201*年9月网络填写版--中国博士后科学基金资助总结报告-样式
中国博士后科学基金资助总结报告
获资助者姓名：全国博士后编号：电话：电子邮件：资助项目：资助编号：执行年限：年月至年月所在设站单位：填表日期：年月日
中国博士后科学基金会制
201*年9月一、获博士后科学基金资助开展研究工作的基本情况
研究题目（中文）：研究题目（英文）：所属学科：一级学科二级学科是否结题□是□否中文摘要（500字以内）关键词（不超过5个，用分号隔开）：本研究工作获得其它国家级或省部级科技计划资助情况（计划名称、项目名称、资助总经费、本人分工、执行期限）本研究工作依托的研究平台和团队：□国家重点实验室□国家工程技术研究中心□国家工程研究中心□国家工程实验室□企业国家技术中心□教育部985工程研究平台□国家重点学科基地□中科院院士研究团队□中国工程院院士研究团队□国家自然科学基金创新研究群体□教育部创新研究团队□其他
二、获博士后科学基金资助开展的研究工作总结
1．与预期研究计划和目标比较，说明执行情况及存在的问题。2．研究工作主要进展及所取得的成果（说明主要的科学发现和创新之处，附必要数据。）3．研究成果的科学意义、应用前景、推广开发价值以及经济和社会效益。4．开展国内外学术合作交流及本人的成长情况。三、获博士后科学基金资助的研究成果目录（可加项）
序号111111成果类型专著期刊论文会议论文专利获奖其他成果或论文名称主要完成者成果说明标注状况注1、“成果类型”栏，分为“专著/期刊论文/会议论文/专利/获奖/其他”六类，请归类集中填写并单独编号；
注2、“标注状态”栏，用于说明有无标注“中国博士后科学基金资助及项目批准号”等。注3、“成果说明”栏，用于填写如期刊名、获奖类别、级别等必要的说明和便于其他人查询的信息，具体要求如下：
1）期刊论文按“全部作者，论文题目，刊物名称卷（期）起-止页码，年月（SCI/SSCI,EI,ISR收录，如是该类杂志）”格式填写说明；
2）会议论文按“国际/国内，特邀报告/口头报告/墙报展示，全部作者，论文题目，会议名称，时间，地点”格式填写说明；
3）专著按“全部作者，书名、出版社，出版时间，字数，发行量”格式填写说明；4）专利按“获准专利国别，类别，专利号，获专利时间”格式填写说明；5）获奖按“授奖单位，授奖时间，奖励名称，等级”格式填写说明。6）其他，根据实际情况填写并做必要的说明。
四、获博士后科学基金资助的成果统计表
国家级获奖自然科学奖科技进步奖发明奖省部级自然科学奖科技进步奖专著中文外文国际学术奖其它（项）一等二等一等二等一等二等一等二等一等二等专著/论文发表论文数国际会议全国性会议刊物特邀分组特邀分组国际国内国内一刊物（篇）报告报告报告报告刊物刊物般专利（项）专利及其他国内国外四大检索系统SCIEIISR已出版待出版已出版待出版成果推广及经济效益可推广项数已推广项数3
经济效益软件/其他成果图表/图集新仪器/鉴定及新方法其他申请批准申请批准（万元）数据库五、获博士后科学基金资助以来获得其它科技计划和人才计划资助情况
计划名称资助部门资助时间资助金额项目名称负责或参与六、获资助者承诺
我所承担的博士后科学基金资助项目是：，编号：。我所填写的资助总结报告内容实事求是，数据详实。在今后的研究工作中，如有与本项目相关的成果，将标注“中国博士后科学基金资助”。获资助者：年月日七、审核意见
合作导师审核意见：合作导师：年月日设站单位审核意见：负责人：设站单位公章年月日八、博士后基金资助金使用情况
开支内容金额（单位：元）备注支出合计：余额：
获资助者（签字）：
年月日
设站单位管理部门负责人（签字）：
（公章）年月日
设站单位财务负责人（签字）：
（公章）年月日
扩展阅读：污水处理厂脱水污泥强化干化技术机理研究-中国博士后基金结题报告
中国博士后科学基金资助
项目总结报告
姓名李春萍编号67425
所在设
站单位清华大学
项目名称污水处理厂脱水污泥碱式强化干化
技术机理研究
资助金额三万元
中国博士后科学基金会制
（二零一零年六月）
I中文摘要
本文通过研发快速高效泥灰混合设备对脱水污泥进行加碱处理，研究脱水污泥加碱稳定化及半干化的效果；考察泥灰混合设备的混合效果，及对脱水污泥性能的改善作用和对污泥半干化的促进作用。主要研究成果如下：
自主设计开发了一套具有自主知识产权的、国产化的犁刀形污泥/石灰高效混合样机，可以提高氧化钙在污泥中的分散度，实现污泥和石灰的充分的混合。解决了我国较为原始的在蜗杆输送机中加入钙粉，物料主要只经过推送过程，而导致混合不均匀（耗钙粉多、混合不均匀，效果差）同时难以实现污泥性状的改善的现状。为其规模化、工厂化的应用打下了理论基础和科学依据。
实验选择温度、pH、粪大肠菌值、臭度四个指标做为污泥稳定化的评价因子。通过在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，从污泥的温度最高能达到53℃，并能维持两个小时以上。pH>12并维持值3天以上。同时杀菌效果极显著，原污泥中粪大肠菌值为1.10×10-8g/MPN，而所有处理后污泥中，粪大肠菌基本全被杀灭，其值大于0.333g/MPN，达到了未检出的指标，污泥实现了稳定化和无害化。在臭度方面，污泥中臭味强度显著降低，从5级降为2级以下，即：从无法忍受的强烈臭味降低至勉强可以感觉到轻微臭味。最后对不同处理的污泥稳定化进行模糊评价，模糊评价的结果表明：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，污泥稳定化程度高，评价结果都为一级。
实验通过含水量和蒸发速率来评价污泥半干化的效果。随着石灰添加量的增加，单位质量污泥中水分的蒸发速率也随着增加。在污泥中添加15%工业用生石灰，自然蒸发24小时后，含水率就从刚混合后的72.78%降为59.75%，48小时之后更是降低到了38.20%。
与未添加石灰的对照相比，添加7%、10%、12%、15%的石灰后，污泥中的重金属Cd、Pb、Cu、Zn在酸可提取形态中的含量大幅度降低，在铁锰氧化态、有机结合态和残渣态中的含量增加，不可利用态均达到了95%以上；不同处理之
I间，以添加15%的石灰对重金属的钝化效果最好，其次为7%，10%与12%的处理没有差异。因此，基于经济因素考虑，添加7%的石灰就可以将污泥中的重金属钝化。
关键词：污泥石灰半干化稳定化犁刀形污泥/石灰高效混合器
IIABSTRACT
Thisarticalfocusesonthefastspeed,highefficiencysludgeandlimemixingequipment,researchonthesludge’sstabilityandsemi-dryingeffectbyaddinglime.Alsoinvestigatetheequipment’smixingeffects,andthepromotiononthedewateredsludge’spropertyandsemi-dryingeffect.Themainresearchresultsareasfollows:
Designaplow-shapedsludgemixerindependently,whichcanfullymixthesludgeandlimeandcanfreelyadjustsomeparameters.Breakthecurrentsituationthatourcountryhasnorelevantequipmentsinthisfield,andprovidesomeimportantreferencesfortheindustrialapplication.
Fourindicatorssuchastemperature,pH,manurecoliformvalueandfetiditywereselectedasthefactorstoevaluatethestabilizationofsludgeinthisexperiment.Afterthatthesludgesamplesweremixedwith15%oflime(AR)and5%,7%,10%,12%and15%ofindustriallimeseparately,thetemperatureandpHofthesesamplesmetthestabilizationrequirementsofsludgeinEUDirection(CR13714-201*)andthestabilizationstandardissuedbytheUnitedStatesEnvironmentalAgency(USEPA1993).Atthesametime,thebactericidaleffectwasverysignificantandmanurecoliformvaluetrendedtodeclinesignificantlyinsludge.Itachievedthestableandinnocuousmanagementofsludge.Thedegreeoffetidityofsludgedeclined
significantlyfromClass5toClass2orlower,i.e.fromastrongunbearablesmelltoaslightodor.Finally,thestabilizationofsludgewithdifferenttreatmentswasgivenafuzzyevaluationandtheresultsshowthat:afterthatthesludgesamplesaremixedwith15%oflime(AR)and5%,7%,10%,12%and15%ofindustriallimeseparately,thestabilizationdegreeofsludgeisahighandallevaluationresultsareClass1.
Theeffectofsemi-desiccationofsludgewasevaluatedbymoisturecontentandevaporationrate.Thedehydratedsludgemixedwith15%oflimecanbeproducedintheexperimentanditcanmeettherequirement(i.e.themoisturecontentshouldbelowerthan60%)of“PollutionControlStandardfortheLandfillSiteofMunicipalSolidWaste”(GB16889-201*)issuedinChinanewlyafternaturalcuringadayortwo.
IIIComparedtothecontrolwithoutaddedlime,add7%,10%,12%,15%ofthelime,theheavymetalsofCd,Pb,Cu,Zninacidextractableformcametoasignificantreductioninthecontent,and,increasedinmanganeseoxidationstate,organicboundandresidualinthecontent.Theusablestatecanexceededtomorethan95%.Adding15%ofthelimehadthebesteffectonheavymetalpassivityamongdifferenttreatments,followedby7%.10%and12%ofthedealwerenotdifferent.Therefore,basedoneconomicconsiderations,add7%ofthelimetosludgecanbeencouragedontheheavymetalpassivity.
Keywords：Sludgelimesemi-dryingstabilityplow-shapedsludgemixer
IV
目录
第1章引言..............................................................................................81.1研究背景...........................................................................................91.1.1污泥的产生及危害........................................................................91.1.2脱水污泥处理处置现状..............................................................101.1.3污泥干化技术研究现状..............................................................121.2污泥碱式干化处理技术研究进展....................................................131.2.1污泥碱式干化技术研究意义.......................................................131.2.2污泥碱式干化技术原理..............................................................141.2.3污泥碱式干化研究现状..............................................................151.3课题设计.........................................................................................161.3.1研究目标.....................................................................................161.3.2技术路线.....................................................................................16第2章加碱干化核心设备的研发..........................................................182.1污泥泥质特性及与碱性物质的混合要求.........................................182.1.1污泥的泥质特性..........................................................................182.1.2污泥加碱的混合要求..................................................................192.2加碱干化设备存在的技术难点........................................................192.3犁刀型污泥/石灰高效混合器的开发...............................................202.3.1研究中对犁刀型污泥/石灰高效混合器的改进............................212.3.2其他配置组件的开发..................................................................232.3.3加碱干化的工艺流程..................................................................23第3章加碱对脱水污泥的稳定化效果...................................................253.1实验材料及方法..............................................................................253.1.1实验材料.....................................................................................253.1.2测定指标与测定方法..................................................................25
V3.2加碱对污泥的升温效果...................................................................263.2.1加碱升温原理.............................................................................263.2.2不同对污泥升温增加的效果.......................................................263.3加碱对污泥pH值的改变................................................................273.4加碱对污泥中粪大肠菌群的杀灭效果............................................293.5加碱对污泥臭味的控制...................................................................313.6不同处理对污泥稳定化的模糊评价................................................323.6.1评价因子及等级..........................................................................323.6.2评价等级.....................................................................................323.6.3隶属函数.....................................................................................333.6.4权重计算.....................................................................................333.6.5模糊运算.....................................................................................343.6.6综合评价结果.............................................................................343.7本章小结.........................................................................................35第4章脱水污泥加碱后的半干化效果...................................................364.1脱水污泥半干化的必要性...............................................................364.1.1污泥处置方法与水分要求...........................................................364.1.2脱水污泥中水分的存在状态.......................................................364.1.3常用的污泥破解方法..................................................................374.1.4污泥的半干化.............................................................................374.2实验材料及方法..............................................................................384.2.1实验材料.....................................................................................384.2.2测定指标与测定方法..................................................................384.3脱水污泥加碱后的蒸发速率变化....................................................394.3.1蒸发速率的计算..........................................................................394.3.2污泥含水率随蒸发速率的变化...................................................404.4生石灰中CaO的有效含量对污泥半干化的影响............................414.4.1材料与方法.................................................................................414.4.2实验结果.....................................................................................414.5石灰对不同含水率脱水污泥的半干化效果.....................................424.5.1石灰对不同含水率脱水污泥半干化效果....................................42
VI4.5.2石灰添加量对不同含水率脱水污泥半干化效果.........................434.5.3养护对不同含水率脱水污泥半干化效果....................................444.6不同碱剂对污泥半干化的效果........................................................464.7本章小结.........................................................................................48第5章脱水污泥加碱对重金属的固定效果...........................................495.1BCR法.............................................................................................495.2分析方法.........................................................................................505.3石灰不同处理对重金属的钝化效果................................................505.3.1不同比例的石灰对Cd形态的影响.............................................505.3.2污泥加碱对Pb形态的影响........................................................525.3.3污泥加碱对Cu形态的影响........................................................545.3.4污泥加碱对Zn形态的影响........................................................565.4石灰不同处理与重金属钝化效果的灰色关联度分析......................585.4.1灰色关联度.................................................................................585.4.2不同处理对重金属钝化效果的灰色关联度分析.........................58第6章结论与建议.................................................................................616.1结论.................................................................................................616.2建议.................................................................................................63参考文献....................................................................................................64
VII第1章引言
随着经济的发展和生活质量的提高，公众对环境问题愈来愈关注，对环境质量的要求也逐渐提高。为节约水资源，改善生态环境，我国的污水处理事业迅猛发展，污水处理过程中所产生的污泥量也日益增加。废水处理目前常用的方法有物理法、化学法、物理化学法和生物法。污泥是城市污水处理过程中产生的一种副产品。在污水处理中，通过微生物的作用，污染物质从水相转移到固相，从而产生了污泥。
污泥中有机物含量多，性质不稳定，易腐化发臭，有毒有害污染物含量高，污泥中还含有病原菌及寄生虫卵，威胁着人类健康。随着城市生活污水处理量和处理率的大幅度提高，污泥已经成为困扰污水处理厂的最严峻的现实难题之一，只有实现了污泥的安全无害化处置才能达到消除污染的目的。据统计，我国仅城市污水处理厂每年就排放干污泥约2×105t,以湿污泥计约（3.8～5.5）×106t。据有关预测，我国城市污水量在未来二十年还会有较大增长，201*年污水排放量将达到140×108m3/d；2020年污水排放量将达到440×108m3/d。
但是我国污泥处理处置技术才刚刚起步，长期以来，我国一直存在重废水处理，轻污泥处理的倾向。在我国已经建成的污水处理厂中，具有污泥稳定处理设施的还不到1/4，污泥处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10。大部分污水处理厂都没有污泥处理的配套设施。有资料显示：60%以上的污泥未经处理直接农用，不仅不符合污泥农用的卫生标准，而且容易产生重金属污染和有毒有害污染等二次污染的环境问题。虽然相对于污水处理的体积来说，污泥产生的体积要小得多，如活性污泥法处理废水时，剩余活性污泥体积通常只占到处理废水体积1%以下，但从污染净化的完善程度出发，污泥处理占有十分重要的地位，必须引起高度重视。
污泥加钙处理是脱水污泥进一步处理中最早得到应用的方法之一，由于工艺简单，能耗低等原因，至今仍是污泥处理处置中一个常用的手段。较为经典的应用分别是利用加入氧化钙后pH和温度的升高来实现污泥的杀菌；或利用添加氧化钙及其他物质（如飞灰、水泥、碳酸钙等）后污泥的固化效果来满足污泥的填埋工艺要求。另外，处理过程中选择适宜的混合条件可有效改变污泥的性质，由致密、粘稠变成疏松、流动性能好、便于储存和运输的物料。
1.1研究背景
1.1.1污泥的产生及危害
城市污水污泥的处理处置问题是伴随着污水处理厂的产生而产生的。污泥是城市污水处理过程中产生的体积最大的副产品，含水率高、不易脱水。污泥中既含有易腐败的有机物质和无机营养元素，也含有大量的病原菌、寄生虫（卵），还有Cu、Zn、Cr和Hg等重金属，以及部分有害的难降解有机物，如多环芳香族碳氢化合物等。这些化学物质不仅会污染地表水和地下水源，污泥散发的臭气也会污染空气，病原体对人类健康也是潜在的威胁。
随着经济发展，污水处理量逐年增加，污泥产生量也迅速增加。表1.1中列出了《中华人民共和国国民经济和社会发展统计公报》中公布的近几年来我国城市污水日处理能力及污水处理率。201*年末我国城市污水处理厂日处理能力达7000万立方米，增长率达10.0%；城市污水处理率由1995年的19.4%上升到59.0%。按处理1000吨污水产生1t含水率为80%的污泥计算，年产生污泥约2600万t。目前我国城市污水厂每年排放干泥约130万t，并以每年10%的速度增长[1,2]。按照《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》和《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》要求：到201*年，全国设市城市的污水处理率不低于70%，“十一五”期间新增城市污水日处理能力4500万吨。城市污水处理量和污泥产生量还将进一步增加。污泥处理处置问题的解决迫在眉睫。
表1.1城市污水处理量及处理率[3]
年份201*201*201*201*201*
城市污水日处理能力/万m3
42537402809161227000
城市污水处理率/%
42.143.648.45659
过去我国一直“重水轻泥”，污泥在我国目前尚无妥善的最终处置方法，许多污水厂污泥随意堆放造成二次污染，污泥发臭引起居民不满，带来了严重的环境和社会问题。随着污泥产量增加，城市污水污泥的处理与处置已成为最复杂的环境问题之一，引起各国政府、社会和生产部门的广泛关注，并作为环保热点问题进行研究。我国十一五期间(201*~201*)预计将有3000多亿资金投向污水处理设
施建设，其中在污泥处理方面的投资约占总投资的40%，污泥处理处置已成为重点。各国各地区都在积极探索城市污水厂污泥的有效处理处置道路。
1.1.2脱水污泥处理处置现状
目前我国污泥的处理处置所依据的原则是“减量化、稳定化、无害化和资源化”。脱水污泥的处理处置方法有多种，国内常见的脱水污泥的处理工艺有热干化、堆肥和焚烧，最终处置工艺有卫生填埋、农业利用和建材利用。处置工艺见表1.2。
表1.2我国脱水污泥处理处置工艺说明
处理处置方法
在机械干化装置中，通过提供补充
热干化
降低重量，缩小体积
热量来增加污泥周围空气的湿含量，并提供蒸发的潜热。干化后的污泥含水率可降至10%以下，这对于污泥焚烧和制造肥料非常有利。
回收产物，减小
污泥堆肥
体积，提高污泥用于农业的适用性
堆肥是将干污泥中的有机物进行好氧氧化和降解形成稳定的类似腐殖质最终产物的过程。堆肥后的污泥可用作土壤的改良剂。
如果污泥肥效不高，或者存在有毒
污泥焚烧
的重金属，不能保证其用于农业，
缩小体积
污泥可以焚烧。用于焚烧的污泥一般是未经好氧或厌氧消化处理而直接脱水的污泥，这种污泥热值较高。
卫生填埋农业利用
接纳处理后的污泥，解决处理后的最终出路接纳处理后的污泥，充分利用
可以和城市垃圾一起在垃圾填埋场进行卫生填埋。
处理后的污泥应具有较高的肥力，重金属和有毒有害物质的含量也达
要求处理后的污泥体积尽可能小，且有较高的承载能力。主要焚烧设备有回转窑炉、多段焚烧炉、流化床焚烧炉等。主要干化机械有急骤干化器、转动干化器、流化床干化器等，热源可以用湿污泥厌氧消化后的沼气。
堆肥过程所需的氧气可以通过定期机械翻堆和强制通风来实现。污泥可以单独堆肥，也可以和木屑或者城市垃圾一并堆肥。
目的和作用
工艺方法
主要设备和要求
------
污泥的肥分，改良土壤接纳处理后的
建材利用
污泥，利用污泥的土质成分，烧制砖瓦等
到农用标准
烧制砖瓦、制造轻骨料等需要处理后的土质污泥，而利用玻璃体骨料技术则可以直接接纳处理后的剩余污泥
------
以上常见的处理处置工艺，对污泥的含水率都有一定要求。将脱水污泥直接用于上述处理处置工艺，存在很多问题。
焚烧对污泥的减量化效果最好，但是含水率高大大降低了污泥的热值。干污泥的热值为3000～4000kcal/kg，而脱水污泥的热值仅为200kcal/kg，需要[4]添加大量的辅助燃料。资料显示，焚烧含水率80%的污泥，每吨污泥（干基）的辅助燃料需消耗304～565L重油，能耗很大[2]。若脱水污泥含水率高于80%，将消耗更多的重油，能耗更大。近几年，在我国江苏、浙江等地，陆续建立了污泥焚烧厂，污泥焚烧可以达到很好的减量化、无害化，但由于污泥含水率高，使得污泥焚烧热值低，焚烧时需要添加大量的辅助燃料，这一方法将会受到很大限制。
污泥堆肥化是一种受控制的生物降解和转化过程，并且产物可以作为肥料出售获得收益，是一种资源化的处理方式。但是微生物的生长对含水率也有要求，关于堆肥的最佳含水率在文献中并不一致，但多数认为50%～60%的含水率最利于有机物的降解。
污泥的填埋一直存在争议，目前，污泥消化后经脱水再进行填埋是国内许多大型污水处理厂中常采取的方式，但是由于消化工艺复杂、一次性投资大、运行操作难度大，实际运行经验表明往往难以达到预期的效果。由于污泥含水量高，呈塑性，易流动，若大量进入填埋场，很可能引起堆体滑坡，存在较大的安全隐患。因此，一般脱水污泥不适合进行填埋。我国《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-201*）规定，城市污水厂污泥只有在处理后含水率降到60%以下，才可进入填埋场。在其他国家，污泥填埋也受到严格限制。如在欧洲，含有可生物降解有机物的固体废弃物将不允许填埋，丹麦、瑞士已分别于1997年7月1日和201*年1月1日实施了该项禁令。德国已经通过的新版本《城市废物技术指南》明文规定，禁止填埋有机物含量超过5%的污泥[5,6]。
可见，脱水污泥的高含水率高是其进一步处理处置的障碍，这就要求污泥必须进一步降低含水率，以满足减量化和资源化的要求。
1.1.3污泥干化技术研究现状
污泥干化技术分为热干化、石灰干化和生物干化三类。（1）污泥热干化
污泥经机械脱水后，在外部加热的条件下，通过传热和传质过程，使污泥中水分蒸发，即随着相变化使水从泥中分离出去。
（2）污泥石灰干化
污泥经机械脱水后，往污泥中投加干燥的生石灰（CaO）或熟石灰Ca(OH)2，进一步降低污泥含水率，同时使其pH和温度升高，以抑制病菌和微生物的生长。
（3）污泥生物干化
污泥经机械脱水后，在生物活动产生的较高温度条件下，对有机物的生物降解和稳定过程，最终生成性质稳定、可利用于土壤的熟化污泥。
污泥的三种干化技术都同时实现了污泥的干化和稳定化，达到“减量化、稳定化、无害化”的目的，同时实现污泥的资源化利用或最终消纳，并有效防止污泥中污染物对人体健康和环境造成不良影响。不同的干化方式都有自己的特点，见表1.3
表1.3我国脱水污泥干化处理处置特点比较
种类优点1污泥显著减容，体积可减少4~5倍；1设备昂贵；缺点2形成颗粒或粉状稳定产品，2能耗高；污泥热干化污泥性状大大改善；3干化产品的含水率控制在抑制污泥中的微生物的活动水平。1成本低，工艺简单；2脱水污泥进行处理可以达污泥石灰干化到半干化固化和杀菌的作用；3产品具有多种用途，如建筑材料、土地利用等。污泥生物干化1能耗低；2系统安全性能高；1污泥与石灰不容易均匀混合；2对设备有腐蚀作用。1普遍存在干化时间长（一般为2~4周）、粘度大、通风效3蒸发潜热高；4存在粉尘爆炸等安全隐患。
3干化产品可直接填埋、肥料化或燃料化。果不佳；2装置庞大，操作不方便；3存在渗滤液和臭气控制的问题。1.2污泥碱式干化处理技术研究进展
1.2.1污泥碱式干化技术研究意义
201*年建设部发布的行业标准《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质（CT/T249-201*）》规定城市污泥进入垃圾填埋场填埋含水率应该≤60%，这一新规定使污泥填埋受到限制；污泥堆肥由于占地面积大、对周遭环境造成污染及堆肥产品缺乏市场等原因应用也受到限制。近年来，污泥碱式强化干化技术因其成本低、效能高等优点而越来越受到关注。
在污泥中加入石灰使污泥的PH值大于12并保持一段时间，利用强碱性和释放出的大量热能杀死病原体，降低恶臭并钝化重金属[7,8]，经过碱式强化干化后的污泥呈粉末状或块状，体积仅为原来1/5～1/4。同时，微生物的活性受到抑制，避免了产品因为生物的作用而发霉发臭利用储藏和运输。碱式干化使污泥性能得到全面改善，产品用途广泛，可进行堆肥处理、农用及用于建材等。[9-11]在污泥处置策略中,污泥碱式干化被认同是的一种安全可靠的处置方式由此可见，欧洲乃至全世界的污泥处置技术正逐渐地向污泥的热处理（即：污泥碱式干化）方向发展。如图1.1是根据污泥加钙处理后物料性能的变化来汇总处理后各种可能的处置和利用途径。
原始污泥生物稳定（如厌氧发酵）机械脱水污泥加碱处理（半干化/稳定化）建材利用垃圾焚烧电厂焚烧水泥厂焚烧农业、绿化利用、土壤改良图1.1污泥加钙处理后的处置和利用途径
卫生填埋1.2.2污泥碱式干化技术原理
（1）由于碱性物质的作用致使污泥中的pH值增高；（2）由于反应放热导致污泥温度升高；
（3）反应生成物中结合了游离水，同时由于放热反应，一部分游离的水被蒸发。
将污泥与石灰均匀混合，石灰与污泥中所含的水分发生如下反应：
1kgCaO+0.32kgH2O→1.32kgCa(OH)2+1177kJ
根据这一反应，每投加1公斤的氧化钙有0.32的水被结合成为氢氧化钙，反应所生成的热可蒸发约0.5公斤的水。
生石灰与水反应生产氢氧化钙后，会继续与污泥中的其他物质发生进一步的反应，如生成物氢氧化钙与CO2的反应：
1.32kgCa(OH)2+0.78kgCO2→1.78kgCaCO3+0.32kgH2O+2212kJ这一反应会进一步发热，致使污泥温度不断升高。
1.2.3污泥碱式干化研究现状
污泥碱式干化在意大利罗马，美国华盛顿，德国汉堡等地方有着广泛的应用。如图为欧盟指引（CR13714-201*），其工艺要求为：pH值为12，温度为55oC，时间为2小时。原污泥石灰脱水混合器绝热污泥仓图1.2欧盟指引中污泥碱式干化工艺流程
卫生化，中等稳定化污泥
在美国的污水处理厂theBluePlainsAdvancedWastewaterTreatmentPlantinWashingtonD.C.。也采用石灰来提高脱水污泥的稳定性。水厂的工艺流程为：这些由主沉降缸产生的固体-或污泥-被送往大桶中，在重力作用下较浓的污泥沉淀至底部随后逐渐富集。中级及氮化反应器产生的生物学固体分别被使用气浮浓缩而富集。富集后的污泥随后被脱水，并加入石灰以杀死病原体，随后有机的生物学固体被应用于马里兰州和维吉尼亚州的农田里，如图1.3。
初沉污泥重力浓缩池石灰浓缩污泥进料生物学固体污泥气浮浓缩池离心和带式脱水混合后续利用
图1.3美国的污水处理厂加碱稳定化过程
而在我国的现状对污泥处理处置的现状是：
（1）装置问题：较为原始的处理装置是在蜗杆输送机中加入钙粉，物料主要
只经过推送过程，所以混合不均匀（耗钙粉多、混合不均匀，效果差）同时难以实现污泥性状的改善。
（2）内部结合水问题：污泥通过碱式干化后蒸发掉一部分水。还有一部分水存在于污泥中需要较长的自然干化才能实现。所以考虑通热风加快干化速度。
1.3课题设计
1.3.1研究目标
针对我国污泥产量大、处理成本高的现状特点，以污泥减量化和资源化为目标：
（1）研发实验室碱式半干化设备；
（2）明确污泥干化技术反应机理，找出最经济最合适的干化效果；（3）减少污泥最终处置数量，污泥含水率控制在60%以下；
（4）污泥干化处理产物可以达到201*年建设部发布的行业标准《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质（CT/T249-201*）》所规定的城镇污水处理厂污泥排放的最高限值。
1.3.2技术路线
根据实验研究目的与内容，设计了技术路线图，如图1.4。
加碱干化核心设备研发加碱对脱水污泥稳定化效果研究污泥干化设备及其不足污泥泥质特性分析污泥加碱的混合要求0%工业石灰5%工业石灰7%工业石灰10%工业石灰12%工业石灰15%工业石灰15%分析纯灰犁刀型污泥/石灰高效混合器的开发高效混合器的改进其它配置组件的开发对污泥升温的效果对污泥pH值的改变对粪大肠菌群杀灭效对污泥臭味的控制脱水污泥加碱半干化效果研究原始脱水污泥5%工业石灰7%工业石灰10%工业石灰12%工业石灰15%工业石灰15%分析纯脱水污泥加碱后蒸发速率变化CaO含量对污泥半干化影污泥稳定化模糊评价石灰对不同含水率脱水污泥半干化效果石灰对不同污泥不同石灰添加量养护对不同污泥
图1.4技术路线图
第2章加碱干化核心设备的研发
由于污水处理厂脱水污泥的含水率高，一般在75～80%，给污泥处置、运输和利用造成了困难。要解决污泥处置问题，首先必须对污泥进行进一步脱水处理。经研究比较，最佳的污泥再脱水方法是进行干化。
脱水污泥加碱干化在西欧和北美有很长的历史，是至今在污泥处理处置中仍然采用的一个方法，如美国华盛顿污水处理厂每天1000多吨（201*年数据）的污泥经过加钙消毒后用于农业、林业和土地修复。
2.1污泥泥质特性及与碱性物质的混合要求
2.1.1污泥的泥质特性1）粘度高
污泥属于粘性流体中的非牛顿流体[12,13]。即：污泥的切应力和剪切速率之间存在着非线性关系，粘度值随剪切应力或剪切速率的变化而改变。工程中，常用“粘度”表示其流变特性。
描述非牛顿流体流变性的方程主要有Ostwald方程、Herscher一Bulkly方程和Bingham方程[14]，分别如下式所示：
τw=μ(dv/dy)n
(2-l)(2-2)(2-3)
τw=τ0+μ(dv/dy)nτw=τ0+μ(dv/dy)
其中：τw表示剪切应力；τ0表示初始屈服应力；μ表示粘度。
根据黄志斌等人[15]的测量，含水率为80.5%的污泥，其粘度为0.738×103Pas；且随着含水率的增加，污泥的粘度也增加，55%～65%左右的含水率被众多学者认为是污泥的胶粘临界点[16]。
污泥的“胶粘相”一直被视为污泥干化的瓶颈。污泥干化设备首先需要打破其粘度，因此，混合成为污泥加碱干化的关键。
2）密度高
污泥密度的测量方法为：在25ml量筒中加入体积为V1的去离子水，称量其初始质量M1；往量筒内加入少量污泥，称量其质量M2，记录其体积V2，则污泥的密度为
ρ=M/V=(M2-M1)/(V2-V1)
经测量，本试验所用污泥的密度为1.05g/cm3。3）流动性差
本试验中，不同含水率下的污泥物理状态见表2.1。
表2.1不同含水率下的污泥物理状态
含水率（%）90%以上80～9070～8060～7050
物理形态近似液态粥状柔软，但不可流动
近似固态粘土状
4）颗粒细
污泥颗粒的大小、表面电荷水合的程度以及颗粒间的相互作用是影响污泥浓缩、脱水、干化等性能的主要因素。首先，污泥颗粒越小颗粒的比表面积越大。这意味着更高的水合程度和对过滤(脱水)更大的阻力及改变污泥脱水性能更多的化学药剂。其次，污泥中颗粒大多是相互排斥的。由于水合作用，有一层或几层水附在颗粒表面而阻碍了颗粒相互结合，并且污泥颗粒一般都带负电荷，相互之间表现为排斥，造成了稳定的分散状态[11,12]。
2.1.2污泥加碱的混合要求
污泥加碱处理工艺的关键是污泥与石灰的有效混合。如何实现低廉的运行成本（即低电耗、低消耗CaO）以及良好的污泥物理形态是混合技术的关键。较为原始的处理装置是在蜗杆输送机中加入钙粉，物料主要只经过推送过程，所以混合不均匀（耗钙粉多、混合不均匀，效果差）同时难以实现污泥性状的改善[17]。因此，采用传统的机械搅拌混合技术无法满足这一要求[18]。
干化设备开发应主要考虑以下因素：干化效果好；设备性能稳定，操作简单；运行费用低；购置设备的一次性投资较低；安全措施完善；维护保养方便等。
2.2加碱干化设备存在的技术难点
脱水污泥是一个粘稠、致密及具有触变性的物料，在既定的污泥和氧化钙原料下，氧化钙粉料如何在工程上均匀的与污泥混合，是污泥加钙处理中的一个最重要的环节。North等[26]对同样的污泥来源（华盛顿污水处理厂）用两种不同
的工艺条件处理并对处理后的污泥进行微观形态学分析，发现氧化钙与污泥的结合程度有明显的差别。氧化钙在污泥中的分散度越低，越不利于反应。华盛顿污水处理厂通过改进混合技术与条件，氧化钙添加量从25%降至15%。
图2.1BluePlainsWWIP污水处理厂污泥处理所产生的石灰稳定生物固体稀薄剖面。注:BluePlainsWWIP污水处理厂（A，B）和K-F环境技术有限公司（C，D）都开展了石灰稳定实验，石灰稳定污泥样品从全面的系统中获得，灌入干净的塑料浸渍树脂，干燥，硬化，切成薄片，附上切片并进行抛光。污泥呈现褐色;石灰呈现蓝色，白色区域则表示什么都没有。
通过上述的论述可以看到污泥加钙处理反应过程中混合后氧化钙在微观上与污泥的混合程度及分散度对反应很重要，加入的氧化钙在污泥中的分散度越高，对提高反应速度和节省氧化钙用量越有利。由此可见，加碱干化设备需要做到能够使得污泥和石灰充分的混合。
2.3犁刀型污泥/石灰高效混合器的开发
犁刀型污泥/石灰高效混合器是一种新颖高效混合设备。其工作原理是：由主动轮减速机带动犁刀组轴运动，一方面将物料沿筒体圆周作径向周向湍动，同时将物料沿犁刀两侧的法线方向抛出，另一方面被抛出物料经飞刀组时，被高速旋转的飞刀剪切搅拌而强列的抛散，物料在犁刀和飞刀的复合作用下，不断更叠、
扩散、块状固－固（粉体与粉体）、固－浆（粉体与胶浆液）的物料或密度差异较大的物料也能混合。
2.3.1研究中对犁刀型污泥/石灰高效混合器的改进
犁刀型污泥/石灰高效混合器主要由传动部分、卧式筒体、犁刀组轴、飞刀组、出料阀、加热装置等部件组成。
传动部分：由主电机和减速机传送给犁刀组轴。
卧式筒体：上部设有进料口、观察孔，筒体一侧开有物料清洗门。犁刀组轴：犁刀根据容积大小安排犁刀数量，安装在主轴上，在筒体内作圆周湍动流混合物料。
飞刀组：副电机直接连结两套飞刀，高速飞刀有强列抛散剪切的搅拌作用。出料阀：安装筒体尾部，供放料用。
加热装置：热电偶加热后，通过热风装置，将热量输送到混合器内，达到热干化的目的。
1主电机2犁刀3主电轴4机身
图2.2核心设备剖面图
图2.3犁刀型污泥/石灰高效混合器设计图
图2.4犁刀形污泥/石灰高效混合器（反面）
图2.5犁刀型污泥/石灰高效混合器（正面）
图2.6犁刀形污泥/石灰高效混合器内组件犁刀（a）和飞刀（b）
2.3.2其他配置组件的开发(1)自动控制系统的开发：
开发的自动控制系统主要由仪表（温度传感器）及控制设备等组成。其功能主要是对系统设备的状态、温度传感器参数进行监测，并把监测到的数据上传；接受控制级的指令对执行机构进行控制。
(2)安全起跳系统的开发
采用弹簧、封闭、微启式安全阀起跳系统。阀瓣开启高度为阀座直径的1/15～1/20。安全阀的起跳压力为1.2～1.25倍的工作压力。
图2.7自动控制系统及安全起跳系统
2.3.3加碱干化的工艺流程
污泥加碱处理的工艺主要有以下几个部分组成，见图2.8
电子计量进料臭气控制
出料绝热污泥仓
条剁式养护翻堆后续处置
水分收集
图2.8污泥加碱处理的工艺
（1）脱水污泥给料（2）氧化钙计量投加系统，（3）混合反应系统
（4）处理后污泥出料输送系统（5）绝热反应仓（6）条剁式养护翻堆（7）后续处置
脱水污泥从离心脱水机输入搅拌器，石灰则通过搅拌器上的辅助加料管入。由于搅拌器内犁形铲的扰动作用，污泥一进入搅拌器，就在机械力作用下形成流化床。在搅拌器中的停留时间内，由飞刀充分的打散污泥，使得污泥的表面积大大增加，实现污泥颗粒与细生石灰均匀混合。
污泥出料之后，放入绝热反应仓中反应，再通过条剁式翻堆养护翻堆，使得污泥内部水分和气体混合均匀。加快污泥的干化速度
第3章加碱对脱水污泥的稳定化效果
污泥的成分很复杂，是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，除含有大量的水分外(最高可达99%以上)，还含有难降解的有机物重金属和盐类，以及病原微生物和寄生虫卵等。
污泥稳定化的目的主要是去除污泥中易于腐化的有机物，包括去除臭味、有害病原体和有害细菌等，也可适当地改善污泥的脱水、干化等性能。干燥后的污泥由浆状、膏状变为脆性颗粒，有机物得以稳定，保留了大部分肥分和土壤调节成分，有利于农业利用和土地恢复。另外，致病微生物如大肠杆菌、沙门氏杆菌和肠道病毒等病原菌被杀灭，不会在厌氧发酵过程中产生臭气问题，卫生条件好，易于输送、储存和处置。植物养分和含热量增加；污泥体积大幅度减少，降低污泥储存和运输费用[19-21]。总而言之，污泥干化处理，不但有显著的减容效果，而且也有着相当程度的稳定化效果。
典型的稳定方法有厌氧消化、好氧消化和堆肥等生物稳定法以及投加石灰等碱性物质的化学稳定法[4,19,22]。
3.1实验材料及方法
3.1.1实验材料
本实验采用在10kg脱水污泥中分别添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰等6个处理，具体编号见表3.1。
表3.1不同石灰添加比例的处理编号
实验编号0%CK5%17%210%312%415%515%分析纯63.1.2测定指标与测定方法
本实验以温度、粪大肠菌值、pH值以及臭味的变化为测定指标，分别分析6个不同的处理对脱水污泥的稳定化效果。温度采用温度探头测定；粪大肠菌值、pH值、臭味的测定方法见表3.2。
表3.2各指标的分析测试方法
项目pH值大肠菌值臭味
分析方法玻璃电极法多管发酵法臭气强度法
方法来源CJ/T221-201*GB7959－1987
《空气和废气监测分析方法》北京:中国环境科学出版社
3.2加碱对污泥的升温效果
3.2.1加碱升温原理
将污泥与石灰均匀混合，石灰与污泥中所含的水分发生如下反应：
1kgCaO+0.32kgH2O→1.32kgCa(OH)2+1177kJ（3-1）根据这一反应，每投加1公斤的氧化钙有0.32的水被结合成为氢氧化钙，反应所生成的热可蒸发约0.5公斤的水。
生石灰与水反应生产氢氧化钙后，会继续与污泥中的其他物质发生进一步的反应，如生成物氢氧化钙与CO2的反应：
1.32kgCa(OH)2+0.78kgCO2→1.78kgCaCO3+0.32kgH2O+2212kJ（3-2）这一反应会进一步发热，致使污泥温度不断升高。3.2.2不同对污泥升温增加的效果
将6个处理分别在混合设备中充分搅拌5min后，取样5kg，放入盆中，每隔10min用数显温度计测定其温度的变化，共持续测定3h。
反应180分钟后，6个处理对污泥的升温效果见图3-1。
从图3.1可以看出：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，污泥的温度均升高，以反应的最初10分钟升温最多，[23]从原污泥的30℃分别升高到53.0℃、43.3℃、41.0℃、39.2℃、36.0℃和32.0℃；反应80～100分钟以后，升温幅度下降或趋于平缓，这与Fries的研究结论相似。
在6个实验中，随着石灰添加量的增加，污泥升温幅度亦呈增加趋势，且分析纯石灰显著高于工业级石灰，即：6个实验的升温幅度依次为：5%＜7%＜10%、12%＜15%工业石灰＜15%分析纯石灰。
60.055.050.045.0实验6实验5实验4实验3实验2实验1对照样温度/℃40.035.030.025.020.0050100反应时间/min150200
图3.16个不同实验对污泥升温的效果
按照欧盟指引（CR13714-201*）污泥特性、作用与处理管理中的规定：“污泥实现干化的稳定条件是55℃以上、持续2小时”。在6个处理中，添加15%的分析纯石灰其升温值最接近55℃。之所以没有达到或者超过55℃，原因可能是：（1）实验用的污泥量太少；
（2）充分混合后污泥从密闭反应器中取出，测定温度时完全敞开在空中，散热较快，保温性能差。
温度对微生物的影响也是很广泛的。尽管在高温环境(50℃～70℃)和低温环境(-5～0℃)中也活跃着某些类的微生物，但绝大部分微生物最适宜生长的温度范围是20-30℃。在适宜的温度范围内，微生物的生理活动旺盛，其活性随温度的增高而增强，处理效果也越好。超出此范围，微生物的活性变差，生物反应过程就会受影响。一般的，控制微生物生命活动进程的最高和最低限值分别为35℃和10℃[24]。因此，当污泥与石灰的反应温度达到53.0℃、43.3℃、41.0℃、39.2℃时，对污泥中的微生物活动起到了严重的抑制，促进了污泥的稳定化。
3.3加碱对污泥pH值的改变
每种微生物都有其最适pH值和一定的pH范围。在最适范围内酶活性最高，如果其他条件适合，微生物的生长速率也最高。大多数细菌、藻类和原生动物的
最适pH为6.5-7.5，在pH4-10之间也可以生长；放线菌一般在微碱性即pH7.5-8最适合；酵母菌、霉菌则适合于pH5-6的酸性环境，但生存范围在pH1.5-10之间。环境中的pH值对微生物的生命活动影响很大，主要作用在于：引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收；影响代谢过程中酶的活性；改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性[25]。
将6个处理分别在混合设备中充分搅拌5min后，取5g污泥样品置于150mL具塞磨口锥形瓶中，加入50mL无二氧化碳水浸泡，密封。于室温条件下置于往复式振荡器上震荡4h后，进行离心，离心5min后，取上层清液进行pH测定。6个处理对污泥pH值的改变见图3.2。
14131211原始污泥5%CaO7%CaO10%CaO12%CaO15%CaO15%分析纯CaOPH值10987602040时间/小时6080
图3.26个实验对污泥pH值的改变
从图3.2可知：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，由于碱性物质的作用致使污泥中的pH值增高，均从原污泥的6.5左右升高到12以上，并且，随着污泥干化时间的延长，pH值变化不大。可以实现污泥中致病微生物的有效去除。
按照欧盟指引（CR13714-201*）污泥特性、作用与处理管理中的规定：“pH值呈高碱性状态下（＞12），污泥中的致病微生物能得到有效去除”。美国环境局（USEPA）对石灰稳定的生物固体大幅去除病原菌的工艺要求是：生物固体的
pH值在2h内必须保持在12，在接下来的22个小时保持11.5。因此，在机械脱水的城市废水污泥中掺入碱性材料，尤其是石灰，可以帮助处理后的产物达到欧盟指引（CR13714-201*）污泥稳定化要求及美国环境局（USEPA）的关于B或A类生物固体的最低标准（USEPA1993）[26]。
North等人的研究表明：原始污泥的pH值以及所含的磷酸根除了对处理后的固体物含量的影响外，对强度的增加也有明显影响（参见公式（3-4）），实际当中通常有化学除磷的污水处理厂的污泥，在同样的加钙量下处理后的强度高于其他污泥[27]。
3.4加碱对污泥中粪大肠菌群的杀灭效果
粪大肠菌群值是判定污泥、粪便等固体废弃物稳定化、无害化及土地安全利用的重要指标之一[28]。
在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，按照国家《粪便无害化标准》（GB7959－1987）分别测定6个处理的污泥中粪大肠菌群值的变化，测定结果见表3.3。
表3.36个处理的污泥中粪大肠菌群值的变化
编号
处理
物料
搅拌时间/秒
1030
ck原污泥
60901203001030
1污泥+5%石灰
6090120300粪大肠菌值（g/MPN）1.10×10-81.08×10-81.11×10-81.20×10-81.10×10-81.19×10-80.0670.1090.1090.1090.1090.137
编号
处理
物料
搅拌时间/秒
1030
粪大肠菌值（g/MPN）0.1610.1610.1610.1610.278＞0.3330.1610.1630.333＞0.333＞0.333＞0.3330.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.3330.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333＞0.333
2污泥+7%石灰
60901203001030
3污泥+10%石灰
6090120300103060
4污泥+12%石灰
901203001030
5污泥+15%石灰
60901203001030
6污泥+15%分析纯石灰6090120
编号
处理
物料
搅拌时间/秒
300
粪大肠菌值（g/MPN）＞0.333
从表3.3可以看出：随着石灰添加量的增加，粪大肠菌值呈现显著下降的趋势，原污泥中粪大肠菌值为1.10×10-8g/MPN，远远低于我国《城镇污水处理厂污泥泥质》（CJ247-201*）及我国《粪便无害化卫生标准》（GB7959-87）规定的值0.01；而所有处理后污泥中，粪大肠菌基本全被杀灭，其值远远高于0.01，符合我国《城镇污水处理厂污泥泥质》（CJ247-201*）及我国《粪便无害化卫生标准》（GB7959-87）的规定限值，即：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，杀菌效果极显著，污泥实现了稳定化和无害化。
从表3.3可以看出：搅拌时间有利于提高污泥的杀菌效果。搅拌时间从30秒延长到60秒后，大肠菌值显著降低，但从60秒分别延长到90秒、120秒、300秒后，大肠菌值的变化不显著。因此，为节省动力消耗，污泥加碱的搅拌时间以60秒最为经济。
3.5加碱对污泥臭味的控制
一切刺激嗅觉器官，引起人们不偷快感觉及损害生活环境的气味统称为恶臭。具有恶臭气味的物质被称为恶臭污染物。恶臭现象虽属大气污染的一种形式，但是恶臭物质在很低浓度就能产生嗅觉刺激，所以各国一般单独列出进行控制[29]。
恶臭的分析方法可分为两类，一是恶臭的感官分析方法，二是恶臭的仪器分析方法[30]。
感官分析法就是将恶臭的气味强弱分成若干等级，然后由训练有素的辨嗅员闻嗅后进行分级。因国家、地区的不同，恶臭强度的分级也有所不同，例如美国采用8级分级制，而我国和日本目前都采用6级分级制[31]。
本实验采用感官分析方法，根据已有的资料[32]及日本和北京市的恶臭强度分级[33]，将臭气强度分为6级，见表3.4。
表3.4臭气强度分级
强度等级
012345
污泥中臭味强度见表3.5。
嗅觉判别标准
无臭
勉强可以感觉到轻微臭味容易感到微弱臭味明显感到臭味强烈臭味
无法忍受的强烈臭味
在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，
表3.56个实验污泥中的臭味强度变化
实验编号臭气强度ck5122232415161
从表3.5可以看出：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，污泥中臭味强度显著降低，从5级降为2级以下。在污泥中添加12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰，可以使污泥的臭味强度降到1级，即：从无法忍受的强烈臭味降低至勉强可以感觉到轻微臭味。
3.6不同处理对污泥稳定化的模糊评价
3.6.1评价因子及等级
选择温度、pH、粪大肠菌值、臭度为评价因子，则因子集U＝{温度、pH、粪大肠菌值、臭度}。
3.6.2评价等级
将污泥的稳定化效果分为3个等级：1级（好）、2级（中）、3级（差），则评价集V＝{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ}。
评价等级根据欧盟指引（CR13714-201*）、美国环境局（USEPA）、《粪便无害化卫生标准》（GB7959-87）、《城镇污水处理厂污泥泥质》（CJ247-201*）及参考文献[30]划分为三级，各评价因子的分级标准见表3.6。
表3.6各因子的评价标准
评价因子温度pH粪大肠菌值
臭度
Ⅰ级55120.011
分级标准Ⅱ级50110.0012
Ⅲ级45100.00013
单位℃-g/MPN-
3.6.3隶属函数
根据以上评价等级分别建立每种评价因子相应于不同环境级别的隶属函数。本研究采用指派方法中的降半梯形模糊分布，建立隶属函数[34]，表达式如下：
0CI1iII-CiRI(Ci)=,ICIIiII-ICiII00,CiI或CiIIIC-IRII(Ci)=i,ICiII
II-IIII-Ci,IICiIIIIII-II0,CiII或CiIVC-IIRIII(Ci)=i,IICiIII
III-IIIV-Ci,IIICiIVIV-III3.6.4权重计算
由于各污染物对水质的影响程度不同，因此，对它们应赋予不同的权重ai。确定权重的方法较多，如专家调查法、层次分析法等，在本研究情况下，以污染物的超标情况决定权重较为合理，其计算式为：aici/sim1sisij
nj1其中：ai第i种污染物的权重；
ci第i种污染物浓度实测值；
si第i种污染物多级浓度标准值的平均值；sij第i种污染物第j级的标准值；n分级数。
为了进行模糊复合运算，各单因子权重必须归一化，即：
Wi=(ci/si)/(ci/si)
上述m项参数指标，分别计算出权重后，组成一个1×m矩阵A:
A=(V1，V2，V3，…，Vm)
3.6.5模糊运算
模糊综合评价结果是通过模糊数学矩阵的乘法求出运算结果AＲ，算法与普通矩阵类似，只将矩阵乘法运算中的加号“＋”改为“”，将乘号改为“”，“”的意义取加数中最大者为“和”，“”的意义为取相乘两数较小者为“积”。得到：
r1,1r1,2...r1,nrr...r2,12,22,nB=AOR=(V1，V2，V3，…，Vm)×＝（b1，b2，b3，…，bn）
...............rm,1rm,2...rm,n.式中bn－复合运算结果，此结果对应于各级级别的隶属度，评价结果一般采取隶属度最大的原则。即在评价结果向量中取最大值对应的级别为本次模糊分级评价的分级结论。当同时存在有两个或两个以上最大值时，取次大值贴近的一个作为最后评价结果的级别。
3.6.6综合评价结果
6各处理的污泥稳定化评价结果见表3.7。
表3.7模糊评价结果
处理编号Ck123456
模糊评价矩阵WR={0,0,0.61}WR={0.4,0.2,0.17}WR={0.58,0.14,0.12}WR={0.64,0.13,0.10}WR={0.72,0,0.09}WR={0.73,0,0.08}WR={0.73,0.07,0}
污泥稳定等级
VⅠⅠⅠⅠⅠⅠ
评价差好好好好好好
i1n
从表3.7可以看出：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，污泥稳定化程度高，评价结果都为一级。
3.7本章小结
1）在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，从污泥的温度和pH值达到了欧盟指引（CR13714-201*）污泥稳定化要求及美国环境局（USEPA1993）的稳定化标准。
2）在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，杀菌效果极显著，污泥中的粪大肠菌值显著下降的趋势，符合我国《城镇污水处理厂污泥泥质》（CJ247-201*）及我国《粪便无害化卫生标准》（GB7959-87）的规定限值，污泥实现了稳定化和无害化，且搅拌时间以60秒最为经济。
3）在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，污泥中臭味强度显著降低，从5级降为2级以下，即：从无法忍受的强烈臭味降低至勉强可以感觉到轻微臭味。
4）模糊评价的结果表明：在污泥中添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰后，污泥稳定化程度高，评价结果都为一级。
第4章脱水污泥加碱后的半干化效果
4.1脱水污泥半干化的必要性
4.1.1污泥处置方法与水分要求
污泥处置包括三种途径：堆肥、卫生填埋、焚烧。对焚烧而言，当含水率为65%～70%时，污泥才能不需要添加加辅助燃料，自持进行[2,35]。若污泥卫生填埋处理，我国新颁布的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-201*）之6.6规定：“……生活污水处理厂污泥经处理后含水率小于60%，可以进入生活垃圾填埋场填埋处置”；当污泥堆肥时，水分>70%，则容易堵塞堆料的空隙，影响通风，导致厌氧发酵、温度急剧下降等，影响堆肥的腐熟[36]。因此，无论采取哪种处理方式，脱水污泥都需要进行干化处理，进一步降低含水率，可以说，污泥干化事实上是污泥资源化利用的第一步。
4.1.2脱水污泥中水分的存在状态
污泥中所含的水分包括孔隙水、毛细水、附着水和内部水四大类[37]。其结构图如图4.1所示。
毛细水孔隙水附着水内部水
图4.1污泥水分示意图
1）孔隙水
孔隙水也称自由水，是指存在于污泥颗粒间隙、被污泥固体所包围的水，约占污泥体积的70%。孔隙水与固体没有直接结合，相互间不存在化学作用，结合力相对较小，比较容易从固体中分离。
2）毛细水
毛细水存在于高度密集的细小污泥固体颗粒周围，一般是填充在污泥固体颗粒之间的缝隙中，约占污泥水分的10%~20%。污泥由高度密集的细小固体颗粒组成，在固体颗粒接触表面上，由于毛细力的作用，形成毛细结合水。由于毛细水和污泥颗粒之间的结合力较强，浓缩作用不能将毛细结合水分离，需借助较高的机械作用力和能量，如真空过滤，压力过滤和离心分离才能去除这部分水分。
3）附着水
附着水是指活性污泥固体颗粒表层上附着、吸收和结合的水，实际上是胶体颗粒的结合水，约占污泥水分的5%~15%。污泥属于凝胶，是由絮状的胶体颗粒集合而成。污泥的胶体颗粒很小，与其体积相比表面积很大，由于表面张力的作用吸附的水分也就很多。胶体颗粒全部带有相同性质的电荷，相互排斥，妨碍颗粒的聚集、长大，而保持稳定状态，因而表面吸附水用普通的浓缩或脱水方法去除比较困难。只有加入能起混凝作用的电解质，使胶体颗粒的电荷得到中和后，颗粒呈不稳定状态，粘附在一起，最后沉降下来。颗粒增大后其比表面积减小，表面张力随之降低，表面吸附水也随之从胶体颗粒上脱离。
4）内部结合水
内部结合水也称胞内水，是指在活性污泥内部、与颗粒结合在一起的水。微生物细胞膜内细菌化学组成部分所含的水也是内部结合水。内部结合水的含量不多，占污泥水分的5%~8%。这种内部结合水与固体结合得很紧密，使用机械方法去除这部分水是行不通的。要去除这部分水分，必须破坏细胞膜，使细胞液渗出，由内部结合水变为外部液体。为了去除这种内部结合水，必须通过各种方式，使污泥破解、改性。
4.1.3常用的污泥破解方法
为了去除污泥的内部结合水，改善污泥的脱水、干化性能，常采用生物破解（好氧、厌氧处理等）、物理破解（高温加热、冷冻、超声波破解等）及化学药剂破解（碱解法、臭氧法、氯氧法）等方法。
4.1.4污泥的半干化
污泥干化和半干化的区别在于干燥产品最终的含水率不同：全干化是指含固率较高，一般在85％以上；而半干化则主要是指含固率在40～60％之间的类型[38]。
全干化的污泥比较适于制成干燥的颗粒化的肥料产品，它干度高，稳定性好，
体积也较小。但达到这样高的干度，所需的能耗较高，而且存在污泥自燃、粉尘、爆炸等危险[39]。
半干化污泥则可适应多种出路，如：焚烧(包括单独焚烧，或在电厂与煤混合焚烧，或与垃圾混合焚烧)、作垃圾填埋场覆盖土、作营养土、作建材原料(如作为原料加入水泥窑)，等等[2,35]。
半干化安全节能，投资较小，是应当优先考虑的干化路线。
4.2实验材料及方法
4.2.1实验材料
本实验采用在10kg脱水污泥中分别添加5%、7%、10%、12%、15%的工业石灰和15%的分析纯石灰等6个处理，同时，以原始脱水污泥为对照。
4.2.2测定指标与测定方法1）蒸发速率
①蒸发速率的测定方法
在10kg脱水污泥中分别添加5%、7%、10%、15%的工业用生石灰（CaO）和15%的实验用分析纯CaO，在混合设备中充分搅拌5min后取20g左右污泥样品，置于室温条件下，每5min测定其质量随时间变化，计算蒸发率。
②蒸发速率的计算方法
污泥的原始重量记录为m，每5min记录一次质量（g）为：m1、m2、m3……
mn，对应的时间（min）为t1、t2、t3……tn，则：
tn时刻水分蒸发的的质量（g）：
kn=m-mn（4-1）
污泥中水分的蒸发速率（g/min）：
v=kn/tn（4-2）
单位质量污泥中水分的蒸发速率为（min-1）：
v’=kn/tnmn（4-3）
2）含水率
①含水率的测定方法
取约10g污泥，放入蒸发皿，置于105℃烘箱中烘干至恒重，计算污泥的含水率。
②含水率的计算方法按下式计算污泥的含水率：
wi=m-mn/m×100%（4-4）
式中：wi为.污泥含水率，%
mn为污泥干重，g
m为污泥样品总重量，g
4.3脱水污泥加碱后的蒸发速率变化
4.3.1蒸发速率的计算
将5个处理分别在混合设备中充分搅拌5min后，取样20g，每隔5min测定污泥的质量变化，连续测定205min。按照公式4-1、4-2、4-3计算单位质量污泥中水分的蒸发速率，计算结果见图4.2。
3.30E-043.10E-0415%实验用CaO10%工业用CaO5%工业用CaO15%工业用CaO7%工业用CaO原始脱水污泥单位质量蒸发速率/min2.90E-042.70E-042.50E-042.30E-042.10E-041.90E-041.70E-041.50E-040204060801001201*0160180时间min图4.2不同含量的生石灰后对单位质量蒸发速率的影响
从图4.2可以看出：随着石灰添加量的增加，单位质量污泥中水分的蒸发速率也随着增加。5个处理中，单位质量污泥的水分蒸发速率依次为：15%实验用分析纯CaO>15%工业用CaO>10%工业用CaO>7%工业用CaO>5%工业用CaO>原始脱水污泥。
在污泥中分别添加5%、7%、10%、15%的工业用生石灰（CaO）和15%的实验用分析纯CaO后，在前100min，单位质量污泥的水分蒸发速率呈现出对数变化规律，而原污泥在自然状态下的单位质量水分蒸发速率呈现出多项式规律，与
加碱污泥完全不同，说明：原污泥与加碱污泥中水分的存在状态有本质差异，加入石灰后，促进了污泥分子的破解和内部结合水的游离。
各处理的曲线拟合结果及其相关性系数见表4.1。
表4.1各处理的曲线拟合结果
组号15%实验用CaO15%工业用CaO10%工业用CaO7%工业用CaO5%工业用CaO原始脱水污泥
对数拟合方程式y=-5E-05Ln(x)+0.0005y=-2E-05Ln(x)+0.0003y=-2E-05Ln(x)+0.0003y=-2E-05Ln(x)+0.0003y=-2E-05Ln(x)+0.0003y=-8E-10x2+8E-08x+0.0002
相关系数RR2=0.9832R2=0.9663R2=0.9852R2=0.9822R2=0.9362R2=0.9367
24.3.2污泥含水率随蒸发速率的变化
从图4.2已知，除处理5外，处理1～4的单位质量水分蒸发速率变化趋势基本一致。因此，选择添加15%工业用生石灰（CaO）的污泥，观察污泥含水率随蒸发速率的变化情况。
在10kg中污泥添加15%工业用生石灰（CaO），混合5min，取出，自然晾晒。每隔5min测定一次含水率，连续测定4000min。
添加15%工业用生石灰（CaO）的污泥在4000min内的含水率变化见图4.3。
80.00%70.00%60.00%含水率%（1400,59.75%）50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%050010001500201*时间min（2880,38.20%）2500300035004000
图4.3脱水污泥添加15%工业用CaO后含水率随时间的变化
从图4.3可以看出：在污泥中添加15%工业用生石灰（CaO），自然晾晒23小时后，含水率就从混合后的72.78%降为59.75%，达到了我国新颁布的《生活
垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-201*）中的60%入场要求。自然晾晒48小时后，污泥的含水率降至40%以下，减量效果极为显著。
4.4生石灰中CaO的有效含量对污泥半干化的影响
4.4.1材料与方法
生石灰的主要成分是CaO，因此，有必要探讨CaO的有效含量对污泥半干化的影响。
本实验选用3种不同CaO有效含量的石灰，研究CaO有效含量对含水率为84.95%的脱水污泥的半干化效果。
经委托清华大学分析中心测定，三种石灰的CaO有效含量见表4.3。
表4.2三种生石灰中的CaO有效含量
生石灰种类CaO有效含量（%）
工业用生石灰1
60%
工业用生石灰2
85%
实验用分析纯
98%
在10kg含水率为84.95%的脱水污泥中分别添加CaO有效含量为60%、85%及≥98%的石灰各1.5kg，混合5min后取出，每隔24h测定其含水，连续测定48h。
4.4.2实验结果
不同CaO有效含量对污泥的半干化效果如图4.4。
90%85%80%含水率0%CaO15%工业石灰215%工业石灰115%分析纯CaO75%70%65%60%刚搅拌完24h搅拌时间48h
图4.4不同CaO有效含量对污泥半干化效果
从图4.4可以看出：在含水率为84.95%的脱水污泥中分别添加CaO有效含量为60%、85%及≥98%的石灰后，污泥含水率迅速下降，48h后，污泥的含水率分别从原始的添加分析纯石灰84.95%下降到66.8～72.7%。三种CaO有效含量对污泥半干化的效果为：98%以上的实验用分析纯石灰＞85%的工业用生石灰2＞60%的工业用生石灰1，即：CaO有效含量越高，对污泥的半干化效果越明显。
4.5石灰对不同含水率脱水污泥的半干化效果
4.5.1石灰对不同含水率脱水污泥半干化效果
从不同脱水工艺的城市污水处理厂取含水率分别为86.0%和74.3%的两种脱水污泥10kg，向其中添加10%的工业生石灰（即1kg），在混合反应器中充分混合5min后取出，在相同的条件在自然晾晒。分别测定其搅拌后、晾晒24小时、晾晒48小时后的含水率，测定结果见图4.5。
80%含水率86%75%70%含水率含水率74.3%65%60%55%50%搅拌后24h搅拌时间48h
图4.5石灰对不同含水率脱水污泥的半干化效果
从图4.5可以看出：含水率分别为86.0%和74.3%的两种脱水污泥，添加10%的工业生石灰后，其搅拌后、晾晒24小时、晾晒48小时后的含水率均呈线性下降，含水率下降函数分别为：y（74.3%）=-0.0595x+0.7177；y（86.0%）=-0.0564x+0.8146；
从比例系数可以看出：含水率分别为86.0%和74.3%的两种脱水污泥，添加10%的工业生石灰后，含水率下降速率差异不显著。
配对T检验[40]的结果表明：双尾P值为0.8652，表明：含水率分别为86.0%和74.3%的两种脱水污泥，添加10%的工业生石灰后，含水率下降速率差异不显著。
4.5.2石灰添加量对不同含水率脱水污泥半干化效果1）石灰添加量对74.3%脱水污泥的半干化效果
在含水率为74.3%的脱水污泥中分别添加10%、20%、30%、40%、50%的工业用生石灰，充分混合5min，分别测定其搅拌后、24h、48h、72h后污泥的含水率。结果如图4.6所示。
80757065含水率%0%CaO30%CaO10%CaO40%CaO20%CaO50%CaO60555045403530搅拌后24h搅拌时间48h72h
图4.6不同生石灰添加量对污泥半干化的影响
从图4.6可以看出：在含水率为74.3%的脱水污泥中分别添加10%、20%、30%、40%、50%的工业用生石灰后，其搅拌后、晾晒24小时、晾晒48小时后的含水率均呈线性下降，实现了半干化。
(1)在含水率为74.3%的脱水污泥中分别添加10%、20%、30%、40%、50%的工业用生石灰后，其含水率下降函数分别为：y（10%）=-5.19x+70.5；y（20%）=-5.45x+66.9；y（30%）=-5.26x+63.35；y（40%）=-5.8x+59.4；y（50%）=-5.67x+59.75。
从比例系数可以看出：含水率为74.3%的脱水污泥，添加10%、20%、30%、40%、50%的的工业用生石灰后，含水率下降速率差异不显著。
(2)石灰添加量对86.0%脱水污泥的半干化效果
在含水率为86.0%的脱水污泥中分别添加5%、7%、10%、12%、15%的工业用生石灰，充分混合5min，分别测定其搅拌后、24h、48h后污泥的含水率。结果如图4.7所示。
90%85%80%0%CaO5%CaO7%CaO10%CaO12%CaO15%CaO含水率75%70%65%60%刚搅拌完24h搅拌时间48h
图4.7不同生石灰添加量对污泥含水率的影响
从图4.7可以看出：在含水率为86.0%的脱水污泥中分别添加5%、7%、10%、12%、15%的工业用生石灰后，其搅拌后、晾晒24小时、晾晒48小时后的含水率均呈线性下降，实现了半干化。
在含水率为86.0%的脱水污泥中分别添加5%、7%、10%、12%、15%五种比例的工业用生石灰后，其含水率的下降函数分别为：y（5%）=-2.205x+77.893；y（7%）=-2.135x+76.783；y（10%）=-5.26x+63.35；y（12%）=--2.075x+75.237；y（15%）=-3.005x+75.333。
从比例系数可以看出：含水率为86.0%的脱水污泥，添加5%、7%、10%、12%、15%的的工业用生石灰后，含水率下降速率差异不显著。
4.5.3养护对不同含水率脱水污泥半干化效果1）养护对含水率为74.3%脱水污泥的半干化效果
在初始含水率为74.3%的脱水污泥中分别添加10%、20%、30%、40%、50%的工业用生石灰，经过5min的充分搅拌混合后，分别取1500g放入盆中，均匀
铺平，在自然条件下进行养护。分别在24h、48h、72h后测定其含水率的变化。测定72小时后结果如图4.8所示。
注：图第一排从左到右石灰的添加量分别为：0%、10%、20%；
图第二排从左到右石灰的添加量分别为：30%、40%、50%。
图4.8养护72h对74.3%脱水污泥的半干化效果
从图4.8可以看出：在自然养护了72h之后，各处理污泥的含水率有了很大的降低，逐渐表面干化、结痂、裂开；从最初的团状、泥状变为块状、片状，说明：养护有助于污泥的半干化。
2）养护对86.0%脱水污泥的半干化效果
在初始含水率为86.0%的脱水污泥中分别添加5%、10%、15%的工业用生石灰。经过5min的充分搅拌混合后，分别取50g放入培养皿中，均匀铺平，在自然条件下进行养护。分别在24h、48h后测定其含水率的变化。测定结果如图4.8所示。
从图4.9可以看出：在自然养护了24h、48h之后，各处理污泥的含水率有了很大的降低，逐渐表面干化、结痂、裂开；从最初的团状、泥状变为块状、片状，说明：养护有助于污泥的半干化。
注：图第一排从左到右的添加量为：0%、5%、10%、15%。放置时间为24h；
图第二排从左到右的添加量为：0%、5%、10%、15%。放置时间为48h。
图4.9养护对86.0%脱水污泥的半干化效果
4.6不同碱剂对污泥半干化的效果
常用的碱性物质有石灰、粉煤灰、飞灰、水泥窑灰、水泥、碱性土壤等[8～10]。本实验选择石灰、粉煤灰、垃圾焚烧飞灰及水泥作为污泥半干化的碱剂，研究不同碱剂对污泥半干化的效果并筛选出最佳配比。
选择石灰、粉煤灰、垃圾焚烧飞灰及水泥四种不同的碱剂进行正交实验，正交实验采用L9(34)设计，具体实验内容见表4.3。
表4.3正交试验的设计
水平
石灰%
123
51015
粉煤灰%102030
飞灰%102030
水泥%51015
因素
在10kg脱水污泥中分别添加以上正交试验的碱剂组合，在混合器中充分搅拌5min，取出，自然晾晒，测定每个污泥样品的搅拌后、24小时后、48小时后的含水率。测定结果见表4.4。
表4.4不同碱剂对污泥含水率的影响
编号Z-1Z-2Z-3Z-4Z-5Z-6Z-7Z-8Z-9
石灰111222333
粉煤灰123123123
飞灰123231312
水泥123312231
搅拌后含水率
（%）49.653.338.846.747.646.643.041.542.6
24h后含水率（%）44.947.742.241.539.335.437.238.140.1
48h后含水率（%）39.134.532.933.835.433.931.931.334.9
采用统计学原理对实验结果进行分析，计算出的均值与极差结果如表4.5。
表4.5正交试验结果
因素均值1均值2均值3极差
石灰35.5034.3732.702.80
粉煤灰34.9333.7333.901.20
飞灰34.7634.4033.401.37
水泥36.4733.4332.673.80
由表4.5可以看出：水泥是污泥半干化的最大影响因素；石灰含量15%、粉.煤灰含量20%、飞灰含量30%、水泥含量15%的碱剂组合其半干化效果最佳。
4.7本章小结
（1）随着石灰添加量的增加，单位质量污泥中水分的蒸发速率也随着增加。原污泥与加碱污泥中水分的存在状态有本质差异，加入石灰后，促进了污泥分子的破解和内部结合水的游离；
（2）在污泥中添加15%工业用生石灰，自然晾晒24小时后，含水率就从混合后的72.78%降为59.75%，48小时之后更是降低到了38.20%达到了我国新颁布的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-201*）中的60%入场要求；
（3）CaO有效含量越高，对污泥的半干化效果越明显，说明氧化钙本身的活性受纯度、粒度、比表面积等影响，通过选择高活性的氢氧化钙，可以加速反应；
（4）含水率分别为86.0%和74.3%的两种脱水污泥，添加10%的工业生石灰后，含水率下降速率差异不显著；
（5）在含水率为74.3%的脱水污泥中分别添加10%、20%、30%、40%、50%的工业用生石灰后，其搅拌后、晾晒24小时、晾晒48小时后的含水率均呈线性下降，且其含水率下降速率差异不显著；含水率为86.0%的脱水污泥亦是如此；
（6）在自然养护了24h、48h、72h之后，加碱处理后的污泥含水率均有了很大的降低，逐渐表面干化、结痂、裂开；从最初的团状、泥状变为块状、片状，说明：养护有助于污泥的半干化。
（7）水泥是污泥半干化的最大影响因素；石灰含量15%、粉煤灰含量20%、飞灰含量30%、水泥含量15%的碱剂组合半干化效果最佳。
第5章脱水污泥加碱对重金属的固定效果
由于污水处理厂污水来源复杂，在处理过程中往往发生重金属在污泥中富集。污泥中重金属含量及其有效形态直接关系到其利用方式。以往研究关注污泥中重金属的总含量。重金属有效态含量不同，其迁移能力也不同，对环境的危害也就不同。掌握污泥的有效态组成，有利于根据污泥的性质进行预处理以降低其迁移能力和毒性，减少对环境的污染。因此，在污泥的研究中不仅要注意它们的总含量，还应重视其中各种有效态的含量[41]。
5.1BCR法
1979年由Tessier等提出的基于沉积物中重金属形态分析的五步顺序浸提法已广泛应用于土壤样品的重金属形态分析及其毒性、生物可利用性等研究。该法将金属元素分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态以及残余态[42，43]。分析过程如下：
（1）可交换态：指交换吸附在沉积物上的粘土矿物及其他成分，如氢氧化铁、氢氧化锰、腐殖质上的重金属。由于水溶态的金属浓度常低于仪器的检出限，普遍将水溶态和可交换态合起来计算，也叫水溶态和可交换态。
（2）碳酸盐结合态：指碳酸盐沉淀结合一些进入水体的重金属。
（3）铁锰水合氧化物结合态：指水体中重金属与水合氧化铁、氧化锰生成结核这一部分。
（4）有机物和硫化物结合态：指颗粒物中的重金属以不同形式进入或包裹在有机质颗粒上同有机质螯合等或生成硫化物。
（5）残渣态：指石英、粘土矿物等晶格里的部分。
但是，由于测定重金属的含量很大程度上取决于所使用的提取方法，因此提取方法的差异，导致获得的结果没有可比较性。1987年，欧共体标准局（现名为欧共体标准测量与检测局）在Tessier方法的基础上提出了BCR三步提取法[44]，并将其应用于包括底泥、土壤、污泥等不同的环境样品中[45]。此方法解决了由于流程各异，缺乏一致性的步骤和相关标准标准物质而导致各实验室之间的数据缺乏可比性等问题。然而，在鉴定标准参考物质BCRCRM601时，各个实验室
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