張發(fā)文 何禹龍 董明坤 趙長(zhǎng)民 張雪嬌

摘 要：通過(guò)不同摻入量和養(yǎng)護(hù)齡期下礦渣基改性劑對(duì)城市污泥含水率的影響，采用X射線(xiàn)衍射、掃描電鏡和熱重分析方法表征礦渣基改性材料和干化污泥的水化產(chǎn)物和微觀(guān)結(jié)構(gòu)，探討礦渣基改性材料對(duì)污泥干化的效果及機(jī)理。結(jié)果表明：隨著礦渣基改性劑摻量的增加和養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，污泥含水率大幅減少;在相同條件下，礦渣基改性劑對(duì)污泥的干化效果明顯好于生石灰。微觀(guān)試驗(yàn)表明：改性劑遇水后，礦渣基改性材料中的SiO2和Al2O3會(huì)在堿性條件下與污泥中的水發(fā)生水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠和鈣礬石晶體，將大量自由水轉(zhuǎn)化為結(jié)晶水，降低污泥中的含水率，同時(shí)也會(huì)填補(bǔ)污泥內(nèi)部的孔隙，改變?cè)勰嗨缮F(tuán)聚的結(jié)構(gòu)體系，使污泥牢固地聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，有助于污泥的進(jìn)一步資源化利用。

關(guān)鍵詞：礦渣;城市污泥;干化;微觀(guān)試驗(yàn);改性材料

中圖分類(lèi)號(hào)：X705?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?? 文章編號(hào)：2096-6717（2022）03-0177-09

收稿日期：2020-07-24

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51008118）;河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（18B610001）;河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新基金（KJCX2017A06）

作者簡(jiǎn)介：張發(fā)文（1981- ），男，博士，副教授，主要從事固體廢物處理與資源化，E-mail：zhangfawen@henau.edu.cn。

Received：2020-07-24

Foundation items：National Natural Science Foundation of China （No. 51008118）; The Key Scientific Research Project of Henan Higher Education Institutions （No. 18B610001）; Innovation Technology Foundation of Henan Agricultural University （No. KJCX2017A06）

Author brief：ZHANG Fawen （1981- ）， PhD， associate professor， main research interests： treatment and resource utilization of solid waste， E-mail： zhangfawen@henau.edu.cn.

Effect and microscopic analysis on drying municipal sludge with slag-based modified material

ZHANG Fawen1， HE Yulong1， DONG Mingkun1， ZHAO Changmin2， ZHANG Xuejiao1

（1. College of Forestry， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450002， P. R. China; 2. Zhengzhou Ecological Environment Monitoring Center of Henan Province， Zhengzhou 450007， P. R. China）

Abstract： The effect and mechanism of municipal sludge drying with slag-based modified material were revealed by the study of moisture content at different contents of modified material and curing times. The hydration products and microstructure of slag-based modified material and the dried sludge were characterized by using X-ray diffraction analysis， scanning electron microscopy and thermogravimetric analysis. The results showed that the moisture content of dried sludge reduced gradually with the contents of modified material and curing age. The drying effect of slag-based modified material on sludge was better than that of quick lime at the same conditions. Microscopic experimental results indicated that insoluble calcium silicate hydrate gels and ettringite crystal were formed during the hydration process of slag-based modified materials at alkaline conation， transforming a lot of free water into crystalline water in order to reduce moisture content of sludge. Meanwhile， these hydration products filled the pores of sludge， inducing to a thorough from loose agglomerate structure system of original sludge to a firmly bonded structure with different phases. It is helpful to the further resource utilization of sludge.

Keywords： slag; municipal sludge; drying; microscopic experiment; modified material

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，城市污水排放量持續(xù)上升，污水處理的副產(chǎn)物——污泥也隨之增加。城市污水處理廠(chǎng)經(jīng)過(guò)濃縮、機(jī)械脫水處理排出的污泥不僅含有重金屬、病原體、農(nóng)藥、持久性有機(jī)污染物等多種污染物，而且其含水率高達(dá)80%左右，根本無(wú)法處理或利用，如此大量的污泥如果得不到合理的處置，將給土壤、水體、大氣帶來(lái)嚴(yán)重的二次污染[1-3]。只有當(dāng)污泥含水率降至40%～50%時(shí)才能夠進(jìn)行處置利用，所以，城市污泥的有效干化是其處置和資源化的關(guān)鍵。

目前，污泥干化方法主要有自然干化、熱干化、生物干化及無(wú)機(jī)材料干化4種[4-7]，其中，無(wú)機(jī)材料干化常采用石灰、水泥等膠凝材料，學(xué)者們已經(jīng)取得了大量的研究成果。栗志翔[8]利用氧化鈣作為熱干化材料，堿渣和礦渣為固化材料，對(duì)污泥進(jìn)行固化處理，開(kāi)展了堿渣礦渣固化污泥的工程性質(zhì)試驗(yàn)研究。汪曌等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在CaO/濕污泥為0～20 g/kg時(shí)，增加CaO能有效提高污泥干化速率，而CaO的消解離解作用以及對(duì)污泥內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的改變是影響污泥干化效果的主要因素。Lim等[10]采用石灰、黃土、粉煤灰對(duì)市政污泥進(jìn)行了固化處理，發(fā)現(xiàn)添加生石灰對(duì)污泥中微生物起到殺菌作用，污泥在固化后強(qiáng)度滿(mǎn)足建筑材料標(biāo)準(zhǔn)。張芊等[11]通過(guò)水泥、煤矸石等材料對(duì)污泥進(jìn)行了改性，發(fā)現(xiàn)改性后的污泥固化土含水率為22.08%～150.48%，污泥經(jīng)過(guò)改性后作為填埋場(chǎng)襯墊防滲材料具有可行性。Singh等[12]利用水泥、粉煤灰、氫氧化鈣等聚合物固化含砷污泥，研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰的添加有助于水化反應(yīng)進(jìn)行，從而改善固化效果。但在將常規(guī)膠凝材料用于污泥干化時(shí)，存在資源消耗大、回收利用率低、成本高等缺點(diǎn)，而且有研究結(jié)果表明，污泥中的重金屬和高有機(jī)物含量對(duì)常規(guī)膠凝材料的水化反應(yīng)有不良影響，嚴(yán)重影響了其干化及穩(wěn)定化效果[13-15]。因此，干化材料的優(yōu)化選擇十分重要，亟需針對(duì)污泥的特點(diǎn)研制干化效果好、處理成本低的環(huán)保干化材料。

污泥經(jīng)過(guò)干化后能夠進(jìn)一步資源化利用才是解決污泥問(wèn)題的根本途徑。礦渣是一種具有很高潛在活性的玻璃體結(jié)構(gòu)材料，但其活性需要在適當(dāng)?shù)臈l件下才能激發(fā)出來(lái)。如果能夠利用礦渣等工業(yè)廢渣改性城市污泥，既能降低污泥含水率，又能改變污泥絮體結(jié)構(gòu)，同時(shí)為后續(xù)利用提供鈣、鋁、硅等元素，使得干化后污泥的物化性質(zhì)與黏土相近，則可取代部分黏土和水泥等作為建筑材料的基材，廣泛應(yīng)用于水泥燒制輔料[16-19]、制磚材料[20]、陶粒骨料[21-22]、墻體材料[23-24]、道路基層材料[25]等方面。

為了實(shí)現(xiàn)城市污泥與工業(yè)廢棄物的雙重資源化利用，實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”的目標(biāo)，采用礦渣為主要原料制備新型干化材料，對(duì)城市污泥進(jìn)行干化，開(kāi)展污泥干化效果研究，并采用X射線(xiàn)、掃描電鏡、TG-DTG等測(cè)試手段對(duì)污泥、改性劑及干化污泥進(jìn)行測(cè)試分析，為礦渣基改性劑在城市污泥干化方面的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中的污泥為取自鄭州市某污水處理廠(chǎng)機(jī)械脫水后的城市生活污泥，樣品呈灰黑色，有異味并略顯彈性。污泥的pH值為7.15±0.45，含水率為79.64%，有機(jī)質(zhì)含量為45.65%，其化學(xué)成分分析見(jiàn)表1。

改性劑原料組成主要為礦渣，并摻入熟料、粉煤灰及活性激發(fā)劑，按照質(zhì)量比為58∶27∶12∶3進(jìn)行配料，將原料拌和后，粉磨大約20 min，制得礦渣基改性劑。其中，礦渣為河南某鋼鐵廠(chǎng)高爐礦渣，熟料取自河南某水泥廠(chǎng)，粉煤灰取自河南某發(fā)電廠(chǎng)，其原料化學(xué)成分見(jiàn)表1。為了考察該改性劑對(duì)污泥的干化效果，選用生石灰進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，所用生石灰購(gòu)于鄭州市某建材市場(chǎng)，有效CaO含量為80.21%，比表面積為286.8 cm2/g。

1.2 試驗(yàn)方法

污泥干化試驗(yàn)：在室溫20 ℃條件下，稱(chēng)取一定量的原始污泥，分別將質(zhì)量比為0、5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%的改性劑加入攪拌機(jī)，攪拌5 min后取出干化污泥，將其置于密閉容器中，在溫度（20±1） ℃、濕度≥95%條件下養(yǎng)護(hù)，分別在1、3、7、14 d取樣測(cè)定污泥含水率。每個(gè)摻量均做3次平行樣，試驗(yàn)結(jié)果取其平均值。

干化污泥的含水率計(jì)算：污泥在摻入改性劑后，其含水率降低主要有兩個(gè)方面的原因，一是改性劑的物理化學(xué)效應(yīng);二是改性劑自身的添加增加了總物質(zhì)中的固含量。試驗(yàn)僅討論改性劑的物理化學(xué)效應(yīng)對(duì)含水率降低的影響。假設(shè)濕污泥初始質(zhì)量為m，60 ℃烘干恒重后污泥樣品質(zhì)量為m0，改性劑質(zhì)量為m1，養(yǎng)護(hù)至某齡期時(shí)改性劑干化污泥總質(zhì)量為m2，則經(jīng)過(guò)改性劑干化后的污泥含水率w由式（1）計(jì)算得到。

w=m2-m0-m1m×100%（1）

需要指出的是，按照式（1）計(jì)算時(shí)，m2-m0-m1為污泥中水分經(jīng)過(guò)改性劑物理化學(xué)反應(yīng)消耗后剩余在污泥中的水量，m為污泥干化前的重量。因此，可根據(jù)該計(jì)算結(jié)果，探討改性劑僅通過(guò)自身發(fā)生物理化學(xué)作用對(duì)污泥干化效果的影響。

微觀(guān)分析：將養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期的樣品破碎取芯，并用無(wú)水乙醇中止水化，在無(wú)水乙醇中浸泡時(shí)間至少為10 d，且每3 d更換無(wú)水乙醇，最后將樣品濾出并在45 ℃溫度下烘干至恒重，做XRD、SEM和TG-DTG分析。X射線(xiàn)衍射儀選用德國(guó)BRUKER AXS公司生產(chǎn)的D8 ADVANCE型號(hào)X射線(xiàn)衍射儀，掃描電鏡為德國(guó)ZEISS MERLIN Compact超高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，同步熱分析采用德國(guó)耐馳公司生產(chǎn)的STA 449 F3 Jupiter型熱分析儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性劑對(duì)污泥含水率的影響

污泥在分別摻入礦渣基改性劑和生石灰后，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d時(shí)，干化污泥的含水率隨干化劑摻入量的變化情況見(jiàn)圖1（a）。污泥含水率隨著兩種材料摻入量的增加而降低，而且礦渣基改性劑的干化效果明顯優(yōu)于生石灰。這與污泥的干化機(jī)理有關(guān)，根據(jù)魏娜等[26]的研究，生石灰主要是通過(guò)CaO水化生成Ca（OH）2，將部分自由水轉(zhuǎn)化為化學(xué)結(jié)合水，同時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生的大量水化熱會(huì)起到蒸發(fā)作用;礦渣基改性劑主要通過(guò)其中膠凝組分的水化反應(yīng)將大部分自由水和間隙水轉(zhuǎn)變?yōu)榈V物結(jié)晶水，隨著摻量的增加，污泥中參與水化反應(yīng)的自由水轉(zhuǎn)化量增加，從而導(dǎo)致含水率下降。

當(dāng)干化劑摻量為20%時(shí)，干化污泥的含水率隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化見(jiàn)圖1（b）。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，污泥含水率不斷下降，14 d后，經(jīng)過(guò)生石灰和礦渣基改性劑干化后的污泥含水率分別降至62.50%和42.36%。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間在4 h時(shí)，改性劑和生石灰對(duì)污泥的干化速率基本相似，說(shuō)明在干化初期，不論是礦渣基改性劑還是生石灰，都與污泥中水分直接發(fā)生反應(yīng)，從而使一部分水分消耗掉，還有一部分水分可能是因?yàn)獒尫艧崃繉?dǎo)致溫度升高而引起蒸發(fā)作用，

從而被去除。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過(guò)4 h時(shí)，礦渣基改性劑的干化速率明顯優(yōu)于生石灰，生石灰對(duì)污泥的干化速率從養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1 d時(shí)開(kāi)始趨于平緩，說(shuō)明生石灰水化反應(yīng)迅速，在1 d內(nèi)其干化過(guò)程已基本結(jié)束，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，主要是自由水自然蒸發(fā)導(dǎo)致含水率的緩慢下降。而隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，礦渣基改性劑還能進(jìn)一步與污泥發(fā)生水化反應(yīng)，從而導(dǎo)致污泥含水率的下降。當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期超過(guò)7 d時(shí)，隨著自由水的不斷消耗，水化反應(yīng)基本完成，其含水率的下降也趨于平緩。

2.2 X射線(xiàn)衍射分析

圖2～圖4分別是污泥、礦渣改性劑及干化污泥不同齡期的X射線(xiàn)衍射譜。圖2為污泥的X射線(xiàn)衍射譜，從圖中一系列特征峰所得晶面距來(lái)看：原狀污泥中主要礦物成分是石英，除此之外，還檢測(cè)到少量由Na元素和Al元素組成的鈉長(zhǎng)石，以及高嶺石、方解石和石膏等礦物。

圖3為礦渣基改性劑在養(yǎng)護(hù)齡期為3 d時(shí)水化產(chǎn)物的X射線(xiàn)衍射圖譜。圖3顯示，改性劑水化產(chǎn)物中鈣礬石和水化硅酸鈣的特征峰較強(qiáng)，還存在一部分氫氧化鈣和硫酸鈣的特征峰。由于改性材料中含有氫氧化鈣和硫酸鈣成分，而且在堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑的作用下，礦渣改性劑中的SiO2和Al2O3會(huì)與OH-和SO2-4發(fā)生水化反應(yīng)，主要反應(yīng)產(chǎn)物為鈣礬石和水化硅酸鈣[27]，同時(shí)，通過(guò)水化反應(yīng)可以將自由水分轉(zhuǎn)化為水化產(chǎn)物中的化學(xué)結(jié)合水，達(dá)到改善原污泥干化效果的目的。改性劑通過(guò)水化產(chǎn)物的相互交織連生形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，漿體逐漸硬化并形成一定的強(qiáng)度，將更有利于污泥的干化[28]。

圖4為不同齡期干化污泥的X射線(xiàn)衍射圖譜。從圖中可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，干化污泥中礦物成分鈣鋁黃長(zhǎng)石和鎂硅鈣石含量均有所下降。鈣鋁黃長(zhǎng)石和鎂硅鈣石主要為礦渣的組成部分，鈣鋁黃長(zhǎng)石含量的下降說(shuō)明，在激發(fā)劑的作用下，當(dāng)接觸污泥中的水分時(shí)，礦渣與污泥中的自由水發(fā)生水化反應(yīng)，會(huì)部分溶解和水化，從而降低原污泥中的含水率，生成的水化產(chǎn)物里有鈣離子和硅酸根離子。從該XRD圖譜中可看出，改性劑與污泥中的水分會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，從而降低污泥中的含水率，達(dá)到干化污泥的效果。摻入改性劑干化污泥時(shí)，可能發(fā)生式（2）～式（4）的水化反應(yīng)。

2CaO·SiO2+mH2O→xCaO·SiO2·yH2O+

（2-x）Ca（OH）2（2）

3CaO·SiO2+mH2O→xCaO·SiO2·yH2O+

（3-x）Ca（OH）2（3）

3CaO·Al2O3+3（CaSO4·2H2O）+26H2O→

3CaO·Al2O3·CaSO4·32H2O（4）

2.3 掃描電鏡觀(guān)察

圖5～圖7分別是污泥原樣、改性劑凈漿和干化污泥的掃描電鏡照片。由圖5可知，通過(guò)SEM對(duì)污泥原樣表面形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，污泥中顆粒普遍較細(xì)，但其黏結(jié)力較強(qiáng)，大多聚集在一起。污泥表面凹凸不平，且有少量晶體生長(zhǎng)的枝杈結(jié)構(gòu)和纖維存在，呈多孔絮狀結(jié)構(gòu)，所以含水能力較強(qiáng)。

從圖6可以看出，礦渣基改性劑經(jīng)過(guò)3 d養(yǎng)護(hù)后，樣品中的大部分礦渣表面被侵蝕并被無(wú)定形的凝膠體覆蓋，呈棉絮狀、網(wǎng)格狀彼此相連形成一定的初始網(wǎng)絡(luò)骨架，但仍存在一定量的空隙。同時(shí)，在表面出現(xiàn)大量的針狀晶體穿插并填充在網(wǎng)狀水化硅酸鈣凝膠中，呈簇狀出現(xiàn)，生長(zhǎng)長(zhǎng)度在1 μm左右。根據(jù)朱熙等[29]的研究結(jié)果可知，此形狀晶體為鈣礬石，是由改性劑與水分發(fā)生水化反應(yīng)生成的。隨著齡期的延長(zhǎng)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，不斷生成的水化產(chǎn)物膠結(jié)在一起，形成較為密實(shí)的結(jié)構(gòu)體，空隙不斷減小，水化產(chǎn)物和未反應(yīng)的物質(zhì)已經(jīng)基本融為一體。

由圖7可見(jiàn)，污泥干化過(guò)程中能看到在微觀(guān)結(jié)構(gòu)體內(nèi)呈發(fā)散狀分布的不規(guī)則絮狀水化產(chǎn)物，根據(jù)形貌判斷，水化產(chǎn)物除了有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸鈣凝膠和被包裹住的污泥顆粒之外，結(jié)合XRD的測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)還有鋁酸鈣水化產(chǎn)物的生成，如針狀或者柱片狀的鈣礬石晶體附著在凝膠之中。水化初期，細(xì)顆粒較多且空隙較大，結(jié)構(gòu)體不夠緊密，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，干化污泥養(yǎng)護(hù)7 d后，其形貌較3 d時(shí)更為密實(shí)，空隙逐漸細(xì)化變小，原有的污泥絮狀結(jié)構(gòu)也有所改變，污泥中成片生長(zhǎng)的不規(guī)則多面體水化產(chǎn)物明顯增多，且相互交織糾纏在一起，使污泥和未反應(yīng)的物質(zhì)包裹在一起充填在空隙中，使結(jié)構(gòu)更加整體化，進(jìn)一步增加了微觀(guān)結(jié)構(gòu)體的密實(shí)度，降低了污泥體中的水分含量。試驗(yàn)結(jié)果表明，養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)，水化反應(yīng)更加充分，由于水化產(chǎn)物強(qiáng)烈的吸附、黏附作用使得污泥集料界面黏結(jié)牢固。

2.4 熱重分析

圖8和圖9分別是原樣污泥和干化污泥的熱重分析曲線(xiàn)。從污泥的熱重分析曲線(xiàn)（圖8）可以看出，污泥的重量隨著溫度的升高逐漸減少，其失重曲線(xiàn)可分為3個(gè)階段[30-31]：第1階段為污泥的干燥階段，溫度范圍為室溫至180 ℃之間，在TG曲線(xiàn)上表現(xiàn)出一定量的失重，該范圍內(nèi)重量減少3.13%，減少的物質(zhì)主要為污泥間水分揮發(fā);第2階段為有機(jī)質(zhì)裂解和揮發(fā)分析出階段，溫度范圍為180～575 ℃。隨著溫度的升高，失重迅速增加，反應(yīng)速率加快，在溫度為289.4 ℃時(shí)出現(xiàn)最大反應(yīng)速率峰，最大反應(yīng)速率為-3.21%/min，說(shuō)明在此溫度下有機(jī)質(zhì)裂解成小分子氣體和揮發(fā)分的揮發(fā)速率最大，而后反應(yīng)速率逐漸減小，整個(gè)過(guò)程失重為28.27%;第3階段為焦炭燃盡階段，溫度范圍為575～1 000 ℃，當(dāng)溫度達(dá)到673.2 ℃時(shí)出現(xiàn)峰值，最大反應(yīng)速率為-0.62%/min，根據(jù)文獻(xiàn)[32]，該失重峰應(yīng)為污泥中固定碳的燃燒，也有人認(rèn)為是灰渣中某種礦物質(zhì)在高溫區(qū)間的分解，該階段失重約5.88%。

圖9是經(jīng)過(guò)礦渣基改性劑干化后污泥不同齡期的熱重分析曲線(xiàn)圖。由圖可以看出，干化污泥失重主要分為4個(gè)階段：第1階段為污泥中水分析出階段，溫度范圍為室溫至180 ℃，不同齡期條件下，該范圍內(nèi)重量分別減少3.57%和3.68%，相較于原樣污泥有所提高，說(shuō)明在該溫度范圍內(nèi)除了水分的揮發(fā)，同時(shí)可能存在水化硅酸鈣凝膠和鈣礬石等這一類(lèi)水化產(chǎn)物的吸熱分解[27]，而且齡期7 d比3 d時(shí)吸熱多，失重大，說(shuō)明隨著齡期的延長(zhǎng)，干化污泥中的水化產(chǎn)物鈣礬石等晶體也在增加，這與XRD圖譜結(jié)果一致，同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了污泥的干化效果;第2階段為干化污泥中有機(jī)物分解階段，溫度范圍為180～525 ℃，該范圍內(nèi)重量分別減少9.5%和12.48%，主要是由于經(jīng)過(guò)礦渣基改性劑干化后的污泥中有機(jī)物分解或揮發(fā)組分析出造成的，分別在283.8、299.1 ℃時(shí)出現(xiàn)峰值，相較于原樣污泥，出現(xiàn)峰值的溫度基本不變，但是最大反應(yīng)速率卻大大下降，分別為-1.07%/min和-1.45%/min，說(shuō)明經(jīng)改性劑干化后，污泥中有機(jī)物組分或揮發(fā)組分含量有所降低;第3階段為干化污泥中有機(jī)物的炭化階段，溫度范圍為525～750 ℃，主要是干化污泥中部分有機(jī)物被分解為炭，該范圍內(nèi)重量分別減少4.69%和3.94%;第4階段為焦炭燃盡階段，溫度范圍為750～950 ℃，主要為殘留物無(wú)機(jī)組分的分解導(dǎo)致干化污泥重量進(jìn)一步降低，分別減少23.81%和18.26%，而且分別在947.5、920.1 ℃時(shí)出現(xiàn)最大反應(yīng)速率峰值，這在原樣污泥中是沒(méi)有出現(xiàn)的，說(shuō)明該階段干化污泥分解得到的炭在高溫下與改性劑中的Fe、Si、Al等大量氧化物發(fā)生反應(yīng)，造成干化污泥的化學(xué)組分發(fā)生變化，導(dǎo)致干化污泥中的主要礦物成分鈣鋁黃長(zhǎng)石和鎂硅鈣石含量隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)均有所下降，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了干化污泥的XRD分析結(jié)果。通過(guò)一系列熱分析試驗(yàn)，結(jié)果說(shuō)明，礦渣改性劑與污泥間的物質(zhì)發(fā)生了一系列反應(yīng)，這可能是導(dǎo)致改性劑對(duì)污泥有良好干化效果的原因。

3 結(jié)論

1）隨著材料摻量的增加和養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，污泥含水率大幅度降低。在相同條件下，經(jīng)生石灰和礦渣基改性劑干化后污泥的含水率分別可降至62.50%和42.36%。當(dāng)材料摻量一定時(shí)，生石灰對(duì)污泥的干化效果主要集中在1 d內(nèi)，后期干化速率與原污泥自然蒸發(fā)速率幾乎相同，而礦渣基改性劑還能進(jìn)一步與污泥發(fā)生水化反應(yīng)，從而導(dǎo)致污泥含水率的下降，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d時(shí)才開(kāi)始逐漸趨于平緩。

2）礦渣基改性劑對(duì)污泥有良好的干化效果，主要在于其能夠發(fā)生水化反應(yīng)。在活性激發(fā)劑的作用下，礦渣基改性材料中活性SiO2和Al2O3與污泥中的水分發(fā)生反應(yīng)，主要水化產(chǎn)物為水化硅酸鈣和鈣礬石晶體，這些產(chǎn)物的生成會(huì)填補(bǔ)污泥內(nèi)部的孔隙，污泥會(huì)被牢固地聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，從而降低污泥中的含水率，同時(shí)提高干化污泥的自身強(qiáng)度，有助于污泥的進(jìn)一步資源化利用。參考文獻(xiàn)：

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（編輯 黃廷）