Estudi sobre les característiques de l'assecatge de fangs municipals
Prenent el fangs de deshidrataciódel districte municipal de Qingpu Tractament d'aigües residuals Planta com a matèria primera, aquest article estudia les diferències en les característiques dels fangs abans i després de l'assecatge des dels aspectes d'anàlisi industrial, micromorfologia, composició bàsica i valor calorífic, i proporciona dades bàsiques per a la realització de l'assecatge i la incineració de fangs.
Els fangs són un subproducte de procés de tractament d'aigües residuals, amb un alt contingut d'aigua (generalment al voltant del 98%), un gran volum, característiques de dificultat d'eliminació, i una composició de fangs complexa, que conté un gran nombre de substàncies orgàniques, metalls pesants, sals, substàncies difícils de degradar i microorganismes patògens, ous paràsits, etc. Amb l'aprofundiment del tractament d'aigües residuals, el tractament i l'eliminació raonables dels fangs són cada cop més importants, i els fangs no tractats són una gran amenaça per al medi ambient.
Segons les dades de l'Institut de Recerca E20, més de la meitat dels fangs generats per les plantes de tractament d'aigües residuals es tracten i s'eliminen en abocadors sanitaris, i es perd més del 18% dels fangs. Més del 50% del contingut d'aigua del 80% dels fangs deshidratats s'elimina mitjançant el mètode simple d'abocador. Aquest mètode d'eliminació no només té una greu contaminació secundària ambiental, sinó que també ocupa una gran superfície i, a la llarga, no hi haurà terra per enterrar. La proposta de Tractament de fangs i els requisits d'eliminació del "Water Ten" i del "13è Pla quinquennal" han promogut el creixement del mercat del tractament i eliminació de fangs sota la condició de polítiques favorables, i la tecnologia i els equips de tractament relacionats també s'han desenvolupat ràpidament.
"Les millors directrius tècniques factibles per al tractament i eliminació de FANGS a la planta de tractament d'aigües residuals" creu que l'assecatge i la incineració de fangs és la direcció que defensarà el nostre país en el futur. Per tal de dur a terme l'assecatge i la incineració de fangs amb alta eficiència i baix consum d'energia, cal estudiar sistemàticament les característiques dels fangs abans i després de l'assecatge des de múltiples angles.
En aquest treball, es van estudiar les característiques dels fangs deshidratats abans i després de l'assecatge des dels aspectes d'anàlisi bàsica, micromorfologia, composició bàsica i poder calorífic, la qual cosa va proporcionar dades bàsiques per a la realització de l'assecatge i la incineració de fangs.
Equipament experimental
El municipi fangs de deshidratació s'asseca mitjançant un assecador de capa fina, i el diagrama de l'estructura de l'assecador de capa fina es mostra a la Figura 1. L'assecador de capa fina està compost per una carcassa, un rotor i un dispositiu d'accionament. El rotor estén els fangs deshidratats en una capa fina a la paret interior de la jaqueta de la carcassa i assequen els fangs amb el vapor d'alta temperatura o l'oli de conducció de calor de la jaqueta.
Anàlisi bàsica i comparació abans i després de l'assecat de fangs
El vapor sobreescalfat de 160 ℃ i 0,6 MPa es va passar a l'assecador de pel·lícula fina per assecar els fangs deshidratats amb un contingut d'humitat d'aproximadament el 80% fins a un contingut d'humitat inferior al 30%. Es van prendre mostres dels fangs abans i després de l'assecatge i es van analitzar diverses vegades. Els resultats van mostrar que el contingut volàtil dels fangs es va reduir després de l'assecatge i el contingut volàtil de la base d'assecatge es va reduir en un 4,53% ~ 8,66%. Al mateix temps, el contingut de cendres dels fangs va augmentar i l'alt valor calorífic de la base d'assecatge va disminuir en 0,335 ~ 1,15 MJ/kg. Això es deu principalment al fet que en el procés d'assecatge tèrmic, els compostos orgànics volàtils dels fangs i algunes partícules fines de fangs es converteixen en el gas de cua d'assecatge juntament amb el vapor d'aigua d'assecatge i entren a la secció posterior de tractament del gas de cua.
Comparació de la microestructura dels fangs abans i després de l'assecatge
La figura següent mostra la microestructura del fang abans i després de l'assecatge. Com es pot veure a la figura, l'estructura del fang abans de l'assecatge és relativament fluixa, i un gran nombre de polímers extracel·lulars s'embolcallen i s'acumulen fora del col·loide, formant una estructura agregada òbvia. D'aquesta manera, l'aigua lligada, l'aigua intersticial i l'aigua intracel·lular del fang s'embolcallen al flòcul de fang, de manera que és difícil deshidratar-lo més mitjançant accions físiques i químiques. En comparació amb el fang després de l'assecatge, el fang abans de l'assecatge té una porositat més alta, una superfície específica més gran, una forta compressibilitat, i el flòcul de fang es pot destruir aplicant una força mecànica més baixa o proporcionant calor. Amb l'evaporació de l'aigua del fang, l'estructura del flòcul de fang es col·lapsa gradualment, formant una estructura agregada amb una estructura superficial compacta i reduint gradualment els buits a la figura de la dreta. Tanmateix, l'eficiència de l'evaporació de l'aigua també disminuirà amb la disminució de la relació de buits del fang.
Comparació de la composició dels fangs abans i després de l'assecatge
La figura mostra els resultats de l'anàlisi espectral d'escaneig infraroig abans i després de l'assecatge dels fangs. Els grups funcionals representatius del grup sec dels fangs són principalment H2O lliure, -OH, -CH2, -CH3, anell aromàtic, C=C, CO, hidrocarbur halogenat, etc. Això indica que el contingut de matèria orgànica als fangs és elevat, i els tipus de matèria orgànica poden ser proteïnes, lípids, midó i cel·lulosa. Els estudis han demostrat que el contingut de proteïnes de la matèria orgànica dels fangs és superior al 60%, el lípid és d'aproximadament un 20%, el midó i la cel·lulosa és d'aproximadament un 15%, i la descomposició d'aquesta matèria orgànica produirà NH3, H2S, COV i altres gasos olorosos.
L'EPS és un polímer alt compost de proteïnes, polisacàrids i una petita quantitat de lípids, àcid nucleic i humus. La detecció de compostos característics d'EPS indica l'existència d'una gran quantitat d'EPS en els fangs. Com a component orgànic important dels fangs, el contingut d'EPS determina la intensitat d'absorció infraroja dels grups funcionals característics dels fangs. En comparar els espectres infrarojos dels fangs abans i després de l'assecatge i excloent la subtil interferència de les impureses dels fangs durant el procés d'anàlisi, es pot veure que la intensitat d'absorció infraroja dels fangs abans de l'assecatge és significativament més alta que la dels fangs després de l'assecatge. En comparació amb els fangs abans de l'assecatge, els espectres dels fangs després de l'assecatge van mostrar que els pics d'espatlla a 1654 i 1543 cm-1 (C=C), 2924 cm-1 (CH4) i 1076 cm-1 (CO) eren més petits, cosa que indicava la descomposició de substàncies similars a les proteïnes durant el procés d'assecatge dels fangs. Això també explica la disminució del contingut de matèria orgànica i del contingut de matèria volàtil després de l'assecatge dels fangs.
Comparació del contingut d'humitat, la matèria orgànica i el valor calorífic dels fangs abans i després de l'assecatge
La matèria orgànica dels fangs és la principal font de valor calorífic, mentre que el contingut d'humitat dels fangs també té una gran influència en el valor calorífic. L'alt contingut d'humitat dels fangs té un baix valor calorífic, que inevitablement afectarà la incineració dels fangs. A més, el consum d'energia del sistema en el procés d'assecat de fangs s'utilitza principalment per evaporar l'aigua dels fangs.
El contingut de matèria orgànica dels fangs després de l'assecatge va disminuir lleugerament, i el corresponent valor calorífic alt de la base seca també va disminuir lleugerament. Es va estudiar la correlació entre el contingut d'humitat dels fangs i el valor calòric, i la correlació entre la matèria orgànica dels fangs i el valor calòric, respectivament, i el coeficient de correlació entre les variables es va obtenir mitjançant regressió lineal, i es va dur a terme l'anàlisi de correlació.
Hi ha una correlació negativa entre el contingut d'humitat dels fangs secs i el seu baix valor calorífic, que disminueix amb l'augment del contingut d'humitat. Tanmateix, el coeficient de correlació entre el contingut d'humitat dels fangs secs i el baix valor calorífic és de 0,882, i el valor P de la prova F és de 0,061 amb una confiança del 95%. Com que el valor P de la prova F és superior a 0,05, el contingut d'humitat dels fangs secs no mostra una correlació lineal significativa amb el baix valor calorífic.
El coeficient de correlació entre el contingut de matèria orgànica dels fangs crus i l'alt valor calòric de la base seca va ser de 0,997, i el valor P de la prova F va ser de 0,0033 sota un nivell de confiança del 95%. El valor P de la prova F és inferior a 0,05, de manera que el contingut de matèria orgànica dels fangs crus té una correlació significativa amb el seu alt valor calòric de la base seca.
El contingut de matèria orgànica dels fangs secs es va correlacionar positivament amb l'alt valor calorífic de la base seca, i l'alt valor calorífic de la base seca va augmentar amb l'augment del contingut de matèria orgànica. A més, el coeficient de correlació entre el contingut de matèria orgànica dels fangs secs i l'alt valor calorífic del substrat sec va ser de 0,973, i el valor P de la prova F va ser de 0,014 sota un nivell de confiança del 95%. Com que el valor p de la prova F és inferior a 0,05, es pot observar que hi ha una correlació significativa entre el contingut de matèria orgànica dels fangs secs i l'alt valor calòric de la base seca.
De l'anàlisi anterior, es pot veure que el valor calòric dels fangs està estretament relacionat amb el contingut d'humitat i el contingut de matèria orgànica, i hi ha una correlació positiva significativa entre el contingut de matèria orgànica dels fangs i el valor calòric de la base seca dels fangs. Això també demostra que si s'utilitza un gran nombre d'additius inorgànics per al condicionament i la deshidratació dels fangs de la planta de tractament d'aigües residuals, tot i que pot tenir un efecte de deshidratació significatiu, la introducció d'un gran nombre de substàncies inorgàniques no només millorarà la càrrega del sistema del procés d'assecat de fangs, sinó que també reduirà significativament el contingut de matèria orgànica dels fangs, cosa que provocarà efectes adversos en l'assecat i la incineració posteriors dels fangs.
Conclusió
En aquest article, es van analitzar les característiques dels fangs deshidratats abans i després de l'assecatge utilitzant com a matèria primera els fangs deshidratats del districte de Qingpu de Xangai.
(1) Amb el progrés de l'assecatge, l'estructura superficial dels fangs es va tancant gradualment, el buit es redueix gradualment i l'eficiència de l'assecatge es redueix gradualment.
(2) El procés d'assecatge dels fangs produirà una petita quantitat de descomposició de matèria orgànica, de manera que el contingut de matèria orgànica i matèria volàtil dels fangs després de l'assecatge es redueix lleugerament.
(3) El baix valor calòric dels fangs està correlacionat negativament amb el seu contingut d'humitat, però no hi ha una relació lineal òbvia; Hi va haver una correlació lineal positiva entre l'alt valor calòric dels fangs i el seu contingut de matèria orgànica. Per tant, cal reduir el contingut d'humitat dels fangs i reduir la pèrdua de contingut de matèria orgànica en els fangs per garantir el valor calòric dels fangs.