改性城市污泥作为烧结配料的作用机理和调控机制研究项目摘要

本项目通过分析城市污泥中水分组成的特点，明确污泥中溶解态和结合态的胞外聚合物以及胶体对脱水性能的影响，探讨添加以石灰为主的复合改性剂，结合合适的物化处理方法，实现污泥的常温高效脱水，探讨改性剂的加入及反应条件对脱水的影响及脱水机理。进而利用改性城市污泥作为烧结配料，研究改性污泥的常温物化性质、化学组成、高温理化性质，确定改性污泥或改性粒状污泥在不同温度、时间、气氛等参数下的机械性能、物质相变性质，开展改性污泥与铁矿石烧结的反应机制分析。明确污泥配入比例、替代熔剂和燃料比例以及对烧结指标的影响，通过烧结试验，获得改性污泥引入后的烧结速度、利用系数、烧结燃耗、转鼓指数和烧结粒度组成等一系列烧结指标数据，结合烧结成矿理化性质、微观烧结机理和烧结动力学，分析改性污泥对烧结的影响因素和作用机理，并结合分析结果对污泥改性和引入烧结参数进行调节，从而获得污泥引入烧结的作用机理和调控机制。

高含水率、难脱水的特性是限制城市污泥有效处理的重要因素，而污泥在高温资源化工艺中的作用及影响也是国内外研究的热点。本项目对污泥改性及用作冶金烧结配料的机理和调控机制进行了研究，结果表明：紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）是影响污泥束缚水的主要因素，阳离子表面活性剂DDBAC能有效剥离和水解TB-EPS，束缚水含量降低51.23%；Fenton试剂与DDBAC存在协同作用，表现为污泥氧化、絮体解构（Fenton作用）后有机物进一步水解（DDBAC作用），束缚水含量两阶式降低；建立了CaO-DDBAC-PAFC复合改性的数学模型，能够准确描述变量对滤饼含水率（WC）、毛细吸水时间减少率（ECST）的影响；改性污泥能够改善烧结料的匀质粒化性能，提高料球的堆密度，改善烧结透气性；改性污泥对烧结性能有正向影响，并能替代部分燃料和熔剂，其调控机制与污泥组成、有效热值、CaO转化率、垂直烧结速度、利用系数、转鼓指数和固体燃耗有关。

我们按计划研究了湿地植物放氧作用在提高系统净化有机污水、去除N、P能力中的作用，放氧能力对根区氧化还原状况、微生物群落结构和硝化一反硝化过程的影响，系统内的氧状态，在处理污水条件下湿地植物生理生化特性的变化。我们研究证实放氧作用提高了净化能力。对BOD、COD、N、P的去除率提高了5-10%。明确提出了系统宏观环境厌氧，微观根际环境好氧的结论，揭示根际、根区和更外层土壤的亚硝化细菌、硝化细菌、亚硝态N、硝态N以及对氨N、亚硝态N转化能力从高到低的梯度为化规律。探讨了芦苇和菱白光合作用强度、过氧化物酶、过氧化氢酶等生理生化指标的变化规律，拓展了植物逆境生理的研究。已有二篇论文在核心刊物发表，二篇待发表，三篇正在整理。研究工作为根区法的进一步应用提供了理论依据。