Estudo sobre as características do secado de lodos municipais

Tomando o lodos de deshidratacióndo Distrito Municipal de Qingpu Tratamento de augas residuais Planta como materia prima, este artigo estuda as diferenzas nas características dos lodos antes e despois do secado desde os aspectos da análise industrial, micromorfoloxía, composición básica e valor calorífico, e proporciona datos básicos para a realización do secado e a incineración de lodos.

Os lodos son un subproduto de proceso de tratamento de augas residuais, con alto contido de auga (xeralmente arredor do 98 %), gran volume, características de difícil eliminación e composición de lodos complexa, que contén unha gran cantidade de substancias orgánicas, metais pesados, sales, substancias difíciles de degradar e microorganismos patóxenos, ovos parasitos, etc. Coa profundización do tratamento de augas residuais, o tratamento e a eliminación razoables dos lodos son cada vez máis importantes, e os lodos non tratados constitúen unha gran ameaza para o medio ambiente.

Segundo os datos do Instituto de Investigación E20, máis da metade dos lodos xerados polas plantas de tratamento de augas residuais son tratados e eliminados en vertedoiros sanitarios, e máis do 18 % dos lodos pérdense. Máis do 50 % do contido de auga do 80 % dos lodos deshidratados elimínase mediante o método sinxelo do vertedoiro. Este método de eliminación non só ten unha grave contaminación secundaria ambiental, senón que tamén ocupa unha gran área e, a longo prazo, non haberá terra para soterrar. A proposta de Tratamento de lodos e os requisitos de eliminación do "Dez da Auga" e do "XIII Plan Quinquenal" promoveron o crecemento do mercado de tratamento e eliminación de lodos baixo a condición de políticas favorables, e a tecnoloxía e os equipos de tratamento relacionados tamén se desenvolveron rapidamente.

"As mellores directrices técnicas viables para o tratamento e a eliminación de lodos en plantas de tratamento de augas residuais" considera que o secado e a incineración de lodos é a dirección que defende o noso país no futuro. Para lograr o secado e a incineración de lodos con alta eficiencia e baixo consumo de enerxía, é necesario estudar sistematicamente as características dos lodos antes e despois do secado desde múltiples ángulos.

Neste artigo, estudáronse as características dos lodos deshidratados antes e despois do secado desde os aspectos da análise básica, micromorfoloxía, composición básica e valor calorífico, o que proporcionou datos básicos para a realización do secado e a incineración de lodos.

Equipamento experimental

O concello lodos de deshidratación sécase usando un secador de película fina, e o diagrama da estrutura do secador de capa fina móstrase na Figura. A máquina de secado de película fina está composta por unha carcasa, un rotor e un dispositivo de accionamento. O rotor espalla os lodos deshidratados nunha capa fina na parede interior da camisa da carcasa e seca os lodos mediante o vapor de alta temperatura ou o aceite de condución térmica da camisa.

Análise básica e comparación antes e despois do secado de lodos

O vapor sobrequentado a 160 ℃ e 0,6 MPa pasou ao secador de película fina para secar os lodos deshidratados cun contido de humidade de aproximadamente o 80 % ata un contido de humidade inferior ao 30 %. Tomáronse mostras dos lodos antes e despois do secado e analizáronse varias veces. Os resultados mostraron que o contido volátil dos lodos se reduciu despois do secado e que o contido volátil da base de secado reduciuse entre un 4,53 % e un 8,66 %. Ao mesmo tempo, o contido de cinzas dos lodos aumentou e o alto valor calorífico da base de secado diminuíu entre 0,335 e 1,15 MJ/kg. Isto débese principalmente a que, no proceso de secado térmico, os compostos orgánicos volátiles dos lodos e algunhas partículas finas de lodos convértense no gas de cola de secado xunto co vapor de auga de secado e entran na sección de tratamento posterior do gas de cola.

Comparación da microestrutura dos lodos antes e despois do secado

A seguinte figura mostra a microestrutura dos lodos antes e despois do secado. Como se pode ver na figura, a estrutura dos lodos antes do secado é relativamente solta e un gran número de polímeros extracelulares están envoltos e recollidos fóra do coloide, formando unha estrutura agregada evidente. Deste xeito, a auga unida, a auga intersticial e a auga intracelular dos lodos envólvense no flóculo de lodos, polo que é difícil deshidratarse aínda máis mediante accións físicas e químicas. En comparación cos lodos despois do secado, os lodos antes do secado teñen unha maior porosidade, unha maior superficie específica, unha forte compresibilidade e os flóculos de lodos poden ser destruídos aplicando unha forza mecánica menor ou proporcionando calor. Coa evaporación da auga nos lodos, a estrutura dos flóculos de lodos colapsa gradualmente, formando unha estrutura agregada cunha estrutura superficial compacta e reducindo gradualmente os ocos na figura da dereita. Non obstante, a eficiencia da evaporación da auga tamén diminuirá coa diminución da taxa de ocos dos lodos.

Comparación da composición dos lodos antes e despois do secado

A figura mostra os resultados da análise espectral de varrido infravermello antes e despois do secado dos lodos. Os grupos funcionais representativos do grupo seco dos lodos son principalmente H2O libre, -OH, -CH2, -CH3, anel aromático, C=C, CO, hidrocarburo haloxenado, etc. Isto indica que o contido de materia orgánica nos lodos é alto e que os tipos de materia orgánica poden ser proteínas, lípidos, amidón e celulosa. Os estudos demostraron que o contido de proteínas da materia orgánica dos lodos é superior ao 60 %, os lípidos son de aproximadamente o 20 %, o amidón e a celulosa son de aproximadamente o 15 % e que a descomposición desta materia orgánica produce NH3, H2S, COV e outros gases de olor.

O EPS é un polímero de alta concentración composto por proteínas, polisacáridos e unha pequena cantidade de lípidos, ácidos nucleicos e humus. A detección de compostos característicos de EPS indica a existencia dunha gran cantidade de EPS nos lodos. Como compoñente orgánico importante dos lodos, o contido de EPS determina a intensidade de absorción infravermella dos grupos funcionais característicos dos lodos. Ao comparar os espectros infravermellos dos lodos antes e despois do secado e excluír a sutil interferencia das impurezas nos lodos durante o proceso de análise, pódese observar que a intensidade de absorción infravermella dos lodos antes do secado é significativamente maior que a dos lodos despois do secado. En comparación cos lodos antes do secado, os espectros dos lodos despois do secado mostraron que os picos de ombreiro a 1654 e 1543 cm-1 (C=C), 2924 cm-1 (CH4) e 1076 cm-1 (CO) eran menores, o que indicaba a descomposición de substancias similares ás proteínas durante o proceso de secado dos lodos. Isto tamén explica a diminución do contido de materia orgánica e de materia volátil despois do secado dos lodos.

Comparación do contido de humidade, materia orgánica e poder calorífico dos lodos antes e despois do desecamento

A materia orgánica dos lodos é a principal fonte de valor calorífico, mentres que o contido de humidade dos lodos tamén inflúe moito nel. O alto contido de humidade dos lodos ten un baixo valor calorífico, o que inevitablemente afectará á súa incineración. Ademais, o consumo de enerxía do sistema no proceso de secado dos lodos utilízase principalmente para evaporar a auga dos lodos.

O contido de materia orgánica dos lodos despois do desecamento diminuíu lixeiramente, e o correspondente valor calorífico alto da base seca tamén diminuíu lixeiramente. Estudáronse a correlación entre o contido de humidade dos lodos e o valor calórico e a correlación entre a materia orgánica dos lodos e o valor calórico, respectivamente, e o coeficiente de correlación entre as variables obtívose mediante regresión lineal e levouse a cabo a análise de correlación.

Existe unha correlación negativa entre o contido de humidade dos lodos secos e o seu baixo valor calorífico, que diminúe co aumento do contido de humidade. Non obstante, o coeficiente de correlación entre o contido de humidade dos lodos secos e o baixo valor calorífico é de 0,882, e o valor P da proba F é de 0,061 cun nivel de confianza do 95 %. Dado que o valor P da proba F é superior a 0,05, o contido de humidade dos lodos secos non mostra unha correlación lineal significativa co baixo valor calorífico.

O coeficiente de correlación entre o contido de materia orgánica dos lodos brutos e o alto valor calórico da base seca foi de 0,997, e o valor P da proba F foi de 0,0033 baixo un nivel de confianza do 95 %. O valor P da proba F é inferior a 0,05, polo que o contido de materia orgánica dos lodos brutos ten unha correlación significativa co seu alto valor calórico na base seca.

O contido de materia orgánica dos lodos secos correlacionouse positivamente co alto valor calorífico da base seca, e este aumentou co contido de materia orgánica. Ademais, o coeficiente de correlación entre o contido de materia orgánica dos lodos secos e o alto valor calorífico do substrato seco foi de 0,973, e o valor P da proba F foi de 0,014 cun nivel de confianza do 95 %. Dado que o valor p da proba F é inferior a 0,05, pódese observar que existe unha correlación significativa entre o contido de materia orgánica dos lodos secos e o alto valor calórico da base seca.

Da análise anterior, pódese observar que o valor calorífico dos lodos está estreitamente relacionado co contido de humidade e o contido de materia orgánica, e existe unha correlación positiva significativa entre o contido de materia orgánica dos lodos e o valor calorífico da base seca dos lodos. Isto tamén demostra que se se usa un gran número de aditivos inorgánicos para o acondicionamento e a deshidratación dos lodos da planta de tratamento de augas residuais, aínda que pode ter un efecto de deshidratación significativo, a introdución dun gran número de substancias inorgánicas non só mellorará a carga do sistema do proceso de secado de lodos, senón que tamén reducirá significativamente o contido de materia orgánica dos lodos, o que causará efectos adversos no posterior secado e incineración de lodos.

Conclusión

Neste artigo, analizáronse as características dos lodos deshidratados antes e despois do secado, utilizando como materia prima os lodos deshidratados do distrito de Qingpu de Shanghai.

(1) Co progreso do secado, a estrutura superficial dos lodos pecha gradualmente, o oco redúcese gradualmente e a eficiencia do secado redúcese gradualmente.

(2) O proceso de secado dos lodos producirá unha pequena cantidade de descomposición de materia orgánica, de xeito que o contido de materia orgánica e materia volátil dos lodos despois do secado se reduza lixeiramente.

(3) O baixo valor calorífico dos lodos está correlacionado negativamente co seu contido de humidade, pero non existe unha relación lineal obvia; Houbo unha correlación lineal positiva entre o alto valor calorífico dos lodos e o seu contido de materia orgánica. Polo tanto, é necesario reducir o contido de humidade dos lodos e reducir a perda de contido de materia orgánica nos lodos para garantir o valor calorífico dos lodos.