城市污泥是污水處理過程中的副產物，污泥脫水是污泥處理的關鍵環節。本文以成都污水處理廠的污泥為研究對象，在探討污泥含水率、黏度等基本參數的基礎上，將一定厚度的平鋪的污泥作為主體，取其中的一定體積大小的污泥球為研究對象，探討污泥球中的水分傳遞過程，結果表明水分在污泥中的傳遞過程分為兩種情況：(1)污泥主體水分擴散到表面的擴散速率大于等于表面蒸發速率時，即污泥表面處于充分潤濕狀態，水分傳遞經歷了三個過程：①污泥中的水分從污泥主體擴散到污泥表面;②污泥表面會形成一層氣膜，默認為污泥表面的水分的傳遞阻力集中于這層氣膜;③水分從污泥表面傳遞到氣相主體;(2)隨著脫水的進行，污泥主體水分擴散到表面的擴散速率小于污泥表面水分蒸發速率，污泥表面會形成致密的硬殼，由于外界熱量的作用，使污泥殼體內部水分汽化，水汽沖破殼體，殼體皸裂，形成新的傳質界面，新的傳質界面形成后，重復進行水分遷移的①②③三個過程。而且實驗數據顯示，污泥球體直徑越大、外界溫度越高，越易形成硬殼，水分傳遞阻力越大。

隨著經濟社會的快速發展，我國城鎮化水平的不斷提高，生活污水和生產污水排放量不斷增加。污泥是污水處理廠在凈化污水時得到的固體沉淀物質，含有混入生活污水或工業廢水中的泥沙、纖維、動植物殘體等固體顆粒及其凝結的絮狀物，是各種膠體、有機質及吸附的金屬元素、微生物、病菌、蟲卵等物質的綜合體，組成十分復雜，變異性大，有機物含量高，容易腐化發臭。由此可見，如果不對生活污水處理的過程產生的污泥進行適當的處理處置，則會對其堆放地區的水體、土壤和大氣等周圍環境產生極大的破壞，也會對生活在周圍的人們和棲息在附近的動物的健康造成一定的危害。妥善處置污泥，使其減量化、穩定化、無害化、資源化已成為全球關注的課題，而污泥處理的過程中最為重要的一步即是污泥的脫水，本文嘗試以某污水處理廠中的生活污泥為例，探索污泥中水分傳遞的過程和機理，為污泥處理提供有益的參考。

1污泥的含水率及其粘度的測定

影響污泥中水分遷移的主要因素有污泥中的水分含量、水分的存在狀態、污泥的濃度、風速、溫度、污泥的平鋪厚度等等，單以污泥中水分存在狀態考慮，可分為自由水和結合水，自由水比較容易脫除，而結合水多是由于污泥中的細胞壁所含有的親水性物質的對水分的親和束縛所產生的水的另一種存在狀態，相對難以脫除。而污泥作為變粘度流體，污泥的粘度是污泥濃度、溫度以及攪拌速度等因素的函數，粘度越大，污泥對分子的束縛力越大，干燥過程中污泥表面越易結殼，水分遷移阻力越大，因此測定污泥含水率及其粘度顯得尤為重要。

1.1實驗儀器及方法

電熱鼓風干燥箱TST-PK121;

電子天平BS-150M;

數字式粘度計NDJ-5S;

1.2按照國標CJ/T 221-2005所給的方法對成都市的生活污泥進行測定，前后三批污泥樣品的含水率穩定在75%左右。

采用數字粘度計測定污泥的粘度，考慮污泥的溫度、濃度及轉子的轉速對污泥的粘度的影響，室溫下污泥粘度隨著轉子轉速及污泥濃度的變化規律。

(1)室溫下的同一濃度的污泥在不同轉速下的粘度變化，得出了污泥的粘度隨轉子轉速的變化趨勢：轉子轉速越大，則污泥的粘度越小;(2)室溫下同一轉速下不同濃度的污泥的粘度的變化趨勢：污泥濃度越大，則污泥的粘度越大。即同一溫度下，污泥的粘度是污泥的濃度及其所受剪切力的函數。

2污泥中水分傳遞機理研究

污泥中的水分傳遞受到空氣的溫度、風速及污泥的平鋪厚度的影響，實驗過程中，在空氣靜止狀態下，考察不同的空氣溫度及污泥平鋪厚度對污泥中水分傳遞的影響。將一定厚度的平鋪的污泥作為主體，取其中的一定體積大小的污泥球為研究對象，探討污泥球中的水分傳遞過程。

2.1實驗儀器

電熱鼓風干燥箱TST-PK121;

電子天平BS-150M;

2.2實驗方案

將污泥樣品捏成規則的直徑為5cm和7cm的球體，在60℃、70℃、80℃、90℃的烘箱內，烘干5～10h后，取出污泥球，分別同時取厚度為0.3cm、0.6cm、0.9cm的殼體，稱取質量為m，放入烘箱內，于103～104℃進行干燥，取出冷卻至室溫，稱重，反復多次，直至恒重為止，此時稱取質量為m0。根據如下公式計算出所取殼體的含水率W：

W=(m-m0)/m×100% 式(1)

污泥球體在干燥的過程中，表面會產生收縮，而且經驗性地認為縮芯界面的含水率為污泥含水率的0.68倍，即51.99%。認為污泥的含水率隨著殼體厚度呈線性變化，根據內插法，計算得到縮芯界面處殼體厚度分別為：

由上表可以大致看出：在污泥球體的直徑相對恒定的時候，污泥球體結殼的殼體厚度在60℃-90℃的范圍內，呈現出先增加大后減小的趨勢。這個趨勢在污泥球體直徑偏大的時候體現得比較明顯，在80℃時結殼厚度達到最大值，這可能是在相對較低溫度(60℃)條件下，污泥內部水分傳遞到干化界面的速率略小于污泥表面水蒸發的速率，污泥中的水分緩緩到達界面得以脫除，污泥表面結殼厚度相對較小;而在高溫(90℃)條件下，球體表面迅速形成堅實的外殼，殼內水分汽化速度大，殼內外溫差較80℃時大，沖破污泥表層殼體，形成不規則的有一定深度的裂縫，裂縫的出現使污泥干燥面積增加，形成新的固氣接觸面，從而使殼體覆蓋下的球體內部污泥中的水分得以脫除，一定程度上避免了殼體向污泥球徑向方向發展，降低了殼體的厚度。

溫度恒定的條件下，直徑為7cm的球體在60℃-90℃的范圍內，結殼的厚度比直徑為5cm的球體偏大，可見球體直徑對結殼的厚度有重要影響，這點告訴我們，為了使污泥高效地脫水，有必要降低污泥餅的實際厚度，以提高污泥的脫水效率，降低干化過程中的能耗。

3結論

一定溫度下，當水分由污泥主體傳向污泥表面的速率大于等于水分在污泥表面的蒸發速率時，即污泥表面處于充分潤濕時，污泥中的水分由污泥主體傳遞到大氣主體經歷了三個過程：(1)水分由污泥主體擴散到污泥表面;(2)水分在污泥表面氣化，形成一層氣膜，傳質阻力主要集中在氣膜內;(3)水蒸氣由氣膜擴散到大氣主體。水分由污泥主體傳向污泥表面的速率小于水分在污泥表面的蒸發速率時，污泥表面在外部熱量作用下持續蒸發，形成一層致密的硬殼，并且隨著時間的推移，殼體厚度增大。殼體作為熱導體，污泥主體和外部環境溫差作為傳熱推動力，將熱量源源不斷地沿徑向方向向污泥球球心處傳遞，污泥主體的水分在球體內部氣化，沖破殼體的束縛，直接向氣相主體擴散。與此同時，形成新的傳質界面，新形成的傳質界面處于潤濕狀態，水分傳遞重復(1)(2)(3)三個過程，即傳質阻力集中在氣膜-殼體-氣膜，如此循環往復，直至污泥內部水分全部蒸出或污泥內部水分不足以沖破殼體束縛，污泥內部蒸汽壓強與殼體束縛力達到平衡，而固定在殼體內。