污泥干燥特性及其模型求解

相同质量污泥(3.0±0.01)g在85¹45℃下进行恒温干燥实验,得到污泥干燥过程中含水率、干燥速率等变化规律,采用多元线性回归对实验数据进行分析,得到污泥干燥动力学模型。结果表明:污泥在干燥过程中经历加速、恒速和降速3个阶段,3个阶段的分界点固定在污泥失重率为10%和65%处而不随干燥温度的变化而变化;在同一干燥温度下,饼状污泥的干燥速率大于球状污泥;Logarithmic干燥模型MR=a·exp(-kt)+b在各干燥温度下均最适宜表述污泥干燥过程,其参数a、b与干燥温度T呈二次多项式关系,参数k与干燥温度T呈一次线性关系;饼状污泥的有效扩散系数D eff在9.21×10-6145℃下进行恒温干燥实验,得到污泥干燥过程中含水率、干燥速率等变化规律,采用多元线性回归对实验数据进行分析,得到污泥干燥动力学模型。结果表明:污泥在干燥过程中经历加速、恒速和降速3个阶段,3个阶段的分界点固定在污泥失重率为10%和65%处而不随干燥温度的变化而变化;在同一干燥温度下,饼状污泥的干燥速率大于球状污泥;Logarithmic干燥模型MR=a·exp(-kt)+b在各干燥温度下均最适宜表述污泥干燥过程,其参数a、b与干燥温度T呈二次多项式关系,参数k与干燥温度T呈一次线性关系;饼状污泥的有效扩散系数D eff在9.21×10-6².22×10-5m2/min,球状污泥的有效扩散系数D eff在6.55×10-62.22×10-5m2/min,球状污泥的有效扩散系数D eff在6.55×10-6¹.37×10-5m2/min。且随着干燥温度的上升,有效扩散系数D eff呈上升趋势。在相同干燥温度下,饼状污泥的有效扩散系数大于球状污泥。     

颗粒状污泥的干燥特性及表观变化

对3种不同质量等级的污泥颗粒（2.5、5和10 g）在100、200、300、400和500℃下进行恒温干燥实验,通过观察污泥的失重特征和表观形态的变化,深入研究了污泥干燥过程、失重速率的变化规律.结果表明,污泥在100～200℃下的干燥过程分为加速阶段、恒速阶段和降速阶段,而在300～500℃下并没有真正的恒速阶段,...     

脱水污泥等温干燥特性实验研究及回归分析

利用热重差热分析仪（DTG）对脱水污泥进行干燥实验,测定干燥参数和干燥条件对脱水污泥等温干燥特性的影响,研究了3个温度水平（85℃,100℃,120℃）,5个空气流速（10mL/min,20mL/min,40mL/min,50mL/min,70mL/min）和3个升温速率（15℃/min,20℃/min,40℃/min）。结果表明,样品的干燥速率随着终温的升高、升温速率和空气流速的增大而加快。脱水污泥的干燥过程主要分为加速、恒速和降速3个阶段,且降速干燥段在整个干燥过程中所占的比例较大。其干燥数学模型符合Page方程,经拟合得到 。验证表明,拟合方程算得的MR值与实验结果比较接近。该模型方程可用于描述城市污水污泥的干燥。     

城市污泥薄层干燥特性及动力学研究

通过污泥干燥实验,研究了污泥干燥过程中的形貌变化,考察了泥层厚度、温度、风速对污泥干燥特性的影响,并引入薄层干燥模型,采用MATLAB对污泥干燥的动力学过程进行模拟。结果表明:污泥中网络状的絮体结构不利于水分的蒸发;在泥层厚度为0.4 mm,将污泥含水百分比20%作为干燥终点时,干燥过程为恒速干燥,能够有效地降低干燥时间;提高温度和风速,可以提高污泥水分的表面蒸发速率,减少干燥时间;Page模型比其他模型更适合本次污泥干燥分析。应用Fick扩散模型,得到在温度50~70℃、泥层厚度0.4~2.0 mm条件下有效扩散系数的变化范围为1.13×10-9~8.90×10-9m2/s,并得到了有效扩散系数随厚度、温度变化的关系式。     

污泥常温干化及其影响因素

通过改变相对湿度、环境温度和空气流速3个环境因素,对不同比表面积的城镇脱水污泥进行干化。结果表明:随着污泥比表面积增大,干化时间显著缩短,缩短幅度为11. 5%～38. 5%。相对湿度、环境温度和空气流速对常温干化影响程度大小顺序为相对湿度>空气流速>环境温度。污泥常温干化主要分为第1升速阶段、第2升速阶段和降速阶段,第2升速阶段在总干化时长中最短,但单位时间水分蒸发量最高。污泥干化接近结束时,环境条件对降低含水率影响不大,对干化时间影响较大。常温干化过程应以控制环境相对湿度为主,在不同阶段适当提高空气流速和环境温度有利于缩短干化时间,降低能耗。污泥常温干化对设备保温要求低,干化耗能小,干化条件在自然状态下极易达到,利于后续处置及资源化利用。     

Fe-絮凝降阻法处理后的印染污泥燃烧特性

为明确印染污泥焚烧特性,提高其处理效率.以Fe-絮凝降阻法深度处理的印染污泥为研究对象,通过TG-DTG热重曲线法研究不同干燥时间（1.5、2.0、2.5、3.0、3.5和4.0 h）对深度处理的印染污泥燃烧特性的影响,并对深度处理的印染污泥燃烧过程的动力学和失重速率进行拟合.结果表明:不同干燥时间下,深度处理的印染污泥的焚烧过程均可分为4个阶段,阶段1为水蒸发阶段（15.9~106.9℃）,阶段2为低沸点有机物析出阶段（106.9~235.5℃）,阶段3为挥发分的析出和燃烧阶段（235.5~479.0℃）,阶段4为难挥发物质和碳酸盐分解阶段（479.0~852.2℃）,污泥最大失重率均在410.0℃左右,最大失重均出现在阶段3.最佳干燥时间为2.0 h（含水率为3.60%）,该条件下深度处理的印染污泥在阶段3失重峰值前、后分别为0.5级和2级反应,活化能分别为7.227和87.040 kJ/mol.失重峰值前、后的失重速率方程分别为y=9.003 18-0.099 68x（R2=0.998 1）和y=5.576+2.105/{1+exp[（x-18.076）/1.349]}（R2=0.997 8）.研究显示,深度处理的印染污泥主要在第3阶段燃烧,所得失重速率方程与其第3阶段燃烧的失重速率数据较好吻合.      

利用太阳能干燥污水污泥的研究

研究采用混合型太阳能干燥器进行污水厂污泥干化研究,研究发现污泥的干燥速率呈2个阶段变化,第1阶段是自由水和间隙水的蒸发,第2阶段是结合水的蒸发,空气流速有助于第1阶段水分的蒸发,冬季干化效果不如夏季,辅以优质热源有助于得到良好的干化效果.     

厌氧消化污泥和未消化污泥在TG-MS上的热化学特性比较

利用热重-质谱联用仪对厌氧消化污泥和未消化污泥的燃烧和热解过程分别进行了研究.结果表明,2种污泥燃烧和热解过程中的热失重行为都可分为失水、有机物分解、无机物分解3个阶段.在300～350℃温度范围内,无论燃烧还是热解过程,未消化污泥有机物分解造成的热失重现象均比厌氧消化污泥明显.无机物分解阶段,厌氧消化污泥主要是碳酸盐的分解,未消化污泥主要是硫酸盐的分解.采用同步质谱仪对热解和燃烧的气态产物进行了分析,结果表明,污泥燃烧和热解过程除了产生大量的H2O和CO2外,热解过程还产生CH4、C2H6、C4H10、C7H8等有机气体以及H2.厌氧消化污泥热解时有机气体产生量小于未消化污泥.     

超声波预处理对污泥干燥特性的影响

城市污泥的高含水率对其处理处置带来了各种不便.超声波由于功率大、穿透能力强、可引起空化作用等特性而在污泥干燥方面具有独特的优势.针对超声波对污泥干燥特性的影响进行实验研究,通过污泥干燥实验研究了超声处理时间、超声波功率、超声水温和干燥温度4种因素对污泥干燥特性的影响.结果表明,超声处理能够加速污泥表面自由水分蒸发和快速结束平稳干燥阶段,有效提高污泥干燥效率;超声处理对污泥干燥特性的改善随超声波功率(100~250 W)、超声水温和干燥温度的升高而更加明显.在低温105℃下干燥时,短时间的超声处理3 min对污泥干燥特性的改善效果最好.超声处理对污泥干燥整体效率的提高使其有望成为污泥低成本干化的有效方法,并为污泥干燥工艺的优化提供参考.     

脱水污泥颗粒等温干燥特性实验研究

采用3种不同类型的脱水污泥(消化污泥、曝气生物滤池污泥和剩余污泥),制成3种粒度的污泥颗粒,并分别在65、85、105和125 ℃条件下进行恒温干燥实验.结果表明,减小污泥颗粒和增大干燥温度均可缩短污泥完全干燥时间,提高污泥的最大干燥速率;消化污泥干燥速率最高,曝气生物滤池污泥次之,剩余污泥的干燥速率最低.通过扫描电镜分析干燥后的污泥可知,消化污泥表面非常粗糙,结构比较松散;剩余污泥表面相对比较光滑,结构密实;而曝气生物滤池污泥表面比较粗糙,结构比较致密.污泥表面的粗糙程度与等温干燥速率有密切关系.     

冷热联用对市政脱水污泥低温干燥的影响

为探究冷热联用干燥市政脱水污泥的可行性,明确冷冻对市政脱水污泥低温干燥的影响,以市政脱水污泥为试验材料,利用扫描电镜（SEM）及流式细胞仪研究了冷冻对污泥的作用.考察了不同冷冻温度和冷冻时间对脱水污泥干燥特性的影响,并对不同含水率和厚度的脱水污泥冷热联用低温干燥效果进行了分析.结果表明：冷冻使污泥的内部微小孔隙增多.当冷冻温度降到-30℃时,细胞死亡率达到15.5%,是未冷冻时的9.7倍.当干燥温度为60℃,冷冻温度分别为-10℃、-20℃和-30℃时,脱水污泥完成干燥的时间分别缩短了25.0%、33.3%和29.2%.质量为5g±0.1g,厚度为3mm,直径为50mm的污泥样品冷冻6h后达到最大强化效果.污泥含水率的下降会导致强化效果减弱,当含水率降至45%时强化效果消失.增加泥饼厚度使强化效果小幅下降,5mm、10mm和15mm厚的泥饼强化效果分别为33.3%、31.3%和30.4%.     

污泥调理脱水后残余水分存在形态及空间分布

污泥脱水是污泥资源化利用的前提,采用高铁酸钾(K₂FeO₄)和污泥生物炭(脱水污泥在500℃热解制得污泥生物炭,记为BC500)作为调理剂对污泥进行预处理。污泥经3.00 g/L K₂FeO₄和9.00 g/L BC500调理脱水后,泥饼含水率降低至42.33%,较未经调理脱水后泥饼含水率(78.80%)减少36.47百分点。通过低场核磁共振技术(low field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)检测脱水泥饼中残留水分的存在形式,并对水分种类进行划分。在K₂FeO₄氧化作用下,水分子与有机物的结合能被削弱,泥饼中残余结合水(0.23～10.72 ms)占比为99.68%～99.81%,毛细管水(70.00～700.00 ms)占比为0.19%～0.32%,原污泥泥饼中强结合水转化为弱结合水、毛细管水、自由水,弱结合水转化为毛细管水或自由水,毛细管水则转化为自由水,而自由水在机械脱水过程中几乎可以完全脱除。根据成像结果...     

污泥苯酚的释放特征及其风险评价与控制

在测定不同类型污泥中苯酚含量的基础上,通过模拟试验,研究自然状态和不同干化温度下污泥苯酚的释放特征及其影响因素,同时对污泥释放苯酚进行致癌风险评价,并提出收集与控制措施.结果表明,被测污泥中苯酚的含量范围在0.17～3.22μg/g之间,污泥中苯酚含量呈现出随暴露在空气下时间的增加而降低的趋势;污泥在低温干化时,苯酚释放量较低,主要来源于污泥中原有的苯酚,当污泥在较高温度下干化时,释放的苯酚主要来源于污泥的热解作用;杭州市政污泥在350℃干化时的苯酚释放量,对男、女性暴露人员均存在较高的致癌风险.降低污泥干化温度,控制苯酚的释放与扩散,并通过综合处理措施,可以有效地防治污泥干化过程苯酚污染对人体健康造成的威胁.     

污泥-煤复合燃料的成型干化工艺研究

为实现污泥的能源化利用,采用成型干化工艺制备污泥-煤复合燃料,研究了不同污泥含水率,添加比例,冷压成型压力等因素对复合燃料成型的影响,以及不同温度条件下复合燃料的干化特点.结果表明较好的工艺条件为:污泥初始含水率60%~70%,成型时固含70%~80%.10~30MPa范围内成型压力对落下强度影响较小.制备得到的成型燃料的落下强度可达到采用商用黏结剂制备得到的型煤水平. 混合成型后的污泥复合燃料,和污泥相比明显有利于水分的扩散和挥发,可在室温及不高于100℃条件下可以得到快速干化,实现污泥脱水及能源化利用的目的.     

基于污染物变化选择干化污泥处置技术

为了解我国城市污水厂污泥干化前后污泥含水率、pH值、总磷、总氮、有机质和重金属含量(Zn、Cu、Cr、Pb、Ni、As、Cd)的变化情况并据此选择合理的干化污泥处置技术,以我国某污泥干化厂三种类型的污泥样品为研究对象,并测定上述六项指标。结果表明:污泥干化后含水率降至3.72%;pH值降低至5.95和5.93;干化后干料中总氮、总磷和有机质的增加量分别为30%、2.7%和5%,而湿料的增加量分别为24.5%、10.7%和2.2%;重金属含量的变化与干化后污泥类型有关,湿料中重金属含量有所减少,而干料中重金属含量则有增有减。污泥干化厂应以湿料作为主要的干化产品。同时,对比样品中各指标的实测值与污泥标准中的控制限值可知,干料适合制砖、制水泥熟料和混合填埋,而湿料适于农用、土地改良和园林绿化。     

芬顿试剂氧化对污泥脱水性能的影响

利用芬顿试剂调理污泥,以W_C(污泥滤饼含水率)和CST(毛细吸水时间)作为评价污泥脱水性能的指标,通过分析污泥中各层ρ(EPS)(EPS为胞外聚合物)和上清液中小分子有机物质量浓度来阐明污泥脱水性能的变化. 结果表明:芬顿试剂调理可促进EPS氧化分解,TB-EPS(紧密结合的胞外聚合物)破解转化为LB-EPS(松散结合的胞外聚合物)和S-EPS(上清液层胞外聚合物),大幅降低W_C和CST. 试验中当pH为4,w(H₂O₂)和 w(Fe2+)均为40 mg/g时,ρ(EPS)降低了33.04%,W_C和CST分别降至63.36%和28.7 s. Pearson相关性分析表明,ρ(TB-EPS)与W_C和CST均存在显著的正相关性(P＜0.01),是影响污泥脱水性能的重要因素,而ρ(LB-EPS)和ρ(S-EPS)与污泥脱水性能的相关性较低. 液相色谱分析表明,随着芬顿试剂投加量的增大,EPS等有机物分解程度增大,污泥上清液中小分子有机物种类明显增多,其质量浓度显著升高,ρ(甲酸)和ρ(乙酸)分别由原污泥的52.72、15.99 mg/L升至446.05、522.36 mg/L.