
目前,我国大多数污水处理厂进行脱水处理后的污泥含水率仍有80%左右,不能达到卫生填埋、堆肥或者焚烧等后续处理处置的要求。污泥干化是将脱水污泥转化为固体的有效方式,干化后的污泥能便于运输、贮存、利用,且不影响其进一步的农用、填埋和焚烧等处理处置。为探索污泥干化过程的影响因素,本文对深圳三座生活污水处理厂的旱季污泥样品进行了干化特性的测试。
1 试验装置和方法
1.1 污泥样品
采用的污泥样品是干旱季(12月)取自深圳市滨河、平湖和横岗3座生活污水处理厂的脱水污泥,每次取样后立即对各污泥样品进行泥质分析,结果如下:
污泥来源 | 含水率 | C | H | N | S | O |
横岗 | 85.35 | 20.76 | 4.07 | 3.09 | 0.86 | 13.96 |
滨河 | 83.21 | 23.10 | 4.59 | 3.39 | 0.89 | 15.61 |
平湖 | 82.91 | 21.63 | 4.13 | 3.31 | 0.95 | 14.56 |
1.2 试验装置
桨叶式干化机是一种有效的间接接触式热干化设备,本研究运用了小型桨叶式污泥干化机。干化机主要由夹套和空心桨叶组成,空心桨叶焊接在2根可水平转动的中空轴上,转速可由调速电机控制。空心桨叶、轴和夹套内充有导热油,以加热棒加热并维持油温稳定。干化机的换热面积(夹套内壁面积、中空转轴和桨叶表面积的总和)为0.144㎡。试验采用序批式进料方式,每次处理1.6kg污泥(含水率80%左右)。
1.3 试验工况
将搅拌转速设定为5r/min,采用120℃、140℃、160℃、180℃4种导热油温度来探究热源温度对污泥干化过程的影响;将导热油温度设定为160℃,采用5、10、20r/min3种转速来探究搅拌转速对污泥干化的影响。
1.4 试验数据计算方法
试验时将污泥放入干化机中,用导热油作为热源进行干化,干化过程中用真空泵抽取干化机内蒸发出的水蒸气,水蒸气经冷凝后收集,并用电子天平实时记录冷凝液质量的增加,污泥含水率和干化速率可是实时计算得出。
2 结果分析与讨论
2.1 热源温度的影响
相关研究指出,脱水污泥的干化过程会先后经历2个降速区和1个粘滞区,粘滞区出现在含水率55%~70%范围内,在粘滞区内,污泥包裹在换热表面形成较厚的污泥层,传热条件变差,干化速率会出现显著的波动。本研究中3种脱水污泥的干化过程也符合这一特征。
从试验结果可以看出,在污泥的整个干化过程中,热源温度越高,干化速率越高。这是由于污泥干化过程中,热源温度越高,换热面与污泥层之间的温差越大,在假设传热系数和换热面积相同的情况下,热源向污泥传热的热通量就越大,水分蒸发能力就越强,即干化速率越高。
当热源温度为120℃时,干化速率的波动不显著。当热源温度提高至140℃、160℃、180℃时,干化速率在粘滞区出现较为显著的波动。这是由于低温干化时,干化速率较低,粘滞区产生的不利影响不足以在干化速率上有较显著的表现。比如粘滞区污泥中水分传质效果降低,使污泥层内水分传质效率大大小于污泥层表面蒸发速率,从而影响干化速率。而较低温度下干化时,污泥层表面蒸发速率本身也较低,内部传质效率不足以成为干化速率的限制因素。当热源温度提高时,污泥层表面蒸发速度提升,污泥层内部水分传质效率成为限制因素后,就开始对污泥干化速率产生显著影响。
2.2 搅拌转速的影响
从试验结果可以看出,在污泥干化的第一降速区和粘滞区,搅拌轴转速对干化速率影响不大,3种污泥的干化速率都比较接近。在第一降速区,因为污泥含水率较高,具有较好的流动性,再加上搅拌桨叶也对污泥起到较好的搅拌效果,因此3种转速条件下蒸发表面都能得到及时更新,干化速率相差无几。在粘滞区,污泥包裹在搅拌轴上,提高转速无法有效地增强污泥的混合,因此干化速率也差别不大。
当污泥干化进入第二降速区,不同的搅拌轴转速条件下,污泥的干化速率出现明显的分化。搅拌轴转速为10r/min时干化速率较高,20r/min次之,5r/min时干化速率较低。进入第二降速区的污泥已从换热表面剥离,形成大小不一的团块,提高转速可以增强污泥团块的剪切和混合,从而提高干化速率;搅拌转速如果太高,会增加污泥暴露表面与气相的换热效率,使污泥层温度降低,反而影响水分迁移和蒸发速率。因此,提高搅拌转速可以一定程度上提高干化速率,但不是越高的转速就能得到越高的干化速率,转速过高甚至可能带来不利影响。
3 结论
(1)提高污泥干化的热源温度,可以增大换热面与污泥层之间的温差,在假设传热系数和换热面积相同的情况下,增大热源向污泥传热的热通量,可以增强水分的蒸发能力,提高干化速率。
(2)提高搅拌转速可以增强污泥团块的剪切与混合,但过高的转速会造成污泥温度降低。因此,不是越高的转速就能得到越高的干化速率,过高的转速甚至可能带来不利影响。