Studie charakteristik sušení komunálních kalů
Vezmeme-li odvodňovací kalMěstského úřadu v okrese Čching-pchu Čištění odpadních vod Rostlina jako surovina, tento článek studuje rozdíly ve vlastnostech kalů před a po sušení z hlediska průmyslové analýzy, mikromorfologie, základního složení a výhřevnosti a poskytuje základní údaje pro realizaci sušení a spalování kalů.
Kal je vedlejším produktem proces čištění odpadních vod, s vysokým obsahem vody (obecně kolem 98 %), velkým objemem, obtížně likvidovatelnými vlastnostmi a složením kalu, které je složité, obsahuje velké množství organických látek, těžkých kovů, solí, obtížně odbouratelných látek a patogenních mikroorganismů, parazitických vajíček atd. S prohlubujícím se čištěním odpadních vod je stále důležitější rozumné čištění a likvidace kalů a neupravený kal představuje velkou hrozbu pro životní prostředí.
Podle údajů Výzkumného ústavu E20 je více než polovina kalů produkovaných čistírnami odpadních vod upravena a zneškodněna na sanitárních skládkách a více než 18 % kalů se ztratí. Více než 50 % obsahu vody v 80 % odvodněného kalu se zneškodní jednoduchou metodou skládkování. Tato metoda zneškodňování nejenže způsobuje vážné sekundární znečištění životního prostředí, ale také zabírá velkou plochu a z dlouhodobého hlediska nezbývá žádná půda k uložení. Návrh Čištění kalů a požadavky na likvidaci v rámci „Vodní desítky“ a „13. pětiletky“ podpořily růst trhu s úpravou a likvidací kalů za podmínek příznivých politik a související technologie a zařízení pro úpravu se také rychle rozvíjely.
„Nejlepší proveditelné technické pokyny pro zpracování a likvidaci KALU v čistírnách odpadních vod“ se domnívá, že sušení a spalování kalů je směr, který naše země v budoucnu prosazuje. Aby bylo možné sušení a spalování kalů realizovat s vysokou účinností a nízkou spotřebou energie, je nutné systematicky studovat vlastnosti kalu před a po vysušení z různých úhlů pohledu.
V této práci byly studovány vlastnosti dehydratovaného kalu před a po vysušení z hlediska základní analýzy, mikromorfologie, základního složení a výhřevnosti, což poskytlo základní data pro realizaci sušení a spalování kalů.
Experimentální vybavení
Městský odvodňovací kal Suší se pomocí tenkovrstvé sušičky a schéma konstrukce tenkovrstvé sušičky je znázorněno na obrázku. Tenkovrstvá sušička se skládá z pláště, rotoru a hnacího zařízení. Rotor rozprostírá dehydratovaný kal do tenké vrstvy na vnitřní stěně pláště a suší jej pomocí vysokoteplotní páry nebo teplonosného oleje v plášti.
Základní analýza a srovnání před a po vysušení kalu
Přehřátá pára o teplotě 160 °C a tlaku 0,6 MPa byla vedena do tenkovrstvé sušičky, aby se odvodněný kal s obsahem vlhkosti přibližně 80 % vysušil na obsah vlhkosti nižší než 30 %. Kal byl před a po sušení mnohokrát odebrán a analyzován. Výsledky ukázaly, že obsah těkavých látek v kalu se po vysušení snížil a obsah těkavých látek v sušící bázi se snížil o 4,53 % až 8,66 %. Současně se zvýšil obsah popela v kalu a vysoká výhřevnost sušící báze se snížila o 0,335 až 1,15 MJ/kg. To je dáno především tím, že během procesu tepelného sušení se těkavé organické sloučeniny v kalu a některé jemné částice kalu stávají spolu s vodní párou sušícího zbytkového plynu a vstupují do následné sekce čištění zbytkového plynu.
Porovnání mikrostruktury kalu před a po sušení
Následující obrázek ukazuje mikrostrukturu kalu před a po sušení. Jak je z obrázku patrné, struktura kalu před sušením je relativně kyprá a velké množství extracelulárních polymerů je obaleno a shromážděno vně koloidu, čímž vzniká zřetelná agregátní struktura. Tímto způsobem je vázaná voda, intersticiální voda a intracelulární voda v kalu obalena ve vločkách kalu, takže je obtížné je dále dehydratovat fyzikálními a chemickými účinky. Ve srovnání s kalem po sušení má kal před sušením vyšší pórovitost, větší specifický povrch, silnější stlačitelnost a vločky kalu lze zničit působením menší mechanické síly nebo tepla. S odpařováním vody z kalu se struktura vloček kalu postupně hroutí a vytváří agregát s pevnou povrchovou strukturou a postupně se zmenšujícími dutinami, jak je vidět na obrázku vpravo. Účinnost odpařování vody se však snižující se pórovitostí kalu také snižuje.
Porovnání složení kalu před a po sušení
Obrázek ukazuje výsledky infračervené spektrální skenovací analýzy před a po vysušení kalu. Reprezentativní funkční skupiny suché skupiny kalu jsou převážně volná H2O, -OH, -CH2, -CH3, aromatický kruh, C=C, CO, halogenované uhlovodíky atd. To naznačuje, že obsah organické hmoty v kalu je vysoký a typy organické hmoty mohou být bílkoviny, lipidy, škrob a celulóza. Studie ukázaly, že obsah bílkovin v organické hmotě kalu je více než 60 %, lipidů asi 20 %, škrobu a celulózy asi 15 %. Rozklad těchto organických látek produkuje NH3, H2S a těkavé organické sloučeniny a další zapáchající plyny.
EPS je vysoce polymer složený z proteinů, polysacharidů a malého množství lipidů, nukleových kyselin a humusu. Detekce charakteristických sloučenin EPS naznačuje existenci velkého množství EPS v kalu. Jako důležitá organická složka kalu určuje obsah EPS intenzitu infračervené absorpce charakteristických funkčních skupin kalu. Porovnáním infračerveného spektra kalu před a po vysušení a s vyloučením jemného vlivu nečistot v kalu během procesu analýzy je patrné, že intenzita infračervené absorpce kalu před sušením je výrazně vyšší než intenzita infračervené absorpce kalu po vysušení. Ve srovnání s kalem před sušením ukázala spektra kalu po vysušení, že píky ramen při 1654 a 1543 cm-1 (C=C), 2924 cm-1 (CH) a 1076 cm-1 (CO) byly menší, což naznačuje rozklad látek podobných proteinům během procesu sušení kalu. To také vysvětluje pokles obsahu organických látek a obsahu těkavých látek po vysušení kalu.
Porovnání obsahu vlhkosti, organické hmoty a výhřevnosti kalu před a po vysušení
Organická hmota v kalu je hlavním zdrojem výhřevnosti kalu, zatímco obsah vlhkosti v kalu má také velký vliv na výhřevnost. Vysoký obsah vlhkosti v kalu má nízkou výhřevnost, což nevyhnutelně ovlivní spalování kalu. Energie spotřebovaná systémem v procesu sušení kalu se navíc používá hlavně k odpařování vody v kalu.
Obsah organické hmoty v kalu po vysušení mírně poklesl a odpovídající vysoká výhřevnost suchého základu se také mírně snížila. Byla studována korelace mezi obsahem vlhkosti kalu a kalorickou hodnotou a korelace mezi organickou hmotou kalu a kalorickou hodnotou. Korelační koeficient mezi proměnnými byl získán lineární regresí a provedena korelační analýza.
Mezi obsahem vlhkosti suchého kalu a jeho nízkou výhřevností existuje negativní korelace, která se zvyšujícím se obsahem vlhkosti klesá. Korelační koeficient mezi obsahem vlhkosti suchého kalu a nízkou kalorickou hodnotou je však 0,882 a hodnota P F-testu je 0,061 pod 95% spolehlivostí. Protože hodnota P F-testu je větší než 0,05, obsah vlhkosti suchého kalu nevykazuje významnou lineární korelaci s nízkou kalorickou hodnotou.
Korelační koeficient mezi obsahem organické hmoty v surovém kalu a vysokou kalorickou hodnotou sušiny byl 0,997 a hodnota P F-testu byla 0,0033 při hladině spolehlivosti 95 %. Hodnota P F-testu je menší než 0,05, takže obsah organické hmoty v surovém kalu má významnou korelaci s jeho vysokou kalorickou hodnotou sušiny.
Obsah organické hmoty v suchém kalu pozitivně koreloval s vysokou výhřevností suchého substrátu a vysoká výhřevnost suchého substrátu se zvyšovala se zvyšujícím se obsahem organické hmoty. Korelační koeficient mezi obsahem organické hmoty v suchém kalu a vysokou výhřevností suchého substrátu byl 0,973 a hodnota P F-testu byla 0,014 pod hladinou spolehlivosti 95 %. Vzhledem k tomu, že hodnota P-testu je menší než 0,05, je patrné, že existuje významná korelace mezi obsahem organické hmoty v suchém kalu a vysokou výhřevností suchého substrátu.
Z výše uvedené analýzy vyplývá, že kalorická hodnota kalu úzce souvisí s obsahem vlhkosti a obsahem organické hmoty a existuje významná pozitivní korelace mezi obsahem organické hmoty v kalu a kalorickou hodnotou suchého základu kalu. To také ukazuje, že pokud se pro úpravu a dehydrataci kalu z čistírny odpadních vod použije velké množství anorganických přísad, i když to může mít významný dehydratační účinek, zavedení velkého množství anorganických látek nejen zlepší zatížení systému sušení kalu, ale také výrazně sníží obsah organické hmoty v kalu, což bude mít nepříznivé účinky na následné sušení a spalování kalu.
Závěr
V tomto článku byly analyzovány vlastnosti dehydratovaného kalu před a po sušení s použitím dehydratovaného kalu z okresu Čching-pchu v Šanghaji jako suroviny.
(1) S postupem sušení se povrchová struktura kalu postupně uzavírá, mezera se postupně zmenšuje a účinnost sušení se postupně snižuje.
(2) Během procesu sušení kalu dochází k malému rozkladu organické hmoty, takže obsah organické hmoty a těkavých látek v kalu po vysušení se mírně sníží.
(3) Nízká kalorická hodnota kalu negativně koreluje s jeho obsahem vlhkosti, ale neexistuje žádný zjevný lineární vztah; Mezi vysokou kalorickou hodnotou kalu a obsahem organické hmoty existuje pozitivní lineární korelace. Proto je nutné snížit obsah vlhkosti v kalu a snížit ztrátu organické hmoty v kalu, aby byla zajištěna jeho kalorická hodnota.