污泥资源化利用的常用方法中，土地利用投资少、能耗低，运行费用低，其中有机物可转化为土壤改良剂的有效成分，符合可持续发展战略，被认为是较有前景的污泥处理处置方式，污泥农用正在成为世界上各国主要的污泥处置方式，欧洲先进国家农业利用率占污泥总量的一半以上，美国、法国等主要国家超过60%。对于污泥农用后的环境影响，国内外都有不少的研究，一般认为在一定限度内施用污泥或其堆肥产品，不会污染农作物，也不会对地表和地下水产生不良影响。

新鲜污泥的含水率太高（一般为80%～96%），给农用造成运输困难、运输量大，或因脱水泥饼分散困难需借助机械设备支持田间操作，使该技术在实际应用中存在较多的困难。因此，脱水和干燥是污泥资源化利用的前提，而干燥后的状态又对其资源化产生重要的影响。污泥干燥后通常结块程度高，硬度大，较难粉碎，对污泥的后续利用产生影响。污泥在植物处理干燥、自燃干燥，塑料棚内干燥和棚外干燥后，污泥的状态、硬度、结块程度等都有较大的差异，为进一步了解污泥干燥后的物理性质等的变化，本研究设置了污泥在不同处理下的干燥状态差异的试验，以探讨不同干燥方式下污泥颗粒分布状况以及对农用的影响，为城市污泥的农用资源化提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设备

通风塑料大棚：用铁条和聚氯乙烯薄膜自行设计的敞开式塑料大棚，呈七面体，长、宽和高分别为8m、5m和2m（顶部为等边三角形，高0.8m）。

塑料框：购于广州塑料市场，长、宽、高分别为0.50m、0.375m、0.29m。每个框底部均匀的钻有洞，以达到可以漏水。

尼龙网布：孔径为0.5mm，购于广州材料装饰城，将网布剪成长、宽分别为1m、0.5m和长、宽分别为0.5m、0.4m的长方形，面积分别为0.5㎡和0.2㎡，备用。

1.2 供试材料

供试污泥：广州市大坦沙污水处理厂污泥。

供试材料的基本性质如下：

1.3 试验设计

在底部均匀钻有小洞的塑料框的底面和四周用剪好的0.5mm孔径的尼龙网布铺好，然后小心向框内放入污泥，放置污泥的量为50kg，约27cm高；另在空旷的地方放置三个底部未钻洞的，大小和体积一样的塑料框，用来接收降水，备用。

本试验设计三个处理，每处理设置三个重复，形成三处理三重复，各处理设置如下：

处理一（露天处理）：将装好一定量的城市污泥的塑料框直接放置于露天的环境中，其上方无挡雨露的其余东西，使之可以完全接收自然降雨。

处理二（棚内浇水）：将装好一定量的城市污泥的塑料框放置于通风防雨的塑料大棚内，并且每次降雨后，浇与降雨量相同的雨水。

处理三（棚内不浇水）：将装好一定量的城市污泥的塑料框放置于通风防雨的塑料大棚内，试验期间不浇水。

试验从2007年9月11日开始，11月10日结束，持续进行60d。

1.4 试验测定方法

城市污泥样品的分析主要按照常规的分析方法：含水率采用烘干法，硬度采用土壤坚实器测定，粒径分布采用比重计法，污泥pH值采用水土比2.5：1混合后用pH计测定。

粒径分布测定采用比重计法：

（1）用天平称取简单压碎的污泥50g置塑料瓶中，先加50mol/L的NaOH约30mL左右，用研棒研磨，使其分散呈糊状。再加入20mLNaOH到塑料瓶中，再继续研磨1min（主要目的是使污泥充分分散）。
    （2）用烧杯装去离子水将塑料瓶中分散处理后的土样，少量多次地洗入1000mL量筒中，定容至刻度1000mL。

（3）先测定空白量筒中的液温或室内温度，根据温度查表，以确定不同粒级的沉降时间（实际上就是我们比重计读取数据的时间）。时间确定后用搅动杆搅动悬液1min（上、下约30此，搅动时不要将搅动杆底板露出液面，以免产生气泡影响读数），然后立即记录开始静置时间，读取比重计数据时，必须提前完成15～20s，将比重计轻轻地放入悬液中。静置时间一结束，立即读出比重计数据，数据经过校正计算后就得出了所求粒级的土粒%含量。

（4）空白校正：另取一量筒加入试验所用的分散剂用量和去离子水定容至1000mL，与测定过程相同的温度下，放下比重计，稳定后，读出水平面与比重计相交的读数（在0点以上为负值，0点以下为正值），作为空白校正值（c）。

结果计算：

各级粒（%）=[读数（R）—空白校正值（c）/烘干污泥样（g）]×100

烘干污泥质量=风干污泥质量/[1+水分%（烘干）]

1.5 数据分析

数据用Excel整理和作图，采用SAS软件对数据进行T检验、方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 处理后城市污泥外观

各处理后污泥的外观有明显的差异。棚内浇水处理的污泥产生的裂缝较大，形成的裂块也较大；而棚内不浇水处理的污泥裂缝较多，裂块较小，这可能是由于污泥干燥过程中的收缩量与其含水率有关。

露天状态的污泥收缩明显，分裂的碎块小而均匀，说明太阳辐射和雨水对污泥干燥程度有影响。在实验中还发现，经露天状态和棚内浇水处理的污泥颜色较棚内不浇水的要深，这可能是因为棚内不浇水处理的污泥长期处于干燥条件下，污泥干燥浓缩后的表面析出一层盐分，而露天状态和棚内浇水的污泥分别由于雨水和浇水的冲刷和稀释，表面的盐分容易淋失和下渗。

处理后污泥形变表现为整体收缩，裂缝扩大，各个裂块相互排斥，这一现象是污泥干燥过程中特有的现象。通过对干燥后的污泥块观察发现，各个裂块之间有许多丝状纤维连接物，有的裂缝之间仅靠这种丝状纤维连接，这些丝状纤维的两端在不同的裂块中，由于裂块内部的干燥收缩造成裂块变形，通过丝状纤维使得裂块相互连接，当然，丝状纤维并非裂块相互靠拢的唯一原因。

太阳光中的紫外线会引起污泥中蛋白质和氨基酸的变性。污泥中含有大量的微生物残体，有机物质含量高。污泥中的蛋白质类物质（如酪蛋白等）在紫外线的照射下，会遭到破坏。氨基酸中的色氨酸、胱氨酸、甲硫氨酸等在日光照射下，会因光分解而受到破坏损失。污泥中的油脂、脂肪酸脂也发生氧化。因此，造成了棚内的的处理与棚外处理之间的差异。露天状态处理的污泥要明显松散，结块程度较低。

2.2 处理后城市污泥物理指标变化

60d后，与初始污泥相比较，各处理的污泥质量、体积和厚度均有显著下降，质量均下降了50%以上，体积和厚度也都下降了40%以上。可见污泥在通风状态下（不管是棚内还是棚外）可以达到较好的干燥效果。

与初始污泥相比较，处理后污泥的含水率都有明显的下降，各处理间都达到显著水平（p=0.05）。其中棚内不浇水污泥的含水率下降幅度大，比初始污泥下降了35.44%，而露天处理和棚内浇水处理的污泥含水率比初始污泥分别下降了27.44%和21.75%。

就棚内外三个处理间的比较而言，处理后污泥的质量和厚度处理间没有显著差异，体积则是露天处理和棚内不浇水处理显著低于棚内浇水，而污泥的坚实度随着水分的减少而成反比增加，不浇水处理显著高于浇水处理。因此，从处理后所测的污泥各项指标变化可以看出，棚内浇水处理的干燥效率低，这可能是由于棚内虽然有一定的增温效果，但是通风效果仍然没有棚外的露天状态好。

2.3 处理后城市污泥的pH和水堇种子发芽系数的变化

由上表可以看出，通过处理后，各处理的pH值有所变化，跟初始污泥的pH值比较而言，露天处理污泥的pH值有所上升，而棚内处理的pH值都有所下降，这可能根塑料棚具有一定的过滤太阳光中的部分紫外光，使得棚内的污泥的有机酸类物质得不到足够的紫外光来氧化和降解，而棚外的污泥在阳光作用下可以将有机酸类物质基本降解，所以造成棚内污泥pH值下降，而露天污泥则上升。棚内浇水处理的污泥pH值要低于棚内不浇水的污泥，这可以是由于浇的是雨水，而广州地区的雨水通常是酸性的。

由上表还可以看出，各处理后污泥的种子发芽系数也变化各异。与初始污泥相比较，棚内浇水处理的污泥的种子发芽系数没有差异，这可能是由于棚内浇水处理的污泥含水率较高，在一定程度上对污泥中的盐分和有毒有害物质起到稀释作用，减少了对水堇种子的毒害。而露天处理和棚内不浇水处理污泥的种子发芽系数要显著低于初始污泥处理，其中棚内不浇水和露天处理的污泥在处理后污泥的含水率低，盐分和有毒有害物质浓缩，造成对水堇种子的毒害较大，尤其是棚内不浇水处理，由于长期不浇水，水分蒸发后，污泥浓缩导致有害物质毒性增大，盐分浓度增加，污泥颜色变白。

2.4 处理后城市污泥粒径分布情况

干燥后污泥的颗粒大小状况对污泥的农业利用有较大的影响。通过对不同干燥处理的污泥的过筛后，各粒级的分布差异很大。

露天处理后污泥粒径大于10mm的含量要显著低于棚内浇水和棚内不浇水处理，而相应的粒径5～10mm和小于5mm的污泥颗粒含量则是露天处理要显著高于棚内浇水和棚内不浇水处理。这是由于露天处理的污泥暴露在环境中，受到雨水和日光等自然因素的影响，结块程度低，形成的小颗粒污泥数量多，污泥较为松散。

2.5 处理后城市污泥水稳性微团聚体和粘粒分布情况

PAM（聚丙烯酰胺）是一种高分子聚合物，典型的PAM是水溶性的阴离子聚合物聚丙烯酰胺，分子量介于12～15mg/mol（即每个分子中含有150000单体单位），商业上它们是作为工业絮凝聚合物（可以加速固体从液体悬浮液中的分离，如在阴沟污泥脱水、采矿、造纸业、精制糖和果汁的分级）和动物饲料制备的稠化剂。污水处理厂通常把PAM用于污泥机械脱水前的调理剂，可以大大改善污泥的脱水性能。但是，脱水后PAM几乎全部残留在脱水污泥中，使得污泥干燥后因PAM的强烈的粘性变得很硬，结块程度高，不利于污泥干燥后粉碎及后续的资源化利用。

PAM降解后，由大分子生成许多低聚物以及丙烯酰胺单体，使PAM的粘度损失，根据PAM的降解与其粘度损失的正比关系，本试验通过对处理后的污泥用不同的分散剂（氢氧化钠和蒸馏水）进行分散试验，并计算出各级粒径的分布情况，以间接反映各处理对污泥中PAM的降解情况。

通过氢氧化钠的分散后，各处理污泥粒径的各级分布有一定的差异，在污泥粒径大于0.05mm部分所占的比例，各处理之间没有明显的差异；污泥粒径在0.05～0.001mm范围内所占比例，露天处理要显著高于棚内浇水和棚内不浇水处理，而棚内2处理之间并没有出现显著差异；污泥粒径小于0.001mm的粘粒所占的比例，则各处理间都出现显著差异，所占比例由大至小依次为棚内不浇水，棚内浇水，露天处理。

通过蒸馏水的分散后，对各处理的各级粒径所占比例进行多重比较结果表明，小于0.001mm级的粒径含量露天处理要显著高于棚内浇水和棚内不浇水处理，其余各级粒径各处理之间无显著差异。

蒸馏水分散与氢氧化钠分散相比较，总体趋势一致，但各处理的各级粒径含量都比氢氧化钠分散的低，这可能因为氢氧化钠（碱性）有很强的分散作用，甚至可以打断PAM结构。不管是氢氧化钠还是水分散后，各处理在各粒径范围内所占比例的差异初步推断与污泥中PAM的降解程度不一致有关。

根据土壤的粒径和性质的关系，卡庆斯基制将土壤中0.05～0.001mm的粒级成为粉粒（也称物理性粘粒），小于0.001mm的粒级称为粘粒，当土壤中的物理性粘粒和粘粒多，土壤板结，不利农业耕作。根据本试验研究，露天处理干燥的污泥中水稳性团聚体（在氢氧化钠作用下容易分散，在水作用下稳定的颗粒物）所占的比例大，对农业利用有利；而棚内不浇水处理的污泥中小于0.001mm的粒级（粘粒）所占比例大，农用后易造成土壤板结。

3 结论

（1）污泥经干燥处理后，会产生裂纹，并有收缩、结块现象。其中，露天状态处理的污泥明显松散，且结块程度较低。

（2）根据对各处理污泥粒级分布的分析得出，露天处理后污泥粒径大于10mm的含量要显著低于棚内浇水和棚内不浇水处理，而相应的粒径5～10mm和小于5m的污泥颗粒含量则是露天处理要显著高于棚内浇水和棚内不浇水处理；根据对处理后污泥分散试验的结果，露天处理干燥的污泥中水稳性团聚体（在氢氧化钠作用下容易分散，在水作用下稳定的颗粒物）所占的比例大，对农业利用有利；而棚内不浇水处理的污泥中小于0.001mm的粒级（粘粒）所占比例大，农用后易造成土壤板结。