污水污泥干燥特性研究

28污水污泥干燥特性研究袁佳麗'郭宏偉(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院)摘要污泥產(chǎn)量巨大且成分復雜，而干燥污泥是城市污泥減量化最有效的方法之一。通過(guò)實(shí)驗研究污泥干燥種性，重點(diǎn)介紹污泥干燥特性的研究現狀,分析污泥干燥過(guò)程以及溫度、粒徑、形狀等因素對污泥干燥特性的影響，并提出依據干燥特性提高污泥干燥速率的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞污水污泥干燥升溫速率特性?前言(2)間隙水分蒸發(fā)速率第-次下降時(shí)期所污泥是污水處理的二次產(chǎn)物，目前我國每年產(chǎn)去除的水分。通常指存在于泥餅顆粒間的毛細管中生的干污泥量已達一億噸"，而且隨著(zhù)人口的增的水分。.長(cháng)和工業(yè)的發(fā)展，污泥量將大大增加，污泥含水量(3)表面水分蒸發(fā)速率第 二次下降時(shí)期所去高、易腐敗、有惡臭，含有毒物質(zhì)以及大量有害病除的水分。通常指吸附或黏附于固體表面的水分。原物，必須即時(shí)處理。目前，污泥的處理方法主要(4)結合水分在干燥過(guò)程中不能 被去除的有濃縮、消化、調理、脫水、干燥等(2,污泥經(jīng)水分。這部分水一般以化學(xué)力與固體顆粒相結合。濃縮、消化后，尚有95% ~97%含水率,為了進(jìn)- -不過(guò)，這只是一般過(guò)程。試驗發(fā)現，對注入高步降低脫水后污泥的含水率(75%),采用干燥工分子混凝劑后的下水污泥脫水濾餅沒(méi)有恒速干燥階藝。經(jīng)干燥后含水率可降至約20%左右"。干燥段，預熱后直接進(jìn)入降速干燥階段,平衡含水率接工藝除了最簡(jiǎn)單的日曬外，常用的是熱干燥技術(shù)。近于0。而添加石灰的下水污泥和脫水污泥餅有恒目前國內外污水污泥干燥的研究主要集中在工藝速干燥階段，但臨界含水率高，而加入高分子絮凝上，而在干燥機理上10.4很少進(jìn)行研究，但為了更.劑時(shí)，有時(shí)出現恒速段和兩個(gè)降速干燥階段,但其好地提高干燥效率，節省能源，對污泥干燥特性的機理上還存在很多不清楚之處。研究是至關(guān)重要的。2污泥干燥試驗分析1污泥干燥曲線(xiàn)2.1 試驗裝置與數據處理污泥是- -種 由有機物和無(wú)機物組成的含水率很試驗在可控溫的水分快速測定儀內進(jìn)行。該儀高的混合物，性質(zhì)相當復雜，20世紀80年代，器包括-一個(gè)干燥烘箱和一套天平裝置。將初始污泥Millr, Satoetal 以及Smllen']1 等人對污泥的干燥試樣放人水分快速測定儀中進(jìn)行干燥，由于干燥箱特性進(jìn)行了研究，發(fā)現其與晶體物質(zhì)的干燥特性有后的天平可以對污泥量的減輕作出反應， 故每隔一很大的差異。他們認為,水分在污泥中有四種存在段時(shí)間讀數-次，即污泥中已被蒸發(fā)出的水分的重形式:自由水分、間隙水分、表面水分以及結合水量，直至數據不再變化，說(shuō)明此時(shí)污泥試樣已經(jīng)不分，分別反映了水分與污泥固體顆粒結合的情況。含水中國煤化全水率都為零。(1)自由水分蒸發(fā)速率恒定時(shí) 去除的水分。位s,水分快速測MYHC NMH G'●袁佳麗，女，1985年生,硬士研究生。南京市. 2109%。.《化工裝備技術(shù)》第30卷第4期2009年29定儀每次讀數為D。, (n=0,1 .....單位g),最干燥速率下降。去除的水分為間隙水分和表面水分。后一個(gè)讀數為D。,則有關(guān)系式當污泥全部表面都成為干區后，水分的汽化面逐漸水分總質(zhì)量，M, =D。向污泥內部移動(dòng)，傳熱是由空氣穿過(guò)千料到汽化表每次干燥時(shí)試樣的水分量M. =D.-D.(n=0,面，汽化的水分又從濕表面穿過(guò)干料到空氣中。顯1......然，內部的熱、質(zhì)傳遞途徑加長(cháng)，阻力加大，造成絕干物料重量M=Mx件-D。干燥速率下降，最后達到平衡含水率，干燥過(guò)程終干基含水率8。=M./M (n =0,1 2....止。在此過(guò)程，空氣傳給濕污泥的熱量大于水分汽濕基含水率H。=M./(M. +M )化所需要的熱量,所以污泥表面的溫度升高。(n =0,1 ,....干燥速率V。=(X_ -X.)/Qt(n=1 ,.....3影響污泥千 燥特性因素分析2.2干燥曲線(xiàn)分析3.1溫度對污泥 千燥特性的影響圖1表明，污泥干燥過(guò)程經(jīng)歷了加速階段、恒溫度對污泥干燥特性的影響如圖2所示。速階段和減速階段。.s[0.005→←86C←92C0.0045+ 98C 甘104C0.004-I14Ci 0.00350.003F 0.00250.0020.00150.0010.0005)000 500 1000 1500 20002500 30000 3500干基含水量圖1干燥溫度為 86C時(shí)s -6 mm粒徑污泥干燥速率曲線(xiàn)0.09 [114t0.008 I加速階段:污泥被加熱升溫。由于此時(shí)污泥含0.0078C水率高，自由水分含量較大其表面自由水分很容易.0.006被蒸發(fā)，所以是一個(gè)加速過(guò)程，但持續時(shí)間很短，86C本試驗不加分析。恒速階段:污泥表面維持潤濕狀態(tài)，污泥溫度恒定，濕污泥中水分先由污泥內部遷移至表面，然0后再從表面汽化到空氣中。水分由污泥內部遷移至表面的速率大于或等于水分從表面汽化的速率，污泥表面保持完全潤濕。恒速干燥階段的干燥速率的圖2不同干燥溫度 下污泥于燥速率曲線(xiàn)大小取決于污泥表面水分的汽化速率。這- -階段傳從圖2中可以看出，由于在干燥的恒速階段水熱的熱量全部用來(lái)蒸發(fā)污泥表面的水分。恒速干燥分先由污泥內部遷移至表面，然后從表面汽化至空階段的干燥速率只與空氣的狀態(tài)有關(guān)，而與污泥無(wú)氣中，當污泥內部水分遷移至表面的速率小于表面關(guān)。減速階段:到達臨界點(diǎn)以后，即進(jìn)入降速干燥水分的汽化速率時(shí)，即出現表面部分“干區"時(shí)，階段。隨著(zhù)干燥過(guò)程的進(jìn)行，污泥內部水分遷移到恒速階段結束。因此，溫度越高，表面水分的汽化表面的速率已經(jīng)小于表面水分的汽化速率，污泥表速率中國煤化工脫去的水分減少，但是因為干燥溫面不能再維持全部潤濕，而出現部分“千區",即度的MHCNM H多,所以不能說(shuō)實(shí)際汽化表面減少。因此,以物料總面積為基準的明其總干燥時(shí)間更長(cháng)，但可以認為在滿(mǎn)足產(chǎn)量的前30污水污泥干燥特性研究提下盡量采用較低溫千燥，使內部水分擴散與表面就越長(cháng)。汽化速率相接近，可以降低能耗。同樣，比較污泥餅與污泥球干燥特性的試在減速階段，傳熱是由空氣穿過(guò)干料到汽化表驗[* 發(fā)現，餅狀污泥的干燥與球狀污泥干燥的水面，汽化的水分從濕表面穿過(guò)干料到空氣中，由于分析出速率變化趨勢- 致， 但餅狀污泥外層水分汽阻力加大導致干燥速率下降和污泥表面溫度升高，化快， 其水分析出速率較球狀污泥大。而且在污泥因此隨溫度越高減速階段時(shí)間縮短，干燥速率增餅表面加刻條紋'后發(fā)現，水分析出速率明顯加大。并且試驗發(fā)現‘°),同-試樣在不同升溫速率快，失重率明顯增加。下含水率隨溫度的變化趨勢大致相同，在降到同一由于污泥顆粒越小，相同質(zhì)量的污泥汽化表面含水率時(shí)，升溫速率越高的試樣所需時(shí)間越短。這就越大，即傳熱面積A越大。而且由于污泥的粒是由于在相同時(shí)間內高升溫速率試樣在溫度較高區徑R小，在表面傳熱系數K和導熱系數λ不變的內的停留時(shí)間長(cháng)，析出水分就多。情況下，R越小，K就越大，在相同的溫差△t下，另外，溫度對產(chǎn)品的干燥效果也具有一定影粒徑越小的污泥顆粒的熱流量就越大;所以粒徑越響。曲艷麗”等在作餅狀污泥干燥特性試驗時(shí)分小，汽化表面越大時(shí)，也就有更多的表面水很快蒸別在80 C和105 C干燥污泥餅時(shí)發(fā)現，環(huán)境溫度發(fā)而去除，干燥速率更大，干燥時(shí)間更短。同樣的為105 C的污泥餅中心向上突起,而80 C的恰好道理， 由于餅狀污泥體表比小，相對球狀污泥來(lái)相反，說(shuō)明其干燥結束時(shí)水分沒(méi)有完全汽化。這是說(shuō)，內部水分向表面擴散的路徑短，因此當外層水因為環(huán)境溫度低，水分遷移慢，要完全干燥污泥中分汽化時(shí)，內部水分也同時(shí)明顯地向外層遷移和擴的水分需更長(cháng)的時(shí)間。因此干燥時(shí)除了考慮利用高散，引起整個(gè)污泥體積一直在減小。溫提高干燥效率，并且盡可能地考慮節約能耗，還上述試驗樣品的主要不同之處在于表面積不相要根據干燥產(chǎn)品的質(zhì)量要求通過(guò)試驗以確定最佳于同，在污泥餅表面加刻條紋，就是增大了其表面燥溫度。積。表面積越大,表面的附著(zhù)水分越多，與熱空氣由以上干燥曲線(xiàn)可以看出，干燥初期溫度升高接觸后蒸發(fā)量越大，單位時(shí)間的水分析出量越大，能引起明顯的干燥速率增加，但到- -定階段后，溫用時(shí)越少。因此最大限度的減小污泥的體表比，對度的影響不再明顯。因此，從節能角度考慮,干燥提高干燥速率具有很重要的意義。前期可采用較高的空氣溫度，而后期可適當降低空4結論氣溫度。3.2表觀(guān)特性對污泥干燥特性的影響(1)對恒速干燥階段，干燥速率與污泥本身無(wú)關(guān)，可通過(guò)試驗獲得最佳溫度以及通風(fēng)條件,以sSp+03-4mm- + 456m達到提高干燥效率的目的。+ 07-8mm一-0910m(2)對減速干燥階段,干燥速率主要取決于士011-12m物料本身性質(zhì),外界因素影響較小，可通過(guò)盡量減1小粒徑、增大表面積，減小體表比等方法，提高水.分析出速率，并且可采取較高升溫效率，以期干燥時(shí)間縮短。2000400060000 8000 1000時(shí)間/S(3)對恒速干燥階段，可適當采用較高溫度,對減速干燥階段，可采用較低的干燥溫度，以達到圖3同溫度不同粒徑污泥顆粒干燥曲線(xiàn)對比節能降耗的效果。具有不同表觀(guān)特性的污泥在其他條件相同的情(4)不同的干燥溫度不僅影響干燥速率,干況下干燥特性也不盡相同，如圖3所示。相同溫度燥劉中國煤化工不同要求，因此物下，污泥顆粒粒徑越大,其千燥曲線(xiàn)下降越平緩，科印YHCN M H G氣的流速、溫度和即含水率下降越緩慢，干燥到相同含水率所需時(shí)間濕度等外部條件。(下轉第40頁(yè))40在用氨制冷壓力管道全面檢驗材料檢驗的硬度測定值在HB156以下;考慮到冷庫氨制冷壓力管道過(guò)去基本處在失控(4)管道及焊縫外觀(guān)未發(fā)現腐蝕現象;狀態(tài)，對于在用氨制冷壓力管道若嚴格按照《在用(5)在實(shí)際工況下，材料韌性良好，并且未工業(yè)管道定期檢驗規程》進(jìn)行檢驗的困難很大，在出現材料性能劣化及劣化趨向;使用單位建立健全各項安全管理制度及保證落實(shí)到(6)未焊透相對深度小于0.6且缺陷底部最位的情況下，本著(zhù)“合于使用”原則，對超標缺小壁厚≥2 mm;陷進(jìn)行安全評定，適當放寬要求是可行的。但對于(7)未焊透部位不存在裂紋及附近無(wú)其它埋新建的氨制冷壓力管道要嚴把安裝質(zhì)量,應國家質(zhì)藏缺陷;量監督檢驗檢疫總局切實(shí)做好監督檢驗。(8)壓力試驗或泄漏性試驗合格;參考文獻(9)液氨介質(zhì)中含水量≥0.2% ;(10)安全附件齊全且均在校驗有效期內;[1]國家質(zhì)量監督檢院檢疫總局. 在用工業(yè)管道定期檢驗規程[S] .2007.(11)使用單位已制定壓力管道作業(yè)安全措施[2]GB 50235 - 1997.工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規范[S] .及應急預案并保證落實(shí)到位。北京:中國計劃出版社，1997.經(jīng)過(guò)上述處理后，80%以上的氨制冷壓力管道[3]朱利宏， 等.氨制冷系統壓力管道全面檢驗及安全評定允許繼續監控使用，經(jīng)過(guò)兩年多運行，未發(fā)生一起[J] .制冷, 2003 (6) .管道失效事故，從而既保證了經(jīng)濟的發(fā)展又有效地(收稿日期: 2009 -02-12)避免了事故的發(fā)生。4結語(yǔ)(上接第27頁(yè))高。但缺點(diǎn)是加工制作難度加大，維修清理較困管殼式換熱器管程和殼程的強化傳熱的各種方難，所以殼側不易使用經(jīng)常需要清理的介質(zhì)。法都是圍繞傳熱機理，從提高傳熱系數K、擴大傳2.2.2折流桿式換熱器熱面積A和增大傳熱溫差Al_三種方面來(lái)實(shí)現。通折流桿式換熱器由排布的支撐桿和其他元件形過(guò)改變換熱管外形、改變殼程擋板和管支撐物的形成折流柵來(lái)代替折流板，使流體在殼程形成一系列式、改變殼程流程布置等途徑達到提高傳熱效率的折流，既可以防震，還可以增加流動(dòng)介質(zhì)的湍流目的。從而實(shí)現熱量的合理利用，降低設備成本，度，提高管間給熱系數。折流桿式換熱器壓降很減少金屬材料消耗，實(shí)現工藝過(guò)程的節能減排。所低，為弓形隔板的1/4以下，傳熱特性比也高，以采用各種強化傳熱方法設計制造高性能的換熱器傳熱強化達1.3~2.4倍,應用于有相變和無(wú)相變是較經(jīng)濟的開(kāi) 發(fā)和利用能源的最重要手段。的流桿螺旋槽再沸器都能獲得比較滿(mǎn)意的效果。(收稿日期: 2000 -03 -05)3結語(yǔ).(上接第30頁(yè))[J] . 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