Studio sulle caratteristiche di essiccazione dei fanghi urbani
Prendendo il disidratazione dei fanghidel distretto municipale di Qingpu Trattamento delle acque reflue Utilizzando le piante come materia prima, questo studio analizza le differenze nelle caratteristiche dei fanghi prima e dopo l'essiccazione, esaminandole dal punto di vista dell'analisi industriale, della micromorfologia, della composizione di base e del potere calorifico, e fornisce dati fondamentali per la realizzazione dell'essiccazione e dell'incenerimento dei fanghi.
Il fango è un sottoprodotto di processo di trattamento delle acque reflueI fanghi di depurazione, caratterizzati da un elevato contenuto di acqua (generalmente circa il 98%), un volume considerevole e una difficile gestione, presentano una composizione complessa, contenendo numerose sostanze organiche, metalli pesanti, sali, sostanze difficilmente degradabili, microrganismi patogeni, uova di parassiti e altro ancora. Con l'approfondimento delle tecnologie di depurazione, il trattamento e lo smaltimento razionale dei fanghi assumono un'importanza sempre maggiore, poiché i fanghi non trattati rappresentano una grave minaccia per l'ambiente.
Secondo i dati dell'Istituto di ricerca E20, più della metà dei fanghi generati dagli impianti di depurazione viene trattata e smaltita tramite discarica sanitaria, e più del 18% dei fanghi viene perso. Oltre il 50% del contenuto d'acqua dell'80% dei fanghi disidratati viene smaltito con il semplice metodo della discarica. Questo metodo di smaltimento non solo ha un grave inquinamento ambientale secondario, ma occupa anche una vasta area e a lungo termine non ci sarà più terreno per seppellirli. La proposta di Trattamento dei fanghi Le normative sullo smaltimento dei fanghi previste dal "Piano quinquennale per l'acqua" e dal "Tredicesimo piano quinquennale" hanno favorito la crescita del mercato del trattamento e dello smaltimento dei fanghi, grazie a politiche favorevoli, e di conseguenza anche le relative tecnologie e attrezzature di trattamento si sono sviluppate rapidamente.
"Le migliori linee guida tecniche fattibili per il trattamento e lo smaltimento dei fanghi negli impianti di depurazione" ritengono che l'essiccazione e l'incenerimento dei fanghi rappresentino la direzione da seguire per il futuro del nostro Paese. Per realizzare un processo di essiccazione e incenerimento dei fanghi efficiente e a basso consumo energetico, è necessario studiare sistematicamente le caratteristiche dei fanghi prima e dopo l'essiccazione, analizzandole da molteplici punti di vista.
In questo studio sono state analizzate le caratteristiche dei fanghi disidratati prima e dopo l'essiccazione, considerando aspetti quali l'analisi di base, la micromorfologia, la composizione di base e il potere calorifico, fornendo così dati fondamentali per la realizzazione dei processi di essiccazione e incenerimento dei fanghi.
Apparecchiature sperimentali
Il Comune disidratazione dei fanghi Il materiale viene essiccato utilizzando un essiccatore a film sottile, il cui schema strutturale è illustrato in figura. L'essiccatore a film sottile è composto da un involucro, un rotore e un dispositivo di azionamento. Il rotore distribuisce il fango disidratato in uno strato sottile sulla parete interna dell'involucro e lo essicca mediante vapore ad alta temperatura o olio termoconduttore all'interno dell'involucro stesso.
Analisi di base e confronto prima e dopo l'essiccazione dei fanghi
Il vapore surriscaldato a 160 °C e 0,6 MPa è stato immesso nell'essiccatore a film sottile per essiccare i fanghi disidratati, che presentavano un contenuto di umidità di circa l'80%, fino a un contenuto di umidità inferiore al 30%. I fanghi, prima e dopo l'essiccazione, sono stati campionati e analizzati più volte. I risultati hanno mostrato che il contenuto di sostanze volatili nei fanghi si è ridotto dopo l'essiccazione, e il contenuto di sostanze volatili nella base di essiccazione si è ridotto del 4,53%~8,66%. Allo stesso tempo, il contenuto di ceneri nei fanghi è aumentato e il potere calorifico superiore della base di essiccazione è diminuito di 0,335~1,15 MJ/kg. Ciò è dovuto principalmente al fatto che, durante il processo di essiccazione termica, i composti organici volatili presenti nei fanghi e alcune particelle fini di fango vengono rilasciati insieme al vapore acqueo di essiccazione e convogliati nella successiva sezione di trattamento dei gas di scarico.
Confronto della microstruttura dei fanghi prima e dopo l'essiccazione
La figura seguente mostra la microstruttura del fango prima e dopo l'essiccazione. Come si può osservare, la struttura del fango prima dell'essiccazione è relativamente porosa e un gran numero di polimeri extracellulari sono avvolti e raccolti all'esterno del colloide, formando un'evidente struttura aggregata. In questo modo, l'acqua legata, l'acqua interstiziale e l'acqua intracellulare presenti nel fango sono inglobate nei fiocchi di fango, rendendo difficile un'ulteriore disidratazione tramite azioni fisiche e chimiche. Rispetto al fango dopo l'essiccazione, il fango prima dell'essiccazione presenta una porosità maggiore, una superficie specifica più ampia, una forte comprimibilità e i fiocchi di fango possono essere distrutti applicando una forza meccanica inferiore o fornendo calore. Con l'evaporazione dell'acqua dal fango, la struttura dei fiocchi di fango collassa gradualmente, formando una struttura aggregata con una superficie compatta e vuoti che si riducono progressivamente, come mostrato nella figura a destra. Tuttavia, l'efficienza di evaporazione dell'acqua diminuirà anche con la diminuzione dell'indice dei vuoti del fango.
Confronto della composizione dei fanghi prima e dopo l'essiccazione
La figura mostra i risultati dell'analisi spettroscopica a infrarossi prima e dopo l'essiccazione dei fanghi. I gruppi funzionali rappresentativi del fango essiccato sono principalmente H2O libero, -OH, -CH2, -CH3, anello aromatico, C=C, CO, idrocarburi alogenati, ecc. Ciò indica che il contenuto di materia organica nei fanghi è elevato e che i tipi di materia organica possono essere proteine, lipidi, amido e cellulosa. Gli studi hanno dimostrato che il contenuto proteico della materia organica dei fanghi è superiore al 60%, i lipidi sono circa il 20%, l'amido e la cellulosa sono circa il 15%, la decomposizione di questa materia organica produrrà NH3, H2S e VOC e altri gas odorosi.
L'EPS è un polimero ad alto peso molecolare composto da proteine, polisaccaridi e una piccola quantità di lipidi, acidi nucleici e humus. Il rilevamento dei composti caratteristici dell'EPS indica la presenza di una grande quantità di EPS nei fanghi. Essendo un importante componente organico dei fanghi, il contenuto di EPS determina l'intensità di assorbimento infrarosso dei gruppi funzionali caratteristici dei fanghi. Confrontando gli spettri infrarossi dei fanghi prima e dopo l'essiccazione ed escludendo la lieve interferenza delle impurità presenti nei fanghi durante il processo di analisi, si può osservare che l'intensità di assorbimento infrarosso dei fanghi prima dell'essiccazione è significativamente maggiore di quella dei fanghi dopo l'essiccazione. Rispetto ai fanghi prima dell'essiccazione, gli spettri dei fanghi dopo l'essiccazione mostrano che i picchi di spalla a 1654 e 1543 cm⁻¹ (C=C), 2924 cm⁻¹ (CH) e 1076 cm⁻¹ (CO) erano più piccoli, il che indica la decomposizione di sostanze di tipo proteico durante il processo di essiccazione dei fanghi. Ciò spiega anche la diminuzione del contenuto di materia organica e di materia volatile dopo l'essiccazione dei fanghi.
Confronto tra il contenuto di umidità, la sostanza organica e il potere calorifico dei fanghi prima e dopo l'essiccazione.
La sostanza organica presente nei fanghi è la principale fonte del loro potere calorifico, mentre anche il contenuto di umidità ha una grande influenza su di esso. Un elevato contenuto di umidità nei fanghi comporta un basso potere calorifico, che inevitabilmente influirà sull'incenerimento dei fanghi stessi. Inoltre, il consumo energetico del sistema nel processo di essiccazione dei fanghi è principalmente dovuto all'evaporazione dell'acqua presente nei fanghi.
Il contenuto di materia organica del fango dopo l'essiccazione è diminuito leggermente, e di conseguenza anche il corrispondente potere calorifico della base secca è diminuito leggermente. Sono state studiate rispettivamente la correlazione tra il contenuto di umidità del fango e il potere calorifico, e la correlazione tra la materia organica del fango e il potere calorifico, e il coefficiente di correlazione tra le variabili è stato ottenuto tramite regressione lineare, ed è stata effettuata l'analisi di correlazione.
Esiste una correlazione negativa tra il contenuto di umidità del fango secco e il suo potere calorifico inferiore, che diminuisce con l'aumento del contenuto di umidità. Tuttavia, il coefficiente di correlazione tra il contenuto di umidità del fango secco e il potere calorifico inferiore è 0,882 e il valore P del test F è 0,061 con un livello di confidenza del 95%. Poiché il valore P del test F è maggiore di 0,05, il contenuto di umidità del fango secco non mostra una correlazione lineare significativa con il potere calorifico inferiore.
Il coefficiente di correlazione tra il contenuto di materia organica dei fanghi grezzi e l'alto valore calorico su base secca era 0,997 e il valore P del test F era 0,0033 con un livello di confidenza del 95%. Il valore P del test F è inferiore a 0,05, quindi il contenuto di materia organica dei fanghi grezzi ha una correlazione significativa con il suo alto valore calorico su base secca.
Il contenuto di materia organica del fango secco era correlato positivamente con il potere calorifico superiore della base secca, e il potere calorifico superiore della base secca aumentava con l'aumento del contenuto di materia organica. Inoltre, il coefficiente di correlazione tra il contenuto di materia organica del fango secco e il potere calorifico superiore del substrato secco era 0,973, e il valore P del test F era 0,014 con un livello di confidenza del 95%. Poiché il valore p del test F è inferiore a 0,05, si può osservare che esiste una correlazione significativa tra il contenuto di materia organica del fango secco e il potere calorifico superiore della base secca.
Dall'analisi di cui sopra, si può osservare che il potere calorifico dei fanghi è strettamente correlato al contenuto di umidità e al contenuto di sostanza organica, e che esiste una significativa correlazione positiva tra il contenuto di sostanza organica dei fanghi e il potere calorifico dei fanghi secchi. Ciò dimostra anche che, se si utilizza un gran numero di additivi inorganici per il condizionamento e la disidratazione dei fanghi provenienti dall'impianto di depurazione, sebbene ciò possa avere un effetto disidratante significativo, l'introduzione di un gran numero di sostanze inorganiche non solo aumenterà il carico del sistema durante il processo di essiccazione dei fanghi, ma ridurrà anche significativamente il contenuto di sostanza organica dei fanghi, il che causerà effetti negativi sulla successiva essiccazione e incenerimento dei fanghi.
Conclusione
In questo studio, sono state analizzate le caratteristiche dei fanghi disidratati prima e dopo l'essiccazione, utilizzando come materia prima i fanghi disidratati provenienti dal distretto di Qingpu a Shanghai.
(1) Con il progredire dell'essiccazione, la struttura superficiale del fango si chiude gradualmente, lo spazio si riduce gradualmente e l'efficienza di essiccazione si riduce gradualmente.
(2) Il processo di essiccazione dei fanghi provoca una piccola decomposizione della materia organica, per cui il contenuto di materia organica e di materia volatile dei fanghi dopo l'essiccazione risulta leggermente ridotto.
(3) Il basso valore calorifico dei fanghi è correlato negativamente con il loro contenuto di umidità, ma non esiste una relazione lineare evidente; esiste una correlazione lineare positiva tra l'alto valore calorifico dei fanghi e il loro contenuto di materia organica. Pertanto, è necessario ridurre il contenuto di umidità dei fanghi e ridurre la perdita di contenuto di materia organica nei fanghi per garantire il valore calorifico dei fanghi.