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污泥薄层干燥特性及动力学模型分析
浏览: 发布日期:2018-01-24
       近年来,随着城镇化的蓬勃发展,环境问题也日益严重。十三五规划建议明确指出,我国现有的污水处理系统存在巨大空缺,应大力建设,实现城镇生活污水垃圾处理设施全覆盖和稳定运行。
 
       污水曝气罗茨风机将高压空气吹入水体表层或底层,通过推动水流连续循环流动将污水进行搅拌增加水与空气的接触面积,增加养殖水池内的含氧量,使有机物、微生物及氧之间充分混合接触,也为好氧微生物提供氧气。
 
       污水曝气罗茨风机同时具有好氧曝气和厌氧搅拌的双重功能, 更能促进水体加速循环能清除长期搁置在水中不至于腐化的有机物,它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解以及除泡等作用。
 
       污水处理是指为使水质达到一定使用标准而采取的物理、化学措施。饮用水的最低标准由环保部门制定。工业用水有自己的要求。水的温度、颜色、透明度、气味、味道等物理特性是判断水质好坏的基本标准。水的化学特性,如其酸碱度、所溶解的固体物浓度和氧气含量等,也是判断水质的重要标准。
 
       本公司生产的污水曝气罗茨风机,示图:


污水曝气罗茨鼓风机
 
       本实验由某一污水处理厂为例,进行污泥薄层干燥特性研究,得到其在不同温度、厚度条件下半干化处理的干燥速率、失水曲线,引入了干燥动力学模型——Midilli模型,获得污泥中湿分的有效扩散系数和干燥活化能等参数。
 
       据预测,未来5年间我国将排放4 000 亿t污水,处理这些污水的污泥产量约为4 亿t,年平均产量8 000 万t。目前,城镇污水处理厂污泥的主要处理方式是重力脱水与机械压滤,处理后的脱水污泥含水率仍有约80%,且成分复杂,含有多种有害物质,不加以处理很可能会造成二次污染。
 
       研究表明,污泥的含水率由80%下降到60%,体积可减少至一半,下降到干燥平衡状态,减量可达95%,可见热干化对污泥的减量效果十分明显,但其致命的缺点是能耗极高,特别是含水率下降到55%以下后,表面板结,内部水分扩散缓慢。
 
       而以生活污水处理厂污泥焚烧处理为例,要使其自持燃烧,含水率需降至55%以下,显然,这已经超出了污泥机械脱水的能力。因此应对污泥进行半干化处理,即用热干燥的方法,将污泥含水率降低到40%~50%,达到了减量、干化的效果,便于进一步处理,同时也减少了能量损耗。
 
       采用薄层干燥方式对脱水污泥的热干燥进行了研究,结果表明,Logarithmic模型最适合用于污泥薄层干燥分析,80~150 ℃有效扩散系数为8.486×10-10~4.386×10-9m2/s,活化能为29.56 kJ/mol。
 
       由于污泥是一种含水率高,成分复杂的物质,研究其间壁干燥难度很大,前人研究大多针对球状污泥或是质量很小的薄层状试样,而实际处理中的量要大得多。
 
       针对这一特征,本研究对较大质量污泥在低温热源加热情况下的薄层干燥特性进行了分析,并对试验结果进行动力学模型拟合,找到最优解,分别控制污泥的厚度、加热温度,得到污泥干化的理论依据。
 
       1试验内容与试验物料
 
       1.1试验装置与试验方法试验装置由精度为0.01 g赛多利SECURA3102-1精密电子天平、电加热装置、图像采集系统等组成,如图1所示。天平实时测量污泥样品的质量,并通过数据采集模块传输到计算机内,功率为2 000 W的电加热膜通过铝板为污泥干燥提供热量。将污泥平铺在铝板上,试样为圆饼状,其直径为10 cm,厚度分别为2.5、5、7.5、10、12.5 mm,控制加热温度分别为50、75、100、125、150 ℃,设定加热时长为90 min,每30 s自动采集天平读数,得到相同加热时间内不同温度与厚度污泥的干燥特性。


试验装置原理图
图1  试验装置原理图
 
       2试验结果与分析
 
       2.1污泥的含水率及干燥速率随厚度及时间的变化含水率MR是衡量污泥中湿分百分比随时间变化的重要参数,其定义如式(1)。

污泥失水的快慢用干燥速率
污泥失水的快慢用干燥速率DR[g/(g•s)]来表示,如式(2)。
污泥失水的快慢用干燥速率2
   
         150 ℃下不同厚度污泥的含水率、干燥速率变化曲线分别如图2、图3所示。相同的加热温度,污泥的厚度越大,含水率曲线越平缓,干燥速率的值越低。由图2可知,随着污泥厚度的减小,达到同一含水率所需的时间越短,如厚度从12.5 mm降低到2.5 mm,同样得到含水率为30%的试样,干燥所需时间减少了78 min。
 不同厚度污泥的失水曲线
不同厚度污泥干燥的干燥速率