Studi tentang karakteristik pengeringan lumpur perkotaan
Mengambil lumpur pengeringandari Kotamadya Distrik Qingpu Pengolahan Air Limbah Dengan menggunakan tanaman sebagai bahan baku, makalah ini mempelajari perbedaan karakteristik lumpur sebelum dan sesudah pengeringan dari aspek analisis industri, mikromorfologi, komposisi dasar, dan nilai kalor, serta menyediakan data dasar untuk realisasi pengeringan dan pembakaran lumpur.
Lumpur adalah produk sampingan dari proses pengolahan air limbahDengan kandungan air yang tinggi (umumnya sekitar 98%), volume yang besar, karakteristik yang sulit untuk dibuang, dan komposisi lumpur yang kompleks, mengandung sejumlah besar zat organik, logam berat, garam, zat yang sulit terurai, dan mikroorganisme patogen, telur parasit, dan sebagainya. Dengan semakin canggihnya pengolahan air limbah, pengolahan dan pembuangan lumpur yang rasional menjadi semakin penting, dan lumpur yang tidak diolah merupakan ancaman besar bagi lingkungan.
Menurut data dari Institut Penelitian E20, lebih dari setengah lumpur yang dihasilkan oleh instalasi pengolahan air limbah diolah dan dibuang melalui penimbunan sampah, dan lebih dari 18% lumpur tersebut hilang. Lebih dari 50% kandungan air dari 80% lumpur yang telah dikeringkan dibuang dengan metode sederhana yaitu penimbunan sampah. Metode pembuangan ini tidak hanya menimbulkan pencemaran lingkungan sekunder yang serius, tetapi juga membutuhkan lahan yang luas, dan dalam jangka panjang tidak akan ada lahan untuk menguburnya. Usulan dari Pengolahan Lumpur Persyaratan pembuangan limbah dalam "Rencana Sepuluh Tahun Air" dan "Rencana Lima Tahun ke-13" telah mendorong pertumbuhan pasar pengolahan dan pembuangan lumpur di bawah kondisi kebijakan yang menguntungkan, dan teknologi serta peralatan pengolahan terkait juga telah berkembang pesat.
"Pedoman teknis terbaik yang layak untuk pengolahan dan pembuangan lumpur di instalasi pengolahan air limbah" meyakini bahwa pengeringan dan pembakaran lumpur adalah arah yang dianjurkan oleh negara kita di masa depan. Untuk mewujudkan pengeringan dan pembakaran lumpur dengan efisiensi tinggi dan konsumsi energi rendah, perlu dilakukan studi sistematis terhadap karakteristik lumpur sebelum dan sesudah pengeringan dari berbagai sudut pandang.
Dalam makalah ini, karakteristik lumpur dehidrasi sebelum dan sesudah pengeringan dipelajari dari aspek analisis dasar, mikromorfologi, komposisi dasar, dan nilai kalor, yang memberikan data dasar untuk realisasi pengeringan dan pembakaran lumpur.
Peralatan eksperimental
Pemerintah kota lumpur pengeringan Lumpur dikeringkan dengan menggunakan pengering lapisan tipis, dan diagram struktur pengering lapisan tipis ditunjukkan pada Gambar. Mesin pengering lapisan tipis terdiri dari cangkang, rotor, dan perangkat penggerak. Rotor menyebarkan lumpur yang telah dihilangkan kandungan airnya menjadi lapisan tipis pada dinding bagian dalam jaket cangkang, dan mengeringkan lumpur tersebut dengan uap bersuhu tinggi atau minyak penghantar panas di dalam jaket.
Analisis dan perbandingan dasar sebelum dan setelah pengeringan lumpur
Uap panas berlebih pada suhu 160℃ dan tekanan 0,6Mpa dialirkan ke pengering film tipis untuk mengeringkan lumpur yang telah dihilangkan airnya dengan kadar air sekitar 80% menjadi kadar air kurang dari 30%. Lumpur sebelum dan sesudah pengeringan diambil sampelnya dan dianalisis beberapa kali. Hasilnya menunjukkan bahwa kandungan volatil lumpur berkurang setelah pengeringan, dan kandungan volatil bahan dasar pengeringan berkurang sebesar 4,53%~8,66%. Pada saat yang sama, kadar abu lumpur meningkat, dan nilai kalor tinggi bahan dasar pengeringan menurun sebesar 0,335~1,15MJ/kg. Hal ini terutama karena dalam proses pengeringan termal, senyawa organik volatil dalam lumpur dan beberapa partikel lumpur halus menjadi gas buang pengeringan bersama dengan uap air pengeringan dan masuk ke bagian pengolahan gas buang selanjutnya.
Perbandingan mikrostruktur lumpur sebelum dan setelah pengeringan
Gambar berikut menunjukkan mikrostruktur lumpur sebelum dan sesudah pengeringan. Seperti yang terlihat pada gambar, struktur lumpur sebelum pengeringan relatif longgar, dan sejumlah besar polimer ekstraseluler terbungkus dan berkumpul di luar koloid, membentuk struktur agregat yang jelas. Dengan cara ini, air terikat, air interstisial, dan air intraseluler dalam lumpur terbungkus dalam flok lumpur, sehingga sulit untuk mengalami dehidrasi lebih lanjut melalui tindakan fisik dan kimia. Dibandingkan dengan lumpur setelah pengeringan, lumpur sebelum pengeringan memiliki porositas yang lebih tinggi, luas permukaan spesifik yang lebih besar, kompresibilitas yang kuat, dan flok lumpur dapat dihancurkan dengan menerapkan gaya mekanik yang lebih rendah atau memberikan panas. Dengan penguapan air dalam lumpur, struktur flok lumpur secara bertahap runtuh, membentuk struktur agregat dengan struktur permukaan yang rapat dan rongga yang secara bertahap menyusut pada gambar di sebelah kanan. Namun, efisiensi penguapan air juga akan menurun seiring dengan penurunan rasio rongga lumpur.
Perbandingan komposisi lumpur sebelum dan setelah pengeringan
Gambar tersebut menunjukkan hasil analisis pemindaian spektral inframerah sebelum dan sesudah pengeringan lumpur. Gugus fungsional representatif dari kelompok lumpur kering terutama terdiri dari H2O bebas, -OH, -CH2, -CH3, cincin aromatik, C=C, CO, hidrokarbon terhalogenasi, dll. Hal ini menunjukkan bahwa kandungan bahan organik dalam lumpur tinggi, dan jenis bahan organik tersebut mungkin berupa protein, lipid, pati, dan selulosa. Studi menunjukkan bahwa kandungan protein bahan organik lumpur lebih dari 60%, lipid sekitar 20%, pati dan selulosa sekitar 15%, dekomposisi bahan organik ini akan menghasilkan NH3, H2S, VOC, dan gas berbau lainnya.
EPS adalah polimer tinggi yang tersusun dari protein, polisakarida, dan sejumlah kecil lipid, asam nukleat, dan humus. Deteksi senyawa karakteristik EPS menunjukkan keberadaan sejumlah besar EPS dalam lumpur. Sebagai komponen organik penting dari lumpur, kandungan EPS menentukan intensitas penyerapan inframerah dari gugus fungsional karakteristik lumpur. Dengan membandingkan spektrum inframerah lumpur sebelum dan sesudah pengeringan dan mengesampingkan gangguan halus dari pengotor dalam lumpur selama proses analisis, dapat dilihat bahwa intensitas penyerapan inframerah lumpur sebelum pengeringan secara signifikan lebih tinggi daripada lumpur setelah pengeringan. Dibandingkan dengan lumpur sebelum pengeringan, spektrum lumpur setelah pengeringan menunjukkan bahwa puncak bahu pada 1654 dan 1543 cm⁻¹ (C=C), 2924 cm⁻¹ (CH), dan 1076 cm⁻¹ (CO) lebih kecil, yang menunjukkan dekomposisi zat mirip protein selama proses pengeringan lumpur. Hal ini juga menjelaskan penurunan kandungan bahan organik dan kandungan zat mudah menguap setelah pengeringan lumpur.
Perbandingan kadar air, bahan organik, dan nilai kalor lumpur sebelum dan setelah pengeringan.
Bahan organik dalam lumpur merupakan penyedia utama nilai kalor lumpur, sementara kadar air lumpur juga sangat berpengaruh terhadap nilai kalor. Kadar air lumpur yang tinggi memiliki nilai kalor yang rendah, yang pasti akan memengaruhi pembakaran lumpur. Selain itu, konsumsi energi sistem dalam proses pengeringan lumpur terutama digunakan untuk menguapkan air dalam lumpur.
Kandungan bahan organik lumpur setelah pengeringan sedikit menurun, dan nilai kalori tinggi yang sesuai dari basis kering juga sedikit menurun. Korelasi antara kadar air lumpur dan nilai kalori, serta korelasi antara bahan organik lumpur dan nilai kalori dipelajari secara terpisah, dan koefisien korelasi antar variabel diperoleh melalui regresi linier, dan analisis korelasi dilakukan.
Terdapat korelasi negatif antara kadar air lumpur kering dan nilai kalornya yang rendah, yang menurun seiring dengan peningkatan kadar air. Namun, koefisien korelasi antara kadar air lumpur kering dan nilai kalor rendah adalah 0,882, dan nilai P uji F adalah 0,061 pada tingkat kepercayaan 95%. Karena nilai P uji F lebih besar dari 0,05, kadar air lumpur kering tidak menunjukkan korelasi linier yang signifikan dengan nilai kalor rendah.
Koefisien korelasi antara kandungan bahan organik lumpur mentah dan nilai kalori tinggi basis kering adalah 0,997, dan nilai P uji F adalah 0,0033 pada tingkat kepercayaan 95%. Nilai P uji F kurang dari 0,05, sehingga kandungan bahan organik lumpur mentah memiliki korelasi yang signifikan dengan nilai kalori tinggi basis keringnya.
Kandungan bahan organik lumpur kering berkorelasi positif dengan nilai kalor tinggi bahan dasar kering, dan nilai kalor tinggi bahan dasar kering meningkat seiring dengan peningkatan kandungan bahan organik. Selain itu, koefisien korelasi antara kandungan bahan organik lumpur kering dan nilai kalor tinggi substrat kering adalah 0,973, dan nilai P uji F adalah 0,014 pada tingkat kepercayaan 95%. Karena nilai p uji F kurang dari 0,05, dapat dilihat bahwa terdapat korelasi yang signifikan antara kandungan bahan organik lumpur kering dan nilai kalor tinggi bahan dasar kering.
Dari analisis di atas, dapat dilihat bahwa nilai kalor lumpur sangat berkaitan dengan kadar air dan kadar bahan organik, dan terdapat korelasi positif yang signifikan antara kadar bahan organik lumpur dan nilai kalor lumpur kering. Hal ini juga menunjukkan bahwa jika sejumlah besar aditif anorganik digunakan untuk pengkondisian dan dehidrasi lumpur dari instalasi pengolahan air limbah, meskipun dapat memberikan efek dehidrasi yang signifikan, penambahan sejumlah besar zat anorganik tidak hanya akan meningkatkan beban sistem proses pengeringan lumpur, tetapi juga secara signifikan mengurangi kadar bahan organik lumpur, yang akan menyebabkan dampak buruk pada pengeringan dan pembakaran lumpur selanjutnya.
Kesimpulan
Dalam makalah ini, karakteristik lumpur dehidrasi sebelum dan sesudah pengeringan dianalisis dengan menggunakan lumpur dehidrasi dari Distrik Qingpu, Shanghai sebagai bahan baku.
(1) Seiring dengan berlangsungnya pengeringan, struktur permukaan lumpur secara bertahap menjadi tertutup, celah secara bertahap berkurang, dan efisiensi pengeringan secara bertahap berkurang.
(2) Proses pengeringan lumpur akan menyebabkan sedikit dekomposisi bahan organik, sehingga kandungan bahan organik dan zat mudah menguap pada lumpur setelah pengeringan sedikit berkurang.
(3) Nilai kalor lumpur yang rendah berkorelasi negatif dengan kadar airnya, namun tidak ada hubungan linier yang jelas; Terdapat korelasi linier positif antara nilai kalor lumpur yang tinggi dengan kadar bahan organiknya. Oleh karena itu, perlu mengurangi kadar air lumpur dan mengurangi kehilangan kadar bahan organik dalam lumpur untuk memastikan nilai kalor lumpur.