污泥干化特性影響因素的實(shí)驗(yàn)研究
技術(shù)支持
目前，我國大多數(shù)污水處理廠進(jìn)行脫水處理后的污泥含水率仍有80%左右，不能達(dá)到衛(wèi)生填埋、堆肥或者焚燒等后續(xù)處理處置的要求。污泥干化是將脫水污泥轉(zhuǎn)化為固體的有效方式，干化后的污泥能便于運(yùn)輸、貯存、利用，且不影響其進(jìn)一步的農(nóng)用、填埋和焚燒等處理處置。為探索污泥干化過程的影響因素，本文對(duì)深圳三座生活污水處理廠的旱季污泥樣品進(jìn)行了干化特性的測試。
1 試驗(yàn)裝置和方法
1.1 污泥樣品
采用的污泥樣品是干旱季（12月）取自深圳市濱河、平湖和橫崗3座生活污水處理廠的脫水污泥，每次取樣后立即對(duì)各污泥樣品進(jìn)行泥質(zhì)分析，結(jié)果如下：
| 污泥來源 | 含水率 | C | H | N | S | O |
橫崗 | 85.35 | 20.76 | 4.07 | 3.09 | 0.86 | 13.96 |
濱河 | 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 試驗(yàn)裝置
槳葉式干化機(jī)是一種有效的間接接觸式熱干化設(shè)備，本研究運(yùn)用了小型槳葉式污泥干化機(jī)。干化機(jī)主要由夾套和空心槳葉組成，空心槳葉焊接在2根可水平轉(zhuǎn)動(dòng)的中空軸上，轉(zhuǎn)速可由調(diào)速電機(jī)控制?？招臉~、軸和夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油，以加熱棒加熱并維持油溫穩(wěn)定。干化機(jī)的換熱面積（夾套內(nèi)壁面積、中空轉(zhuǎn)軸和槳葉表面積的總和）為0.144㎡。試驗(yàn)采用序批式進(jìn)料方式，每次處理1.6kg污泥（含水率80%左右）。
1.3 試驗(yàn)工況
將攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)定為5r/min，采用120℃、140℃、160℃、180℃4種導(dǎo)熱油溫度來探究熱源溫度對(duì)污泥干化過程的影響；將導(dǎo)熱油溫度設(shè)定為160℃，采用5、10、20r/min3種轉(zhuǎn)速來探究攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)污泥干化的影響。
1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算方法
試驗(yàn)時(shí)將污泥放入干化機(jī)中，用導(dǎo)熱油作為熱源進(jìn)行干化，干化過程中用真空泵抽取干化機(jī)內(nèi)蒸發(fā)出的水蒸氣，水蒸氣經(jīng)冷凝后收集，并用電子天平實(shí)時(shí)記錄冷凝液質(zhì)量的增加，污泥含水率和干化速率可是實(shí)時(shí)計(jì)算得出。
2 結(jié)果分析與討論
2.1 熱源溫度的影響
相關(guān)研究指出，脫水污泥的干化過程會(huì)先后經(jīng)歷2個(gè)降速區(qū)和1個(gè)粘滯區(qū)，粘滯區(qū)出現(xiàn)在含水率55%～70%范圍內(nèi)，在粘滯區(qū)內(nèi)，污泥包裹在換熱表面形成較厚的污泥層，傳熱條件變差，干化速率會(huì)出現(xiàn)顯著的波動(dòng)。本研究中3種脫水污泥的干化過程也符合這一特征。
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在污泥的整個(gè)干化過程中，熱源溫度越高，干化速率越高。這是由于污泥干化過程中，熱源溫度越高，換熱面與污泥層之間的溫差越大，在假設(shè)傳熱系數(shù)和換熱面積相同的情況下，熱源向污泥傳熱的熱通量就越大，水分蒸發(fā)能力就越強(qiáng)，即干化速率越高。
當(dāng)熱源溫度為120℃時(shí)，干化速率的波動(dòng)不顯著。當(dāng)熱源溫度提高至140℃、160℃、180℃時(shí)，干化速率在粘滯區(qū)出現(xiàn)較為顯著的波動(dòng)。這是由于低溫干化時(shí)，干化速率較低，粘滯區(qū)產(chǎn)生的不利影響不足以在干化速率上有較顯著的表現(xiàn)。比如粘滯區(qū)污泥中水分傳質(zhì)效果降低，使污泥層內(nèi)水分傳質(zhì)效率大大小于污泥層表面蒸發(fā)速率，從而影響干化速率。而較低溫度下干化時(shí)，污泥層表面蒸發(fā)速率本身也較低，內(nèi)部傳質(zhì)效率不足以成為干化速率的限制因素。當(dāng)熱源溫度提高時(shí)，污泥層表面蒸發(fā)速度提升，污泥層內(nèi)部水分傳質(zhì)效率成為限制因素后，就開始對(duì)污泥干化速率產(chǎn)生顯著影響。
2.2 攪拌轉(zhuǎn)速的影響
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在污泥干化的第一降速區(qū)和粘滯區(qū)，攪拌軸轉(zhuǎn)速對(duì)干化速率影響不大，3種污泥的干化速率都比較接近。在第一降速區(qū)，因?yàn)槲勰嗪瘦^高，具有較好的流動(dòng)性，再加上攪拌槳葉也對(duì)污泥起到較好的攪拌效果，因此3種轉(zhuǎn)速條件下蒸發(fā)表面都能得到及時(shí)更新，干化速率相差無幾。在粘滯區(qū)，污泥包裹在攪拌軸上，提高轉(zhuǎn)速無法有效地增強(qiáng)污泥的混合，因此干化速率也差別不大。
當(dāng)污泥干化進(jìn)入第二降速區(qū)，不同的攪拌軸轉(zhuǎn)速條件下，污泥的干化速率出現(xiàn)明顯的分化。攪拌軸轉(zhuǎn)速為10r/min時(shí)干化速率較高，20r/min次之，5r/min時(shí)干化速率較低。進(jìn)入第二降速區(qū)的污泥已從換熱表面剝離，形成大小不一的團(tuán)塊，提高轉(zhuǎn)速可以增強(qiáng)污泥團(tuán)塊的剪切和混合，從而提高干化速率；攪拌轉(zhuǎn)速如果太高，會(huì)增加污泥暴露表面與氣相的換熱效率，使污泥層溫度降低，反而影響水分遷移和蒸發(fā)速率。因此，提高攪拌轉(zhuǎn)速可以一定程度上提高干化速率，但不是越高的轉(zhuǎn)速就能得到越高的干化速率，轉(zhuǎn)速過高甚至可能帶來不利影響。
3 結(jié)論
（1）提高污泥干化的熱源溫度，可以增大換熱面與污泥層之間的溫差，在假設(shè)傳熱系數(shù)和換熱面積相同的情況下，增大熱源向污泥傳熱的熱通量，可以增強(qiáng)水分的蒸發(fā)能力，提高干化速率。
（2）提高攪拌轉(zhuǎn)速可以增強(qiáng)污泥團(tuán)塊的剪切與混合，但過高的轉(zhuǎn)速會(huì)造成污泥溫度降低。因此，不是越高的轉(zhuǎn)速就能得到越高的干化速率，過高的轉(zhuǎn)速甚至可能帶來不利影響。
