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。     

城市生活垃圾组分低温干燥特性及模型研究

对典型城市生活垃圾组分（废纸板、纺织物、瓜果皮和竹木）进行低温干燥实验,研究其在不同温度（40、50、60、70和80℃）下的干燥曲线、薄层干燥模型、有效水分扩散系数和干燥活化能,并构建了低温干燥模型.结果表明,各组分的干燥速率随温度升高不断增加,但增加的幅度逐渐下降;Modified Page模型能准确地描述4种组分水分比〉25%时的干燥特性;通过Fick第二定律求得废纸板、纺织物、瓜果皮和竹木这4种垃圾组分的有效水分扩散系数,其值分别为8.24×10-8～23.67×10-8、7.73×10-8～12.56×10-8、3.57×10-8～14.18×10-8和6.51×10-8～23.84×10-8m2.s-1;通过Arrhenius方程获得4种垃圾组分水分扩散的活化能依次为25.26、10.75、32.16和29.49 kJ.mol-1;对实际生活垃圾进行相似的干燥实验,发现Modified Page模型也可以很好地模拟实际生活垃圾的干燥过程,计算得到其有效扩散系数为6.78×10-8～18.65×10-8m2.s-1,干燥活化能为22.36 kJ.mol-1.     

生物甲烷抑制剂缓释扩散模型推导与优化

以石蜡和松香为缓释基质,以碳化钙为生物甲烷抑制材料,对有效抑制组分——乙炔的扩散规律进行了研究.以T.Higuchi方程为基础,针对复杂基质的气体缓释进行了修正,得到缓释抑制剂的扩散机制模型,该模型可以有效预测乙炔的扩散系数De.同时考察了基质优化对扩散系数的影响,如果缓释基质的硬度不够,碳化钙与水反应产生的热量可导致缓释抑制剂内部膨胀从而影响缓释效果.当基质中松香的质量分数为20%,基质与碳化钙的质量比为1/1时,缓释基质的硬度和致密度提高,乙炔的扩散系数达到2.2849×10-8cm2/min(R2=0.9901),该缓释抑制剂可以有效地解决生活垃圾填埋场等人为源生物甲烷的减排问题.     

造纸污泥与褐煤混合燃烧特性及动力学研究

该文通过造纸污泥和褐煤的混合燃烧的热重实验,得到TG和DTG曲线,分析不同混合比例以及不同升温速率(10、20及40 K/min)对燃烧过程的影响,并对燃烧动力学模型的相关参数进行求解,得到了不同燃烧条件下的活化能。研究发现褐煤的燃烧过程有一个明显的失重峰,对应的工况为10 K/min升温速率,其最大失重速率为-7.6%,对应燃烧温度为403.3℃。污泥的燃烧过程分为挥发分和固定碳2个燃烧过程,分别出现在270~575℃和575~727℃之间,采用Coats-Redfern方程计算得到的活化能分别为82.47 kJ/mol和199.26 kJ/mol。污泥与褐煤混合燃烧时,混合试样的最大失重速率随升温速率的提高而增加。通过KAS等转化率及Coats-Redfern方程2种方法分析得出,污泥与褐煤混合燃烧时,污泥的加入可降低混合物着火所需的活化能,降低着火温度,改善燃烧过程。     

基于卫星遥感的广东地区对流层二氧化碳时空变化特征

利用瓦里关全球本底站和番禺气象局地面观测的CO2浓度资料对SCIAMACHY反演得到的对流层CO2产品进行验证.结果显示:SCIAMACHY产品能较好地反映对流层CO2的分布状况,在珠三角地区反演和观测的残差为1.29×10-6,相关系数为0.69,可用于分析区域对流层CO2的时空分布特征.利用2003~2009年SCIAMACHY观测资料分析研究显示:广东地区对流层CO2柱浓度最高值出现在春季,最低值出现在夏季,浓度年均值和年增长率分别为384.84′10-6和1.53′10-6/a,大于全球和我国同期的观测结果;粤东、粤西、粤北和珠三角地区的浓度均在春、冬季显著高于夏季、秋季 ,相同季节内各区域之间的差异不显著;粤西地区CO2柱浓度的年增长率最高,为1.82′10-6/a,珠三角和粤东地区的年增长率相当,分别为1.65,1.64′10-6/a,粤北地区的年增长率最低,为1.61′10-6/a.     

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%.     

超声联合热碱技术促进剩余污泥破解的参数优化

为了进一步提高超声联合技术破解污泥的效果,在前期双因素的研究基础上,采用3因素3水平的响应曲面法分析了热水解温度(60,70,80°C)、加碱量(0.04,0.07,0.10g/g TS)和超声能量(4000,8000,12000k J/kg TS)对污泥破解度的影响.回归分析结果表明污泥破解度与三因素之间符合三元二次方程:Y=-196.87+6.11X_1+487.53X_2+0.0039X_3-1.742X_1X_2-0.000024X_1X_3+0.0044X_2X_3-0.0398X_1~2-2488.33X_2~2-1.33×10-7X_3~2,其中X_1、X_2、X_3分别为温度、加碱量和超声能量.模型拟合度高达97.548%,表明该模型能较好地模拟超声联合热碱预处理参数和预测污泥破解度.根据模型得出最佳预处理工艺组合为:温度73.06℃,加碱量0.085g/g TS,超声能量9551k J/kg TS.最佳工艺参数下污泥破解度实测值为60.411%.经济性分析表明,超声联合热碱预处理条件下每t污泥处理费较未处理污泥降低了20.42元,在本研究条件下具有较高的经济可行性.     

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。     

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.     

深度脱水印染污泥滚筒干化特性中试

采用燃油烟气模拟热电厂烟气,实验研究了深度脱水印染污泥的滚筒干化特性,分析了滚筒转速、烟气流速及滚筒长度对污泥干化效果、干燥效率的影响规律,同时也探讨了进口温度对干化尾气污染物排放特性的影响。结果表明:滚筒转速对深度脱水印染污泥在滚筒中的停留时间有重要影响,同时也是影响出口污泥含水率的最主要因素,而烟气流速则是影响干燥效率的最主要因素。对于深度脱水印染污泥,滚筒干燥容积传热系数为0.361~1.168 k J/(m3·s·℃),烟气流速会对其有一定的影响,而滚筒转速对其的影响很小。干化尾气中除NH3和臭气浓度高于恶臭污染物厂界3级标准值外,其他各污染物的排放浓度均低于国家排放标准。为抑制污泥中NH3、H2S及苯系物的释放,深度脱水印染污泥滚筒干化的烟气温度应控制在190℃以内。     

污泥热泵低温干化技术优势与问题探讨

污泥的显著特征是含水率高和黏度大,机械脱水污泥含水率在80%左右。由于其含水率高,体积庞大,为污泥处理处置带来了经济和技术上的困难。降低污泥含水率是无害化、减量化处理的关键和资源化利用的前提。加热干化是污泥深度脱水最有效方法之一,但传统热风对流干燥存在效率低、能耗高及尾气处理难度大等问题。热泵干燥是近年来开发的1种污泥低温干化新技术,具有能耗低、干化过程易于控制及安全性能高的优点。但需考虑进入干燥机的污泥颗粒大小及稳定性,协调污泥颗粒内部与外部传热传质,并处理好干燥过程中的粉尘及腐蚀性气体对热泵换热器的影响。     

污泥常压过热蒸汽干燥装置设计及干燥试验

为了研究污水污泥常压过热蒸汽干燥特性,研制了一套污泥常压过热蒸汽干燥试验装置,并对常压过热干燥装置主要部件的工作原理及特点进行了介绍。在研制的常压过热蒸汽干燥试验上进行了厚度分别为4,6,10 mm,干燥温度分别为160,220,280℃的干燥试验。试验结果表明:在过热干燥初期出现污泥含水率增大的现象,导致干燥时间增加;但过热蒸汽温度越高、污泥的厚度越薄,干燥至同样含水率所消耗的时间越短,干燥速度也越快。     

印染污泥干燥过程中挥发分冷凝液的研究

对某印染废水处理厂的污泥进行模拟干燥处理,以产生的挥发分冷凝液为研究对象来考察干燥温度和干燥程度对印染污泥干燥过程中污染物产生的影响。随着干燥温度的升高,挥发分冷凝液COD、NH3-N含量均升高,且在140℃至160℃时升高较快,分别为177～262 mg/L,100～130 mg/L,而pH较稳定。污泥含水率从65%干燥至5%时,挥发分冷凝液的COD、NH3-N含量升高不明显,分别为176～190 mg/L、85～105 mg/L。干燥温度比干燥程度更能影响印染污泥干燥过程中污染物的产生。     

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.     

污泥与煤混烧动力学及常规污染物排放分析

采用热重分析法研究了不同污泥掺烧比例及不同加热速率时污泥与煤的热失重特性.探讨了掺烧污泥对煤燃烧特性的影响,分析了掺入污泥对煤的燃烧变化规律,并进行了动力学分析.结果表明,加热速率增加时,样品的失重速率增大,开始失重温度及最终燃尽温度升高.掺烧时的TG曲线在400~600℃时有一个明显的失重阶段.失重速率峰值随着掺烧比的提高而升高,对应的温度降低.掺烧污泥后的混合样品的燃烧温度范围比单一燃煤时少20~100℃.非等温动力学模型分析可得,少量的污泥与煤掺烧时所需的活化能与煤较接近,对煤的正常燃烧影响不大.不同比例掺烧时产生的烟气中NOx、SO2、CO2生成量及减排规律因N、S、C含量不同而各有差异.热重分析及模型分析法可以为不同理化特性的煤与污泥掺烧提供初始理论依据.     

接触式污泥干化过程中SO_2吸收率的动态变化

根据接触式污泥干化工艺的实际运行参数,通过模拟试验,研究了污泥在干化过程中对烟气中二氧化硫(SO2)吸收率的动态变化及其影响因素,并对导致吸收率变化的原因进行了理论分析.结果表明,污泥对SO2的吸收率随干化温度的升高和气体流速的增大而减小,含水率为55%和75%的污泥对SO2的吸收率分别从干化温度80℃的16.0%和25.0%降至干化温度160℃的6.0%和7.0%,这是因为干化温度升高和气体流速增大,促使污泥水分加速蒸发,从而影响SO2从气相通过气膜向气液界面传递和扩散的过程,最终导致污泥对SO2吸收率的下降;污泥对SO2的吸收率随SO2浓度的增加没有明显的变化;污泥吸收SO2后,pH值降低表明了污泥吸收SO2发生了酸碱中和反应,污泥红外光谱证明污泥对烟气中SO2的吸收是一个化学吸收过程.     

城镇污水污泥低温氧化放热特性的恒温量热分析

针对干化后城镇污水污泥的低温氧化和自加热问题,采用恒温量热分析方法对含水率为10%~70%（干基）的污泥在5个温度（30~70℃）下的低温氧化放热特性进行了实验研究。结果表明:污泥的低温氧化放热主要有3种机制,包括微生物生化氧化、无机成分（Fe/S/O系统）氧化和有机质化学氧化,污泥的低温氧化放热特性是3种机制综合表现的结果,其交叉重叠共同决定了污泥低温下的自加热特性。含水率和环境温度会影响污泥低温氧化放热过程中的各热源贡献并导致主要热源的转变,同时也会影响3种机理各自的放热特性。水分和温度增加都会使污泥的放热增强,即自加热能力变强,从而加大污泥自燃的风险。