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杭州城市污泥热解曲线测试与分析 俞锐 左明 [摘要] 课题组拟通过对杭州城市污泥热解曲线测试的基础分析研究中，获得其污泥中水的存在形式；对来自城市污水厂初沉污泥和二沉污泥的第一临界点的干燥度值不同；采用热调质能改变污泥的热解蒸发速率-干燥度曲线形态，改变了热解蒸发速率，这对于污泥处理工艺的选择和优化起到重要的作用。 该论文基于对杭州城市污泥热解曲线实际测试的基础，选取5组具有代表性的样本进行分析而得出的，对于同行的研究具有参考作用。 [关键词] 污泥 含水率 测试 分析 1．前言 含水率是表征污泥物理性状的最重要的指标之一，通过它可直接计算污泥的干物质含量、密度和体积，并能反映出污泥的流动特性流变学性质、衡量工艺脱水性能（比阻和压缩系数）、辅助测算燃烧热值等，是污泥处理和处置的工艺设计和生产管理起关键性的考核指标之一。 研究表明，城市污泥中含的水形态，根据受力情况不同可分为两类： 一类是游离水，在污泥中水以自由形态存在，又称为自由态水。因在污泥中的水只受到重力的作用，因此 另一类是结合水，在污泥中水以结合形态存在。它又可分为物理性结合水、化学性结合水和生物结合水。 结合水除受重力作用外，它又受到其它物理、化学和生物力的作用。 物理性结合水如胶体结合水、毛细管水，主要受到氢键、范德华力，疏水相互作用力等物理作用力； 化学性结合水如化学结晶水，主要受到盐键为主的化学作用力； 生物性结合水如细胞结合水，还受到核酸和蛋白质空间构象、生物膜结构的作用力，又称维持生物系统的作用力。 人们对污泥的处理和处置，首先在很大程度上是对降低污泥含水率的处理。水在污泥中存在的形态不同，把水从污泥中去除所需的能量差异也很大。如自由态水通过重力沉淀和机械作用 对热解曲线求导得出蒸发速率曲线（见图2） 式中：V为蒸发速率； S为污泥干燥度（%） 读出污泥试样相应于第一临界点的干燥度，被认为是污泥失去游离水的干燥度。 研究表明[1]，用热重量分析法，可能估计污泥的亲水倾向，并且： 1）观察到结合水放出的部分随各种调质方法而变； 2）在试验室中相当精确地估计脱水装置的性能； 3）用比较研究的方法确定每种处理方法的最大干燥度； 4）如果需要，计算各种水与污染物质的结合能。 因此，采用热重量分析法测试污泥含水情况是一项污泥处理的最基础性工作而十分必须。随着计算机技术的应用，污泥热解曲线的精密测试和分析成为可能。 3．杭州城市污泥热解曲线测试 为了摸清杭州城市污泥中水的形态，杭州市城市建设科学研究所污泥综合处理和利用课题组开展了对污泥热解曲线的实测。 测试设备和仪器： 测试采用卤素水份测定仪、型号MB45、由美国OHAUS公司生产。该仪器具备标准、快速、温和、阶梯四种干燥模式，重量可读性在0.001g，精度达到0. 1%。通过RS232接口与PC机通讯。微机实时纪录检测到的重量数据并换算成含水率，通过Microsoft Excel软件，可进一步对实测数据形成曲线，以供分析研究。 加热采用数显恒温水浴锅、型号HH-6、国产。 检测样本： 检测样本均选取杭州七格污水处理厂，样本见表1。 表1 杭州城市污泥热解曲线测试样本 序号 检测样本 备 注 样本1 一期混合污泥 热解曲线见图3 热解蒸发速率-干燥度曲线见图4 样本2 二期混合污泥 热解蒸发速率-干燥度曲线比较见图5 样本3 二期二沉污泥 样本4 二期混合污泥 热解曲线见图6 热解蒸发速率-干燥度曲线见图7 样本5 二期混合污泥加热 热解蒸发速率-干燥度曲线比较见图8 3）检测方法： 样本提取后，均置于试验室（保持室温20℃）在2小时以上，使待检污泥的温度保持基本一致； 检测时采用105℃恒温加热模式，设定测试间隔时间2秒。设置被测样本在1分钟内，重量不发生变化（损失小于0.001g时），认为检测结束。 数据采集后，热解曲线采用Microsoft Excel软件进行指数多项式回规，直接形成曲线；热解蒸发速率-干燥度曲线由热解曲线求导获得。 实测曲线： 插入图3-图8 图3 图4 图5 图6 图7 4．杭州污泥热解曲线的分析 1）从七格污水处理厂一期和二期混合污泥的热解曲线和热蒸发速率-干燥度曲线（见图3、图4、图6、图7）分析，两期的污水来源相同，处理工艺均为A2/O活性污泥处理法，二组样本的检测曲线几乎相似。说明污水处理厂的污水来源与处理工艺决定了污泥含水的基本组份，尽管样本污泥的最终含水率不同（一期样本为 %，二期样本为 %）分析污泥热解曲线中SL点均在干燥度 %附近，且此时的蒸发速率在 /s。同时，第二临界点明确，说明污泥中结合水组份也基本一致，结合力较弱的