污泥資源化利用的常用方法中，土地利用投資少、能耗低，運行費用低，其中有機物可轉化為土壤改良劑的有效成分，符合可持續發展戰略，被認為是較有前景的污泥處理處置方式，污泥農用正在成為世界上各國主要的污泥處置方式，歐洲先進國家農業利用率占污泥總量的一半以上，美國、法國等主要國家超過60%。對于污泥農用后的環境影響，國內外都有不少的研究，一般認為在一定限度內施用污泥或其堆肥產品，不會污染農作物，也不會對地表和地下水產生不良影響。

新鮮污泥的含水率太高（一般為80%～96%），給農用造成運輸困難、運輸量大，或因脫水泥餅分散困難需借助機械設備支持田間操作，使該技術在實際應用中存在較多的困難。因此，脫水和干燥是污泥資源化利用的前提，而干燥后的狀態又對其資源化產生重要的影響。污泥干燥后通常結塊程度高，硬度大，較難粉碎，對污泥的后續利用產生影響。污泥在植物處理干燥、自燃干燥，塑料棚內干燥和棚外干燥后，污泥的狀態、硬度、結塊程度等都有較大的差異，為進一步了解污泥干燥后的物理性質等的變化，本研究設置了污泥在不同處理下的干燥狀態差異的試驗，以探討不同干燥方式下污泥顆粒分布狀況以及對農用的影響，為城市污泥的農用資源化提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設備

通風塑料大棚：用鐵條和聚氯乙烯薄膜自行設計的敞開式塑料大棚，呈七面體，長、寬和高分別為8m、5m和2m（頂部為等邊三角形，高0.8m）。

塑料框：購于廣州塑料市場，長、寬、高分別為0.50m、0.375m、0.29m。每個框底部均勻的鉆有洞，以達到可以漏水。

尼龍網布：孔徑為0.5mm，購于廣州材料裝飾城，將網布剪成長、寬分別為1m、0.5m和長、寬分別為0.5m、0.4m的長方形，面積分別為0.5㎡和0.2㎡，備用。

1.2 供試材料

供試污泥：廣州市大坦沙污水處理廠污泥。

供試材料的基本性質如下：

1.3 試驗設計

在底部均勻鉆有小洞的塑料框的底面和四周用剪好的0.5mm孔徑的尼龍網布鋪好，然后小心向框內放入污泥，放置污泥的量為50kg，約27cm高；另在空曠的地方放置三個底部未鉆洞的，大小和體積一樣的塑料框，用來接收降水，備用。

本試驗設計三個處理，每處理設置三個重復，形成三處理三重復，各處理設置如下：

處理一（露天處理）：將裝好一定量的城市污泥的塑料框直接放置于露天的環境中，其上方無擋雨露的其余東西，使之可以完全接收自然降雨。

處理二（棚內澆水）：將裝好一定量的城市污泥的塑料框放置于通風防雨的塑料大棚內，并且每次降雨后，澆與降雨量相同的雨水。

處理三（棚內不澆水）：將裝好一定量的城市污泥的塑料框放置于通風防雨的塑料大棚內，試驗期間不澆水。

試驗從2007年9月11日開始，11月10日結束，持續進行60d。

1.4 試驗測定方法

城市污泥樣品的分析主要按照常規的分析方法：含水率采用烘干法，硬度采用土壤堅實器測定，粒徑分布采用比重計法，污泥pH值采用水土比2.5：1混合后用pH計測定。

粒徑分布測定采用比重計法：

（1）用天平稱取簡單壓碎的污泥50g置塑料瓶中，先加50mol/L的NaOH約30mL左右，用研棒研磨，使其分散呈糊狀。再加入20mLNaOH到塑料瓶中，再繼續研磨1min（主要目的是使污泥充分分散）。
    （2）用燒杯裝去離子水將塑料瓶中分散處理后的土樣，少量多次地洗入1000mL量筒中，定容至刻度1000mL。

（3）先測定空白量筒中的液溫或室內溫度，根據溫度查表，以確定不同粒級的沉降時間（實際上就是我們比重計讀取數據的時間）。時間確定后用攪動桿攪動懸液1min（上、下約30此，攪動時不要將攪動桿底板露出液面，以免產生氣泡影響讀數），然后立即記錄開始靜置時間，讀取比重計數據時，必須提前完成15～20s，將比重計輕輕地放入懸液中。靜置時間一結束，立即讀出比重計數據，數據經過校正計算后就得出了所求粒級的土粒%含量。

（4）空白校正：另取一量筒加入試驗所用的分散劑用量和去離子水定容至1000mL，與測定過程相同的溫度下，放下比重計，穩定后，讀出水平面與比重計相交的讀數（在0點以上為負值，0點以下為正值），作為空白校正值（c）。

結果計算：

各級粒（%）=[讀數（R）—空白校正值（c）/烘干污泥樣（g）]×100

烘干污泥質量=風干污泥質量/[1+水分%（烘干）]

1.5 數據分析

數據用Excel整理和作圖，采用SAS軟件對數據進行T檢驗、方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 處理后城市污泥外觀

各處理后污泥的外觀有明顯的差異。棚內澆水處理的污泥產生的裂縫較大，形成的裂塊也較大；而棚內不澆水處理的污泥裂縫較多，裂塊較小，這可能是由于污泥干燥過程中的收縮量與其含水率有關。

露天狀態的污泥收縮明顯，分裂的碎塊小而均勻，說明太陽輻射和雨水對污泥干燥程度有影響。在實驗中還發現，經露天狀態和棚內澆水處理的污泥顏色較棚內不澆水的要深，這可能是因為棚內不澆水處理的污泥長期處于干燥條件下，污泥干燥濃縮后的表面析出一層鹽分，而露天狀態和棚內澆水的污泥分別由于雨水和澆水的沖刷和稀釋，表面的鹽分容易淋失和下滲。

處理后污泥形變表現為整體收縮，裂縫擴大，各個裂塊相互排斥，這一現象是污泥干燥過程中特有的現象。通過對干燥后的污泥塊觀察發現，各個裂塊之間有許多絲狀纖維連接物，有的裂縫之間僅靠這種絲狀纖維連接，這些絲狀纖維的兩端在不同的裂塊中，由于裂塊內部的干燥收縮造成裂塊變形，通過絲狀纖維使得裂塊相互連接，當然，絲狀纖維并非裂塊相互靠攏的唯一原因。

太陽光中的紫外線會引起污泥中蛋白質和氨基酸的變性。污泥中含有大量的微生物殘體，有機物質含量高。污泥中的蛋白質類物質（如酪蛋白等）在紫外線的照射下，會遭到破壞。氨基酸中的色氨酸、胱氨酸、甲硫氨酸等在日光照射下，會因光分解而受到破壞損失。污泥中的油脂、脂肪酸脂也發生氧化。因此，造成了棚內的的處理與棚外處理之間的差異。露天狀態處理的污泥要明顯松散，結塊程度較低。

2.2 處理后城市污泥物理指標變化

60d后，與初始污泥相比較，各處理的污泥質量、體積和厚度均有顯著下降，質量均下降了50%以上，體積和厚度也都下降了40%以上。可見污泥在通風狀態下（不管是棚內還是棚外）可以達到較好的干燥效果。

與初始污泥相比較，處理后污泥的含水率都有明顯的下降，各處理間都達到顯著水平（p=0.05）。其中棚內不澆水污泥的含水率下降幅度大，比初始污泥下降了35.44%，而露天處理和棚內澆水處理的污泥含水率比初始污泥分別下降了27.44%和21.75%。

就棚內外三個處理間的比較而言，處理后污泥的質量和厚度處理間沒有顯著差異，體積則是露天處理和棚內不澆水處理顯著低于棚內澆水，而污泥的堅實度隨著水分的減少而成反比增加，不澆水處理顯著高于澆水處理。因此，從處理后所測的污泥各項指標變化可以看出，棚內澆水處理的干燥效率低，這可能是由于棚內雖然有一定的增溫效果，但是通風效果仍然沒有棚外的露天狀態好。

2.3 處理后城市污泥的pH和水堇種子發芽系數的變化

由上表可以看出，通過處理后，各處理的pH值有所變化，跟初始污泥的pH值比較而言，露天處理污泥的pH值有所上升，而棚內處理的pH值都有所下降，這可能根塑料棚具有一定的過濾太陽光中的部分紫外光，使得棚內的污泥的有機酸類物質得不到足夠的紫外光來氧化和降解，而棚外的污泥在陽光作用下可以將有機酸類物質基本降解，所以造成棚內污泥pH值下降，而露天污泥則上升。棚內澆水處理的污泥pH值要低于棚內不澆水的污泥，這可以是由于澆的是雨水，而廣州地區的雨水通常是酸性的。

由上表還可以看出，各處理后污泥的種子發芽系數也變化各異。與初始污泥相比較，棚內澆水處理的污泥的種子發芽系數沒有差異，這可能是由于棚內澆水處理的污泥含水率較高，在一定程度上對污泥中的鹽分和有毒有害物質起到稀釋作用，減少了對水堇種子的毒害。而露天處理和棚內不澆水處理污泥的種子發芽系數要顯著低于初始污泥處理，其中棚內不澆水和露天處理的污泥在處理后污泥的含水率低，鹽分和有毒有害物質濃縮，造成對水堇種子的毒害較大，尤其是棚內不澆水處理，由于長期不澆水，水分蒸發后，污泥濃縮導致有害物質毒性增大，鹽分濃度增加，污泥顏色變白。

2.4 處理后城市污泥粒徑分布情況

干燥后污泥的顆粒大小狀況對污泥的農業利用有較大的影響。通過對不同干燥處理的污泥的過篩后，各粒級的分布差異很大。

露天處理后污泥粒徑大于10mm的含量要顯著低于棚內澆水和棚內不澆水處理，而相應的粒徑5～10mm和小于5mm的污泥顆粒含量則是露天處理要顯著高于棚內澆水和棚內不澆水處理。這是由于露天處理的污泥暴露在環境中，受到雨水和日光等自然因素的影響，結塊程度低，形成的小顆粒污泥數量多，污泥較為松散。

2.5 處理后城市污泥水穩性微團聚體和粘粒分布情況

PAM（聚丙烯酰胺）是一種高分子聚合物，典型的PAM是水溶性的陰離子聚合物聚丙烯酰胺，分子量介于12～15mg/mol（即每個分子中含有150000單體單位），商業上它們是作為工業絮凝聚合物（可以加速固體從液體懸浮液中的分離，如在陰溝污泥脫水、采礦、造紙業、精制糖和果汁的分級）和動物飼料制備的稠化劑。污水處理廠通常把PAM用于污泥機械脫水前的調理劑，可以大大改善污泥的脫水性能。但是，脫水后PAM幾乎全部殘留在脫水污泥中，使得污泥干燥后因PAM的強烈的粘性變得很硬，結塊程度高，不利于污泥干燥后粉碎及后續的資源化利用。

PAM降解后，由大分子生成許多低聚物以及丙烯酰胺單體，使PAM的粘度損失，根據PAM的降解與其粘度損失的正比關系，本試驗通過對處理后的污泥用不同的分散劑（氫氧化鈉和蒸餾水）進行分散試驗，并計算出各級粒徑的分布情況，以間接反映各處理對污泥中PAM的降解情況。

通過氫氧化鈉的分散后，各處理污泥粒徑的各級分布有一定的差異，在污泥粒徑大于0.05mm部分所占的比例，各處理之間沒有明顯的差異；污泥粒徑在0.05～0.001mm范圍內所占比例，露天處理要顯著高于棚內澆水和棚內不澆水處理，而棚內2處理之間并沒有出現顯著差異；污泥粒徑小于0.001mm的粘粒所占的比例，則各處理間都出現顯著差異，所占比例由大至小依次為棚內不澆水，棚內澆水，露天處理。

通過蒸餾水的分散后，對各處理的各級粒徑所占比例進行多重比較結果表明，小于0.001mm級的粒徑含量露天處理要顯著高于棚內澆水和棚內不澆水處理，其余各級粒徑各處理之間無顯著差異。

蒸餾水分散與氫氧化鈉分散相比較，總體趨勢一致，但各處理的各級粒徑含量都比氫氧化鈉分散的低，這可能因為氫氧化鈉（堿性）有很強的分散作用，甚至可以打斷PAM結構。不管是氫氧化鈉還是水分散后，各處理在各粒徑范圍內所占比例的差異初步推斷與污泥中PAM的降解程度不一致有關。

根據土壤的粒徑和性質的關系，卡慶斯基制將土壤中0.05～0.001mm的粒級成為粉粒（也稱物理性粘粒），小于0.001mm的粒級稱為粘粒，當土壤中的物理性粘粒和粘粒多，土壤板結，不利農業耕作。根據本試驗研究，露天處理干燥的污泥中水穩性團聚體（在氫氧化鈉作用下容易分散，在水作用下穩定的顆粒物）所占的比例大，對農業利用有利；而棚內不澆水處理的污泥中小于0.001mm的粒級（粘粒）所占比例大，農用后易造成土壤板結。

3 結論

（1）污泥經干燥處理后，會產生裂紋，并有收縮、結塊現象。其中，露天狀態處理的污泥明顯松散，且結塊程度較低。

（2）根據對各處理污泥粒級分布的分析得出，露天處理后污泥粒徑大于10mm的含量要顯著低于棚內澆水和棚內不澆水處理，而相應的粒徑5～10mm和小于5m的污泥顆粒含量則是露天處理要顯著高于棚內澆水和棚內不澆水處理；根據對處理后污泥分散試驗的結果，露天處理干燥的污泥中水穩性團聚體（在氫氧化鈉作用下容易分散，在水作用下穩定的顆粒物）所占的比例大，對農業利用有利；而棚內不澆水處理的污泥中小于0.001mm的粒級（粘粒）所占比例大，農用后易造成土壤板結。