污水污泥干燥特性研究

28污水污泥干燥特性研究袁佳丽'郭宏伟(东南大学能源与环境学院)摘要污泥产量巨大且成分复杂，而干燥污泥是城市污泥减量化最有效的方法之一。通过实验研究污泥干燥种性，重点介绍污泥干燥特性的研究现状,分析污泥干燥过程以及温度、粒径、形状等因素对污泥干燥特性的影响，并提出依据干燥特性提高污泥干燥速率的发展方向。关键词污水污泥干燥升温速率特性➊前言(2)间隙水分蒸发速率第-次下降时期所污泥是污水处理的二次产物，目前我国每年产去除的水分。通常指存在于泥饼颗粒间的毛细管中生的干污泥量已达一亿吨"，而且随着人口的增的水分。.长和工业的发展，污泥量将大大增加，污泥含水量(3)表面水分蒸发速率第 二次下降时期所去高、易腐败、有恶臭，含有毒物质以及大量有害病除的水分。通常指吸附或黏附于固体表面的水分。原物，必须即时处理。目前，污泥的处理方法主要(4)结合水分在干燥过程中不能 被去除的有浓缩、消化、调理、脱水、干燥等(2,污泥经水分。这部分水一般以化学力与固体颗粒相结合。浓缩、消化后，尚有95% ~97%含水率,为了进- -不过，这只是一般过程。试验发现，对注入高步降低脱水后污泥的含水率(75%),采用干燥工分子混凝剂后的下水污泥脱水滤饼没有恒速干燥阶艺。经干燥后含水率可降至约20%左右"。干燥段，预热后直接进入降速干燥阶段,平衡含水率接工艺除了最简单的日晒外，常用的是热干燥技术。近于0。而添加石灰的下水污泥和脱水污泥饼有恒目前国内外污水污泥干燥的研究主要集中在工艺速干燥阶段，但临界含水率高，而加入高分子絮凝上，而在干燥机理上10.4很少进行研究，但为了更.剂时，有时出现恒速段和两个降速干燥阶段,但其好地提高干燥效率，节省能源，对污泥干燥特性的机理上还存在很多不清楚之处。研究是至关重要的。2污泥干燥试验分析1污泥干燥曲线2.1 试验装置与数据处理污泥是- -种 由有机物和无机物组成的含水率很试验在可控温的水分快速测定仪内进行。该仪高的混合物，性质相当复杂，20世纪80年代，器包括-一个干燥烘箱和一套天平装置。将初始污泥Millr, Satoetal 以及Smllen']1 等人对污泥的干燥试样放人水分快速测定仪中进行干燥，由于干燥箱特性进行了研究，发现其与晶体物质的干燥特性有后的天平可以对污泥量的减轻作出反应， 故每隔一很大的差异。他们认为,水分在污泥中有四种存在段时间读数-次，即污泥中已被蒸发出的水分的重形式:自由水分、间隙水分、表面水分以及结合水量，直至数据不再变化，说明此时污泥试样已经不分，分别反映了水分与污泥固体颗粒结合的情况。含水中国煤化全水率都为零。(1)自由水分蒸发速率恒定时 去除的水分。位s,水分快速测MYHC NMH G'●袁佳丽，女，1985年生,硬士研究生。南京市. 2109%。.《化工装备技术》第30卷第4期2009年29定仪每次读数为D。, (n=0,1 .....单位g),最干燥速率下降。去除的水分为间隙水分和表面水分。后一个读数为D。,则有关系式当污泥全部表面都成为干区后，水分的汽化面逐渐水分总质量，M, =D。向污泥内部移动，传热是由空气穿过千料到汽化表每次干燥时试样的水分量M. =D.-D.(n=0,面，汽化的水分又从湿表面穿过干料到空气中。显1......然，内部的热、质传递途径加长，阻力加大，造成绝干物料重量M=Mx件-D。干燥速率下降，最后达到平衡含水率，干燥过程终干基含水率8。=M./M (n =0,1 2....止。在此过程，空气传给湿污泥的热量大于水分汽湿基含水率H。=M./(M. +M )化所需要的热量,所以污泥表面的温度升高。(n =0,1 ,....干燥速率V。=(X_ -X.)/Qt(n=1 ,.....3影响污泥千 燥特性因素分析2.2干燥曲线分析3.1温度对污泥 千燥特性的影响图1表明，污泥干燥过程经历了加速阶段、恒温度对污泥干燥特性的影响如图2所示。速阶段和减速阶段。.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干基含水量图1干燥温度为 86C时s -6 mm粒径污泥干燥速率曲线0.09 [114t0.008 I加速阶段:污泥被加热升温。由于此时污泥含0.0078C水率高，自由水分含量较大其表面自由水分很容易.0.006被蒸发，所以是一个加速过程，但持续时间很短，86C本试验不加分析。恒速阶段:污泥表面维持润湿状态，污泥温度恒定，湿污泥中水分先由污泥内部迁移至表面，然0后再从表面汽化到空气中。水分由污泥内部迁移至表面的速率大于或等于水分从表面汽化的速率，污泥表面保持完全润湿。恒速干燥阶段的干燥速率的图2不同干燥温度 下污泥于燥速率曲线大小取决于污泥表面水分的汽化速率。这- -阶段传从图2中可以看出，由于在干燥的恒速阶段水热的热量全部用来蒸发污泥表面的水分。恒速干燥分先由污泥内部迁移至表面，然后从表面汽化至空阶段的干燥速率只与空气的状态有关，而与污泥无气中，当污泥内部水分迁移至表面的速率小于表面关。减速阶段:到达临界点以后，即进入降速干燥水分的汽化速率时，即出现表面部分“干区"时，阶段。随着干燥过程的进行，污泥内部水分迁移到恒速阶段结束。因此，温度越高，表面水分的汽化表面的速率已经小于表面水分的汽化速率，污泥表速率中国煤化工脱去的水分减少，但是因为干燥温面不能再维持全部润湿，而出现部分“千区",即度的MHCNM H多,所以不能说实际汽化表面减少。因此,以物料总面积为基准的明其总干燥时间更长，但可以认为在满足产量的前30污水污泥干燥特性研究提下尽量采用较低温千燥，使内部水分扩散与表面就越长。汽化速率相接近，可以降低能耗。同样，比较污泥饼与污泥球干燥特性的试在减速阶段，传热是由空气穿过干料到汽化表验[* 发现，饼状污泥的干燥与球状污泥干燥的水面，汽化的水分从湿表面穿过干料到空气中，由于分析出速率变化趋势- 致， 但饼状污泥外层水分汽阻力加大导致干燥速率下降和污泥表面温度升高，化快， 其水分析出速率较球状污泥大。而且在污泥因此随温度越高减速阶段时间缩短，干燥速率增饼表面加刻条纹'后发现，水分析出速率明显加大。并且试验发现‘°),同-试样在不同升温速率快，失重率明显增加。下含水率随温度的变化趋势大致相同，在降到同一由于污泥颗粒越小，相同质量的污泥汽化表面含水率时，升温速率越高的试样所需时间越短。这就越大，即传热面积A越大。而且由于污泥的粒是由于在相同时间内高升温速率试样在温度较高区径R小，在表面传热系数K和导热系数λ不变的内的停留时间长，析出水分就多。情况下，R越小，K就越大，在相同的温差△t下，另外，温度对产品的干燥效果也具有一定影粒径越小的污泥颗粒的热流量就越大;所以粒径越响。曲艳丽”等在作饼状污泥干燥特性试验时分小，汽化表面越大时，也就有更多的表面水很快蒸别在80 C和105 C干燥污泥饼时发现，环境温度发而去除，干燥速率更大，干燥时间更短。同样的为105 C的污泥饼中心向上突起,而80 C的恰好道理， 由于饼状污泥体表比小，相对球状污泥来相反，说明其干燥结束时水分没有完全汽化。这是说，内部水分向表面扩散的路径短，因此当外层水因为环境温度低，水分迁移慢，要完全干燥污泥中分汽化时，内部水分也同时明显地向外层迁移和扩的水分需更长的时间。因此干燥时除了考虑利用高散，引起整个污泥体积一直在减小。温提高干燥效率，并且尽可能地考虑节约能耗，还上述试验样品的主要不同之处在于表面积不相要根据干燥产品的质量要求通过试验以确定最佳于同，在污泥饼表面加刻条纹，就是增大了其表面燥温度。积。表面积越大,表面的附着水分越多，与热空气由以上干燥曲线可以看出，干燥初期温度升高接触后蒸发量越大，单位时间的水分析出量越大，能引起明显的干燥速率增加，但到- -定阶段后，温用时越少。因此最大限度的减小污泥的体表比，对度的影响不再明显。因此，从节能角度考虑,干燥提高干燥速率具有很重要的意义。前期可采用较高的空气温度，而后期可适当降低空4结论气温度。3.2表观特性对污泥干燥特性的影响(1)对恒速干燥阶段，干燥速率与污泥本身无关，可通过试验获得最佳温度以及通风条件,以sSp+03-4mm- + 456m达到提高干燥效率的目的。+ 07-8mm一-0910m(2)对减速干燥阶段,干燥速率主要取决于士011-12m物料本身性质,外界因素影响较小，可通过尽量减1小粒径、增大表面积，减小体表比等方法，提高水.分析出速率，并且可采取较高升温效率，以期干燥时间缩短。2000400060000 8000 1000时间/S(3)对恒速干燥阶段，可适当采用较高温度,对减速干燥阶段，可采用较低的干燥温度，以达到图3同温度不同粒径污泥颗粒干燥曲线对比节能降耗的效果。具有不同表观特性的污泥在其他条件相同的情(4)不同的干燥温度不仅影响干燥速率,干况下干燥特性也不尽相同，如图3所示。相同温度燥刘中国煤化工不同要求，因此物下，污泥颗粒粒径越大,其千燥曲线下降越平缓，科印YHCN M H G气的流速、温度和即含水率下降越缓慢，干燥到相同含水率所需时间湿度等外部条件。(下转第40页)40在用氨制冷压力管道全面检验材料检验的硬度测定值在HB156以下;考虑到冷库氨制冷压力管道过去基本处在失控(4)管道及焊缝外观未发现腐蚀现象;状态，对于在用氨制冷压力管道若严格按照《在用(5)在实际工况下，材料韧性良好，并且未工业管道定期检验规程》进行检验的困难很大，在出现材料性能劣化及劣化趋向;使用单位建立健全各项安全管理制度及保证落实到(6)未焊透相对深度小于0.6且缺陷底部最位的情况下，本着“合于使用”原则，对超标缺小壁厚≥2 mm;陷进行安全评定，适当放宽要求是可行的。但对于(7)未焊透部位不存在裂纹及附近无其它埋新建的氨制冷压力管道要严把安装质量,应国家质藏缺陷;量监督检验检疫总局切实做好监督检验。(8)压力试验或泄漏性试验合格;参考文献(9)液氨介质中含水量≥0.2% ;(10)安全附件齐全且均在校验有效期内;[1]国家质量监督检院检疫总局. 在用工业管道定期检验規程[S] .2007.(11)使用单位已制定压力管道作业安全措施[2]GB 50235 - 1997.工业金属管道工程施工及验收规范[S] .及应急预案并保证落实到位。北京:中国计划出版社，1997.经过上述处理后，80%以上的氨制冷压力管道[3]朱利宏， 等.氨制冷系统压力管道全面检验及安全评定允许继续监控使用，经过两年多运行，未发生一起[J] .制冷, 2003 (6) .管道失效事故，从而既保证了经济的发展又有效地(收稿日期: 2009 -02-12)避免了事故的发生。4结语(上接第27页)高。但缺点是加工制作难度加大，维修清理较困管壳式换热器管程和壳程的强化传热的各种方难，所以壳侧不易使用经常需要清理的介质。法都是围绕传热机理，从提高传热系数K、扩大传2.2.2折流杆式换热器热面积A和增大传热温差Al_三种方面来实现。通折流杆式换热器由排布的支撑杆和其他元件形过改变换热管外形、改变壳程挡板和管支撑物的形成折流栅来代替折流板，使流体在壳程形成一系列式、改变壳程流程布置等途径达到提高传热效率的折流，既可以防震，还可以增加流动介质的湍流目的。从而实现热量的合理利用，降低设备成本，度，提高管间给热系数。折流杆式换热器压降很减少金属材料消耗，实现工艺过程的节能减排。所低，为弓形隔板的1/4以下，传热特性比也高，以采用各种强化传热方法设计制造高性能的换热器传热强化达1.3~2.4倍,应用于有相变和无相变是较经济的开 发和利用能源的最重要手段。的流杆螺旋槽再沸器都能获得比较满意的效果。(收稿日期: 2000 -03 -05)3结语.(上接第30页)[J] . Inst Waste & Environ Mangt 1995, 9 (6): 306 -310.[1] 林云琴，周少奇.我国污泥处理、处置与利用现状[J] .[6]李爱民， 曲艳丽，陈满堂。污水污泥干燥特性的实验研究[J].燃烧科学与技术，2003, 9 (5) .能源环境保护，2004. 18 (6) .[2]朱小山， 孟范平，赵希锦.城市污泥的处理技术及资源化[7]曲艳丽，李爱民，李润东，等。饼状污泥干燥特性的研究[}] .燃烧科学与技术，2005, 11 (1) .展望[] .四川环境，2002, 21 (4); 8-12.[8] 李爱民，曲艳丽，杨子贤，等.污水污泥干燥过程中表观[ 3] Port Ludlow W A , Olivier Fudym . Heat 0ux esination in thin -中国煤化工] .化工学报，2004,layer drying [D] .USA，199[4] 赵由才，徐迪民，陈绍伟，等.污泥的DSC和TGA分析MHCNMHG病日期: 0-12-11\以稿[J].环境工程，1994, 12 (4); 38-41.[$] Lowe P. Developments in the thermal drying of sewage sludge