張雪梅，陳 濤，付紅倫,汪徐春，況培培，劉 敏

(1.安徽科技學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，233030，安徽蚌埠；2.桃州園林環(huán)保科技有限公司，518000，廣東深圳)

生活污泥來(lái)自生活污水凈化處理過(guò)程中產(chǎn)生的淤泥，含有大量植物生長(zhǎng)所需的氮、磷、鉀等多種營(yíng)養(yǎng)元素，也積聚大量的寄生蟲(chóng)(卵)等多種病原體和有機(jī)污染物，一定程度上制約著生活污泥資源化再利用[1]。當(dāng)前我國(guó)生活污泥年產(chǎn)量為3 000萬(wàn)～4 000萬(wàn)t，隨著城鎮(zhèn)化及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市生活污泥日益激增，污泥年產(chǎn)量繼續(xù)大幅增加，預(yù)計(jì)到2020年，污泥年產(chǎn)量將達(dá)到6 000萬(wàn)～9 000萬(wàn)t，如此之多生活污泥急需得到安全處置。目前對(duì)生活污泥處置的主要方式為自然干化，在我國(guó)，污泥處理的常用方法有厭氧消化、好氧消化、熱處理、加熱干化以及加堿穩(wěn)定等。由于受到技術(shù)和資金的限制，目前大部分城市對(duì)污泥采用簡(jiǎn)單填埋或直接用于植物施肥，很容易造成污泥對(duì)環(huán)境的再次污染[2]；少數(shù)發(fā)達(dá)城市(如廣州市)對(duì)濕污泥進(jìn)行干化，然后對(duì)干化污泥進(jìn)行填埋、焚燒后的灰進(jìn)行填埋，以及對(duì)濕污泥進(jìn)行厭氧消化、干化，在對(duì)干化后的污泥進(jìn)行填埋[3]：都沒(méi)有充分利用污泥中豐富的N、P、K等植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素。國(guó)外污泥通常都先經(jīng)過(guò)厭氧消化或好氧發(fā)酵穩(wěn)定化處理后，再對(duì)其進(jìn)行衛(wèi)生填埋和土地利用，美國(guó)、英國(guó)及法國(guó)主要將污泥用于土地利用，利用率達(dá)到60%，而日本則對(duì)污泥進(jìn)行焚燒，達(dá)到65%，欠發(fā)達(dá)國(guó)家以及發(fā)展中國(guó)家普遍將污泥進(jìn)行衛(wèi)生填埋，沒(méi)有對(duì)污泥資源化利用[4]。目前如何將污泥安全處置與資源化再利用相結(jié)合成為相關(guān)學(xué)者們的關(guān)注重點(diǎn)，污泥資源化再利用主要是利用其含有的大量有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素，與貧瘠土壤混合后可以改善土質(zhì)，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[5]。污泥中病原體微生物可通過(guò)高溫煅燒將其殺滅，其他有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化成了無(wú)害物[6-7]。本試驗(yàn)采用黃土作為黏結(jié)劑，添加石英砂尾礦、硅藻土、高嶺土和硫酸鋁等無(wú)機(jī)試劑以制備滿(mǎn)足花卉等植物生長(zhǎng)要求的輕質(zhì)顆粒，為生活污泥安全處置提供一種可靠的途徑。在保證工藝簡(jiǎn)單的前提下加以創(chuàng)新，加入石英砂尾礦，石英砂尾礦來(lái)自石英砂開(kāi)采時(shí)產(chǎn)生的廢棄料，應(yīng)用于本試驗(yàn)可有效降低它對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)進(jìn)一步提高產(chǎn)品抗壓能力。硅藻土具有多孔性，使輕質(zhì)顆粒具備高孔隙度，從而具有較強(qiáng)的吸附能力。本研究原材料取材容易，成本低廉，工藝條件簡(jiǎn)單，制得產(chǎn)品具有抗壓強(qiáng)度高、吸附性強(qiáng)、保濕性好等優(yōu)越性能。

1 材料與方法

1.1 原料及其性質(zhì)

1) 污泥。試驗(yàn)采用的污泥為生活污泥，取自鳳陽(yáng)縣富春紫光污水處理有限公司，含水率為70%～80%，含有豐富的N、P、K等有益元素,采用Sherwood-410 型火焰光度計(jì)和ZEEnit-700P型原子吸收光譜儀等測(cè)定有益元素及微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表1)。此外，污泥含有大量的微生物等病原體[8-9]。將取回的污泥進(jìn)行預(yù)處理，獲得粒徑分布為300～600 目的污泥粉體。(采用Bettersize2000激光粒度分布儀測(cè)得其粒度分布如圖1左)。

表1 污泥中主要的有益元素及金屬成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖1 污泥(左)和黃土(右)原料的粒度分布Fig.1 Distribution of the particle size of the sludge (Left) and the clay (Right)

2) 黃土、石英砂尾礦、硅藻土、高嶺土。黃土取自安徽省鳳陽(yáng)縣本地土，主要成分為黏土礦物，理化性質(zhì)表現(xiàn)為多孔隙、質(zhì)地疏松，還含有土壤腐殖層，黃土原料研磨至粒徑為100目左右。石英砂尾礦主要成分為SiO2，且含有長(zhǎng)石、云母、鐵礦物等雜質(zhì)[10-12]，來(lái)自安徽省鳳陽(yáng)縣天力石英砂廠生產(chǎn)的化學(xué)純尾礦，研磨至粒徑為200～400目。硅藻土為天津市永大化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，高嶺土為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。均采用Bettersize2000激光粒度分布儀測(cè)得其粒度分布，如圖1(右)及圖2、圖3。

圖2 石英砂尾礦(左)和硅藻土(右)的粒度分布Fig.2 Distribution of the particle size of quartz sand tailings (Left) and diatomite (Right)

圖3 高嶺土的粒度分布Fig.3 Distribution of the particle size of kaolin

3) Al2(SO4)3無(wú)機(jī)試劑，為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的分析純。

1.2 試驗(yàn)性能測(cè)試

1)輕質(zhì)顆粒具有較高的抗壓強(qiáng)度，可以增加其反復(fù)使用率，不易碎裂。抗壓強(qiáng)度測(cè)試：選取大小均勻的數(shù)粒輕質(zhì)顆粒，依次放入ATH-5000型彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)的壓板中心，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)連續(xù)均勻的施加壓力直至試樣破壞，記錄試樣破壞時(shí)的壓力，計(jì)算平均壓力P，試樣的平均受力面積A1，通過(guò)Q=P/A1×100%計(jì)算抗壓強(qiáng)度。

2)良好的吸水性能夠保證輕質(zhì)顆粒中有足夠的水分，供給花卉生長(zhǎng)的需求。吸水率測(cè)試：于分析天平中稱(chēng)取適量的輕質(zhì)顆粒，充分干燥至恒重后記錄質(zhì)量m1，放入燒杯中加入適量的蒸餾水讓其充分吸水后取出并用試紙擦干表面水珠，稱(chēng)得質(zhì)量m2，通過(guò)K=(m2-m1)/m1×100%計(jì)算吸水率；

1.3 試驗(yàn)流程與方法

1.3.1 原料預(yù)處理 將污泥于馬弗爐中在500 ℃左右煅燒4 h，使污泥內(nèi)的有機(jī)質(zhì)和病原體部分揮發(fā)和滅活，煅燒后所得污泥預(yù)處理原料中有機(jī)質(zhì)含量為50%～60%，水分降低到0～1%。將其用瑪瑙研缽研磨至所需的粒度，粒徑分布為300～600目。

1.3.2 物料配比確定 本試驗(yàn)中影響輕質(zhì)顆粒產(chǎn)品綜合性能的主要因素有污泥、黃土、石英砂尾礦、硅藻土、高嶺土的添加量，各無(wú)機(jī)粉體的粒度，濕混合料的培養(yǎng)時(shí)間、濕度和溫度，煅燒溫度與時(shí)間[13-15]。通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)初步得到物料配比為：污泥(4.0～8.0 g)、黃土(3.0～5.0 g)、石英砂尾礦(0.5～2.0 g)、硅藻土(0.3～1.0 g)、高嶺土(0.5～1.0 g)、Al2(SO4)3(0.2～0.6 g)。根據(jù)初步得到的物料配方采用控制單一因素變量法，得出最佳物料配比為污泥5.0 g、黃土4.0 g、石英砂尾礦1.5 g、硅藻土0.5 g、高嶺土0.5 g、Al2(SO4)30.5 g，此時(shí)輕質(zhì)顆粒的抗壓能力、吸水率等綜合性能均達(dá)到最優(yōu)值。

1.3.3 混料、陳化與成型

1)于分析天平中按比例稱(chēng)量各無(wú)機(jī)粉體，于燒杯內(nèi)充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

2)加入占干混合料重量27%～45%的自來(lái)水，攪拌均勻，陳化6 h以提高其可塑性。

3)利用造粒儀器將濕混合料制成粒徑在3 mm左右的輕質(zhì)顆粒，放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60 ℃下干燥1 h得初步成型的輕質(zhì)顆粒。

1.3.4 燒結(jié)溫度時(shí)間的確定 采用單一變量法設(shè)置一定的溫度梯度以及時(shí)間梯度，對(duì)一系列的輕質(zhì)顆粒性能進(jìn)行比對(duì)最終確定最優(yōu)的燒結(jié)溫度930 ℃和燒結(jié)時(shí)間50 min。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 污泥的添加對(duì)輕質(zhì)顆粒性能的影響

采用單一變量法，通過(guò)控制污泥添加量進(jìn)一步研究污泥含量對(duì)輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度、吸水性及氣孔率等性能影響(表2)。采用EVO-18型掃描電子顯微鏡分析污泥的微觀形貌，XD-3型X射線粉末衍射儀進(jìn)行晶體分析。

表2 污泥含量對(duì)輕質(zhì)顆粒性能的影響

注：w為污泥含量占無(wú)機(jī)粉體總質(zhì)量的比例。Notes:wrefers to the percentage of the amount of sludge in the total mass of the inorganic powder.

圖4 污泥的X衍射(左)與掃描電鏡(右)Fig.4 X-ray diffraction (Left) and scanning electron microscopy (Right) of the sludge

從表2看出，污泥含量從0～100%逐漸增加時(shí)，輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度從7.47 MPa下降到2.33 MPa，由圖4中的污泥X衍射分析可知，在2θ=26.72°時(shí)出現(xiàn)SiO2晶體最強(qiáng)特征峰，說(shuō)明污泥中主要成分為SiO2骨料，污泥含量的增加降低了黏結(jié)劑在顆粒中所占比例，產(chǎn)品顆粒堆積密度從1.63 g/cm3減小到1.11 g/cm3，粗骨料顆粒之間黏結(jié)度降低，使輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度逐漸減小[16]。如圖4右圖所示，分析污泥的微觀形貌，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)疏松多孔狀，具有發(fā)達(dá)的孔隙度，這些顆粒中空隙是煅燒過(guò)程中污泥中的有機(jī)質(zhì)和水分揮發(fā)留下的，使產(chǎn)品的吸水率從33.33%～63.67%不斷增加。從圖1可知污泥的粒徑主要分布在45～60 μm之間，隨著污泥量的增加，顆粒間的堆積密度下降，孔隙度增大，吸水率提高，抗壓強(qiáng)度降低，結(jié)果表明輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度與吸水率變化趨勢(shì)呈現(xiàn)相反關(guān)系。

太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)具體驅(qū)動(dòng)設(shè)備如下：循環(huán)泵電機(jī)M1由雙速電機(jī)控制，溶液泵電機(jī)M2由變頻器進(jìn)行多段速控制，太陽(yáng)板清洗電機(jī)M3為普通三相異步電動(dòng)機(jī)，太陽(yáng)板仰角由伺服電機(jī)M4控制，太陽(yáng)板方位由步進(jìn)電機(jī)M5控制。

2.2 黃土的添加對(duì)輕質(zhì)顆粒性能的影響

設(shè)置黃土添加量的梯度研究黃土含量對(duì)輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度、孔隙率和吸水性等主要性能影響，探究不同的黃土含量對(duì)污泥固化程度已達(dá)到本試驗(yàn)研究的輕質(zhì)顆粒理化性質(zhì)滿(mǎn)足花卉等植物生長(zhǎng)要求，并且可以長(zhǎng)期反復(fù)使用[17-18]。

從表3數(shù)據(jù)看出，當(dāng)黃土添加量從0～100%變化時(shí)，輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度從0.67～7.27 MPa不斷增加，吸水率從61.33%～40.33%逐漸下跌，顆粒的堆積密度從0.91～1.20 g/cm3不斷增加。通過(guò)圖5黃土的X衍射和SEM分析，超過(guò)900 ℃時(shí)黃土中主要黏土礦物與二氧化硅等形成低溫共熔體，以液相進(jìn)入粗骨料的間隙并將骨料顆粒緊密的結(jié)合在一起，同時(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，形成形貌更加規(guī)律，應(yīng)力更小的穩(wěn)定晶型[19]，從而使輕質(zhì)顆粒具有一定的抗壓強(qiáng)度，隨著黃土量的增加，產(chǎn)生的液相愈多，將粗骨料包圍的更加緊密，使顆粒的抗壓能力不斷增強(qiáng)。圖5的掃描電鏡表明黃土本身具有一定的孔隙度，加上輕質(zhì)顆粒中各無(wú)機(jī)粉體的煅燒損失以及有機(jī)質(zhì)和水分揮發(fā)，使顆粒擁有多空隙，使顆粒具備一定的吸水率和保濕性。但是隨著輕質(zhì)顆粒中液相共熔體逐漸增多，不斷地填充空隙，降低了空隙度，吸水率及保濕性開(kāi)始慢慢降低。

表3 黃土含量對(duì)輕質(zhì)顆粒性能的影響

注：w為黃土含量占無(wú)機(jī)粉體總質(zhì)量的比例。 Notes:wrefers to the percentage of amount of clay in the total mass of the inorganic powder.

圖5 黃土的X衍射(左)與掃描電鏡(右)Fig.5 X-ray diffraction (Left) and scanning electron microscopy (Right) of the clay

2.3 燒成溫度對(duì)輕質(zhì)顆粒性能的影響

圖6 煅燒溫度對(duì)輕質(zhì)顆粒的性能影響Fig.6 Effect of firing temperature on the performance of the light particles

設(shè)置一定的溫度梯度對(duì)輕質(zhì)顆粒進(jìn)行煅燒探究其最佳燒成溫度，圖6可以看出隨著燒成溫度從600～1 050 ℃變化時(shí)，輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度逐漸增高到7.35 MPa時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)下降現(xiàn)象。堆積密度從0.87 g/cm3上升到2.47 g/cm3時(shí)開(kāi)始逐漸下降。在600～900 ℃時(shí)輕質(zhì)顆粒中慢慢開(kāi)始出現(xiàn)少量熔融體液相并進(jìn)入骨料顆粒間隙中，顆粒之間的黏結(jié)度不斷增強(qiáng)，顆粒中氣體揮發(fā)形成的氣孔逐漸被液相替代，使輕質(zhì)顆粒表現(xiàn)出抗壓強(qiáng)度增加，吸水率降低。在900～950 ℃高溫下，輕質(zhì)顆粒中的氧化鋁、氧化硅與其他物質(zhì)共同形成大量共熔體，并以液相形式進(jìn)入骨料顆粒之間，將骨料牢牢地黏結(jié)在一起使輕質(zhì)顆粒具有一定的抗壓強(qiáng)度[19]，顆粒的氣孔逐漸降低。當(dāng)溫度超過(guò)950 ℃，過(guò)高的溫度破壞了共熔體的結(jié)構(gòu)，使成品中孔隙增大，堆積密度降低，顆粒與顆粒之間黏結(jié)度降低，從而使輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度降低，吸水率提高，所得成品較易粉碎。

2.4 焙燒時(shí)間對(duì)輕質(zhì)顆粒的性能影響

通過(guò)正交試驗(yàn)及控制單一變量法確定了制備輕質(zhì)顆粒的各無(wú)機(jī)粉體及其它添加劑的配比，按原料配比初步制得的輕質(zhì)顆粒需要進(jìn)行高溫煅燒以達(dá)到對(duì)污泥固化再利用目的。

表4可知，當(dāng)焙燒時(shí)間從0～80 min變化時(shí)，輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度變化呈現(xiàn)拋物線形式，由0.56 MPa逐漸上升達(dá)到最高點(diǎn)5.33 MPa后開(kāi)始下降，吸水率逐漸降低后又再次升高，在抗壓強(qiáng)度為最高值時(shí)吸水率為33.33%。煅燒溫度超過(guò)900 ℃后，輕質(zhì)顆粒產(chǎn)生液相促進(jìn)了顆粒重排及傳質(zhì)過(guò)程，同時(shí)液相融入骨料間隙促使顆粒與顆粒之間結(jié)合的更加緊密，輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度逐漸升高。在0～50 min期間由于輕質(zhì)顆粒還未開(kāi)始致密化，其內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)揮發(fā)、二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣逸出留下空隙，液相隨之填充，輕質(zhì)顆粒內(nèi)的氣孔率降低使其吸水率進(jìn)而降低[18]。當(dāng)焙燒時(shí)間在50～60 min范圍內(nèi)逐漸增加，顆粒開(kāi)始致密化，殘留氣體被液相包裹其中，在顆粒內(nèi)部形成微孔，此階段輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度依然繼續(xù)增強(qiáng)，吸水率緩慢減小。焙燒時(shí)間超過(guò)60 min時(shí)，包裹在液相中的氣體開(kāi)始逸出，使微孔與微孔之間連通形成較大氣孔，輕質(zhì)顆粒的致密度隨之降低，抗壓強(qiáng)度逐漸減小，孔隙度增大提高了顆粒的吸水率。進(jìn)一步分析焙燒時(shí)間對(duì)輕質(zhì)顆粒性能的影響試驗(yàn)可知，該輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度與吸水率呈相反關(guān)系，在二者之間找出平衡點(diǎn)使抗壓強(qiáng)度與吸水率等性能均較好，最終得出在焙燒時(shí)間在50～70 min之間，抗壓強(qiáng)度與吸水率變化較為緩慢，輕質(zhì)顆粒的整體性能較好。

表4 焙燒時(shí)間對(duì)輕質(zhì)顆粒的性能影響

圖7 石英砂尾礦(左)與硅藻土(右)的掃描電鏡圖Fig.7 Scanning electron microscopy of the quartz sand tailings (Left) and diatomaceous earth(Right)

2.5 石英砂尾礦、硅藻土添加對(duì)輕質(zhì)顆粒性能的影響

尾礦的添加主要將其作為輕質(zhì)顆粒的粗骨料，一定程度上對(duì)尾礦進(jìn)行了資源化再利用，降低其對(duì)環(huán)境的污染。從圖7(左)尾礦的掃描電鏡圖看出，尾礦中SiO2通過(guò)硅氧四面體在空間形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其具有規(guī)律且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和較高的硬度。試驗(yàn)表明若輕質(zhì)顆粒中SiO2含量過(guò)低，顆粒的抗壓強(qiáng)度較低，含量過(guò)高會(huì)降低顆粒的膨脹性能[19]，進(jìn)而會(huì)減小氣孔率。當(dāng)SiO2所占比例合適時(shí)，焙燒后輕質(zhì)顆粒綜合性能較好，經(jīng)試驗(yàn)探究其含量為30%～40%時(shí)較為合適，其中SiO2占有37%時(shí)，制得的輕質(zhì)顆?？箟簭?qiáng)度、吸水性等達(dá)到最佳性能。

硅藻土是由古代硅藻的遺骸堆積形成的硅質(zhì)沉積巖，具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)(如圖7右)，孔隙率可達(dá)80%～95%，吸附能力強(qiáng)，同時(shí)其分散性能與懸浮性能強(qiáng)[11]。硅藻土壤的酸堿度近為中性，將其摻雜于農(nóng)林用土中可以疏松土質(zhì)、提高保濕能力、延長(zhǎng)肥效時(shí)間，促使農(nóng)作物生長(zhǎng)。本試驗(yàn)添加硅藻土用來(lái)提高輕質(zhì)顆粒的孔隙度以增加顆粒的吸水率，同時(shí)硅藻土的大量微孔結(jié)構(gòu)以及表面存在豐富的硅羥基和氫鍵，使硅藻土具有較強(qiáng)的吸附性[12]，在輕質(zhì)顆粒制備過(guò)程中添加硅藻土，使輕質(zhì)顆粒同樣具備較高的吸附性，可以對(duì)空氣中的有害氣體進(jìn)行吸收，以達(dá)到凈化空氣的目的。

2.6 輕質(zhì)顆粒的化學(xué)成分及微觀形貌

通過(guò)探究污泥、黃土、石英砂尾礦、硅藻土和高嶺土的添加對(duì)輕質(zhì)顆粒的抗壓強(qiáng)度以及吸水率等主要性能的影響，得出各無(wú)機(jī)試劑的最優(yōu)比例。采用X衍射和SEM進(jìn)行分析試驗(yàn)制得的成品顆粒如圖8，測(cè)得輕質(zhì)顆粒中對(duì)植物生長(zhǎng)有益化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表5。

由表5可知輕質(zhì)顆粒中含植物生長(zhǎng)所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素及各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為N 8.5 mg/g、P 2.6 mg/g、K 4.9 mg/g，滿(mǎn)足花卉等植物生長(zhǎng)需求，此外硅、鋁、鎂和鈉等元素的存在還具有提高植物抗病性，促進(jìn)光合作用等用處。從產(chǎn)品顆粒的X衍射圖(如圖8左)可知，在2θ=26.72°時(shí)出現(xiàn)最強(qiáng)特征峰，在2θ=21.03°時(shí)出現(xiàn)次強(qiáng)特征峰，2個(gè)特征峰均為SiO2晶相，數(shù)據(jù)分析表明顆粒中晶型存在的主要形式為SiO2，此外還含有藍(lán)晶石(Al2SiO5)。各無(wú)機(jī)粉體試劑在高溫煅燒成產(chǎn)品顆粒時(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，形成較穩(wěn)定的硅酸鹽晶型，使產(chǎn)品顆粒擁有較高的抗壓強(qiáng)度。本試驗(yàn)中SiO2晶體在930 ℃條件下并沒(méi)有大量熔融與其它元素結(jié)合改變結(jié)構(gòu)，依然以高硬度的原物相存在，進(jìn)一步增強(qiáng)了產(chǎn)品顆粒的抗壓能力。由輕質(zhì)顆粒的SEM微觀形貌(如圖8右)可知，產(chǎn)品顆粒存在大量的微孔，由于污泥煅燒過(guò)程中有機(jī)質(zhì)揮發(fā)留下了一定量的氣孔，又添加一定量的硅藻土增加了一定的孔隙度，使產(chǎn)品顆粒具有較高的吸附性。

表5 輕質(zhì)顆粒的有益化學(xué)成分

圖8 輕質(zhì)顆粒的X衍射(左)與掃描電鏡(右)Fig.8 X-ray diffraction (Left) and scanning electron microscopy (Right) of the light particles

2.6 輕質(zhì)顆粒對(duì)花卉生長(zhǎng)的影響

采用盆栽花卉吊蘭作為培育對(duì)象，選出生長(zhǎng)狀況一致的吊蘭(Chlorophytumcomosum(Thunb.) Baker)，采用污泥含量不同的產(chǎn)品顆粒對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)，利用空白對(duì)照法將吊蘭放在培養(yǎng)箱內(nèi)在同一條件下培養(yǎng)35天，觀察并記錄吊蘭生長(zhǎng)狀況如表6。

表6 不同污泥含量的產(chǎn)品顆粒對(duì)吊蘭生長(zhǎng)的影響

從表6可以看出隨著污泥含量不斷增加，吊蘭的生根數(shù)從無(wú)逐漸增加到40多條，而且其莖越來(lái)越長(zhǎng)同時(shí)更加粗壯，比空白組長(zhǎng)12.0 cm，寬1.5 mm，葉片數(shù)也不斷增多至15片，吊蘭的整體生長(zhǎng)狀況呈現(xiàn)出不斷增強(qiáng)趨勢(shì)。由于污泥本身蓬松多孔(如圖6左圖)，隨著污泥量的不斷增加，使輕質(zhì)顆粒的堆積密度逐漸下降，孔隙度增大，吸附能力不斷增強(qiáng)，輕質(zhì)顆粒對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的緩釋能力增強(qiáng)，對(duì)吊蘭生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。污泥中大量的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素含量隨著污泥量的增加逐漸增多，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)吊蘭的生長(zhǎng)。與空白試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)采用生活污泥制備的輕質(zhì)顆粒不僅能滿(mǎn)足花卉等植物的生長(zhǎng)要求，而且隨著污泥量的適量增加，在一定程度上有利于植物生長(zhǎng)。

3 結(jié)論

試驗(yàn)采用單一變量法較為全面的篩選出了最佳制備輕質(zhì)顆粒的條件，使得產(chǎn)品顆粒性能表現(xiàn)達(dá)到預(yù)期結(jié)果。通過(guò)控制單一變量法逐一排除影響輕質(zhì)顆粒性能的因素，找到某一影響因素中的最佳條件，通過(guò)比較獲得輕質(zhì)顆粒的最佳物料配比。本試驗(yàn)對(duì)污泥的利用率高達(dá)50%，制得輕質(zhì)顆?？箟簭?qiáng)度達(dá)7.0 MPa以上，吸水率為50%，產(chǎn)品顆粒的性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同等產(chǎn)品，且滿(mǎn)足花卉等植被生長(zhǎng)需求條件，為高效率利用污泥提供簡(jiǎn)單易行的途徑，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。