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污泥搅拌干燥特性

2022/4/26 10:02:42 / 作者:污水处理设备公司厂家 / 来源:山艺环保

污水污泥是一种来源于市政或工业污水处理厂的固体废弃物,主要包含水分、灰分和各种有机组分。由于污泥有机物含量高,且包含大量的细菌、病原体和微生物,并伴随着恶臭气体的散发,极易对生态环境造成污染。污泥中的水分给细菌滋生创造了有利条件,水分也是导致污泥恶臭、体积庞大和处理难度高的主因。污水处理厂排放的污泥含水率仍然高达80%左右,因此,污泥脱水干燥是实现污泥减量化和稳定化,并最终实现无害资源化利用的关键预处理手段。

  目前,污泥干燥采用的主要是热干燥技术,具有干燥速度快、处理量大和占地小等优点,应用前景广阔。根据热干燥过程传热机理不同,热干燥可分为直接干燥、间接干燥和混合式干燥。其中,间接干燥具有尾气量小和安全性高的优点。为降低间接干燥传热阻力,提高干燥速率,间接搅拌式干燥设备如:桨叶式干化机、圆盘干化机和薄层干化机等得到了广泛应用。污泥搅拌过程中的干燥和传热过程复杂,本文以某市政污泥为例,研究了污泥在小型桨叶式干化机内的干燥特性,并探讨了污泥干燥过程的温度变化规律。

  1、实验部分

  1.1 实验物料

  所用污泥来自某污水处理厂,含水率为3.6kg水kg-1干基(DS)。将干污泥研磨成粉末,分别参照国标GB/T212-91和GB/T476-2001对干污泥粉末进行工业和元素分析,采用氧弹量热仪测量干污泥粉末热值,结果如表1所示。

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  1.2 实验装置及测试方法

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  污泥的干燥特性试验在1kg/h的小型桨叶式干化机内完成,试验装置如图1所示。该系统装置主要由小型桨叶式干化机、加热温控装置、冷凝装置、真空泵和电子天平组成,桨叶式干化机的载热介质为导热油。在污泥干燥过程中,干燥尾气通过真空泵引入冷凝装置,尾气中的水蒸气被冷凝下来,并流入放置在电子天平上的玻璃容器中,根据天平的读数变化可计算出污泥干燥速率及污泥含水率的变化。此外,热电偶温度计从干化机顶盖位置插入污泥中,以实时监测污泥在干燥过程中的温度变化趋势。

  对污泥干燥冷凝液的品质进行了监测,其中化学需氧量(COD)根据美国《水和废水标准监测方法》检测,五日生化需氧量(BOD5)根据国标GB/T7488-1987检测,氨氮根据国标GB/T7479-1987检测。

  2、实验结果及讨论

  2.1 污泥间接搅拌干燥特性分析

  图2(左)所示为污泥在160℃和180℃下的干燥速率随污泥含水率的变化曲线,可以看出180℃下的污泥干燥速率显著高于160℃。在干燥的起始阶段,污泥干燥速率有急剧的上升,这是由于干燥初始阶段污泥有一个快速升温过程,以及随之而来的水分蒸发过程;当含水率降至3.0kg水kg-1DS时,污泥干燥速率开始快速下降,其原因是由于污泥含水率降低后其粘稠性增大,导致可搅拌性变差和传热阻力提高。在1.4~2.4kg水kg-1DS含水率区间,污泥干燥速率达到低谷,并保持相对稳定,这一区间为污泥粘滞区,污泥大量粘附在桨叶上,导致传热恶化。然而,当含水率低于1.4kg水kg-1DS时,干燥速率又有显著增加,这是由于污泥从桨叶上脱落后破碎为小颗粒,污泥干燥比表面积增大。图2(右)所示为160℃和180℃下污泥的失重曲线,可以看出160℃时污泥达到完全干燥的时间约为4小时,而180℃时完全干燥时间约为3小时,可见温度对干燥速率的显著影响。

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  2.2 污泥温度变化特性分析

  图3所示为不同干燥温度下污泥温度变化规律曲线,从图中可以看出,不同干燥温度下污泥的温度曲线具有相似的变化规律。在干燥初始阶段,污泥温度快速从环境温度升至100℃左右的蒸发温度,并在此温度下维持约30分钟。这一阶段污泥传热和搅拌性能好,具有很高的干燥速率,对应图2中的2.8~3.6kg水kg-1DS含水率区间。从30~40分钟开始,污泥温度开始有明显的下降,表明污泥的加热出现了恶化,这和前面所述由于传热恶化导致干燥速率降低的结论是一致的。从图中可以看出,污泥在低温段要维持较长时间,直至污泥进入颗粒区后,污泥温度才得以回升。当污泥水分接近全干燥时,污泥温度会超过常压下水的饱和温度,160℃和180℃干燥时的干污泥温度最高分别可达到135℃和162℃。干燥末期污泥温度的快速升高是基于两方面原因:一方面,在干燥末期,污泥中的含水率已降至很低水平,污泥颗粒表面甚至已经接近全干,因此会在高温壁面的加热下进一步升温;另一方面,此时污泥中的间隙水和表面水已蒸发完毕,残留的是内部结合水,具有很大结合能,需要在高温下才能去除。

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  2.3 污泥干燥冷凝液品质分析

  通过对干燥气体冷凝液进行收集,并分析了冷凝液中的pH值COD值BOD5氨氮浓度,结果如表2所示。其中pH为9.3呈碱性,表明污泥干燥过程中有大量碱性挥发物质释放。有研究表明,污泥干燥过程中会释放大量氨气,氨气极易溶于水,从而使干燥冷凝液呈碱性,由表中所示的冷凝液中含有很高浓度的氨氮(167mg/L)也从侧面验证了干燥过程中氨气的大量释放。冷凝液中COD值和BOD5值分别为430mg/L和150mg/L,表明干燥过程中还有大量挥发性有机物释放出来。研究表明,污泥在干燥过程中还会释放甲烷、正己烷和苯等链烃或芳香烃等有机气体,这都会导致污泥中的COD值和BOD5值增加。表2中还给出了市政污水处理厂对进水水质的要求,可以看出,冷凝液的pH值、COD值、BOD5值和氨氮值均显著高于污水厂进水水质标准限值。因此,干燥冷凝液必须通过进一步处理或稀释才能够排放。

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  3、结论

  本文研究了污泥在桨叶式干化机内的搅拌干燥特性,研究结果表明,污泥在干燥初始阶段具有很高的干化速率;随着含水率降低,污泥进入粘滞区,污泥传热和搅拌特性恶化,干化速率显著降低;当含水率低于粘滞区后,污泥进入破碎阶段,干化速率又得以回升。污泥的温度变化也呈现出现升高,后降低,再升高的变化趋势。污泥干化冷凝液品质分析结果表明,冷凝液中的pH值、COD值、BOD5值和氨氮值等指标均显著高于污水处理厂进水水质标准,为冷凝液的进一步处理指明了方向。


 

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