流化床中污泥干燥特性

以湿污泥为原料在气固流动流化床干燥器内进行了污泥干燥特性的实验研究,考察流化风速、送风温度、联合干燥热量配比的变化对干燥强度、干燥热效率及平均传热系数的影响。实验结果表明,流化床污泥干燥最佳流化风速为1.48 m/s左右;随着流化风温的升高,干燥强度和干燥热效率逐渐增大,但增幅减小;单独的加热管干燥和流化风干燥的干燥热效率均较低,分别为33%和45%左右。在相同总输入热量下,随着内置加热管输入热量的比重越来越大,干燥热效率、干燥强度和平均传热系数均先增大后减小。     

酒精污泥干燥特性及数学模型

用红外干燥方法对酒精污泥进行干燥实验,研究了干燥温度和污泥厚度对水分蒸发速率、干燥速率及体积变化率的影响。实验表明,恒速干燥段的干燥速率仅与干燥温度有关;临界湿含量随污泥厚度增加而升高,随干燥温度的升高而下降;污泥体积在恒速干燥段收缩速度较快,在降速干燥段仍有微小的变化。对污泥干燥特性曲线进行分析,建立了恒速干燥段及降速干燥段的干燥模型,并将模型预测与实验结果进行了对比,误差较小。     

不同污泥颗粒的干燥特性分析

选取典型的生活污水污泥和造纸污泥进行干燥特性分析,对比了干燥过程中的水分析出特性、污泥球体中心温度变化和物理性质变化。结果表明,无论是生活污水污泥还是造纸污泥,在干燥过程中等速干燥阶段都不明显,而造纸污泥更快达到最大干燥速率,更快进入降速干燥阶段;造纸污泥球的中心温度在高温(250℃)干燥条件下还存在超温的现象,即污泥球中心温度在某段时间内高于干燥温度,形成了蓄热内核;干燥过程中,造纸污泥水分的析出是依靠层层传递,污泥球结构稳定收缩,缩容率相对较小,最终收缩成一硬核;生活污水污泥在干燥中缩容率相对较大,水分析出伴随着外壳的破裂,内层与外界可直接进行热传递交换,干燥后结团性能差,疏散度高,不易定型。     

电渗透脱水污泥干燥特性曲线及干燥模型

通过电渗透脱水技术及自然风干技术两种预处理方式降低污泥含水率,当污泥初始含水率相近时,研究经两种方式处理后污泥的干燥特性曲线,并对电渗透脱水污泥干燥特性曲线的优势情况进行探讨。在40—120℃的低温条件下,研究电渗透脱水污泥（泥饼厚度为3．5mm）的干燥特性曲线并分析其干燥特性。通过所得电渗透脱水污泥的干燥特性曲线,引人薄层污泥干燥模型进行数值分析。结果表明,在实验条件下,电渗透脱水污泥的干燥速率要优于自然风干污泥的干燥速率。随着温度的升高,电渗透脱水污泥的干燥速率随之升高,干燥到所需含水率的时间则随之减少。Logarithmic模型比其他模型更适合描述薄层电渗透脱水污泥在低温条件下的干燥特性。     

添加CaO脱水污泥的微波干燥特性

采用薄层干燥实验法对添加CaO的脱水污泥进行微波干燥研究,考察了污泥的干燥特性,并引入干燥曲线对实验数据进行数值分析。结果表明,添加CaO能减少污泥的干燥时间。污泥微波干燥过程主要分为升速干燥、恒速干燥和降速干燥3个阶段,且恒速干燥阶段所占的比例较大。数学模型分析发现,Page模型能更好地拟合薄层污泥的微波干燥过程。     

泡沫化预处理对污泥干燥特性的影响

采用泡沫化预处理与污泥干燥相结合的方法提高脱水污泥的干燥效率。采用密度变化的间接测定法,研究了脱水污泥的起泡性能和泡沫稳定性。采用薄层干燥实验法探讨泡沫化污泥的干燥特性,并引入干燥曲线,深入分析泡沫化污泥快速干燥的机理。结果发现,脱水污泥中加入一定量CaO后经搅拌可以形成泡沫化污泥,且泡沫的稳定性很强。当泡沫化污泥的质量和表面积相同时,在不同的干燥温度下,密度为0.70 g/cm3的泡沫化污泥均表现出最好的干燥性能。泡沫化处理后污泥与干燥空气的接触面积增大,泡沫化污泥中自由水含量增多以及干燥过程中泡沫化污泥内部形成的大量孔洞使得水分迁移和热量传递的阻力减小,这些是泡沫化污泥干燥速率得以加快的主要原因。     

城市污泥过热蒸汽与热风干燥特性

为研究城市污泥过热蒸汽和热风干燥特性,研制了一套常压内循环式干燥实验装置。以4 mm和10 mm污泥薄层为研究对象,在160~280℃温度下进行过热蒸汽和热风干燥特性实验。实验结果表明,随着温度升高过热蒸汽与热风干燥时间越来越接近,当温度达到280℃时,过热蒸汽干燥与热风干燥时间大致相同;过热蒸汽干燥初期存在凝结过程,4 mm和10 mm污泥在160~280℃下凝结量范围为3.39~1.07 g和9.71~3.62 g,凝结现象的出现导致干燥速率出现负值,但随着温度升高凝结过程对整个干燥时间影响愈来愈轻。从干燥结束后污泥的表观形态可以观察到过热蒸汽干燥的污泥表面裂纹密集、质地疏松,没有发生燃烧炭化的现象,能够避免污泥干燥时可能发生燃烧和爆炸的危险。     

污泥干燥焚烧工程系统质能平衡分析

通过建立污泥干燥焚烧系统质能平衡模型对污泥干燥焚烧工程进行质能平衡分析,由模型结果可得,系统污泥最佳入炉含水率为65%,此时系统具有最低总能耗和总烟气量,且污泥恰好能够自持燃烧。之后,对污泥干基低位热值和初始含水率波动对系统运行的影响进行了研究。当初始含水率在研究范围内波动时,需保证入炉污泥含水率基本不变,以保证系统最低能耗。而当污泥热值下降（上升）时,需使入炉污泥含水率随之线性下降（上升）以保证系统最低能耗。总之,在运行参数波动过程中,当污泥被干燥至其入炉应用基热值在波动过程中恰好能支撑自持燃烧时,系统总辅助燃料消耗最低。     

电渗透脱水对污泥热干燥特性的影响

以污水厂机械脱水后的污泥作为研究对象,提出了采用电渗透-热干燥结合进行深度脱水的方法。通过对原泥以及电渗透脱水至不同含水率(67%、71%和76%)的污泥在热干燥过程中含水率和干燥速率的测定,分析电渗透脱水对污泥热干燥特性的改善规律。结果表明,经电渗透脱水至含水率为67%和71%的污泥在热干燥过程中的传热传质速率及干燥速率有明显提高,且干燥温度越高,电渗透后污泥的干燥速率与原泥的干燥速率差距越大。相同电压梯度及相同温度下电渗透至67%后进行热干燥耗能最少。实际应用中应结合能耗分析选择合适的电渗透程度及干燥温度,以达到最优效果。     

城市污泥过热蒸汽薄层干燥初始段凝结特性

为了解过热蒸汽干燥初始阶段的凝结特性,在自制的常压过热蒸汽干燥实验台上,进行了2、4、6与10 mm污泥薄层在过热蒸汽温度160、200、240和280℃下干燥初始段的凝结试验,建立了凝结段物料水分比随时间变化的拟合方程。实验结果表明,过热蒸汽薄层干燥初始阶段存在凝结过程,过热蒸汽凝结在物料表面使其质量不降反而增加,导致干燥时间延长;凝结水质量和干燥时间的增幅主要决定于过热蒸汽温度,过热蒸汽温度越高,增幅越小;污泥薄层厚度也会影响凝结水质量和干燥时间的增幅。采用二次方程模型拟合干燥初始段水分比随时间的变化,得到4个样品拟合的决定系数R2值为0.984~0.999,卡方χ2值为5.79×10-6~5.85×10-5,均方根误差RMSE为6.45×10-4~1.77×10-3。     

干化床和芦苇床稳定污泥过程中的腐殖化特征

通过现场实验,考查污泥干化床和污泥干化芦苇床稳定污泥过程中的腐殖质变化特征,重点分析了污泥腐殖化率和污泥腐殖化指数的变化情况。系统运行了3年,包括前2年的污泥负荷期和第3年的自然稳定期,检测分析在第3年进行。实验结果表明,污泥腐殖质含量历月变化不大,基本在1．1％～2．1％范围;总体上污泥的腐殖化率具有上升趋势,同一时间样品芦苇床中污泥的腐殖化率略高于干化床;污泥腐殖化指数呈上升趋势,但芦苇床略低于传统于化床;4-11月,干化床中的污泥腐殖化指数从0．079升高到0．742,芦苇床从0．042升高到0．715。经过3Y的稳定化处理,污泥的腐殖化程度和腐熟度得到有效提高。     

干化床和芦苇床稳定污泥过程中的腐殖化特征简

通过现场实验,考查污泥干化床和污泥干化芦苇床稳定污泥过程中的腐殖质变化特征,重点分析了污泥腐殖化率和污泥腐殖化指数的变化情况。系统运行了3年,包括前2年的污泥负荷期和第3年的自然稳定期,检测分析在第3年进行。实验结果表明,污泥腐殖质含量历月变化不大,基本在1.1%~2.1%范围;总体上污泥的腐殖化率具有上升趋势,同一时间样品芦苇床中污泥的腐殖化率略高于干化床;污泥腐殖化指数呈上升趋势,但芦苇床略低于传统干化床;4—11月,干化床中的污泥腐殖化指数从0.079升高到0.742,芦苇床从0.042升高到0.715。经过3 y的稳定化处理,污泥的腐殖化程度和腐熟度得到有效提高。     

污水污泥流化床空气气化焦油的燃烧特性

利用热重分析法,研究了气化温度（650、750和850℃）和污泥性质对污泥流化床气化焦油燃烧特性的影响变化规律。结果表明：6种污泥气化焦油的燃烧过程均分为轻质有机物挥发和燃烧、重质有机物分解和燃烧以及微量残炭燃烧3个阶段;其中第一阶段失重率均明显高于第二阶段,且第一阶段和第二阶段的失重率随气化温度的升高而分别呈现为升高和降低的变化趋势。来自于活性污泥法工艺未消化污泥气化焦油在第一阶段的失重率高于消化污泥的,而A2/O工艺未消化污泥气化焦油在第一阶段的失重率则低于消化污泥的。6种气化焦油的机理函数不完全相同,但反应级数均在1~2.5之间,且第一阶段的表观活化能均低于30 kJ·mol-1。污泥流化床空气气化焦油的着火点和表观活化能均比其固定床空气气化焦油的低。     

鼓泡床锅炉富氧焚烧含油污泥技术

提出了一种新型的含油污泥焚烧近零排放处理方式,即利用富氧燃烧技术焚烧含油污泥,油泥无需干化,并可以回收烟气中的CO2直接用于油田驱油,可以实现CO2的近零排放。以日焚烧200 t含油污泥为研究对象,构建了鼓泡床富氧燃烧含油污泥锅炉原则性热力系统,并分别从炉膛内密相区埋管、稀相区受热面和尾部对流受热面等方面进行了概念设计,根据鼓泡床锅炉的设计原则并结合富氧燃烧技术特点,设计了一台富氧燃烧含油污泥鼓泡床锅炉。详细介绍了鼓泡床焚烧锅炉的设计参数、结构布置,结果表明：鼓泡床富氧焚烧含油污泥系统的锅炉效率可达92.59%,富氧燃烧工况下炉膛内的换热量远远大于对流换热量。     

油田油泥与煤在流化床中的混烧

基于小型流化床焚烧实验平台,通过含油污泥与煤混合燃烧,分析气体污染物排放浓度以及灰渣特性。含油污泥与煤混烧后NOx、SO2的排放浓度均低于危险废物焚烧排放标准。根据灰渣中组分分析,煤中碱金属化合物能抑制SO2的排放。渣样的浸出毒性均在标准范围内,灰样的浸出毒性高于渣样,主要因为飞灰中更容易富集挥发和易溶形态的重金属。基于小试实验的结果,油泥在小型流化床上的燃烧不充分导致了CO排放浓度较高,且灰的灼减率较高,因此,在后续中试以及示范工程中,应保证油泥的充分燃烧,为灰渣的综合利用提供理论基础。     

在线超声对流化床膜生物反应器污泥混合液性能影响的研究

在流化床膜生物反应器中引入在线超声辐射来控制膜污染,超声功率为300 W、频率分别为中频(50 kHz)和中低频(50 kHz和25 kHz)混合频率,考察了在线超声对反应器内混合液性能的影响及对膜污染的控制效果。结果表明,中频超声辐射不会对反应器内混合液的污泥浓度和粘度产生显著影响,而中低频超声辐射会降低混合液的污泥浓度并造成混合液粘度的升高。2种频率的超声辐射对污泥混合液的过滤性能和污泥活性都有一定的改善作用。连续运行26 d和29d后,在中频和中低频超声辐射的作用下,超声流化床膜生物反应器比普通流化床膜生物反应器的跨膜压差分别低8 kPa和14 kPa,说明2种频率的在线超声均可显著延缓膜污染。     

不同有机质含量进泥的污泥干化芦苇床运行效能

污泥干化芦苇床是将人工湿地和污泥干化床进行有机结合,形成的一种新型污泥处理系统。系统运行时,周期性地将污泥布向湿地表面,水经填料层向下渗滤,并经由底部排水管流出;污泥中的固体物质被截留在填料层上面,通过蒸发蒸腾作用进一步脱水。通过系统地考察不同有机质含量剩余污泥在污泥干化芦苇床中的稳定化效果,总结并对比分析了污泥干化芦苇床对不同原泥的矿化程度、氮磷等营养物质的去除、微污染有机物的降解以及温室气体排放等。经过2年的布泥期和1年的稳定期,污泥有机质得到有效处理,高、低有机质含量污泥的稳定化程度分别达到54.50%和58.20%,满足GB 18918-2002中稳定化污泥标准的要求,同时高于GB 8712-1987（>10%）的城镇垃圾农用控制标准要求。污泥氮磷含量仍然处于较高水平,可作为植物性营养元素;其中高、低有机质含量污泥中氮的含量分别从7.10%降到3.10%和从2.52%降到0.98%。微污染有机物如多环芳烃得到有效去除,高、低有机质含量污泥中多环芳烃分别去除了67.28%和32.64%,其中湿地植物芦苇起到了积极作用;监测结果表明,污泥干化芦苇床会释放一定量的温室气体,其中CO2释放量为16.5~65.2 g·（m2·d）-1,CH4释放量为0.43~1.95 g·（m2·d）-1,用CO2来衡量CH4的全球变暖趋势,污泥干化芦苇床CO2释放量为15.02 g·（m2·d）-1。     

生物沥浸污泥深度脱水后自然干化与焚烧处置效果及影响因素

脱水污泥的干化效果对污泥后续焚烧处置及资源化有重要影响。比较了生物沥浸处理后深度脱水污泥与常规脱水污泥的水分蒸发速率差异,以评价其干化效果。在此基础上,对城市污泥生物沥浸示范工程中得到的有机质含量为44％（干物质计）,干基高位热值为9250kJ／kg,含水率≤32％,颗粒粒径≤8mm的污泥样品,采用小型循环流化床焚烧炉（内径600mm,高度6500mm,污泥给料量200kg／h）进行焚烧处置初步研究。结果表明,在同样干化时间下,生物沥浸后脱水污泥相对于常规脱水污泥有较快的水分蒸发速度。在保证污泥颗粒在流化床炉内达到较好的流化状态前提下,该生物沥浸污泥可以在流化床炉内实现自持焚烧,相应流化床炉温可以被恒定维持在850℃左右。焚烧后残渣热灼减率为2．36％。同时发现,污泥有机质含量、污泥含水率、污泥的颗粒破碎度、流化床布风板风量等因素共同决定着城市污泥的自持焚烧效果。此研究将为城市污泥生物沥浸后期焚烧资源化应用提供必要的参数支持及合适的运行建议。