隨著社會經濟和城市化的發展 ,我國城市及工業污水排放量逐年上升 ,到 2005 年 ,全國工業及生活污水排放總量已經上升至 524. 5億 t,其中工業廢水 221. 1億 t,生活污水 261. 3億 t,比 2003 年上升了 14. 2%。與此同時 ,污水處理設施也在不斷增加, 2005年全國廢水治理設施達 69 231套, 比 2003年增加了 6. 3%。2005年城市污水的處理率為 39. 4% ,城市工業廢水處理率為 99. 4% ,如果按每萬噸廢水產 10 t脫水污泥的話, 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、尾氣排放低等優點而日益受到重視 ,漿葉式干燥機就是一種有效的間接接觸式熱干化設備 ,本文研究了污泥在漿葉式干燥機內的干化特性。

實驗論證

污泥干燥系統由槳葉式污泥干燥機、導熱油爐、油泵、電機和電控柜組成 (見圖 1 ) ,槳葉式干燥機干燥面積 2 m2 ,作為傳熱介質的導熱油采用電阻絲加熱 ,傳熱機構由一對空心熱軸和加熱干燥機機體的熱夾套組成 ,濕污泥由進料口進入干燥機 ,空心熱軸通過電機帶動攪拌污泥 ,導熱油通過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

表 1 污泥工業分析和元素分析

樣品 工業分析 /% 元素分析 /% 熱值

本實驗的對象為來自某生活污水處理廠的生活污泥 ,初始含水率為 79. 63% ,其工業分析和元素分析如表 1所示。

圖 2 槳葉式污泥干燥機剝面圖

1 - 槳葉; 2 - 采樣口; 3 - 溫度計; 4 - 槳葉式干燥機保溫層; 5 - 電控柜; 6 - 油泵; 7 - 導熱油爐; 8 - 電磁調速電機; 9 - 進料口; 10 - 空心熱軸

 實驗結果及討論

2. 1 污泥在熱重儀內的干燥特性

污泥中的水分主要由自由水、間隙水、毛細結合水、表面結合水和分子結合水組成 [ 2 ] , 其中自由水在機械脫水階段已經被脫除,因此污泥的熱干燥特性主要反應間隙水和結合水在加熱條件下的脫水特性。實驗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 ,污泥的失重時間明顯縮短 ,污泥顆粒在 150℃下的失重時間為 8 500 s,在 200℃ 時的失重時間為 5  000  s, 干燥時間減少了

41. 2%。圖 4為三條失重曲線對應的失重速率曲線 ,初始階段由于污泥顆粒進入失重儀后 ,顆粒溫度從環境溫度上升至爐內溫度 ,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 ,這主要取決于兩個因素。首先 ,由于污泥在失重過程中 ,往往是靠近顆粒外表面的水分先脫除掉 ,當干燥界面不斷往顆粒內部收縮時 ,水分析出的擴散阻力也不斷加大;其次 ,間隙水、毛細結合水、表面結合水和分子結合水與污泥顆粒的結合強度逐級增大[ 3 ] ,因此在熱干燥過程中必然導致失重速率逐漸下降。

3. 2 污泥在槳葉式干燥機內的干燥過程

3. 2. 1 熱軸轉速的影響

將污泥從槳葉式干燥機的左端進料口連續給入 ,干燥機的兩根熱軸在調速電機的帶動下緩慢轉動 ,連續不間斷地對污泥進行攪拌 ,同時污泥在葉片的帶動下在干燥機內緩緩前行 ,采用槳葉式干燥機邊攪拌邊干燥污泥 ,污泥的受熱面不斷改變 ,污泥受熱更加均勻。通過槳葉片的攪拌 ,使得污泥有效克服了第一個因素對失重速率的抑制作用。圖 5 是在相同的導熱油溫下 ,不同熱軸轉速下污泥的含水率沿干燥機身的變化; 熱軸轉速提高兩倍后 , 污泥的出口含水率由 42%上升到了60% ,可見熱軸轉速對干燥機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程中發揮著攪拌、傳熱和推動三大功能 ,而熱軸轉速和葉片對污泥的推動作用成正比 ,熱軸轉速提高之后 , 污泥在干燥機內的行進速度加快,導致在干燥機內的停留時間縮短 ,出口含水率提高。

3. 2. 2 導熱油溫的影響

圖 6為導熱油溫對污泥含水率的影響 ,由圖可知污泥含水率對導熱油溫的變化也很敏感 ,導熱油溫度從 160℃上升至 200℃,干燥機出口污泥的含水率由 54%下降至 32%。而且污泥沿機身的含水率曲線呈上凹形 ,這是由于蒸發相同的水分 ,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。由于導熱油溫和熱軸轉速對污泥干化效果都有顯著的影響 ,因此 ,在實際工程應用中 ,需要綜合考慮干燥機的轉速和導熱油溫對污泥干燥過程的影響 ,使得污泥在槳葉式干燥機內的干燥過程達到最優化。

3. 2. 3 干燥速率

由于污泥在干燥機內的不同位置含水率不同 ,污泥的形態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別 ,因此沿機身方向污泥干燥的速率也必然不同。圖 7為不同導熱油溫下污泥的干燥速率沿機身的變化 ,由圖可知 ,在三種干燥溫度下 ,污泥的干燥速率沿機身的變化趨勢是先變大后變小 ,這和單顆粒污泥在熱重儀內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入干燥機后溫度逐漸上升 ,因此干燥速率得到很大提升 ,進入干燥后期 ,隨著污泥含水率逐漸降低 ,水分和污泥間的結合強度逐漸增大 ,因此干燥速率隨之降低。當然 ,這并不能完全解釋其原因 ,由于干燥過程污泥形態也不斷變化,而且干燥機首尾導熱油溫也不同,干燥系統傳熱系數也必然隨著機身不斷變化,這將在后續的工作中進一步深入研究。

4 小 結

(1) 槳葉式干燥機的熱軸轉速對污泥的干燥有很大影響 ,隨著熱軸轉速提高 ,污泥在干燥機內停留時間縮短 ,污泥出口含水率提高。

(2) )隨著導熱油溫的升高 ,污泥沿機身的含水率明顯降低 ,實際工程應用中需要綜合考慮干燥機的轉速和導熱油溫對污泥干燥過程的影響, 使污泥在槳葉式干燥機內的干燥過程達到最優化。

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