Tutkimus yhdyskuntalietteen kuivausominaisuuksista

Ottaen vedenpoistolieteQingpun piirikunnan kunnallishallinnosta Jätevedenkäsittely Tässä artikkelissa, jossa raaka-aineena käytetään kasvia, tutkitaan lietteen ominaisuuksien eroja ennen kuivausta ja sen jälkeen teollisen analyysin, mikromorfologian, peruskoostumuksen ja lämpöarvon näkökulmasta ja esitetään perustietoja lietteen kuivauksen ja polton toteuttamiseksi.

Liete on sivutuote jätevedenpuhdistusprosessi, jolla on korkea vesipitoisuus (yleensä noin 98 %), suuri tilavuus, vaikeasti hävitettävä ominaisuudet, ja lietteen koostumus on monimutkainen, sisältäen suuren määrän orgaanisia aineita, raskasmetalleja, suoloja, vaikeasti hajoavia aineita ja patogeenisiä mikro-organismeja, loisten munia ja niin edelleen. Jätevedenpuhdistuksen syventyessä lietteen kohtuullinen käsittely ja hävittäminen on yhä tärkeämpää, ja käsittelemätön liete on suuri uhka ympäristölle.

E20-tutkimuslaitoksen tietojen mukaan yli puolet jätevedenpuhdistamojen tuottamasta lietteestä käsitellään ja hävitetään kaatopaikalla, ja yli 18 % lietteestä menee hukkaan. Yli 50 % eli 80 % kuivatusta lietteestä hävitetään yksinkertaisella kaatopaikkamenetelmällä. Tämä hävitysmenetelmä ei ainoastaan ​​aiheuta vakavaa ympäristön toissijaista saastumista, vaan se myös vie suuren alueen, eikä pitkällä aikavälillä ole maata haudattavaksi. Ehdotus... Lietteen käsittely "Water Ten" - ja "13. viisivuotissuunnitelman" mukaiset jätevesi- ja hävitysvaatimukset ovat edistäneet lietteen käsittely- ja hävitysmarkkinoiden kasvua suotuisten politiikkojen puitteissa, ja myös siihen liittyvä käsittelytekniikka ja -laitteet ovat kehittyneet nopeasti.

"Parhaat toteuttamiskelpoiset tekniset ohjeet LIETTEIDEN käsittelylle ja hävittämiselle jätevedenpuhdistamoissa" uskoo, että lietteen kuivaus ja poltto on maamme tulevaisuuden suunta. Jotta lietteen kuivaus ja poltto voidaan toteuttaa tehokkaasti ja alhaisella energiankulutuksella, on tarpeen tutkia systemaattisesti lietteen ominaisuuksia ennen kuivausta ja sen jälkeen useista näkökulmista.

Tässä artikkelissa tutkittiin dehydratoidun lietteen ominaisuuksia ennen kuivausta ja sen jälkeen perusanalyysin, mikromorfologian, peruskoostumuksen ja lämpöarvon näkökulmasta, mikä antoi perustiedot lietteen kuivaamisen ja polttamisen toteuttamiseksi.

Kokeelliset laitteet

Kunnan vedenpoistoliete kuivataan ohutkalvokuivaimella, ja ohutkalvokuivaimen rakennekaavio on esitetty kuvassa. Ohutkalvokuivauskone koostuu vaipasta, roottorista ja käyttölaitteesta. Roottori levittää dehydratoidun lietteen ohueksi kerrokseksi vaipan sisäseinälle ja kuivaa lietteen vaipan sisällä olevan korkean lämpötilan höyryn tai lämmönjohtavuusöljyn avulla.

Perusanalyysi ja vertailu ennen lietteen kuivausta ja sen jälkeen

Ylikuumennettua höyryä, jonka lämpötila oli 160 ℃ ja paine 0,6 MPa, johdettiin ohutkalvokuivaimeen kuivaamaan noin 80 %:n kosteuspitoisuudeltaan oleva vedenpoistoliete alle 30 %:n kosteuspitoisuuteen. Lietteestä otettiin näytteitä ja analysoitiin useita kertoja ennen kuivausta ja sen jälkeen. Tulokset osoittivat, että lietteen haihtuvien aineiden pitoisuus väheni kuivauksen jälkeen ja kuivauspohjan haihtuvien aineiden pitoisuus väheni 4,53–8,66 %. Samanaikaisesti lietteen tuhkapitoisuus nousi ja kuivauspohjan korkea lämpöarvo laski 0,335–1,15 MJ/kg. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että lämpökuivauksen aikana lietteen haihtuvat orgaaniset yhdisteet ja jotkut hienot lietehiukkaset muuttuvat kuivausvesihöyryn kanssa kuivauskaasuksi ja pääsevät seuraavaan jälkikaasun käsittelyosastoon.

Lietteen mikrorakenteen vertailu ennen kuivausta ja sen jälkeen

Seuraava kuva esittää lietteen mikrorakennetta ennen kuivausta ja sen jälkeen. Kuten kuvasta voidaan nähdä, lieterakenne ennen kuivausta on suhteellisen löysä, ja suuri määrä solunulkoisia polymeerejä on kiedottu ja kerääntynyt kolloidin ulkopuolelle muodostaen selkeän aggregaattirakenteen. Tällä tavoin lietteen sitoutunut vesi, välivesi ja solunsisäinen vesi kietoutuvat lieteflokkiin, mikä vaikeuttaa sen kuivaamista edelleen fysikaalisilla ja kemiallisilla toimenpiteillä. Kuivattua lietettä edeltävällä lietteellä on suurempi huokoisuus, suurempi ominaispinta-ala ja voimakas kokoonpuristuvuus, ja lieteflokki voidaan tuhota käyttämällä pienempää mekaanista voimaa tai tuottamalla lämpöä. Lietteen veden haihtuessa lieteflokkirakenne vähitellen romahtaa muodostaen aggregaattirakenteen, jolla on tiivis pintarakenne ja vähitellen kutistuvat tyhjät tilat oikealla olevassa kuvassa. Veden haihtumistehokkuus kuitenkin myös heikkenee lietteen tyhjäosuussuhteen pienentyessä.

Lietteen koostumuksen vertailu ennen kuivausta ja sen jälkeen

Kuvassa on esitetty infrapunaspektrianalyysin tulokset ennen lietteen kuivausta ja sen jälkeen. Lietteen kuivausryhmän edustavia funktionaalisia ryhmiä ovat pääasiassa vapaa H2O, -OH, -CH2, -CH3, aromaattinen rengas, C=C, CO, halogenoidut hiilivedyt jne. Tämä osoittaa, että lietteen orgaanisen aineksen pitoisuus on korkea ja orgaanisen aineksen tyyppejä voivat olla proteiini, lipidi, tärkkelys ja selluloosa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että lietteen orgaanisen aineksen proteiinipitoisuus on yli 60 %, lipidipitoisuus noin 20 %, tärkkelys ja selluloosa noin 15 %. Näiden orgaanisten ainesten hajoaminen tuottaa NH3:a, H2S:ää, VOC-yhdisteitä ja muita hajukaasuja.

EPS on korkeapolymeeri, joka koostuu proteiinista, polysakkaridista ja pienestä määrästä lipidejä, nukleiinihappoja ja humusta. EPS:n tyypillisten yhdisteiden havaitseminen osoittaa suuren määrän EPS:ää lietteessä. Lietteen tärkeänä orgaanisena komponenttina EPS-pitoisuus määrittää lietteen tyypillisten funktionaalisten ryhmien infrapunaabsorptiointensiteetin. Vertaamalla lietteen infrapunaspektrejä ennen kuivausta ja sen jälkeen ja jättämällä pois lietteen epäpuhtauksien hienovaraisen häiriön analyysiprosessin aikana, voidaan havaita, että lietteen infrapunaabsorptiointensiteetti ennen kuivausta on huomattavasti suurempi kuin lietteen kuivauksen jälkeen. Verrattuna lietteeseen ennen kuivausta, lietteen spektrit kuivauksen jälkeen osoittivat, että olkapään piikit kohdissa 1654 ja 1543 cm⁻¹ (C=C), 2924 cm⁻¹ (CH₄) ja 1076 cm⁻¹ (CO₂) olivat pienempiä, mikä viittaa proteiinin kaltaisten aineiden hajoamiseen lietteen kuivausprosessin aikana. Tämä selittää myös orgaanisen aineksen ja haihtuvien aineiden pitoisuuksien vähenemisen lietteen kuivauksen jälkeen.

Lietteen kosteuspitoisuuden, orgaanisen aineksen ja lämpöarvon vertailu ennen kuivausta ja sen jälkeen

Lietteen orgaaninen aines on lietteen lämpöarvon tärkein lähde, ja myös lietteen kosteuspitoisuudella on suuri vaikutus lämpöarvoon. Lietteen korkea kosteuspitoisuus johtaa alhaiseen lämpöarvoon, mikä väistämättä vaikuttaa lietteen polttoon. Lisäksi lietteen kuivausprosessin energiankulutus käytetään pääasiassa lietteen veden haihduttamiseen.

Lietteen orgaanisen aineksen pitoisuus kuivauksen jälkeen laski hieman, ja myös kuiva-aineen vastaava korkea lämpöarvo laski hieman. Lietteen kosteuspitoisuuden ja kaloriarvon välistä korrelaatiota sekä lietteen orgaanisen aineksen ja kaloriarvon välistä korrelaatiota tutkittiin vastaavasti, ja muuttujien välinen korrelaatiokerroin määritettiin lineaarisella regressiolla ja korrelaatioanalyysi suoritettiin.

Kuivan lietteen kosteuspitoisuuden ja sen alhaisen lämpöarvon välillä on negatiivinen korrelaatio, ja korrelaatio pienenee kosteuspitoisuuden kasvaessa. Kuivan lietteen kosteuspitoisuuden ja alhaisen lämpöarvon välinen korrelaatiokerroin on kuitenkin 0,882 ja F-testin P-arvo on 0,061 95 %:n luottamusvälillä. Koska F-testin P-arvo on suurempi kuin 0,05, kuivan lietteen kosteuspitoisuus ei osoita merkitsevää lineaarista korrelaatiota alhaisen lämpöarvon kanssa.

Raakalietteen orgaanisen aineksen pitoisuuden ja kuiva-aineen korkean kaloriarvon välinen korrelaatiokerroin oli 0,997 ja F-testin P-arvo oli 0,0033 alle 95 %:n luottamusvälin. F-testin P-arvo on alle 0,05, joten raakalietteen orgaanisen aineksen pitoisuudella on merkittävä korrelaatio sen kuiva-aineen korkean kaloriarvon kanssa.

Kuivan lietteen orgaanisen aineksen pitoisuus korreloi positiivisesti kuivapohjan korkean lämpöarvon kanssa, ja kuivapohjan korkea lämpöarvo kasvoi orgaanisen aineksen pitoisuuden kasvaessa. Lisäksi kuivan lietteen orgaanisen aineksen pitoisuuden ja kuivapohjan korkean lämpöarvon välinen korrelaatiokerroin oli 0,973 ja F-testin P-arvo oli 0,014 alle 95 %:n luottamusvälin. Koska F-testin p-arvo on alle 0,05, voidaan nähdä, että kuivan lietteen orgaanisen aineksen pitoisuuden ja kuivapohjan korkean lämpöarvon välillä on merkittävä korrelaatio.

Yllä olevasta analyysistä voidaan nähdä, että lietteen lämpöarvo liittyy läheisesti kosteuspitoisuuteen ja orgaanisen aineksen pitoisuuteen, ja lietteen orgaanisen aineksen pitoisuuden ja lietteen kuiva-aineen lämpöarvon välillä on merkittävä positiivinen korrelaatio. Tämä osoittaa myös, että jos jätevedenpuhdistamon lietteen käsittelyyn ja kuivaamiseen käytetään suurta määrää epäorgaanisia lisäaineita, vaikka niillä voi olla merkittävä kuivausvaikutus, suuren määrän epäorgaanisten aineiden lisääminen ei ainoastaan ​​paranna lietteen kuivausprosessin järjestelmän kuormitusta, vaan myös vähentää merkittävästi lietteen orgaanisen aineksen pitoisuutta, mikä aiheuttaa haitallisia vaikutuksia myöhempään lietteen kuivaamiseen ja polttamiseen.

Johtopäätös

Tässä artikkelissa analysoitiin kuivatun lietteen ominaisuuksia ennen kuivausta ja sen jälkeen käyttämällä raaka-aineena Shanghain Qingpun piirikunnasta peräisin olevaa kuivattua lietettä.

(1) Kuivumisen edetessä lietteen pintarakenne sulkeutuu vähitellen, rako pienenee vähitellen ja kuivaustehokkuus heikkenee vähitellen.

(2) Lietteen kuivumisprosessissa tapahtuu pieni määrä orgaanisen aineksen hajoamista, joten lietteen orgaanisen aineksen ja haihtuvien aineiden pitoisuus kuivauksen jälkeen vähenee hieman.

(3) Lietteen alhainen lämpöarvo korreloi negatiivisesti sen kosteuspitoisuuden kanssa, mutta selvää lineaarista yhteyttä ei ole; Lietteen korkean lämpöarvon ja sen orgaanisen aineksen pitoisuuden välillä oli positiivinen lineaarinen korrelaatio. Siksi on tarpeen vähentää lietteen kosteuspitoisuutta ja vähentää lietteen orgaanisen aineksen hävikkiä lietteen lämpöarvon varmistamiseksi.