鄧文義，梅靜，劉亞軍，袁旻昊，蘇亞欣

（東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620）

CaO和木屑對(duì)市政污泥干化過程中黏滯特性的影響

鄧文義，梅靜，劉亞軍，袁旻昊，蘇亞欣

（東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620）

采用Jenike法和攪拌法研究了污泥的黏滯特性，分析了CaO和木屑兩種添加劑對(duì)污泥黏滯特性的影響。研究結(jié)果表明，CaO能夠提高污泥的黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力。在Jenike法中，當(dāng)污泥中加入占濕基污泥（WB）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的CaO后，最大黏附應(yīng)力和結(jié)團(tuán)應(yīng)力分別上升了58%和28%；木屑能夠顯著提高污泥的結(jié)團(tuán)應(yīng)力，但對(duì)黏附應(yīng)力的影響則不顯著。在攪拌法測(cè)試中，當(dāng)污泥中加入CaO后，污泥黏滯區(qū)向高含水率區(qū)間移動(dòng)。在所研究的CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～8%（占WB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，黏滯區(qū)含水率越大；當(dāng)污泥中加入5%木屑后，污泥黏滯區(qū)間明顯增大，且攪拌扭矩也有顯著上升，當(dāng)木屑含量增加至10%后，污泥黏滯區(qū)向高含水率區(qū)間移動(dòng)，且扭矩下降。

氧化鈣；木屑；污泥；黏滯；黏附；結(jié)團(tuán)

城鎮(zhèn)污水處理廠所排放的濕污泥是一種高含水率（約為80%）的黏稠物料，濕污泥的干化處理是完成污泥減量化和穩(wěn)定化，并實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用的重要手段[1]。干化處理可大幅降低污泥臭味和有害病菌數(shù)量，減輕了污泥有關(guān)的負(fù)面效應(yīng)，使處理后的污泥更易被接受。所以無論填埋、焚燒、農(nóng)業(yè)利用還是熱能利用，污泥干化幾乎是不可或缺的處理過程[2]。

大量的污泥干化研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，隨著污泥含水率降低，污泥的物理化學(xué)性狀不斷發(fā)生變化[3-5]。當(dāng)含水率降至40%～60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）區(qū)間時(shí)，污泥呈“黏滯”狀態(tài)，因而這一區(qū)間通常稱為“黏滯區(qū)”[5-6]?！梆ぁ奔答じ剑╝dhesive），“滯”即結(jié)團(tuán)（cohesive），在黏滯區(qū)內(nèi)，污泥具有很強(qiáng)的黏附和結(jié)團(tuán)能力，對(duì)污泥干化設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生巨大危害[7]。干污泥返混是目前克服污泥黏滯區(qū)的有效手段，缺點(diǎn)是干污泥返混量大，能耗和運(yùn)行費(fèi)用高。PEETERS等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在污泥中加入聚合氯化鋁（PACl）可以有效降低污泥壓榨脫水干化過程中的黏滯性。MA等[8]研究發(fā)現(xiàn)，給污泥餅和干化機(jī)金屬壁面施加電場(chǎng)，可以降低污泥餅在干化機(jī)壁的黏附。LI等[9]研究表明，在污泥中添加CaO可以降低污泥在干化機(jī)壁的黏附量。

由于污泥成分復(fù)雜，污泥黏滯特性的形成機(jī)理仍未被完全揭示。但公認(rèn)的是，污泥中所含的有機(jī)物（糖類、蛋白質(zhì)和脂類）以及有機(jī)物和水分之間的相互作用是形成和影響污泥黏滯特性的重要因素[10-12]。KUDRA[13]提出采用攪拌法測(cè)量污泥黏滯特性，在黏滯區(qū)內(nèi)，攪拌功率將顯著增大。大量的研究表明，隨著干化過程的進(jìn)行，污泥在攪拌式干燥機(jī)內(nèi)的形態(tài)將經(jīng)歷膏體區(qū)（pasty phase)、團(tuán)狀區(qū)（lumpy phase）和顆粒區(qū)（granular phase）[2，5-7]。PEETERS 等[11]根據(jù)Jenike剪切測(cè)試原理提出了一種簡(jiǎn)單的污泥黏附和結(jié)團(tuán)特性的測(cè)試方法。浙江大學(xué)LI等[10]則在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，考慮了溫度對(duì)黏滯特性的影響。清華大學(xué)LI等[9]則通過污泥在金屬壁面的黏附量來考察污泥的黏附特性。

在上述Jenike法和攪拌法中，體現(xiàn)了兩種不同的污泥狀態(tài)，即靜止態(tài)和攪拌態(tài)。污泥在Jenike法中體現(xiàn)的黏滯特性對(duì)于帶式、薄膜和機(jī)械壓濾等非攪拌干化機(jī)的設(shè)計(jì)運(yùn)行具有指導(dǎo)意義；而污泥在攪拌法中體現(xiàn)的黏滯特性對(duì)于槳葉式、圓盤式和回轉(zhuǎn)式等類型污泥干化機(jī)中的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。本文研究了相同污泥在靜止和攪拌狀態(tài)下的黏滯特性，以期對(duì)污泥干化機(jī)的選項(xiàng)提供更加深入的理論指導(dǎo)。進(jìn)一步地，本文還研究了在污泥中添加CaO和木屑后對(duì)污泥黏滯特性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

本文實(shí)驗(yàn)所用污泥采自上海某市政污水處理廠的機(jī)械脫水污泥，污泥含水率為82%WB（wet basis，濕基污泥，下同）。污水處理工藝為傳統(tǒng)的A/O工藝，活性污泥經(jīng)厭氧消化后進(jìn)行離心脫水得到機(jī)械脫水污泥。污泥樣品在4℃下冷藏備用，污泥在105℃下烘干后進(jìn)行工業(yè)元素分析，結(jié)果如表1和表2所示。

本文采用CaO和木屑作為污泥干化添加劑，其中CaO為分析純、平均粒徑為50.2μm的粉末試劑，木屑為粒徑小于2 mm的松木鋸屑。添加劑的質(zhì)量百分比按濕基污泥計(jì)算，如式(1)所示。添加劑和污泥混合物含水率按式(2)計(jì)算。

表1 干污泥各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

表2 干污泥各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

1.2.1 黏附-結(jié)團(tuán)實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 污泥黏附應(yīng)力和結(jié)團(tuán)應(yīng)力測(cè)試裝置

污泥的黏附-結(jié)團(tuán)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，由不銹鋼管、金屬壓塊、不銹鋼加熱板、滑輪、圓環(huán)和鋼珠容器等構(gòu)成。其中不銹鋼管厚度為3mm，內(nèi)徑為6cm，高度為15cm；金屬壓塊的質(zhì)量為1200g；每顆鋼珠的質(zhì)量為2.2g；圓環(huán)和不銹鋼管等直徑，高度為1cm。如圖1(a)所示，在黏附實(shí)驗(yàn)中，首先利用小型攪拌干化機(jī)（將在圖2中介紹）將污泥干化至不同含水率，采用攪拌干化機(jī)可以使得干燥污泥水分分布更加均勻。取已知含水率的污泥30g，放入不銹鋼管中，利用金屬壓塊將污泥壓制成厚度約為2cm的污泥餅。不銹鋼管底部引出一根線，繞過滑輪連接至鋼珠容器。向容器中添加鋼珠，直至不銹鋼管由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)榛瑒?dòng)狀態(tài)時(shí)停止鋼珠的添加。計(jì)算容器中的鋼珠數(shù)量，并按式(3)計(jì)算污泥的黏附應(yīng)力，每個(gè)污泥餅重復(fù)進(jìn)行3次黏附應(yīng)力測(cè)試。

式中，τ為應(yīng)力，Pa；Mz為鋼珠和容器總質(zhì)量，kg；M0為不銹鋼管空白滑動(dòng)質(zhì)量，kg；g為重力加速度，m/s2；A為泥餅面積，m2。

結(jié)團(tuán)應(yīng)力測(cè)試裝置如圖2(b)所示，將不銹鋼管放置于等直徑圓環(huán)上，圓環(huán)固定于不銹鋼板表面，稱取已知含水率的污泥30g置于容器中，利用金屬壓塊壓制成泥餅，使得污泥餅有一半在圓環(huán)中，而另一半在不銹鋼管中。同樣，向鋼珠容器中添加鋼珠，直至不銹鋼管由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)榛瑒?dòng)狀態(tài)時(shí)停止鋼珠的添加。計(jì)算容器中的鋼珠數(shù)量，并按式(3)計(jì)算污泥的結(jié)團(tuán)應(yīng)力，且每個(gè)污泥餅重復(fù)進(jìn)行3次結(jié)團(tuán)應(yīng)力測(cè)試。

1.2.2 污泥攪拌干化裝置

污泥攪拌干化裝置如圖2所示，主要由小型槳葉式干化機(jī)、油浴鍋、冷凝器、天平和真空泵等組成。其中小型槳葉式干化機(jī)由干燥器、電機(jī)、攪拌槳葉和刮條等組成。實(shí)驗(yàn)中，將油浴鍋加熱至設(shè)定溫度，稱取100g濕污泥樣品置于干燥器中，并將干燥器置于油浴鍋內(nèi)加熱。攪拌槳葉在電機(jī)的帶動(dòng)下連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)污泥進(jìn)行連續(xù)攪拌。電機(jī)的有用功功率由功率計(jì)（智能電參數(shù)測(cè)量?jī)x，永鵬儀器）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄。干燥器內(nèi)設(shè)置了兩根刮條，其作用是對(duì)攪拌槳葉起到清潔作用，防止污泥黏附在槳葉上隨槳葉一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可以大幅提高攪拌效果。干化蒸汽由真空泵引出，進(jìn)入冷凝器將水蒸汽凝結(jié)為冷凝液并加以收集，冷凝液質(zhì)量由電子天平連續(xù)監(jiān)測(cè)。干燥器中的污泥在不同時(shí)間段的含水率可由收集的冷凝液質(zhì)量進(jìn)行推算。干化機(jī)的攪拌扭矩根據(jù)式(4)計(jì)算。

式中，T為攪拌軸扭矩，N·m；P為電機(jī)功率，W；r為轉(zhuǎn)速，r/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥黏附-結(jié)團(tuán)特性

2.1.1 原始污泥黏附-結(jié)團(tuán)特性

圖3所示為不同含水率下原始污泥黏附應(yīng)力和結(jié)團(tuán)應(yīng)力，由圖可知，兩種應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性均較好。在20%～82%含水率范圍內(nèi)，黏附應(yīng)力在480～4390Pa范圍內(nèi)波動(dòng)，結(jié)團(tuán)應(yīng)力則在1140～7240Pa范圍內(nèi)波動(dòng)，這一結(jié)果和LI等[10]所報(bào)道的數(shù)值較接近。在53%含水率附近，污泥的黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力達(dá)到了最高的水平，表明污泥處于“黏滯區(qū)”。

由圖3可知，結(jié)團(tuán)應(yīng)力明顯高于黏附應(yīng)力，且當(dāng)含水率低于約76.6%時(shí)，二者的差值有顯著增大的趨勢(shì)。當(dāng)含水率高于53.1%時(shí)，黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力均隨含水率升高而急劇下降。這是由于污泥中的水分越多，污泥和金屬壁面之間的接觸面能夠被水分潤(rùn)滑，從而降低了黏附應(yīng)力；水分越高，污泥越容易發(fā)生流動(dòng)，污泥顆粒在水分稀釋下變的更加分散，因此結(jié)團(tuán)應(yīng)力也顯著降低。當(dāng)含水率低于53.1%時(shí)，黏附應(yīng)力呈緩慢下降趨勢(shì)。這是由于隨著含水率降低，污泥表面的黏性也逐漸降低，當(dāng)污泥黏性消失時(shí)，黏附應(yīng)力主要來自污泥和金屬壁面之間的摩擦力。當(dāng)含水率低于53.1%時(shí)，結(jié)團(tuán)應(yīng)力雖然有少許波動(dòng)，但整體也呈略微下降的趨勢(shì)。如前所述，為保證污泥水分分布均勻，實(shí)驗(yàn)所用污泥樣品采用槳葉式干化機(jī)進(jìn)行干化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)污泥含水率低于53.1%時(shí)，污泥團(tuán)開始破碎為污泥顆粒，可以判斷結(jié)團(tuán)應(yīng)力主要來自干污泥顆粒之間的黏附力和摩擦力。當(dāng)污泥含水率降低時(shí)，污泥顆粒之間的結(jié)團(tuán)力會(huì)減弱，這可能是結(jié)團(tuán)力整體呈下降趨勢(shì)的原因。

圖2 污泥攪拌干化裝置

圖3 原始污泥黏附-結(jié)團(tuán)特性曲線

2.1.2 CaO對(duì)污泥黏附-結(jié)團(tuán)特性的影響

圖4所示為不同CaO含量條件下污泥的黏附和結(jié)團(tuán)特性。如圖4(a)所示，當(dāng)CaO含量為5%時(shí)，污泥的最大黏附應(yīng)力和結(jié)團(tuán)應(yīng)力分別為6581Pa和9305Pa，比原始污泥的最大黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力分別升高了58%和28%。由此表明，CaO會(huì)提高污泥的黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力。這一結(jié)論和LI等[9]的結(jié)論正好相反。LI等研究指出，CaO會(huì)降低污泥的黏附性。這種差異可能是由不同的實(shí)驗(yàn)方法所致，LI等是根據(jù)污泥在金屬壁面上所黏附的質(zhì)量的大小來判斷其黏附性，黏附質(zhì)量越大則表明黏附性越強(qiáng)。這一方法和本文所采用方法有顯著差異，由此也進(jìn)一步表明了污泥黏附特性的復(fù)雜性。如圖4(b)所示，當(dāng)CaO含量提高至8%時(shí)，污泥的黏附和結(jié)團(tuán)特性并未有顯著變化，最大黏附-結(jié)團(tuán)應(yīng)力與5% CaO工況下的值相近，分別為6446Pa和8935Pa。

分析本文中CaO對(duì)污泥黏附和結(jié)團(tuán)特性的影響原因，可能是由于CaO的加入破壞了污泥中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使得胞內(nèi)有機(jī)物（如糖類和蛋白質(zhì)）得以釋放。研究表明，污泥中的糖類和蛋白質(zhì)等有機(jī)質(zhì)可以提高污泥的黏性[14]。這可能是CaO提高污泥黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力的主要原因。由圖4(a)可知，最大黏附應(yīng)力和結(jié)團(tuán)應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的含水率不同，分別為54.5%和45.7%。當(dāng)含水率低于54.5%后，污泥黏附應(yīng)力的下降趨勢(shì)比圖3中的原始污泥更加顯著。對(duì)比圖3和圖4(a)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含水率低于30%時(shí)，原始污泥的黏附應(yīng)力明顯大于含5% CaO的污泥樣品。在樣品制備過程中也發(fā)現(xiàn)，污泥中加入CaO后，隨著含水率的降低，污泥更容易分散為顆粒態(tài)，這一特征也將在圖6中進(jìn)一步證明。這種特征可能和低水分條件下污泥黏附應(yīng)力的快速下降相關(guān)。

2.1.3 木屑對(duì)污泥黏附-結(jié)團(tuán)特性的影響

圖4 CaO對(duì)污泥黏附-結(jié)團(tuán)特性的影響

圖5示出了不同木屑含量條件下污泥的黏附和結(jié)團(tuán)特性。如圖5(a)所示，當(dāng)污泥中添加了5%的木屑后，污泥的黏附應(yīng)力和原始污泥相比并未有顯著變化，但最大結(jié)團(tuán)應(yīng)力和原始污泥相比則有顯著的上升，達(dá)到8286 Pa，比原始污泥提高了14.4%，對(duì)應(yīng)含水率為54.7%。當(dāng)含水率從54.7%降至40%時(shí)，黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力均有顯著的下降趨勢(shì)，當(dāng)含水率小于40%時(shí)，黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力趨于平穩(wěn)。和CaO具有很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性不同，木屑不具備化學(xué)反應(yīng)活性。因此，木屑對(duì)污泥細(xì)胞結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生顯著影響，因此木屑對(duì)于污泥的黏附性也未有明顯改變。盡管如此，由于木屑主要成分為木質(zhì)素和纖維素，這些物質(zhì)在污泥中形成了猶如骨架的結(jié)構(gòu)，將污泥中有機(jī)物質(zhì)連接纏繞起來。因此，木屑的添加提高了污泥的結(jié)團(tuán)性。但也應(yīng)看到，木屑對(duì)于污泥結(jié)團(tuán)性的提高只發(fā)生在最大結(jié)團(tuán)應(yīng)力區(qū)域附近，當(dāng)含水率高于60%或低于40%時(shí)，結(jié)團(tuán)應(yīng)力和原始污泥相當(dāng)。

如圖5(b)所示，當(dāng)木屑含量提高至10%時(shí)，污泥的黏附和結(jié)團(tuán)特性有明顯改變。污泥的最大黏附應(yīng)力和結(jié)團(tuán)應(yīng)力分別為3751Pa和8417Pa。污泥的最大黏附應(yīng)力比原始污泥降低了14.6%，表明木屑的加入降低了污泥表面的黏性，從而使得黏附應(yīng)力得以降低。最大結(jié)團(tuán)應(yīng)力仍然高于原始污泥，但和5%工況相比變化不大。此外，10%工況下污泥的最大黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的含水率為60.6%，顯著高于其他工況的水平。表明大量的木屑加入使得污泥的黏滯區(qū)向高含水率偏移。當(dāng)含水率低于60%時(shí)，黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力均呈緩慢下降的趨勢(shì)。

圖5 木屑對(duì)污泥黏附-結(jié)團(tuán)特性的影響

2.2 污泥攪拌過程中的黏滯特性

2.2.1 原始污泥攪拌特性

大量的研究表明，污泥在攪拌干燥過程中的形態(tài)會(huì)隨著含水率的降低而逐漸發(fā)生變化，根據(jù)攪拌過程中扭矩的變化，將污泥的形態(tài)分為3個(gè)區(qū)間，即膏體區(qū)、團(tuán)狀區(qū)和顆粒區(qū)[2，5-7，15-16]。在膏體區(qū)，污泥具有很高的含水率，外形呈膏狀，雖不具有流動(dòng)性，但攪拌扭矩較小。在團(tuán)狀區(qū)，由于污泥含水率的降低，外形呈塊狀或團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，流動(dòng)性更差，形變阻力大幅增加，扭矩大幅提高，因此許多文獻(xiàn)將團(tuán)狀區(qū)定義為污泥的“黏滯區(qū)”[2，5-7，15-16]。在顆粒區(qū)，由于污泥已經(jīng)破碎為細(xì)小的干污泥顆粒，扭矩大幅降低。圖6所示為原始污泥在槳葉式干化機(jī)內(nèi)干燥過程中攪拌軸扭矩的變化曲線。由圖可知，當(dāng)含水率高于61.6%時(shí)，為膏體區(qū)；在45.6%～61.6%區(qū)間，污泥為團(tuán)狀區(qū)；含水率低于45.6%則為顆粒區(qū)。由于扭矩反映的是干燥機(jī)攪拌污泥過程的用力大小，既不是單純的黏附力，也非單純的結(jié)團(tuán)力，而是黏附和結(jié)團(tuán)力綜合作用的結(jié)果。但由于槳葉的攪拌作用使得污泥不斷發(fā)生形變，而這種形變和污泥的結(jié)團(tuán)力大小密切相關(guān)。因此推斷，扭矩和結(jié)團(tuán)應(yīng)力之間有更加密切的關(guān)聯(lián)。

圖6 原始污泥攪拌干燥過程中的攪拌軸扭矩變化曲線（導(dǎo)熱油溫180℃，攪拌軸轉(zhuǎn)速為20r/min）

2.2.2 CaO對(duì)污泥攪拌特性的影響

圖7所示為不同CaO含量下，干化機(jī)扭矩隨污泥含水率的變化曲線。如圖7(a)所示，當(dāng)CaO含量為5%時(shí)，團(tuán)狀區(qū)的含水率區(qū)間為55%～66%。和原始污泥相比，添加CaO使得污泥的團(tuán)狀區(qū)向高含水率區(qū)間偏移。當(dāng)污泥含水率低于55%時(shí)，污泥就已經(jīng)轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)，表明在CaO作用下污泥更易發(fā)生顆?；?。如圖7(b)所示，當(dāng)CaO含量提高至8%時(shí)，團(tuán)狀區(qū)進(jìn)一步向高含水率區(qū)間移動(dòng)，為60%～72%，而團(tuán)狀區(qū)內(nèi)的扭矩則沒有顯著變化。由此可知，在所測(cè)范圍內(nèi)，污泥黏滯區(qū)的含水率隨CaO含量的增大而增大，但這一現(xiàn)象在Jenike法測(cè)試中并未出現(xiàn)。

圖7 CaO對(duì)污泥干化過程中攪拌特性的影響（導(dǎo)熱油溫180℃，攪拌軸轉(zhuǎn)速為20r/min）

盡管添加CaO大幅提高了污泥的黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力（如圖4所示），但污泥在團(tuán)狀區(qū)內(nèi)的扭矩和原始污泥相比卻沒有顯著提高。分析原因，可能是由于添加CaO之后團(tuán)狀區(qū)向高含水率區(qū)間偏移造成的。當(dāng)黏滯區(qū)發(fā)生在更高的含水率區(qū)間時(shí)，由于污泥含水率提高，污泥的黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力都有顯著下降（圖4），達(dá)到了和原始污泥相近的水平，使得CaO添加后扭矩并未有增大的趨勢(shì)。這一現(xiàn)象表明，污泥在靜止?fàn)顟B(tài)和攪拌狀態(tài)下的黏滯區(qū)會(huì)存在于不同的含水率區(qū)間，CaO對(duì)污泥在靜止和攪拌狀態(tài)下黏滯區(qū)的偏移有不同的影響。因此，靜止?fàn)顟B(tài)下所得污泥的黏附結(jié)團(tuán)特性不能直接推廣至污泥的攪拌干燥領(lǐng)域。

2.2.3 木屑對(duì)污泥攪拌特性的影響

圖8所示為不同木屑含量下，干化機(jī)扭矩隨污泥含水率的變化曲線。如圖8(a)所示，當(dāng)木屑含量為5%時(shí)，團(tuán)狀區(qū)的含水率區(qū)間為38.5%～64.6%。和原始污泥相比，一方面，團(tuán)狀區(qū)的分布區(qū)間更廣；另一方面，含木屑污泥在團(tuán)狀區(qū)內(nèi)的扭矩顯著高于原始污泥。究其原因，木屑的作用使得污泥結(jié)合的更加緊密，當(dāng)含水率低于38.5%才完全轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)，污泥的破碎難度明顯加大。此外，木屑在污泥中起到類似骨架的作用，大幅提高了污泥的結(jié)團(tuán)力，使污泥發(fā)生攪拌形變的難度明顯增大，因此團(tuán)狀區(qū)內(nèi)的扭矩有大幅上升。這和圖6中的結(jié)論也相一致。圖5和圖8(a)的結(jié)果也進(jìn)一步證明了污泥的攪拌扭矩和污泥的結(jié)團(tuán)應(yīng)力有更密切的關(guān)聯(lián)。

如圖8(b)所示，當(dāng)木屑含量增加至10%以后，污泥的團(tuán)狀區(qū)相比5%工況有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，為53.8～73.6%。這一變化趨勢(shì)和圖5中的黏附-結(jié)團(tuán)特性的變化趨勢(shì)相一致。由于木屑本身不具有黏性，當(dāng)污泥中的木屑增加到一定量后，反而會(huì)降低污泥顆粒之間的結(jié)團(tuán)性，使污泥更容易呈分散狀。另一方面，污泥在團(tuán)狀區(qū)的最大扭矩（2.8Nm）和平均扭矩（1.37Nm）相比5%木屑工況下的最大扭矩（6.2Nm）和平均扭矩（1.57Nm）均有明顯下降，其原因可能和CaO情況類似，即由于團(tuán)狀區(qū)的右移，導(dǎo)致黏滯區(qū)內(nèi)污泥的黏附或結(jié)團(tuán)應(yīng)力下降，使得扭矩減小。

圖8 木屑對(duì)污泥干化過程中攪拌特性的影響（導(dǎo)熱油溫180℃，攪拌軸轉(zhuǎn)速為20r/min）

3 結(jié)論

本文分別采用Jenike法和攪拌法開展了污泥黏滯特性的研究，并研究分析了CaO和木屑對(duì)污泥黏滯特性的影響，得到以下主要結(jié)論。

（1）當(dāng)污泥中加入5%的CaO后，污泥的黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力相比原始污泥分別提高了58%和28%；CaO含量提高至8%后，污泥的黏附和結(jié)團(tuán)應(yīng)力相比5%工況沒有明顯變化。

（2）當(dāng)污泥中加入5%的木屑后，污泥的黏附應(yīng)力相比原始污泥沒有顯著變化，但最大結(jié)團(tuán)應(yīng)力提高了14.4%；當(dāng)木屑含量提高至10%時(shí)，最大結(jié)團(tuán)應(yīng)力相比5%木屑工況沒有顯著變化，但最大黏附應(yīng)力相比原始污泥卻下降了14.6%。

（3）在所測(cè)0～8%的CaO含量區(qū)間，污泥的團(tuán)狀區(qū)（即黏滯區(qū)）含水率隨著CaO含量的升高而增大，攪拌軸扭矩相比原始污泥則沒有顯著變化。

（4）當(dāng)木屑含量為5%時(shí)，污泥的團(tuán)狀區(qū)間明顯擴(kuò)大，攪拌扭矩相比原始污泥也顯著增大；當(dāng)木屑含量上升為10%時(shí)，污泥的團(tuán)狀區(qū)向高含水率區(qū)間移動(dòng)，扭矩相比5%木屑工況也有顯著下降。

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Effect of CaO and sawdust on sticky properties of municipal sewage sludge during drying process

DENG Wenyi，MEI Jing，LIU Yajun，YUAN Minhao，SU Yaxin
（College of Environmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China）

The sticky properties of sewage sludge were tested using Jenike method and agitation method. The effects of CaO and sawdust on sticky properties were analysed. The results indicated that CaO can promote the adhesive and cohesive stresses of sewage sludge. In Jenike method，adhesive and cohesive stress increased by 58% and 28%，respectively when 5%（wet basis，WB）of CaO was added. Sawdust could markedly increase the cohesive stress，but it had no obvious effect on the adhesive stress. In agitation tests，lumpy phase of the sludge transferred to high moisture range by CaO addition. The moisture content in lumpy phase increased with the increase of CaO content in the examined 0—8%WB range. After 5%WB of sawdust addition，the range of lumpy phase increased markedly，so did the torque of dryer shaft. However，when sawdust content increased to 10%WB，the moisture content of the lumpy phase was increased，while the torque was decreased.

calcium oxide；sawdust；sewage sludge；sticky；adhesion；cohesion

X705

：A

：1000–6613（2017）05–1933–07

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.048

2016-09-19；修改稿日期：2016-12-18。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51408111）。

及聯(lián)系人：鄧文義（1982—），男，博士，副教授。E-mail：dengwy@dhu.edu.cn。