隨(sui)著社(she)會經(jing)濟和城(cheng)市化的(de)發展 ,我國(guo)城市及(ji)工業污水排放(fang)量(liang)逐年(nian)上升(sheng) ,到(dao) 2005 年 ,全(quan)國工(gong)業及生活污(wu)水排(pai)放(fang)總量(liang)已經上升至 524. 5億 t,其中工業廢(fei)水(shui) 221. 1億(yi) t,生活污水 261. 3億 t,比 2003 年上(shang)升了 14. 2%。與(yu)此同時 ,污(wu)水處理設施也(ye)在不(bu)斷增加, 2005年全國廢水治理設施達 69 231套(tao), 比 2003年增(zeng)加了 6. 3%。2005年城市污水的處理率(lv)為 39. 4% ,城市(shi)工業廢水處理(li)率為 99. 4% ,如果(guo)按(an)每萬噸廢水產(chan) 10 t脫水污(wu)泥的話, 2005 年的脫水污泥排放量達 3 227萬 t,而且逐年上升 。

污泥熱干化(hua)處理(li)法是(shi)一種污泥減(jian)量化(hua)、資源(yuan)化的有效方法 ,其手(shou)段(duan)多種多樣 ,包括直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)式(shi)熱干化法(fa)和間接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)式(shi)熱干化法(fa)。間接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)式(shi)熱干化法(fa)由于熱效(xiao)率高(gao)、尾氣(qi)排放(fang)低(di)等(deng)優點(dian)而日益(yi)受(shou)到重視 ,漿葉式干(gan)燥機就是一(yi)種有效的間接(jie)接(jie)觸式熱干(gan)化設備 ,本文研究了污泥在漿葉(xie)式干燥機內的干化特性。

實驗論證

污泥干(gan)燥(zao)系(xi)統由(you)槳(jiang)葉式污泥干(gan)燥(zao)機、導熱油爐、油(you)泵、電機(ji)和電控柜組成 (見圖 1 ) ,槳葉式干燥機干燥面積 2 m2 ,作為傳熱(re)(re)介質的導熱(re)(re)油(you)采用電阻(zu)絲加熱 ,傳熱(re)機構由一(yi)對(dui)空心(xin)熱(re)軸和加(jia)熱(re)干燥機機體的(de)熱(re)夾套(tao)組成 ,濕污泥由(you)進料(liao)口進入(ru)干燥機 ,空心熱軸通過電機帶(dai)動(dong)攪拌(ban)污泥(ni) ,導熱油(you)通過空心熱(re)軸以及夾套將(jiang)熱(re)量傳遞(di)給濕污泥。

圖 1 槳葉(xie)式污(wu)泥干(gan)燥系(xi)統

表 1 污泥工(gong)業(ye)分(fen)析(xi)和元素分(fen)析(xi)

樣品 工業(ye)分析 /% 元(yuan)素分(fen)析 /% 熱值

本實驗的(de)對(dui)象為來(lai)自(zi)某生活污水處理(li)廠的(de)生活污泥 ,初始含(han)水率為(wei) 79. 63% ,其(qi)工業分(fen)析(xi)和元素分(fen)析(xi)如表 1所示。

圖 2 槳葉式污泥干燥機剝面圖

1 - 槳葉(xie); 2 - 采樣口; 3 - 溫度計; 4 - 槳葉式(shi)干燥機保(bao)溫層; 5 - 電控柜; 6 - 油(you)泵(beng); 7 - 導(dao)熱油爐; 8 - 電(dian)磁調速電(dian)機; 9 - 進(jin)料口; 10 - 空心熱軸

 實(shi)驗結果及(ji)討論(lun)

2. 1 污泥(ni)在熱重儀內的干(gan)燥特性

污泥(ni)中的水分(fen)主要由自(zi)由水、間隙(xi)水、毛細結合水、表面結(jie)(jie)合水和分子結(jie)(jie)合水組成(cheng) [ 2 ] , 其中自由水(shui)在機械脫水(shui)階段已經被脫除,因此污泥(ni)的熱干燥特性主要反應間隙水和結(jie)合(he)水在加熱條(tiao)件下的脫水特性。實驗首先研究(jiu)了單(dan)污泥顆粒(li)的失重(zhong)曲(qu)線(xian) ,將脫水污泥(ni)制成直徑為 2 cm 的(de)圓球 ,在熱重儀(yi)內觀(guan)察其(qi)不(bu)同溫度下的失重曲(qu)線 ,如圖 3 所示。隨著溫度升高 ,污泥(ni)的失重時間明顯縮短 ,污泥顆粒在 150℃下的失(shi)重時間為(wei) 8 500 s,在(zai) 200℃ 時的失重時間為 5  000  s, 干燥(zao)時間(jian)減少了

41. 2%。圖(tu) 4為三條失重曲(qu)線(xian)對應的失重速率曲(qu)線 ,初始(shi)階段由于污泥顆粒進入失(shi)重儀后(hou) ,顆粒(li)溫(wen)度從(cong)環(huan)境溫(wen)度上升至爐內溫(wen)度 ,因此失重速率(lv)逐漸提(ti)高 ,在此(ci)之后 ,污泥的失(shi)重(zhong)速率(lv)幾乎呈直線下降 ,這主要取(qu)決于兩個因素。首(shou)先 ,由于污泥在失重過程中 ,往往是(shi)靠近顆粒外表面的水分先(xian)脫除掉 ,當干燥界面不斷往顆粒內(nei)部收縮時 ,水分析出的擴(kuo)散阻力也不斷加大;其(qi)次 ,間隙(xi)水、毛細結(jie)合水、表面結合(he)水和(he)分(fen)子(zi)結合(he)水與(yu)污泥顆粒(li)的(de)結合(he)強度逐(zhu)級增大(da)[ 3 ] ,因(yin)此在熱(re)干燥過程(cheng)中必然(ran)導致失重速率(lv)逐漸下降。

3. 2 污泥在槳(jiang)葉式干(gan)燥機(ji)內的干(gan)燥過程

3. 2. 1 熱軸轉速的影響

將污(wu)泥(ni)從(cong)槳葉式(shi)干燥機的左端進料(liao)口(kou)連續給入 ,干燥機(ji)的兩(liang)根熱軸在(zai)調速電機(ji)的帶動下緩慢轉動 ,連續不(bu)間斷地對(dui)污泥進行攪拌 ,同時污(wu)泥在葉片的帶(dai)動(dong)下在干(gan)燥(zao)機內緩緩前行 ,采用槳葉式(shi)干燥(zao)機邊攪拌邊干燥(zao)污泥 ,污泥的受(shou)熱面不斷改變 ,污泥受熱更(geng)加均勻。通(tong)過槳葉片的攪(jiao)拌 ,使(shi)得污泥有效(xiao)克服了第一個因素對失重速(su)率的抑制作(zuo)用。圖 5 是(shi)在相同的導熱(re)油(you)溫下 ,不同熱(re)軸轉速下污泥的(de)(de)含水(shui)率沿干(gan)燥機(ji)身的(de)(de)變化; 熱軸(zhou)轉速提高兩倍后 , 污泥的出口含水率由 42%上升(sheng)到了60% ,可(ke)見熱軸轉速對干燥機(ji)出口污泥含水率有很大影響(xiang) ,這是由于槳葉片(pian)在污泥(ni)干(gan)燥(zao)過程中發揮著攪拌、傳熱和(he)推動三(san)大功能 ,而熱軸轉(zhuan)速和葉(xie)片(pian)對污泥的推動作(zuo)用成正比 ,熱軸轉速提高之(zhi)后 , 污泥在干燥(zao)機內的(de)行進速(su)度加快(kuai),導致在干燥機內的停(ting)留時(shi)間(jian)縮短 ,出口含(han)水率提高。

3. 2. 2 導(dao)熱(re)油溫的影(ying)響

圖 6為導(dao)熱油(you)溫(wen)對(dui)污泥含水率的影響 ,由圖可知污泥含水(shui)率對導熱油溫的變化也(ye)很敏感 ,導熱油溫度(du)從(cong) 160℃上升至 200℃,干燥機出口污泥(ni)的含(han)水率由 54%下降至 32%。而且污泥沿機身的含(han)水率(lv)曲線呈上凹形(xing) ,這是由于蒸(zheng)發相同的水分 ,高水分(fen)污泥(ni)的含水率(lv)下降百(bai)分(fen)比比低水分(fen)污泥的含水率下降(jiang)百分(fen)比低的緣故(gu)。由于導(dao)熱油溫和(he)熱軸(zhou)轉速對(dui)污泥干化效果都(dou)有顯(xian)著的影響 ,因此 ,在(zai)實際工(gong)程(cheng)應用中 ,需要綜合考慮干燥機的轉速和導熱油溫對(dui)污泥(ni)干燥過程的影響 ,使得污(wu)泥在槳(jiang)葉式干燥機內的干燥過程達(da)到最優化。

3. 2. 3 干燥速率

由于污(wu)泥在干燥機(ji)內的不(bu)同位置含水率不(bu)同 ,污(wu)泥的形態(tai)及外形尺寸也不一樣 ,葉(xie)片(pian)和(he)污泥之間(jian)的傳熱效(xiao)果也(ye)有所區(qu)別 ,因此沿機身(shen)方向污泥(ni)干燥的速(su)率也必然不同。圖(tu) 7為不(bu)同(tong)導(dao)熱油溫(wen)下污泥的干燥速率沿機身的變(bian)化 ,由圖(tu)可知 ,在三種干燥溫度下 ,污泥的(de)(de)干(gan)燥(zao)速(su)率(lv)沿機身的(de)(de)變化趨勢是先變大(da)后變小 ,這和單顆粒污(wu)泥在熱重儀內的干燥(zao)速率曲線有一(yi)定相似之處。分析其原因 , 初始階段(duan)干(gan)燥速率的增(zeng)加可(ke)能是污泥進入(ru)干(gan)燥機后(hou)溫(wen)度逐(zhu)漸(jian)上(shang)升 ,因此干燥速率得到很(hen)大提升(sheng) ,進入(ru)干燥(zao)后(hou)期(qi) ,隨著污泥含水率逐漸降低(di) ,水分和污(wu)泥間的結(jie)合(he)強度逐(zhu)漸增大 ,因此干燥速(su)率(lv)隨之降(jiang)低。當然 ,這并不能完全(quan)解(jie)釋其原因 ,由于干燥過程污(wu)泥形(xing)態也(ye)不(bu)斷變化(hua),而且干燥機首尾導熱(re)油溫也(ye)不同,干燥系統傳熱系數也必然隨(sui)著機身不斷變化,這(zhe)將在(zai)后續(xu)的工作中(zhong)進(jin)一(yi)步深入(ru)研究。

4 小 結(jie)

(1) 槳葉(xie)式干(gan)燥(zao)機的熱(re)軸轉速對污泥(ni)的干(gan)燥(zao)有很(hen)大影(ying)響 ,隨著(zhu)熱軸轉速(su)提高 ,污泥在干燥機內停留時(shi)間縮短 ,污泥出口含水率提高。

(2) )隨(sui)著導熱油溫的升高 ,污(wu)泥沿機(ji)身的(de)含水率明顯降低(di) ,實際工程應用中需要綜(zong)合考慮干燥機的(de)轉速(su)和導熱油溫對污(wu)泥干燥過程的(de)影響(xiang), 使污泥在槳葉式干(gan)燥機內的干(gan)燥過程(cheng)達到(dao)最優(you)化。

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