì)處理后的污泥進(jìn)行微觀形態(tài)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)氧化鈣與污泥的結(jié)合程度有明顯的差別。氧化鈣在污泥中的分散度越低，越不利于反應(yīng)。華盛頓污水處理廠通過(guò)改進(jìn)混合技術(shù)與條件，氧化鈣添加量從25%降至15%。
圖2.1BluePlainsWWIP污水處理廠污泥處理所產(chǎn)生的石灰穩(wěn)定生物固體稀薄剖面。注:BluePlainsWWIP污水處理廠（A，B）和K-F環(huán)境技術(shù)有限公司（C，D）都開(kāi)展了石灰穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)，石灰穩(wěn)定污泥樣品從全面的系統(tǒng)中獲得，灌入干凈的塑料浸漬樹(shù)脂，干燥，硬化，切成薄片，附上切片并進(jìn)行拋光。污泥呈現(xiàn)褐色;石灰呈現(xiàn)藍(lán)色，白色區(qū)域則表示什么都沒(méi)有。
通過(guò)上述的論述可以看到污泥加鈣處理反應(yīng)過(guò)程中混合后氧化鈣在微觀上與污泥的混合程度及分散度對(duì)反應(yīng)很重要，加入的氧化鈣在污泥中的分散度越高，對(duì)提高反應(yīng)速度和節(jié)省氧化鈣用量越有利。由此可見(jiàn)，加堿干化設(shè)備需要做到能夠使得污泥和石灰充分的混合。
2.3犁刀型污泥/石灰高效混合器的開(kāi)發(fā)
犁刀型污泥/石灰高效混合器是一種新穎高效混合設(shè)備。其工作原理是：由主動(dòng)輪減速機(jī)帶動(dòng)犁刀組軸運(yùn)動(dòng)，一方面將物料沿筒體圓周作徑向周向湍動(dòng)，同時(shí)將物料沿犁刀兩側(cè)的法線(xiàn)方向拋出，另一方面被拋出物料經(jīng)飛刀組時(shí)，被高速旋轉(zhuǎn)的飛刀剪切攪拌而強(qiáng)列的拋散，物料在犁刀和飛刀的復(fù)合作用下，不斷更疊、
擴(kuò)散、塊狀固－固（粉體與粉體）、固－漿（粉體與膠漿液）的物料或密度差異較大的物料也能混合。
2.3.1研究中對(duì)犁刀型污泥/石灰高效混合器的改進(jìn)
犁刀型污泥/石灰高效混合器主要由傳動(dòng)部分、臥式筒體、犁刀組軸、飛刀組、出料閥、加熱裝置等部件組成。
傳動(dòng)部分：由主電機(jī)和減速機(jī)傳送給犁刀組軸。
臥式筒體：上部設(shè)有進(jìn)料口、觀察孔，筒體一側(cè)開(kāi)有物料清洗門(mén)。犁刀組軸：犁刀根據(jù)容積大小安排犁刀數(shù)量，安裝在主軸上，在筒體內(nèi)作圓周湍動(dòng)流混合物料。
飛刀組：副電機(jī)直接連結(jié)兩套飛刀，高速飛刀有強(qiáng)列拋散剪切的攪拌作用。出料閥：安裝筒體尾部，供放料用。
加熱裝置：熱電偶加熱后，通過(guò)熱風(fēng)裝置，將熱量輸送到混合器內(nèi)，達(dá)到熱干化的目的。
1主電機(jī)2犁刀3主電軸4機(jī)身
圖2.2核心設(shè)備剖面圖
圖2.3犁刀型污泥/石灰高效混合器設(shè)計(jì)圖
圖2.4犁刀形污泥/石灰高效混合器（反面）
圖2.5犁刀型污泥/石灰高效混合器（正面）
圖2.6犁刀形污泥/石灰高效混合器內(nèi)組件犁刀（a）和飛刀（b）
2.3.2其他配置組件的開(kāi)發(fā)(1)自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)：
開(kāi)發(fā)的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由儀表（溫度傳感器）及控制設(shè)備等組成。其功能主要是對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)、溫度傳感器參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳；接受控制級(jí)的指令對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。
(2)安全起跳系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)
采用彈簧、封閉、微啟式安全閥起跳系統(tǒng)。閥瓣開(kāi)啟高度為閥座直徑的1/15～1/20。安全閥的起跳壓力為1.2～1.25倍的工作壓力。
圖2.7自動(dòng)控制系統(tǒng)及安全起跳系統(tǒng)
2.3.3加堿干化的工藝流程
污泥加堿處理的工藝主要有以下幾個(gè)部分組成，見(jiàn)圖2.8
電子計(jì)量進(jìn)料臭氣控制
出料絕熱污泥倉(cāng)
條剁式養(yǎng)護(hù)翻堆后續(xù)處置
水分收集
圖2.8污泥加堿處理的工藝
（1）脫水污泥給料（2）氧化鈣計(jì)量投加系統(tǒng)，（3）混合反應(yīng)系統(tǒng)
（4）處理后污泥出料輸送系統(tǒng)（5）絕熱反應(yīng)倉(cāng)（6）條剁式養(yǎng)護(hù)翻堆（7）后續(xù)處置
脫水污泥從離心脫水機(jī)輸入攪拌器，石灰則通過(guò)攪拌器上的輔助加料管入。由于攪拌器內(nèi)犁形鏟的擾動(dòng)作用，污泥一進(jìn)入攪拌器，就在機(jī)械力作用下形成流化床。在攪拌器中的停留時(shí)間內(nèi)，由飛刀充分的打散污泥，使得污泥的表面積大大增加，實(shí)現(xiàn)污泥顆粒與細(xì)生石灰均勻混合。
污泥出料之后，放入絕熱反應(yīng)倉(cāng)中反應(yīng)，再通過(guò)條剁式翻堆養(yǎng)護(hù)翻堆，使得污泥內(nèi)部水分和氣體混合均勻。加快污泥的干化速度
第3章加堿對(duì)脫水污泥的穩(wěn)定化效果
污泥的成分很復(fù)雜，是由多種微生物形成的菌膠團(tuán)與其吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的集合體，除含有大量的水分外(最高可達(dá)99%以上)，還含有難降解的有機(jī)物重金屬和鹽類(lèi)，以及病原微生物和寄生蟲(chóng)卵等。
污泥穩(wěn)定化的目的主要是去除污泥中易于腐化的有機(jī)物，包括去除臭味、有害病原體和有害細(xì)菌等，也可適當(dāng)?shù)馗纳莆勰嗟拿撍�、干化等性能。干燥后的污泥由漿狀、膏狀變?yōu)榇嘈灶w粒，有機(jī)物得以穩(wěn)定，保留了大部分肥分和土壤調(diào)節(jié)成分，有利于農(nóng)業(yè)利用和土地恢復(fù)。另外，致病微生物如大腸桿菌、沙門(mén)氏桿菌和腸道病毒等病原菌被殺滅，不會(huì)在厭氧發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生臭氣問(wèn)題，衛(wèi)生條件好，易于輸送、儲(chǔ)存和處置。植物養(yǎng)分和含熱量增加；污泥體積大幅度減少，降低污泥儲(chǔ)存和運(yùn)輸費(fèi)用[19-21]�？偠灾�，污泥干化處理，不但有顯著的減容效果，而且也有著相當(dāng)程度的穩(wěn)定化效果。
典型的穩(wěn)定方法有厭氧消化、好氧消化和堆肥等生物穩(wěn)定法以及投加石灰等堿性物質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定法[4,19,22]。
3.1實(shí)驗(yàn)材料及方法
3.1.1實(shí)驗(yàn)材料
本實(shí)驗(yàn)采用在10kg脫水污泥中分別添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰等6個(gè)處理，具體編號(hào)見(jiàn)表3.1。
表3.1不同石灰添加比例的處理編號(hào)
實(shí)驗(yàn)編號(hào)0%CK5%17%210%312%415%515%分析純63.1.2測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法
本實(shí)驗(yàn)以溫度、糞大腸菌值、pH值以及臭味的變化為測(cè)定指標(biāo)，分別分析6個(gè)不同的處理對(duì)脫水污泥的穩(wěn)定化效果。溫度采用溫度探頭測(cè)定；糞大腸菌值、pH值、臭味的測(cè)定方法見(jiàn)表3.2。
表3.2各指標(biāo)的分析測(cè)試方法
項(xiàng)目pH值大腸菌值臭味
分析方法玻璃電極法多管發(fā)酵法臭氣強(qiáng)度法
方法來(lái)源CJ/T221-201*GB7959－1987
《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社
3.2加堿對(duì)污泥的升溫效果
3.2.1加堿升溫原理
將污泥與石灰均勻混合，石灰與污泥中所含的水分發(fā)生如下反應(yīng)：
1kgCaO+0.32kgH2O→1.32kgCa(OH)2+1177kJ（3-1）根據(jù)這一反應(yīng)，每投加1公斤的氧化鈣有0.32的水被結(jié)合成為氫氧化鈣，反應(yīng)所生成的熱可蒸發(fā)約0.5公斤的水。
生石灰與水反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鈣后，會(huì)繼續(xù)與污泥中的其他物質(zhì)發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，如生成物氫氧化鈣與CO2的反應(yīng)：
1.32kgCa(OH)2+0.78kgCO2→1.78kgCaCO3+0.32kgH2O+2212kJ（3-2）這一反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步發(fā)熱，致使污泥溫度不斷升高。3.2.2不同對(duì)污泥升溫增加的效果
將6個(gè)處理分別在混合設(shè)備中充分?jǐn)嚢?min后，取樣5kg，放入盆中，每隔10min用數(shù)顯溫度計(jì)測(cè)定其溫度的變化，共持續(xù)測(cè)定3h。
反應(yīng)180分鐘后，6個(gè)處理對(duì)污泥的升溫效果見(jiàn)圖3-1。
從圖3.1可以看出：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，污泥的溫度均升高，以反應(yīng)的最初10分鐘升溫最多，[23]從原污泥的30℃分別升高到53.0℃、43.3℃、41.0℃、39.2℃、36.0℃和32.0℃；反應(yīng)80～100分鐘以后，升溫幅度下降或趨于平緩，這與Fries的研究結(jié)論相似。
在6個(gè)實(shí)驗(yàn)中，隨著石灰添加量的增加，污泥升溫幅度亦呈增加趨勢(shì)，且分析純石灰顯著高于工業(yè)級(jí)石灰，即：6個(gè)實(shí)驗(yàn)的升溫幅度依次為：5%＜7%＜10%、12%＜15%工業(yè)石灰＜15%分析純石灰。
60.055.050.045.0實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)1對(duì)照樣溫度/℃40.035.030.025.020.0050100反應(yīng)時(shí)間/min150200
圖3.16個(gè)不同實(shí)驗(yàn)對(duì)污泥升溫的效果
按照歐盟指引（CR13714-201*）污泥特性、作用與處理管理中的規(guī)定：“污泥實(shí)現(xiàn)干化的穩(wěn)定條件是55℃以上、持續(xù)2小時(shí)”。在6個(gè)處理中，添加15%的分析純石灰其升溫值最接近55℃。之所以沒(méi)有達(dá)到或者超過(guò)55℃，原因可能是：（1）實(shí)驗(yàn)用的污泥量太少；
（2）充分混合后污泥從密閉反應(yīng)器中取出，測(cè)定溫度時(shí)完全敞開(kāi)在空中，散熱較快，保溫性能差。
溫度對(duì)微生物的影響也是很廣泛的。盡管在高溫環(huán)境(50℃～70℃)和低溫環(huán)境(-5～0℃)中也活躍著某些類(lèi)的微生物，但絕大部分微生物最適宜生長(zhǎng)的溫度范圍是20-30℃。在適宜的溫度范圍內(nèi)，微生物的生理活動(dòng)旺盛，其活性隨溫度的增高而增強(qiáng)，處理效果也越好。超出此范圍，微生物的活性變差，生物反應(yīng)過(guò)程就會(huì)受影響。一般的，控制微生物生命活動(dòng)進(jìn)程的最高和最低限值分別為35℃和10℃[24]。因此，當(dāng)污泥與石灰的反應(yīng)溫度達(dá)到53.0℃、43.3℃、41.0℃、39.2℃時(shí)，對(duì)污泥中的微生物活動(dòng)起到了嚴(yán)重的抑制，促進(jìn)了污泥的穩(wěn)定化。
3.3加堿對(duì)污泥pH值的改變
每種微生物都有其最適pH值和一定的pH范圍。在最適范圍內(nèi)酶活性最高，如果其他條件適合，微生物的生長(zhǎng)速率也最高。大多數(shù)細(xì)菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物的
最適pH為6.5-7.5，在pH4-10之間也可以生長(zhǎng)；放線(xiàn)菌一般在微堿性即pH7.5-8最適合；酵母菌、霉菌則適合于pH5-6的酸性環(huán)境，但生存范圍在pH1.5-10之間。環(huán)境中的pH值對(duì)微生物的生命活動(dòng)影響很大，主要作用在于：引起細(xì)胞膜電荷的變化，從而影響了微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；影響代謝過(guò)程中酶的活性；改變生長(zhǎng)環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可給性以及有害物質(zhì)的毒性[25]。
將6個(gè)處理分別在混合設(shè)備中充分?jǐn)嚢?min后，取5g污泥樣品置于150mL具塞磨口錐形瓶中，加入50mL無(wú)二氧化碳水浸泡，密封。于室溫條件下置于往復(fù)式振蕩器上震蕩4h后，進(jìn)行離心，離心5min后，取上層清液進(jìn)行pH測(cè)定。6個(gè)處理對(duì)污泥pH值的改變見(jiàn)圖3.2。
14131211原始污泥5%CaO7%CaO10%CaO12%CaO15%CaO15%分析純CaOPH值10987602040時(shí)間/小時(shí)6080
圖3.26個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)污泥pH值的改變
從圖3.2可知：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，由于堿性物質(zhì)的作用致使污泥中的pH值增高，均從原污泥的6.5左右升高到12以上，并且，隨著污泥干化時(shí)間的延長(zhǎng)，pH值變化不大。可以實(shí)現(xiàn)污泥中致病微生物的有效去除。
按照歐盟指引（CR13714-201*）污泥特性、作用與處理管理中的規(guī)定：“pH值呈高堿性狀態(tài)下（＞12），污泥中的致病微生物能得到有效去除”。美國(guó)環(huán)境局（USEPA）對(duì)石灰穩(wěn)定的生物固體大幅去除病原菌的工藝要求是：生物固體的
pH值在2h內(nèi)必須保持在12，在接下來(lái)的22個(gè)小時(shí)保持11.5。因此，在機(jī)械脫水的城市廢水污泥中摻入堿性材料，尤其是石灰，可以幫助處理后的產(chǎn)物達(dá)到歐盟指引（CR13714-201*）污泥穩(wěn)定化要求及美國(guó)環(huán)境局（USEPA）的關(guān)于B或A類(lèi)生物固體的最低標(biāo)準(zhǔn)（USEPA1993）[26]。
North等人的研究表明：原始污泥的pH值以及所含的磷酸根除了對(duì)處理后的固體物含量的影響外，對(duì)強(qiáng)度的增加也有明顯影響（參見(jiàn)公式（3-4）），實(shí)際當(dāng)中通常有化學(xué)除磷的污水處理廠的污泥，在同樣的加鈣量下處理后的強(qiáng)度高于其他污泥[27]。
3.4加堿對(duì)污泥中糞大腸菌群的殺滅效果
糞大腸菌群值是判定污泥、糞便等固體廢棄物穩(wěn)定化、無(wú)害化及土地安全利用的重要指標(biāo)之一[28]。
在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，按照國(guó)家《糞便無(wú)害化標(biāo)準(zhǔn)》（GB7959－1987）分別測(cè)定6個(gè)處理的污泥中糞大腸菌群值的變化，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3.3。
表3.36個(gè)處理的污泥中糞大腸菌群值的變化
編號(hào)
處理
物料
攪拌時(shí)間/秒
1030
ck原污泥
60901203001030
1污泥+5%石灰
6090120300糞大腸菌值（g/MPN）1.10×10-81.08×10-81.11×10-81.20×10-81.10×10-81.19×10-80.0670.1090.1090.1090.1090.137
編號(hào)
處理
物料
攪拌時(shí)間/秒
1030
糞大腸菌值（g/MPN）0.1610.1610.1610.1610.278＞0.3330.1610.1630.333＞0.333＞0.333＞0.3330.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.3330.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333
2污泥+7%石灰
60901203001030
3污泥+10%石灰
6090120300103060
4污泥+12%石灰
901203001030
5污泥+15%石灰
60901203001030
6污泥+15%分析純石灰6090120
編號(hào)
處理
物料
攪拌時(shí)間/秒
300
糞大腸菌值（g/MPN）＞0.333
從表3.3可以看出：隨著石灰添加量的增加，糞大腸菌值呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)，原污泥中糞大腸菌值為1.10×10-8g/MPN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國(guó)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》（CJ247-201*）及我國(guó)《糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB7959-87）規(guī)定的值0.01；而所有處理后污泥中，糞大腸菌基本全被殺滅，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于0.01，符合我國(guó)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》（CJ247-201*）及我國(guó)《糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB7959-87）的規(guī)定限值，即：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，殺菌效果極顯著，污泥實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定化和無(wú)害化。
從表3.3可以看出：攪拌時(shí)間有利于提高污泥的殺菌效果。攪拌時(shí)間從30秒延長(zhǎng)到60秒后，大腸菌值顯著降低，但從60秒分別延長(zhǎng)到90秒、120秒、300秒后，大腸菌值的變化不顯著。因此，為節(jié)省動(dòng)力消耗，污泥加堿的攪拌時(shí)間以60秒最為經(jīng)濟(jì)。
3.5加堿對(duì)污泥臭味的控制
一切刺激嗅覺(jué)器官，引起人們不偷快感覺(jué)及損害生活環(huán)境的氣味統(tǒng)稱(chēng)為惡臭。具有惡臭氣味的物質(zhì)被稱(chēng)為惡臭污染物。惡臭現(xiàn)象雖屬大氣污染的一種形式，但是惡臭物質(zhì)在很低濃度就能產(chǎn)生嗅覺(jué)刺激，所以各國(guó)一般單獨(dú)列出進(jìn)行控制[29]。
惡臭的分析方法可分為兩類(lèi)，一是惡臭的感官分析方法，二是惡臭的儀器分析方法[30]。
感官分析法就是將惡臭的氣味強(qiáng)弱分成若干等級(jí)，然后由訓(xùn)練有素的辨嗅員聞嗅后進(jìn)行分級(jí)。因國(guó)家、地區(qū)的不同，惡臭強(qiáng)度的分級(jí)也有所不同，例如美國(guó)采用8級(jí)分級(jí)制，而我國(guó)和日本目前都采用6級(jí)分級(jí)制[31]。
本實(shí)驗(yàn)采用感官分析方法，根據(jù)已有的資料[32]及日本和北京市的惡臭強(qiáng)度分級(jí)[33]，將臭氣強(qiáng)度分為6級(jí)，見(jiàn)表3.4。
表3.4臭氣強(qiáng)度分級(jí)
強(qiáng)度等級(jí)
012345
污泥中臭味強(qiáng)度見(jiàn)表3.5。
嗅覺(jué)判別標(biāo)準(zhǔn)
無(wú)臭
勉強(qiáng)可以感覺(jué)到輕微臭味容易感到微弱臭味明顯感到臭味強(qiáng)烈臭味
無(wú)法忍受的強(qiáng)烈臭味
在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，
表3.56個(gè)實(shí)驗(yàn)污泥中的臭味強(qiáng)度變化
實(shí)驗(yàn)編號(hào)臭氣強(qiáng)度ck5122232415161
從表3.5可以看出：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，污泥中臭味強(qiáng)度顯著降低，從5級(jí)降為2級(jí)以下。在污泥中添加12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰，可以使污泥的臭味強(qiáng)度降到1級(jí)，即：從無(wú)法忍受的強(qiáng)烈臭味降低至勉強(qiáng)可以感覺(jué)到輕微臭味。
3.6不同處理對(duì)污泥穩(wěn)定化的模糊評(píng)價(jià)
3.6.1評(píng)價(jià)因子及等級(jí)
選擇溫度、pH、糞大腸菌值、臭度為評(píng)價(jià)因子，則因子集U＝{溫度、pH、糞大腸菌值、臭度}。
3.6.2評(píng)價(jià)等級(jí)
將污泥的穩(wěn)定化效果分為3個(gè)等級(jí)：1級(jí)（好）、2級(jí)（中）、3級(jí)（差），則評(píng)價(jià)集V＝{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ}。
評(píng)價(jià)等級(jí)根據(jù)歐盟指引（CR13714-201*）、美國(guó)環(huán)境局（USEPA）、《糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB7959-87）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》（CJ247-201*）及參考文獻(xiàn)[30]劃分為三級(jí)，各評(píng)價(jià)因子的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3.6。
表3.6各因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
評(píng)價(jià)因子溫度pH糞大腸菌值
臭度
Ⅰ級(jí)55120.011
分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ級(jí)50110.0012
Ⅲ級(jí)45100.00013
單位℃-g/MPN-
3.6.3隸屬函數(shù)
根據(jù)以上評(píng)價(jià)等級(jí)分別建立每種評(píng)價(jià)因子相應(yīng)于不同環(huán)境級(jí)別的隸屬函數(shù)。本研究采用指派方法中的降半梯形模糊分布，建立隸屬函數(shù)[34]，表達(dá)式如下：
0CI1iII-CiRI(Ci)=,ICIIiII-ICiII00,CiI或CiIIIC-IRII(Ci)=i,ICiII
II-IIII-Ci,IICiIIIIII-II0,CiII或CiIVC-IIRIII(Ci)=i,IICiIII
III-IIIV-Ci,IIICiIVIV-III3.6.4權(quán)重計(jì)算
由于各污染物對(duì)水質(zhì)的影響程度不同，因此，對(duì)它們應(yīng)賦予不同的權(quán)重ai。確定權(quán)重的方法較多，如專(zhuān)家調(diào)查法、層次分析法等，在本研究情況下，以污染物的超標(biāo)情況決定權(quán)重較為合理，其計(jì)算式為：aici/sim1sisij
nj1其中：ai第i種污染物的權(quán)重；
ci第i種污染物濃度實(shí)測(cè)值；
si第i種污染物多級(jí)濃度標(biāo)準(zhǔn)值的平均值；sij第i種污染物第j級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值；n分級(jí)數(shù)。
為了進(jìn)行模糊復(fù)合運(yùn)算，各單因子權(quán)重必須歸一化，即：
Wi=(ci/si)/(ci/si)
上述m項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，分別計(jì)算出權(quán)重后，組成一個(gè)1×m矩陣A:
A=(V1，V2，V3，…，Vm)
3.6.5模糊運(yùn)算
模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果是通過(guò)模糊數(shù)學(xué)矩陣的乘法求出運(yùn)算結(jié)果AＲ，算法與普通矩陣類(lèi)似，只將矩陣乘法運(yùn)算中的加號(hào)“＋”改為“”，將乘號(hào)改為“”，“”的意義取加數(shù)中最大者為“和”，“”的意義為取相乘兩數(shù)較小者為“積”。得到：
r1,1r1,2...r1,nrr...r2,12,22,nB=AOR=(V1，V2，V3，…，Vm)×＝（b1，b2，b3，…，bn）
...............rm,1rm,2...rm,n.式中bn－復(fù)合運(yùn)算結(jié)果，此結(jié)果對(duì)應(yīng)于各級(jí)級(jí)別的隸屬度，評(píng)價(jià)結(jié)果一般采取隸屬度最大的原則。即在評(píng)價(jià)結(jié)果向量中取最大值對(duì)應(yīng)的級(jí)別為本次模糊分級(jí)評(píng)價(jià)的分級(jí)結(jié)論。當(dāng)同時(shí)存在有兩個(gè)或兩個(gè)以上最大值時(shí)，取次大值貼近的一個(gè)作為最后評(píng)價(jià)結(jié)果的級(jí)別。
3.6.6綜合評(píng)價(jià)結(jié)果
6各處理的污泥穩(wěn)定化評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3.7。
表3.7模糊評(píng)價(jià)結(jié)果
處理編號(hào)Ck123456
模糊評(píng)價(jià)矩陣WR={0,0,0.61}WR={0.4,0.2,0.17}WR={0.58,0.14,0.12}WR={0.64,0.13,0.10}WR={0.72,0,0.09}WR={0.73,0,0.08}WR={0.73,0.07,0}
污泥穩(wěn)定等級(jí)
VⅠⅠⅠⅠⅠⅠ
評(píng)價(jià)差好好好好好好
i1n
從表3.7可以看出：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，污泥穩(wěn)定化程度高，評(píng)價(jià)結(jié)果都為一級(jí)。
3.7本章小結(jié)
1）在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，從污泥的溫度和pH值達(dá)到了歐盟指引（CR13714-201*）污泥穩(wěn)定化要求及美國(guó)環(huán)境局（USEPA1993）的穩(wěn)定化標(biāo)準(zhǔn)。
2）在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，殺菌效果極顯著，污泥中的糞大腸菌值顯著下降的趨勢(shì)，符合我國(guó)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》（CJ247-201*）及我國(guó)《糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB7959-87）的規(guī)定限值，污泥實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定化和無(wú)害化，且攪拌時(shí)間以60秒最為經(jīng)濟(jì)。
3）在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，污泥中臭味強(qiáng)度顯著降低，從5級(jí)降為2級(jí)以下，即：從無(wú)法忍受的強(qiáng)烈臭味降低至勉強(qiáng)可以感覺(jué)到輕微臭味。
4）模糊評(píng)價(jià)的結(jié)果表明：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰后，污泥穩(wěn)定化程度高，評(píng)價(jià)結(jié)果都為一級(jí)。
第4章脫水污泥加堿后的半干化效果
4.1脫水污泥半干化的必要性
4.1.1污泥處置方法與水分要求
污泥處置包括三種途徑：堆肥、衛(wèi)生填埋、焚燒。對(duì)焚燒而言，當(dāng)含水率為65%～70%時(shí)，污泥才能不需要添加加輔助燃料，自持進(jìn)行[2,35]。若污泥衛(wèi)生填埋處理，我國(guó)新頒布的《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-201*）之6.6規(guī)定：“……生活污水處理廠污泥經(jīng)處理后含水率小于60%，可以進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)填埋處置”；當(dāng)污泥堆肥時(shí)，水分>70%，則容易堵塞堆料的空隙，影響通風(fēng)，導(dǎo)致厭氧發(fā)酵、溫度急劇下降等，影響堆肥的腐熟[36]。因此，無(wú)論采取哪種處理方式，脫水污泥都需要進(jìn)行干化處理，進(jìn)一步降低含水率，可以說(shuō)，污泥干化事實(shí)上是污泥資源化利用的第一步。
4.1.2脫水污泥中水分的存在狀態(tài)
污泥中所含的水分包括孔隙水、毛細(xì)水、附著水和內(nèi)部水四大類(lèi)[37]。其結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示。
毛細(xì)水孔隙水附著水內(nèi)部水
圖4.1污泥水分示意圖
1）孔隙水
孔隙水也稱(chēng)自由水，是指存在于污泥顆粒間隙、被污泥固體所包圍的水，約占污泥體積的70%�？紫端c固體沒(méi)有直接結(jié)合，相互間不存在化學(xué)作用，結(jié)合力相對(duì)較小，比較容易從固體中分離。
2）毛細(xì)水
毛細(xì)水存在于高度密集的細(xì)小污泥固體顆粒周?chē)话闶翘畛湓谖勰喙腆w顆粒之間的縫隙中，約占污泥水分的10%~20%。污泥由高度密集的細(xì)小固體顆粒組成，在固體顆粒接觸表面上，由于毛細(xì)力的作用，形成毛細(xì)結(jié)合水。由于毛細(xì)水和污泥顆粒之間的結(jié)合力較強(qiáng)，濃縮作用不能將毛細(xì)結(jié)合水分離，需借助較高的機(jī)械作用力和能量，如真空過(guò)濾，壓力過(guò)濾和離心分離才能去除這部分水分。
3）附著水
附著水是指活性污泥固體顆粒表層上附著、吸收和結(jié)合的水，實(shí)際上是膠體顆粒的結(jié)合水，約占污泥水分的5%~15%。污泥屬于凝膠，是由絮狀的膠體顆粒集合而成。污泥的膠體顆粒很小，與其體積相比表面積很大，由于表面張力的作用吸附的水分也就很多。膠體顆粒全部帶有相同性質(zhì)的電荷，相互排斥，妨礙顆粒的聚集、長(zhǎng)大，而保持穩(wěn)定狀態(tài)，因而表面吸附水用普通的濃縮或脫水方法去除比較困難。只有加入能起混凝作用的電解質(zhì)，使膠體顆粒的電荷得到中和后，顆粒呈不穩(wěn)定狀態(tài)，粘附在一起，最后沉降下來(lái)。顆粒增大后其比表面積減小，表面張力隨之降低，表面吸附水也隨之從膠體顆粒上脫離。
4）內(nèi)部結(jié)合水
內(nèi)部結(jié)合水也稱(chēng)胞內(nèi)水，是指在活性污泥內(nèi)部、與顆粒結(jié)合在一起的水。微生物細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)菌化學(xué)組成部分所含的水也是內(nèi)部結(jié)合水。內(nèi)部結(jié)合水的含量不多，占污泥水分的5%~8%。這種內(nèi)部結(jié)合水與固體結(jié)合得很緊密，使用機(jī)械方法去除這部分水是行不通的。要去除這部分水分，必須破壞細(xì)胞膜，使細(xì)胞液滲出，由內(nèi)部結(jié)合水變?yōu)橥獠恳后w。為了去除這種內(nèi)部結(jié)合水，必須通過(guò)各種方式，使污泥破解、改性。
4.1.3常用的污泥破解方法
為了去除污泥的內(nèi)部結(jié)合水，改善污泥的脫水、干化性能，常采用生物破解（好氧、厭氧處理等）、物理破解（高溫加熱、冷凍、超聲波破解等）及化學(xué)藥劑破解（堿解法、臭氧法、氯氧法）等方法。
4.1.4污泥的半干化
污泥干化和半干化的區(qū)別在于干燥產(chǎn)品最終的含水率不同：全干化是指含固率較高，一般在85％以上；而半干化則主要是指含固率在40～60％之間的類(lèi)型[38]。
全干化的污泥比較適于制成干燥的顆�；姆柿袭a(chǎn)品，它干度高，穩(wěn)定性好，
體積也較小。但達(dá)到這樣高的干度，所需的能耗較高，而且存在污泥自燃、粉塵、爆炸等危險(xiǎn)[39]。
半干化污泥則可適應(yīng)多種出路，如：焚燒(包括單獨(dú)焚燒，或在電廠與煤混合焚燒，或與垃圾混合焚燒)、作垃圾填埋場(chǎng)覆蓋土、作營(yíng)養(yǎng)土、作建材原料(如作為原料加入水泥窯)，等等[2,35]。
半干化安全節(jié)能，投資較小，是應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮的干化路線(xiàn)。
4.2實(shí)驗(yàn)材料及方法
4.2.1實(shí)驗(yàn)材料
本實(shí)驗(yàn)采用在10kg脫水污泥中分別添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)石灰和15%的分析純石灰等6個(gè)處理，同時(shí)，以原始脫水污泥為對(duì)照。
4.2.2測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法1）蒸發(fā)速率
①蒸發(fā)速率的測(cè)定方法
在10kg脫水污泥中分別添加5%、7%、10%、15%的工業(yè)用生石灰（CaO）和15%的實(shí)驗(yàn)用分析純CaO，在混合設(shè)備中充分?jǐn)嚢?min后取20g左右污泥樣品，置于室溫條件下，每5min測(cè)定其質(zhì)量隨時(shí)間變化，計(jì)算蒸發(fā)率。
②蒸發(fā)速率的計(jì)算方法
污泥的原始重量記錄為m，每5min記錄一次質(zhì)量（g）為：m1、m2、m3……
mn，對(duì)應(yīng)的時(shí)間（min）為t1、t2、t3……tn，則：
tn時(shí)刻水分蒸發(fā)的的質(zhì)量（g）：
kn=m-mn（4-1）
污泥中水分的蒸發(fā)速率（g/min）：
v=kn/tn（4-2）
單位質(zhì)量污泥中水分的蒸發(fā)速率為（min-1）：
v’=kn/tnmn（4-3）
2）含水率
①含水率的測(cè)定方法
取約10g污泥，放入蒸發(fā)皿，置于105℃烘箱中烘干至恒重，計(jì)算污泥的含水率。
②含水率的計(jì)算方法按下式計(jì)算污泥的含水率：
wi=m-mn/m×100%（4-4）
式中：wi為.污泥含水率，%
mn為污泥干重，g
m為污泥樣品總重量，g
4.3脫水污泥加堿后的蒸發(fā)速率變化
4.3.1蒸發(fā)速率的計(jì)算
將5個(gè)處理分別在混合設(shè)備中充分?jǐn)嚢?min后，取樣20g，每隔5min測(cè)定污泥的質(zhì)量變化，連續(xù)測(cè)定205min。按照公式4-1、4-2、4-3計(jì)算單位質(zhì)量污泥中水分的蒸發(fā)速率，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4.2。
3.30E-043.10E-0415%實(shí)驗(yàn)用CaO10%工業(yè)用CaO5%工業(yè)用CaO15%工業(yè)用CaO7%工業(yè)用CaO原始脫水污泥單位質(zhì)量蒸發(fā)速率/min2.90E-042.70E-042.50E-042.30E-042.10E-041.90E-041.70E-041.50E-040204060801001201*0160180時(shí)間min圖4.2不同含量的生石灰后對(duì)單位質(zhì)量蒸發(fā)速率的影響
從圖4.2可以看出：隨著石灰添加量的增加，單位質(zhì)量污泥中水分的蒸發(fā)速率也隨著增加。5個(gè)處理中，單位質(zhì)量污泥的水分蒸發(fā)速率依次為：15%實(shí)驗(yàn)用分析純CaO>15%工業(yè)用CaO>10%工業(yè)用CaO>7%工業(yè)用CaO>5%工業(yè)用CaO>原始脫水污泥。
在污泥中分別添加5%、7%、10%、15%的工業(yè)用生石灰（CaO）和15%的實(shí)驗(yàn)用分析純CaO后，在前100min，單位質(zhì)量污泥的水分蒸發(fā)速率呈現(xiàn)出對(duì)數(shù)變化規(guī)律，而原污泥在自然狀態(tài)下的單位質(zhì)量水分蒸發(fā)速率呈現(xiàn)出多項(xiàng)式規(guī)律，與
加堿污泥完全不同，說(shuō)明：原污泥與加堿污泥中水分的存在狀態(tài)有本質(zhì)差異，加入石灰后，促進(jìn)了污泥分子的破解和內(nèi)部結(jié)合水的游離。
各處理的曲線(xiàn)擬合結(jié)果及其相關(guān)性系數(shù)見(jiàn)表4.1。
表4.1各處理的曲線(xiàn)擬合結(jié)果
組號(hào)15%實(shí)驗(yàn)用CaO15%工業(yè)用CaO10%工業(yè)用CaO7%工業(yè)用CaO5%工業(yè)用CaO原始脫水污泥
對(duì)數(shù)擬合方程式y(tǒng)=-5E-05Ln(x)+0.0005y=-2E-05Ln(x)+0.0003y=-2E-05Ln(x)+0.0003y=-2E-05Ln(x)+0.0003y=-2E-05Ln(x)+0.0003y=-8E-10x2+8E-08x+0.0002
相關(guān)系數(shù)RR2=0.9832R2=0.9663R2=0.9852R2=0.9822R2=0.9362R2=0.9367
24.3.2污泥含水率隨蒸發(fā)速率的變化
從圖4.2已知，除處理5外，處理1～4的單位質(zhì)量水分蒸發(fā)速率變化趨勢(shì)基本一致。因此，選擇添加15%工業(yè)用生石灰（CaO）的污泥，觀察污泥含水率隨蒸發(fā)速率的變化情況。
在10kg中污泥添加15%工業(yè)用生石灰（CaO），混合5min，取出，自然晾曬。每隔5min測(cè)定一次含水率，連續(xù)測(cè)定4000min。
添加15%工業(yè)用生石灰（CaO）的污泥在4000min內(nèi)的含水率變化見(jiàn)圖4.3。
80.00%70.00%60.00%含水率%（1400,59.75%）50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%050010001500201*時(shí)間min（2880,38.20%）2500300035004000
圖4.3脫水污泥添加15%工業(yè)用CaO后含水率隨時(shí)間的變化
從圖4.3可以看出：在污泥中添加15%工業(yè)用生石灰（CaO），自然晾曬23小時(shí)后，含水率就從混合后的72.78%降為59.75%，達(dá)到了我國(guó)新頒布的《生活
垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-201*）中的60%入場(chǎng)要求。自然晾曬48小時(shí)后，污泥的含水率降至40%以下，減量效果極為顯著。
4.4生石灰中CaO的有效含量對(duì)污泥半干化的影響
4.4.1材料與方法
生石灰的主要成分是CaO，因此，有必要探討CaO的有效含量對(duì)污泥半干化的影響。
本實(shí)驗(yàn)選用3種不同CaO有效含量的石灰，研究CaO有效含量對(duì)含水率為84.95%的脫水污泥的半干化效果。
經(jīng)委托清華大學(xué)分析中心測(cè)定，三種石灰的CaO有效含量見(jiàn)表4.3。
表4.2三種生石灰中的CaO有效含量
生石灰種類(lèi)CaO有效含量（%）
工業(yè)用生石灰1
60%
工業(yè)用生石灰2
85%
實(shí)驗(yàn)用分析純
98%
在10kg含水率為84.95%的脫水污泥中分別添加CaO有效含量為60%、85%及≥98%的石灰各1.5kg，混合5min后取出，每隔24h測(cè)定其含水，連續(xù)測(cè)定48h。
4.4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
不同CaO有效含量對(duì)污泥的半干化效果如圖4.4。
90%85%80%含水率0%CaO15%工業(yè)石灰215%工業(yè)石灰115%分析純CaO75%70%65%60%剛攪拌完24h攪拌時(shí)間48h
圖4.4不同CaO有效含量對(duì)污泥半干化效果
從圖4.4可以看出：在含水率為84.95%的脫水污泥中分別添加CaO有效含量為60%、85%及≥98%的石灰后，污泥含水率迅速下降，48h后，污泥的含水率分別從原始的添加分析純石灰84.95%下降到66.8～72.7%。三種CaO有效含量對(duì)污泥半干化的效果為：98%以上的實(shí)驗(yàn)用分析純石灰＞85%的工業(yè)用生石灰2＞60%的工業(yè)用生石灰1，即：CaO有效含量越高，對(duì)污泥的半干化效果越明顯。
4.5石灰對(duì)不同含水率脫水污泥的半干化效果
4.5.1石灰對(duì)不同含水率脫水污泥半干化效果
從不同脫水工藝的城市污水處理廠取含水率分別為86.0%和74.3%的兩種脫水污泥10kg，向其中添加10%的工業(yè)生石灰（即1kg），在混合反應(yīng)器中充分混合5min后取出，在相同的條件在自然晾曬。分別測(cè)定其攪拌后、晾曬24小時(shí)、晾曬48小時(shí)后的含水率，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4.5。
80%含水率86%75%70%含水率含水率74.3%65%60%55%50%攪拌后24h攪拌時(shí)間48h
圖4.5石灰對(duì)不同含水率脫水污泥的半干化效果
從圖4.5可以看出：含水率分別為86.0%和74.3%的兩種脫水污泥，添加10%的工業(yè)生石灰后，其攪拌后、晾曬24小時(shí)、晾曬48小時(shí)后的含水率均呈線(xiàn)性下降，含水率下降函數(shù)分別為：y（74.3%）=-0.0595x+0.7177；y（86.0%）=-0.0564x+0.8146；
從比例系數(shù)可以看出：含水率分別為86.0%和74.3%的兩種脫水污泥，添加10%的工業(yè)生石灰后，含水率下降速率差異不顯著。
配對(duì)T檢驗(yàn)[40]的結(jié)果表明：雙尾P值為0.8652，表明：含水率分別為86.0%和74.3%的兩種脫水污泥，添加10%的工業(yè)生石灰后，含水率下降速率差異不顯著。
4.5.2石灰添加量對(duì)不同含水率脫水污泥半干化效果1）石灰添加量對(duì)74.3%脫水污泥的半干化效果
在含水率為74.3%的脫水污泥中分別添加10%、20%、30%、40%、50%的工業(yè)用生石灰，充分混合5min，分別測(cè)定其攪拌后、24h、48h、72h后污泥的含水率。結(jié)果如圖4.6所示。
80757065含水率%0%CaO30%CaO10%CaO40%CaO20%CaO50%CaO60555045403530攪拌后24h攪拌時(shí)間48h72h
圖4.6不同生石灰添加量對(duì)污泥半干化的影響
從圖4.6可以看出：在含水率為74.3%的脫水污泥中分別添加10%、20%、30%、40%、50%的工業(yè)用生石灰后，其攪拌后、晾曬24小時(shí)、晾曬48小時(shí)后的含水率均呈線(xiàn)性下降，實(shí)現(xiàn)了半干化。
(1)在含水率為74.3%的脫水污泥中分別添加10%、20%、30%、40%、50%的工業(yè)用生石灰后，其含水率下降函數(shù)分別為：y（10%）=-5.19x+70.5；y（20%）=-5.45x+66.9；y（30%）=-5.26x+63.35；y（40%）=-5.8x+59.4；y（50%）=-5.67x+59.75。
從比例系數(shù)可以看出：含水率為74.3%的脫水污泥，添加10%、20%、30%、40%、50%的的工業(yè)用生石灰后，含水率下降速率差異不顯著。
(2)石灰添加量對(duì)86.0%脫水污泥的半干化效果
在含水率為86.0%的脫水污泥中分別添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)用生石灰，充分混合5min，分別測(cè)定其攪拌后、24h、48h后污泥的含水率。結(jié)果如圖4.7所示。
90%85%80%0%CaO5%CaO7%CaO10%CaO12%CaO15%CaO含水率75%70%65%60%剛攪拌完24h攪拌時(shí)間48h
圖4.7不同生石灰添加量對(duì)污泥含水率的影響
從圖4.7可以看出：在含水率為86.0%的脫水污泥中分別添加5%、7%、10%、12%、15%的工業(yè)用生石灰后，其攪拌后、晾曬24小時(shí)、晾曬48小時(shí)后的含水率均呈線(xiàn)性下降，實(shí)現(xiàn)了半干化。
在含水率為86.0%的脫水污泥中分別添加5%、7%、10%、12%、15%五種比例的工業(yè)用生石灰后，其含水率的下降函數(shù)分別為：y（5%）=-2.205x+77.893；y（7%）=-2.135x+76.783；y（10%）=-5.26x+63.35；y（12%）=--2.075x+75.237；y（15%）=-3.005x+75.333。
從比例系數(shù)可以看出：含水率為86.0%的脫水污泥，添加5%、7%、10%、12%、15%的的工業(yè)用生石灰后，含水率下降速率差異不顯著。
4.5.3養(yǎng)護(hù)對(duì)不同含水率脫水污泥半干化效果1）養(yǎng)護(hù)對(duì)含水率為74.3%脫水污泥的半干化效果
在初始含水率為74.3%的脫水污泥中分別添加10%、20%、30%、40%、50%的工業(yè)用生石灰，經(jīng)過(guò)5min的充分?jǐn)嚢杌旌虾螅謩e取1500g放入盆中，均勻
鋪平，在自然條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。分別在24h、48h、72h后測(cè)定其含水率的變化。測(cè)定72小時(shí)后結(jié)果如圖4.8所示。
注：圖第一排從左到右石灰的添加量分別為：0%、10%、20%；
圖第二排從左到右石灰的添加量分別為：30%、40%、50%。
圖4.8養(yǎng)護(hù)72h對(duì)74.3%脫水污泥的半干化效果
從圖4.8可以看出：在自然養(yǎng)護(hù)了72h之后，各處理污泥的含水率有了很大的降低，逐漸表面干化、結(jié)痂、裂開(kāi)；從最初的團(tuán)狀、泥狀變?yōu)閴K狀、片狀，說(shuō)明：養(yǎng)護(hù)有助于污泥的半干化。
2）養(yǎng)護(hù)對(duì)86.0%脫水污泥的半干化效果
在初始含水率為86.0%的脫水污泥中分別添加5%、10%、15%的工業(yè)用生石灰。經(jīng)過(guò)5min的充分?jǐn)嚢杌旌虾螅謩e取50g放入培養(yǎng)皿中，均勻鋪平，在自然條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。分別在24h、48h后測(cè)定其含水率的變化。測(cè)定結(jié)果如圖4.8所示。
從圖4.9可以看出：在自然養(yǎng)護(hù)了24h、48h之后，各處理污泥的含水率有了很大的降低，逐漸表面干化、結(jié)痂、裂開(kāi)；從最初的團(tuán)狀、泥狀變?yōu)閴K狀、片狀，說(shuō)明：養(yǎng)護(hù)有助于污泥的半干化。
注：圖第一排從左到右的添加量為：0%、5%、10%、15%。放置時(shí)間為24h；
圖第二排從左到右的添加量為：0%、5%、10%、15%。放置時(shí)間為48h。
圖4.9養(yǎng)護(hù)對(duì)86.0%脫水污泥的半干化效果
4.6不同堿劑對(duì)污泥半干化的效果
常用的堿性物質(zhì)有石灰、粉煤灰、飛灰、水泥窯灰、水泥、堿性土壤等[8～10]。本實(shí)驗(yàn)選擇石灰、粉煤灰、垃圾焚燒飛灰及水泥作為污泥半干化的堿劑，研究不同堿劑對(duì)污泥半干化的效果并篩選出最佳配比。
選擇石灰、粉煤灰、垃圾焚燒飛灰及水泥四種不同的堿劑進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)采用L9(34)設(shè)計(jì)，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見(jiàn)表4.3。
表4.3正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)
水平
石灰%
123
51015
粉煤灰%102030
飛灰%102030
水泥%51015
因素
在10kg脫水污泥中分別添加以上正交試驗(yàn)的堿劑組合，在混合器中充分?jǐn)嚢?min，取出，自然晾曬，測(cè)定每個(gè)污泥樣品的攪拌后、24小時(shí)后、48小時(shí)后的含水率。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4.4。
表4.4不同堿劑對(duì)污泥含水率的影響
編號(hào)Z-1Z-2Z-3Z-4Z-5Z-6Z-7Z-8Z-9
石灰111222333
粉煤灰123123123
飛灰123231312
水泥123312231
攪拌后含水率
（%）49.653.338.846.747.646.643.041.542.6
24h后含水率（%）44.947.742.241.539.335.437.238.140.1
48h后含水率（%）39.134.532.933.835.433.931.931.334.9
采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，計(jì)算出的均值與極差結(jié)果如表4.5。
表4.5正交試驗(yàn)結(jié)果
因素均值1均值2均值3極差
石灰35.5034.3732.702.80
粉煤灰34.9333.7333.901.20
飛灰34.7634.4033.401.37
水泥36.4733.4332.673.80
由表4.5可以看出：水泥是污泥半干化的最大影響因素；石灰含量15%、粉.煤灰含量20%、飛灰含量30%、水泥含量15%的堿劑組合其半干化效果最佳。
4.7本章小結(jié)
（1）隨著石灰添加量的增加，單位質(zhì)量污泥中水分的蒸發(fā)速率也隨著增加。原污泥與加堿污泥中水分的存在狀態(tài)有本質(zhì)差異，加入石灰后，促進(jìn)了污泥分子的破解和內(nèi)部結(jié)合水的游離；
（2）在污泥中添加15%工業(yè)用生石灰，自然晾曬24小時(shí)后，含水率就從混合后的72.78%降為59.75%，48小時(shí)之后更是降低到了38.20%達(dá)到了我國(guó)新頒布的《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-201*）中的60%入場(chǎng)要求；
（3）CaO有效含量越高，對(duì)污泥的半干化效果越明顯，說(shuō)明氧化鈣本身的活性受純度、粒度、比表面積等影響，通過(guò)選擇高活性的氫氧化鈣，可以加速反應(yīng)；
（4）含水率分別為86.0%和74.3%的兩種脫水污泥，添加10%的工業(yè)生石灰后，含水率下降速率差異不顯著；
（5）在含水率為74.3%的脫水污泥中分別添加10%、20%、30%、40%、50%的工業(yè)用生石灰后，其攪拌后、晾曬24小時(shí)、晾曬48小時(shí)后的含水率均呈線(xiàn)性下降，且其含水率下降速率差異不顯著；含水率為86.0%的脫水污泥亦是如此；
（6）在自然養(yǎng)護(hù)了24h、48h、72h之后，加堿處理后的污泥含水率均有了很大的降低，逐漸表面干化、結(jié)痂、裂開(kāi)；從最初的團(tuán)狀、泥狀變?yōu)閴K狀、片狀，說(shuō)明：養(yǎng)護(hù)有助于污泥的半干化。
（7）水泥是污泥半干化的最大影響因素；石灰含量15%、粉煤灰含量20%、飛灰含量30%、水泥含量15%的堿劑組合半干化效果最佳。
第5章脫水污泥加堿對(duì)重金屬的固定效果
由于污水處理廠污水來(lái)源復(fù)雜，在處理過(guò)程中往往發(fā)生重金屬在污泥中富集。污泥中重金屬含量及其有效形態(tài)直接關(guān)系到其利用方式。以往研究關(guān)注污泥中重金屬的總含量。重金屬有效態(tài)含量不同，其遷移能力也不同，對(duì)環(huán)境的危害也就不同。掌握污泥的有效態(tài)組成，有利于根據(jù)污泥的性質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理以降低其遷移能力和毒性，減少對(duì)環(huán)境的污染。因此，在污泥的研究中不僅要注意它們的總含量，還應(yīng)重視其中各種有效態(tài)的含量[41]。
5.1BCR法
1979年由Tessier等提出的基于沉積物中重金屬形態(tài)分析的五步順序浸提法已廣泛應(yīng)用于土壤樣品的重金屬形態(tài)分析及其毒性、生物可利用性等研究。該法將金屬元素分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)以及殘余態(tài)[42，43]。分析過(guò)程如下：
（1）可交換態(tài)：指交換吸附在沉積物上的粘土礦物及其他成分，如氫氧化鐵、氫氧化錳、腐殖質(zhì)上的重金屬。由于水溶態(tài)的金屬濃度常低于儀器的檢出限，普遍將水溶態(tài)和可交換態(tài)合起來(lái)計(jì)算，也叫水溶態(tài)和可交換態(tài)。
（2）碳酸鹽結(jié)合態(tài)：指碳酸鹽沉淀結(jié)合一些進(jìn)入水體的重金屬。
（3）鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài)：指水體中重金屬與水合氧化鐵、氧化錳生成結(jié)核這一部分。
（4）有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)：指顆粒物中的重金屬以不同形式進(jìn)入或包裹在有機(jī)質(zhì)顆粒上同有機(jī)質(zhì)螯合等或生成硫化物。
（5）殘?jiān)鼞B(tài)：指石英、粘土礦物等晶格里的部分。
但是，由于測(cè)定重金屬的含量很大程度上取決于所使用的提取方法，因此提取方法的差異，導(dǎo)致獲得的結(jié)果沒(méi)有可比較性。1987年，歐共體標(biāo)準(zhǔn)局（現(xiàn)名為歐共體標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量與檢測(cè)局）在Tessier方法的基礎(chǔ)上提出了BCR三步提取法[44]，并將其應(yīng)用于包括底泥、土壤、污泥等不同的環(huán)境樣品中[45]。此方法解決了由于流程各異，缺乏一致性的步驟和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)而導(dǎo)致各實(shí)驗(yàn)室之間的數(shù)據(jù)缺乏可比性等問(wèn)題。然而，在鑒定標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)BCRCRM601時(shí)，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室
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