隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展 ,我國(guó)城市及工業(yè)污水排放量逐年上升 ,到 2005 年 ,全國(guó)工業(yè)及生活污水排放總量已經(jīng)上升至 524. 5億 t,其中工業(yè)廢水 221. 1億 t,生活污水 261. 3億 t,比 2003 年上升了 14. 2%。與此同時(shí) ,污水處理設(shè)施也在不斷增加, 2005年全國(guó)廢水治理設(shè)施達(dá) 69 231套, 比 2003年增加了 6. 3%。2005年城市污水的處理率為 39. 4% ,城市工業(yè)廢水處理率為 99. 4% ,如果按每萬(wàn)噸廢水產(chǎn) 10 t脫水污泥的話, 2005 年的脫水污泥排放量達(dá) 3 227萬(wàn) t,而且逐年上升 。

污泥熱干化處理法是一種污泥減量化、資源化的有效方法 ,其手段多種多樣 ,包括直接接觸式熱干化法和間接接觸式熱干化法。間接接觸式熱干化法由于熱效率高、尾氣排放低等優(yōu)點(diǎn)而日益受到重視 ,漿葉式干燥機(jī)就是一種有效的間接接觸式熱干化設(shè)備 ,本文研究了污泥在漿葉式干燥機(jī)內(nèi)的干化特性。

實(shí)驗(yàn)論證

污泥干燥系統(tǒng)由槳葉式污泥干燥機(jī)、導(dǎo)熱油爐、油泵、電機(jī)和電控柜組成 (見(jiàn)圖 1 ) ,槳葉式干燥機(jī)干燥面積 2 m2 ,作為傳熱介質(zhì)的導(dǎo)熱油采用電阻絲加熱 ,傳熱機(jī)構(gòu)由一對(duì)空心熱軸和加熱干燥機(jī)機(jī)體的熱夾套組成 ,濕污泥由進(jìn)料口進(jìn)入干燥機(jī) ,空心熱軸通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)攪拌污泥 ,導(dǎo)熱油通過(guò)空心熱軸以及夾套將熱量傳遞給濕污泥。

圖 1 槳葉式污泥干燥系統(tǒng)

表 1 污泥工業(yè)分析和元素分析

樣品 工業(yè)分析 /% 元素分析 /% 熱值

本實(shí)驗(yàn)的對(duì)象為來(lái)自某生活污水處理廠的生活污泥 ,初始含水率為 79. 63% ,其工業(yè)分析和元素分析如表 1所示。

圖 2 槳葉式污泥干燥機(jī)剝面圖

1 - 槳葉; 2 - 采樣口; 3 - 溫度計(jì); 4 - 槳葉式干燥機(jī)保溫層; 5 - 電控柜; 6 - 油泵; 7 - 導(dǎo)熱油爐; 8 - 電磁調(diào)速電機(jī); 9 - 進(jìn)料口; 10 - 空心熱軸

 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2. 1 污泥在熱重儀內(nèi)的干燥特性

污泥中的水分主要由自由水、間隙水、毛細(xì)結(jié)合水、表面結(jié)合水和分子結(jié)合水組成 [ 2 ] , 其中自由水在機(jī)械脫水階段已經(jīng)被脫除,因此污泥的熱干燥特性主要反應(yīng)間隙水和結(jié)合水在加熱條件下的脫水特性。實(shí)驗(yàn)首先研究了單污泥顆粒的失重曲線 ,將脫水污泥制成直徑為 2 cm 的圓球 ,在熱重儀內(nèi)觀察其不同溫度下的失重曲線 ,如圖 3 所示。隨著溫度升高 ,污泥的失重時(shí)間明顯縮短 ,污泥顆粒在 150℃下的失重時(shí)間為 8 500 s,在 200℃ 時(shí)的失重時(shí)間為 5  000  s, 干燥時(shí)間減少了

41. 2%。圖 4為三條失重曲線對(duì)應(yīng)的失重速率曲線 ,初始階段由于污泥顆粒進(jìn)入失重儀后 ,顆粒溫度從環(huán)境溫度上升至爐內(nèi)溫度 ,因此失重速率逐漸提高 ,在此之后 ,污泥的失重速率幾乎呈直線下降 ,這主要取決于兩個(gè)因素。首先 ,由于污泥在失重過(guò)程中 ,往往是靠近顆粒外表面的水分先脫除掉 ,當(dāng)干燥界面不斷往顆粒內(nèi)部收縮時(shí) ,水分析出的擴(kuò)散阻力也不斷加大;其次 ,間隙水、毛細(xì)結(jié)合水、表面結(jié)合水和分子結(jié)合水與污泥顆粒的結(jié)合強(qiáng)度逐級(jí)增大[ 3 ] ,因此在熱干燥過(guò)程中必然導(dǎo)致失重速率逐漸下降。

3. 2 污泥在槳葉式干燥機(jī)內(nèi)的干燥過(guò)程

3. 2. 1 熱軸轉(zhuǎn)速的影響

將污泥從槳葉式干燥機(jī)的左端進(jìn)料口連續(xù)給入 ,干燥機(jī)的兩根熱軸在調(diào)速電機(jī)的帶動(dòng)下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng) ,連續(xù)不間斷地對(duì)污泥進(jìn)行攪拌 ,同時(shí)污泥在葉片的帶動(dòng)下在干燥機(jī)內(nèi)緩緩前行 ,采用槳葉式干燥機(jī)邊攪拌邊干燥污泥 ,污泥的受熱面不斷改變 ,污泥受熱更加均勻。通過(guò)槳葉片的攪拌 ,使得污泥有效克服了第一個(gè)因素對(duì)失重速率的抑制作用。圖 5 是在相同的導(dǎo)熱油溫下 ,不同熱軸轉(zhuǎn)速下污泥的含水率沿干燥機(jī)身的變化; 熱軸轉(zhuǎn)速提高兩倍后 , 污泥的出口含水率由 42%上升到了60% ,可見(jiàn)熱軸轉(zhuǎn)速對(duì)干燥機(jī)出口污泥含水率有很大影響 ,這是由于槳葉片在污泥干燥過(guò)程中發(fā)揮著攪拌、傳熱和推動(dòng)三大功能 ,而熱軸轉(zhuǎn)速和葉片對(duì)污泥的推動(dòng)作用成正比 ,熱軸轉(zhuǎn)速提高之后 , 污泥在干燥機(jī)內(nèi)的行進(jìn)速度加快,導(dǎo)致在干燥機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間縮短 ,出口含水率提高。

3. 2. 2 導(dǎo)熱油溫的影響

圖 6為導(dǎo)熱油溫對(duì)污泥含水率的影響 ,由圖可知污泥含水率對(duì)導(dǎo)熱油溫的變化也很敏感 ,導(dǎo)熱油溫度從 160℃上升至 200℃,干燥機(jī)出口污泥的含水率由 54%下降至 32%。而且污泥沿機(jī)身的含水率曲線呈上凹形 ,這是由于蒸發(fā)相同的水分 ,高水分污泥的含水率下降百分比比低水分污泥的含水率下降百分比低的緣故。由于導(dǎo)熱油溫和熱軸轉(zhuǎn)速對(duì)污泥干化效果都有顯著的影響 ,因此 ,在實(shí)際工程應(yīng)用中 ,需要綜合考慮干燥機(jī)的轉(zhuǎn)速和導(dǎo)熱油溫對(duì)污泥干燥過(guò)程的影響 ,使得污泥在槳葉式干燥機(jī)內(nèi)的干燥過(guò)程達(dá)到最優(yōu)化。

3. 2. 3 干燥速率

由于污泥在干燥機(jī)內(nèi)的不同位置含水率不同 ,污泥的形態(tài)及外形尺寸也不一樣 ,葉片和污泥之間的傳熱效果也有所區(qū)別 ,因此沿機(jī)身方向污泥干燥的速率也必然不同。圖 7為不同導(dǎo)熱油溫下污泥的干燥速率沿機(jī)身的變化 ,由圖可知 ,在三種干燥溫度下 ,污泥的干燥速率沿機(jī)身的變化趨勢(shì)是先變大后變小 ,這和單顆粒污泥在熱重儀內(nèi)的干燥速率曲線有一定相似之處。分析其原因 , 初始階段干燥速率的增加可能是污泥進(jìn)入干燥機(jī)后溫度逐漸上升 ,因此干燥速率得到很大提升 ,進(jìn)入干燥后期 ,隨著污泥含水率逐漸降低 ,水分和污泥間的結(jié)合強(qiáng)度逐漸增大 ,因此干燥速率隨之降低。當(dāng)然 ,這并不能完全解釋其原因 ,由于干燥過(guò)程污泥形態(tài)也不斷變化,而且干燥機(jī)首尾導(dǎo)熱油溫也不同,干燥系統(tǒng)傳熱系數(shù)也必然隨著機(jī)身不斷變化,這將在后續(xù)的工作中進(jìn)一步深入研究。

4 小 結(jié)

(1) 槳葉式干燥機(jī)的熱軸轉(zhuǎn)速對(duì)污泥的干燥有很大影響 ,隨著熱軸轉(zhuǎn)速提高 ,污泥在干燥機(jī)內(nèi)停留時(shí)間縮短 ,污泥出口含水率提高。

(2) )隨著導(dǎo)熱油溫的升高 ,污泥沿機(jī)身的含水率明顯降低 ,實(shí)際工程應(yīng)用中需要綜合考慮干燥機(jī)的轉(zhuǎn)速和導(dǎo)熱油溫對(duì)污泥干燥過(guò)程的影響, 使污泥在槳葉式干燥機(jī)內(nèi)的干燥過(guò)程達(dá)到最優(yōu)化。

(3) 污泥的干燥速率沿機(jī)身的變化趨勢(shì)是先<span style="font-family: 宋體; lette