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    污泥薄層干燥特性及動力學模型分析
    瀏覽: 發布日期:2018-01-24
           近年來,隨著城鎮化的蓬勃發展,環境問題也日益嚴重。十三五規劃建議明確指出,我國現有的污水處理系統存在巨大空缺,應大力建設,實現城鎮生活污水垃圾處理設施全覆蓋和穩定運行。
     
           污水曝氣羅茨風機將高壓空氣吹入水體表層或底層,通過推動水流連續循環流動將污水進行攪拌增加水與空氣的接觸面積,增加養殖水池內的含氧量,使有機物、微生物及氧之間充分混合接觸,也為好氧微生物提供氧氣。
     
           污水曝氣羅茨風機同時具有好氧曝氣和厭氧攪拌的雙重功能, 更能促進水體加速循環能清除長期擱置在水中不至于腐化的有機物,它還具有預曝氣、脫臭、防止污水厭氧分解以及除泡等作用。
     
           污水處理是指為使水質達到一定使用標準而采取的物理、化學措施。飲用水的最低標準由環保部門制定。工業用水有自己的要求。水的溫度、顏色、透明度、氣味、味道等物理特性是判斷水質好壞的基本標準。水的化學特性,如其酸堿度、所溶解的固體物濃度和氧氣含量等,也是判斷水質的重要標準。
     
           本公司生產的污水曝氣羅茨風機,示圖:


    污水曝氣羅茨鼓風機
     
           本實驗由某一污水處理廠為例,進行污泥薄層干燥特性研究,得到其在不同溫度、厚度條件下半干化處理的干燥速率、失水曲線,引入了干燥動力學模型——Midilli模型,獲得污泥中濕分的有效擴散系數和干燥活化能等參數。
     
           據預測,未來5年間我國將排放4 000 億t污水,處理這些污水的污泥產量約為4 億t,年平均產量8 000 萬t。目前,城鎮污水處理廠污泥的主要處理方式是重力脫水與機械壓濾,處理后的脫水污泥含水率仍有約80%,且成分復雜,含有多種有害物質,不加以處理很可能會造成二次污染。
     
           研究表明,污泥的含水率由80%下降到60%,體積可減少至一半,下降到干燥平衡狀態,減量可達95%,可見熱干化對污泥的減量效果十分明顯,但其致命的缺點是能耗極高,特別是含水率下降到55%以下后,表面板結,內部水分擴散緩慢。
     
           而以生活污水處理廠污泥焚燒處理為例,要使其自持燃燒,含水率需降至55%以下,顯然,這已經超出了污泥機械脫水的能力。因此應對污泥進行半干化處理,即用熱干燥的方法,將污泥含水率降低到40%~50%,達到了減量、干化的效果,便于進一步處理,同時也減少了能量損耗。
     
           采用薄層干燥方式對脫水污泥的熱干燥進行了研究,結果表明,Logarithmic模型最適合用于污泥薄層干燥分析,80~150 ℃有效擴散系數為8.486×10-10~4.386×10-9m2/s,活化能為29.56 kJ/mol。
     
           由于污泥是一種含水率高,成分復雜的物質,研究其間壁干燥難度很大,前人研究大多針對球狀污泥或是質量很小的薄層狀試樣,而實際處理中的量要大得多。
     
           針對這一特征,本研究對較大質量污泥在低溫熱源加熱情況下的薄層干燥特性進行了分析,并對試驗結果進行動力學模型擬合,找到最優解,分別控制污泥的厚度、加熱溫度,得到污泥干化的理論依據。
     
           1試驗內容與試驗物料
     
           1.1試驗裝置與試驗方法試驗裝置由精度為0.01 g賽多利SECURA3102-1精密電子天平、電加熱裝置、圖像采集系統等組成,如圖1所示。天平實時測量污泥樣品的質量,并通過數據采集模塊傳輸到計算機內,功率為2 000 W的電加熱膜通過鋁板為污泥干燥提供熱量。將污泥平鋪在鋁板上,試樣為圓餅狀,其直徑為10 cm,厚度分別為2.5、5、7.5、10、12.5 mm,控制加熱溫度分別為50、75、100、125、150 ℃,設定加熱時長為90 min,每30 s自動采集天平讀數,得到相同加熱時間內不同溫度與厚度污泥的干燥特性。


    試驗裝置原理圖
    圖1  試驗裝置原理圖
     
           2試驗結果與分析
     
           2.1污泥的含水率及干燥速率隨厚度及時間的變化含水率MR是衡量污泥中濕分百分比隨時間變化的重要參數,其定義如式(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)]來表示,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、干燥速率變化曲線分別如圖2、圖3所示。相同的加熱溫度,污泥的厚度越大,含水率曲線越平緩,干燥速率的值越低。由圖2可知,隨著污泥厚度的減小,達到同一含水率所需的時間越短,如厚度從12.5 mm降低到2.5 mm,同樣得到含水率為30%的試樣,干燥所需時間減少了78 min。
     不同厚度污泥的失水曲線
    不同厚度污泥干燥的干燥速率
     
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