Estudio sobre las características de secado de los lodos municipales
Tomar el lodos de deshidratacióndel municipio del distrito de Qingpu Tratamiento de aguas residuales Este artículo, que utiliza las plantas como materia prima, estudia las diferencias en las características de los lodos antes y después del secado desde los aspectos de análisis industrial, micromorfología, composición básica y poder calorífico, y proporciona datos básicos para la realización del secado e incineración de los lodos.
El lodo es un subproducto de proceso de tratamiento de aguas residualesCon un alto contenido de agua (generalmente alrededor del 98%), gran volumen y características que dificultan su eliminación, los lodos presentan una composición compleja, conteniendo una gran cantidad de sustancias orgánicas, metales pesados, sales, sustancias difíciles de degradar, microorganismos patógenos, huevos de parásitos, etc. Con la profundización del tratamiento de aguas residuales, el tratamiento y la eliminación adecuados de los lodos cobran cada vez más importancia, y los lodos sin tratar representan una gran amenaza para el medio ambiente.
Según datos del Instituto de Investigación E20, más de la mitad de los lodos generados por las plantas de tratamiento de aguas residuales se tratan y eliminan mediante vertederos sanitarios, y se pierde más del 18% de los lodos. Más del 50% del contenido de agua del 80% de los lodos deshidratados se elimina mediante el método simple de vertedero. Este método de eliminación no solo tiene una grave contaminación ambiental secundaria, sino que también ocupa una gran superficie y, a largo plazo, no habrá terreno para enterrar. La propuesta de Tratamiento de lodos Los requisitos de eliminación de lodos establecidos en el "Plan Decenal del Agua" y el "13.º Plan Quinquenal" han impulsado el crecimiento del mercado de tratamiento y eliminación de lodos en el marco de políticas favorables, y la tecnología y los equipos de tratamiento relacionados también se han desarrollado rápidamente.
El documento "Las mejores directrices técnicas viables para el tratamiento y la eliminación de lodos en plantas depuradoras" considera que el secado e incineración de lodos es la dirección que nuestro país debe seguir en el futuro. Para lograr un secado e incineración de lodos con alta eficiencia y bajo consumo energético, es necesario estudiar sistemáticamente las características de los lodos antes y después del secado desde múltiples perspectivas.
En este trabajo se estudiaron las características del lodo deshidratado antes y después del secado desde los aspectos de análisis básico, micromorfología, composición básica y poder calorífico, lo que proporcionó datos básicos para la realización del secado e incineración del lodo.
Equipos experimentales
El municipal lodos de deshidratación El secado se realiza mediante un secador de película delgada, cuyo diagrama estructural se muestra en la figura. La máquina de secado de película delgada se compone de una carcasa, un rotor y un dispositivo de accionamiento. El rotor extiende el lodo deshidratado en una capa delgada sobre la pared interna de la carcasa y lo seca mediante vapor a alta temperatura o aceite térmico en la misma.
Análisis básico y comparación antes y después del secado de lodos.
El vapor sobrecalentado a 160 ℃ y 0,6 MPa se introdujo en el secador de película delgada para secar el lodo deshidratado con un contenido de humedad de aproximadamente el 80 % hasta un contenido de humedad inferior al 30 %. Se tomaron muestras del lodo antes y después del secado y se analizaron varias veces. Los resultados mostraron que el contenido de volátiles del lodo se redujo después del secado, y el contenido de volátiles de la base de secado se redujo entre un 4,53 % y un 8,66 %. Al mismo tiempo, el contenido de cenizas del lodo aumentó y el poder calorífico de la base de secado disminuyó entre 0,335 y 1,15 MJ/kg. Esto se debe principalmente a que, durante el proceso de secado térmico, los compuestos orgánicos volátiles del lodo y algunas partículas finas de lodo se convierten en el gas de cola de secado junto con el vapor de agua de secado y entran en la sección de tratamiento de gases de cola posterior.
Comparación de la microestructura del lodo antes y después del secado.
La siguiente figura muestra la microestructura del lodo antes y después del secado. Como se puede observar, la estructura del lodo antes del secado es relativamente laxa, y una gran cantidad de polímeros extracelulares se encuentran envueltos y agrupados fuera del coloide, formando una estructura agregada evidente. De esta manera, el agua ligada, el agua intersticial y el agua intracelular del lodo quedan envueltos en el flóculo, lo que dificulta su posterior deshidratación mediante procesos físicos y químicos. En comparación con el lodo después del secado, el lodo antes del secado presenta mayor porosidad, mayor superficie específica, mayor compresibilidad, y el flóculo puede destruirse aplicando menor fuerza mecánica o calor. Con la evaporación del agua en el lodo, la estructura del flóculo se desintegra gradualmente, formando una estructura agregada con una superficie compacta y huecos que se reducen progresivamente, como se muestra en la figura de la derecha. Sin embargo, la eficiencia de evaporación del agua también disminuye con la reducción de la relación de huecos del lodo.
Comparación de la composición del lodo antes y después del secado.
La figura muestra los resultados del análisis de escaneo espectral infrarrojo antes y después del secado del lodo. Los grupos funcionales representativos del grupo seco del lodo son principalmente H2O libre, -OH, -CH2, -CH3, anillo aromático, C=C, CO, hidrocarburo halogenado, etc. Esto indica que el contenido de materia orgánica en el lodo es alto, y los tipos de materia orgánica pueden ser proteínas, lípidos, almidón y celulosa. Los estudios han demostrado que el contenido de proteínas de la materia orgánica del lodo es más del 60%, los lípidos es de aproximadamente el 20%, el almidón y la celulosa son de aproximadamente el 15%, la descomposición de esta materia orgánica producirá NH3, H2S y COV y otros gases olorosos.
El EPS es un polímero de alto peso molecular compuesto por proteínas, polisacáridos y una pequeña cantidad de lípidos, ácidos nucleicos y humus. La detección de compuestos característicos del EPS indica la existencia de una gran cantidad de EPS en el lodo. Como componente orgánico importante del lodo, el contenido de EPS determina la intensidad de absorción infrarroja de los grupos funcionales característicos del lodo. Al comparar los espectros infrarrojos del lodo antes y después del secado y excluyendo la sutil interferencia de las impurezas en el lodo durante el proceso de análisis, se puede observar que la intensidad de absorción infrarroja del lodo antes del secado es significativamente mayor que la del lodo después del secado. En comparación con el lodo antes del secado, los espectros del lodo después del secado mostraron que los picos secundarios en 1654 y 1543 cm⁻¹ (C=C), 2924 cm⁻¹ (CH) y 1076 cm⁻¹ (CO) fueron menores, lo que indicó la descomposición de sustancias similares a proteínas durante el proceso de secado del lodo. Esto también explica la disminución del contenido de materia orgánica y de materia volátil tras el secado de los lodos.
Comparación del contenido de humedad, materia orgánica y poder calorífico del lodo antes y después del secado.
La materia orgánica presente en el lodo es la principal responsable de su poder calorífico, si bien el contenido de humedad también influye considerablemente. Un alto contenido de humedad en el lodo conlleva un bajo poder calorífico, lo que inevitablemente afecta a su incineración. Además, el consumo energético del sistema durante el proceso de secado del lodo se destina principalmente a la evaporación del agua.
Tras el secado, el contenido de materia orgánica del lodo disminuyó ligeramente, al igual que el poder calorífico de la base seca. Se estudió la correlación entre el contenido de humedad del lodo y su poder calorífico, así como la correlación entre la materia orgánica del lodo y su poder calorífico. Mediante regresión lineal, se obtuvo el coeficiente de correlación entre las variables y se realizó el análisis de correlación.
Existe una correlación negativa entre el contenido de humedad del lodo seco y su poder calorífico inferior, que disminuye al aumentar el contenido de humedad. Sin embargo, el coeficiente de correlación entre el contenido de humedad del lodo seco y el poder calorífico inferior es de 0,882, y el valor p de la prueba F es de 0,061 con un nivel de confianza del 95 %. Dado que el valor p de la prueba F es mayor que 0,05, el contenido de humedad del lodo seco no muestra una correlación lineal significativa con el poder calorífico inferior.
El coeficiente de correlación entre el contenido de materia orgánica del lodo crudo y el poder calorífico superior en base seca fue de 0,997, y el valor p de la prueba F fue de 0,0033 con un nivel de confianza del 95 %. El valor p de la prueba F es inferior a 0,05, por lo que el contenido de materia orgánica del lodo crudo presenta una correlación significativa con su poder calorífico superior en base seca.
El contenido de materia orgánica del lodo seco se correlacionó positivamente con el poder calorífico de la base seca, y este último aumentó con el incremento del contenido de materia orgánica. Además, el coeficiente de correlación entre el contenido de materia orgánica del lodo seco y el poder calorífico del sustrato seco fue de 0,973, y el valor p de la prueba F fue de 0,014 con un nivel de confianza del 95 %. Dado que el valor p de la prueba F es inferior a 0,05, se observa una correlación significativa entre el contenido de materia orgánica del lodo seco y el poder calorífico de la base seca.
Del análisis anterior se desprende que el poder calorífico del lodo está estrechamente relacionado con el contenido de humedad y de materia orgánica, y que existe una correlación positiva significativa entre el contenido de materia orgánica del lodo y su poder calorífico en base seca. Esto también demuestra que, si bien el uso de una gran cantidad de aditivos inorgánicos para el acondicionamiento y la deshidratación del lodo de la planta de tratamiento de aguas residuales puede tener un efecto deshidratante significativo, la introducción de una gran cantidad de sustancias inorgánicas no solo aumentará la carga del sistema durante el proceso de secado del lodo, sino que también reducirá significativamente el contenido de materia orgánica del mismo, lo que tendrá efectos adversos en el posterior secado e incineración del lodo.
Conclusión
En este trabajo se analizaron las características del lodo deshidratado antes y después del secado, utilizando como materia prima el lodo deshidratado procedente del distrito de Qingpu de Shanghái.
(1) Con el avance del secado, la estructura superficial del lodo se cierra gradualmente, el espacio se reduce gradualmente y la eficiencia del secado se reduce gradualmente.
(2) El proceso de secado del lodo producirá una pequeña descomposición de la materia orgánica, de modo que el contenido de materia orgánica y materia volátil del lodo después del secado se reducirá ligeramente.
(3) El bajo poder calorífico del lodo se correlaciona negativamente con su contenido de humedad, pero no existe una relación lineal evidente; se observó una correlación lineal positiva entre el alto poder calorífico del lodo y su contenido de materia orgánica. Por lo tanto, es necesario reducir el contenido de humedad del lodo y minimizar la pérdida de materia orgánica para mantener su poder calorífico.