槳葉式干燥機(jī)熱干燥處理制革污泥的排放特性
行業(yè)動(dòng)態(tài)
污泥熱干燥處理是對(duì)污泥進(jìn)行深度脫水處理的方法。進(jìn)行熱干燥處理后的污泥，能獲得達(dá)到自持燃燒水平的低位發(fā)熱量，并可達(dá)到一定的衛(wèi)生學(xué)無(wú)害化水平。因此，污泥熱干燥處理是污泥資源化利用中極其重要的預(yù)處理過(guò)程。
在已進(jìn)行的槳葉式干燥機(jī)污泥熱干燥研究中，Arlabosse等研究了污泥的干燥特性，并在槳葉式干燥機(jī)中分區(qū)建立了數(shù)學(xué)模型；馬俠等在槳葉式干燥機(jī)中進(jìn)行了污泥干燥的實(shí)驗(yàn)研究，分析得出槳葉式干燥機(jī)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、裝置占地面積小、熱量利用率高、有自凈能力的特點(diǎn)，適宜進(jìn)行污泥熱干燥處理；徐小寧等研究了槳葉式干燥機(jī)轉(zhuǎn)速和油溫對(duì)干燥終污泥含水率的影響。
已進(jìn)行的污泥干燥研究多集中于研究污泥中水分的存在形式，分析干燥過(guò)程中具體影響因素，確定干燥裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)干燥過(guò)程建立模型進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)，而針對(duì)干燥過(guò)程中氣體排放的研究較少。本實(shí)驗(yàn)研究了不同溫度工況下槳葉式干燥機(jī)中制革污泥的干燥效果、氣體排放以及冷凝水產(chǎn)生情況，以了解并控制干燥過(guò)程中可能出現(xiàn)的二次污染。
1 實(shí)驗(yàn)方法
1.1 實(shí)驗(yàn)樣品
實(shí)驗(yàn)中采用的污泥樣品為浙江省某制革公司制革污水污泥，已初步經(jīng)過(guò)機(jī)械脫水處理，含水率為68.56%，污泥pH值為7.2。
1.2 實(shí)驗(yàn)裝置
槳葉式干燥機(jī)為W型，其外形尺寸為1150mm×1950mm，通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一對(duì)空心軸攪拌污泥。熱軸和外側(cè)夾套中通導(dǎo)熱油作為干燥介質(zhì)。導(dǎo)熱油油箱中通過(guò)電加熱棒加熱，加熱功率為18kW，通過(guò)溫控儀實(shí)現(xiàn)油溫調(diào)節(jié)。槳葉式干燥機(jī)干燥空氣出口和冷凝水箱連接，并在下部設(shè)冷凝液收集裝置。
1.3 實(shí)驗(yàn)步驟
調(diào)節(jié)槳葉式干燥機(jī)中導(dǎo)熱油溫度，使其在4個(gè)工況下運(yùn)行。測(cè)定各工況下通過(guò)冷凝器前后的氣體成分，收集各個(gè)工況下氣體冷凝液，檢測(cè)其COD值和pH值。
1.4 分析方法
氣體成分測(cè)定采用Gasmet氣體成分測(cè)量?jī)x；COD值測(cè)定采用5B-3快速COD測(cè)量?jī)x；pH值測(cè)定采用LP115FK pH測(cè)量?jī)x。
2 結(jié)果與討論
2.1 干燥介質(zhì)溫度對(duì)出料含水率和污泥低位熱值的影響
污泥在槳葉式干燥機(jī)中的干燥停留時(shí)間約為30min。隨著槳葉式干燥機(jī)中導(dǎo)熱油溫度的升高，干燥機(jī)出口的污泥含水率呈明顯降低的趨勢(shì)，污泥終含水率由140℃時(shí)的25%降低至200℃時(shí)的5%。在180℃以后，終含水率有較大的降低。較高溫度有利于破壞污泥中微生物細(xì)胞體，使包含在污泥中微生物細(xì)胞體內(nèi)的內(nèi)部結(jié)合水析出，從而降低污泥終含水率。隨著含水率的降低，污泥熱值得到了提高。當(dāng)采用焚燒法處理污泥時(shí)，污泥的高熱值能保證燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，但考慮到獲取低含水率污泥時(shí)的成本，在確定用于燃燒的污泥的含水率時(shí)，應(yīng)綜合考慮兩方面的因素以達(dá)到經(jīng)濟(jì)成本的優(yōu)化。
2.2 污泥干燥過(guò)程中排放氣體分析
2.2.1 氣體種類分析
污泥排放污染氣體的主要成分是氨氣、有機(jī)酸（甲酸、丙酸）和庚烷。
污泥干燥過(guò)程中氨氣可能來(lái)源于污泥中的碳酸氫銨鹽和有機(jī)銨鹽。碳酸氫銨熱穩(wěn)定性較差，分解溫度低，可能是造成尾氣中氨氣排放的重要原因之一。污泥中所含蛋白質(zhì)水解形成的α-氨基酸，在進(jìn)一步水解的過(guò)程中，也會(huì)生成低分子有機(jī)酸和氨氣。
甲酸、丙酸等低分子有機(jī)酸是由蛋白質(zhì)逐步水解形成。其轉(zhuǎn)變過(guò)程為：蛋白質(zhì)→多肽→氨基酸→有機(jī)酸。
污泥中所含油脂在酸、堿或酶等的作用下，也可水解生成3分子脂肪酸和1分子甘油。
有機(jī)酸脫羧反應(yīng)中生成了烷烴。
在氨基酸受熱分解和有機(jī)酸的脫羧反應(yīng)中還生成了部分CO2。
2.2.2 干燥介質(zhì)溫度對(duì)氣體排放量的影響
總的來(lái)說(shuō)，隨著干燥溫度的升高，生成各組分的總量增加。溫度升高對(duì)于庚烷等有機(jī)氣體生成量的促進(jìn)作用尤為明顯，其主要原因?yàn)樘峁┙o水解、脫羧等反應(yīng)的能量增加，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行，從而促進(jìn)了有機(jī)氣體的排放量。各氣體排放量的增幅也隨溫度的升高而增大。因此在選擇適當(dāng)?shù)母稍餃囟鹊臅r(shí)候，也要將溫度對(duì)氣體排放的影響作為考慮因素之一。
2.2.3 冷凝前后氣體排放量變化
經(jīng)過(guò)冷凝器后，氨氣體積減少到冷凝前的30%～60%，丙酸體積減少到原來(lái)的30%～70%，甲酸體積減少到原來(lái)的40%～70%，庚烷體積減少到原來(lái)的15%～40%。由此可見(jiàn)，冷凝操作能夠極大降低干燥尾氣中的氨氣、揮發(fā)性有機(jī)酸（甲酸、丙酸）和庚烷的排放量，在一定程度上抑制干燥尾氣的二次污染。
實(shí)驗(yàn)中表明冷凝操作的作用有限，未能完全脫除尾氣中的有機(jī)污染氣體。據(jù)分析有以下兩點(diǎn)原因。
（1）在引風(fēng)機(jī)作用下，尾氣流動(dòng)速度較快。根據(jù)風(fēng)量計(jì)算尾氣流動(dòng)速度為0.7m/s，較快的流動(dòng)速度使得尾氣還來(lái)不及完全冷凝或溶解于水中就被帶出。在工程上大規(guī)模處理污泥時(shí)，這個(gè)問(wèn)題更為明顯。
（2）干燥排放的尾氣溫度較高，使得冷凝液溫度也較高。已經(jīng)溶解于冷凝液中的有機(jī)氣體，可能因?yàn)檩^高溫度而再次析出。
冷凝操作雖然能夠一定程度脫除尾氣中的有機(jī)污染氣體，但其作用有限，尤其是在大規(guī)模工程應(yīng)用中。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要和其他二次吹了方法相結(jié)合。常見(jiàn)處理方法有液體洗滌吸收法，應(yīng)用該法時(shí)可在洗滌液中加入除臭劑，以除去排放氣體中的臭味。
2.3 冷凝液情況
排放氣體冷凝液中因溶解大量的氨氣而呈堿性，pH值隨著溫度的變化在3%的范圍內(nèi)波動(dòng)。可認(rèn)為在140～200℃的溫度區(qū)間內(nèi)，pH值受溫度影響不明顯。在140～180℃的溫度范圍中，溶液的COD值隨溫度的變化趨勢(shì)不明顯，在180～200℃的溫度段內(nèi)，溶液COD值有顯著上升，說(shuō)明在這一溫度段內(nèi)，污泥中所含的蛋白質(zhì)大量進(jìn)行水解和脫羧反應(yīng)，從而使排放氣體中攜帶了大量的有機(jī)物。
根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-96），排放污水的pH值應(yīng)為6～9，COD值應(yīng)不高于500mg/L，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，在較高的干燥溫度下，冷凝液的水質(zhì)指標(biāo)無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需要在排放前進(jìn)一步處理。
3 結(jié)論
（1）隨著干燥溫度的升高，干燥終污泥含水率降低，熱值有所提高。干燥溫度高于180℃后，含水率降低趨勢(shì)更為明顯。
（2）干燥排放氣體主要成分為氨氣、揮發(fā)性有機(jī)酸（甲酸、丙酸）和庚烷等有機(jī)污染氣體。
（3）排放氣體的冷凝處理有利于降低尾氣中二次污染氣體的排放量，但作用有限。在工程運(yùn)用中還需要和其他處理方法結(jié)合運(yùn)用。
（4）冷凝液的pH值隨溫度增加變化不明顯。COD值在低于180℃的區(qū)段受溫度影響不明顯，高于180℃后，冷凝液COD值隨溫度的升高顯著增加，但在較高的干燥溫度下無(wú)法達(dá)到排放要求，需要在排放前進(jìn)行進(jìn)一步處理。
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