מחקר על מאפייני ייבוש בוצה עירונית

לוקח את סחיטת בוצהשל עיריית מחוז צ'ינגפו טיפול בשפכים מאמר זה, המבוסס על צמחים כחומר גלם, בוחן את ההבדלים במאפייני הבוצה לפני ואחרי הייבוש בהיבטים של ניתוח תעשייתי, מיקרומורפולוגיה, הרכב בסיסי וערך קלורי, ומספק נתונים בסיסיים למימוש ייבוש ושריפת בוצה.

בוצה היא תוצר לוואי של תהליך טיהור שפכים, עם תכולת מים גבוהה (בדרך כלל כ-98%), נפח גדול, קשה לסלק את המאפיינים, והרכב הבוצה מורכב, המכיל מספר רב של חומרים אורגניים, מתכות כבדות, מלחים, חומרים שקשה לפרק ומיקרואורגניזמים פתוגניים, ביצי טפילים וכן הלאה. עם העמקת טיהור השפכים, הטיפול והסילוק הסבירים של הבוצה הופכים חשובים יותר ויותר, ובוצה לא מטופלת מהווה איום גדול על הסביבה.

על פי נתוני מכון המחקר E20, יותר ממחצית הבוצה הנוצרת במתקני טיהור שפכים מטופלת ומופרשת למטמנות סניטריות, ויותר מ-18% מהבוצה אובדת. יותר מ-50% מתכולת המים של 80% מהבוצה המנוקה מפונה בשיטה הפשוטה של ​​הטמנה. שיטת סילוק זו לא רק גורמת לזיהום משני סביבתי חמור, אלא גם תופסת שטח גדול, ולא יהיה שטח לקבורה בטווח הארוך. ההצעה של טיפול בבוצה ודרישות הסילוק ב"עשרת המים" וב"תוכנית החומש ה-13" קידמו את צמיחת שוק הטיפול וסילוק הבוצה בתנאי מדיניות חיובית, וטכנולוגיית הטיפול והציוד הנלווים גם הם התפתחו במהירות.

"ההנחיות הטכניות הטובות ביותר לטיפול וסילוק בוצה במכוני טיהור שפכים" מאמינה כי ייבוש ושריפת בוצה הם הכיוון בו ממליצה ארצנו בעתיד. על מנת לממש ייבוש ושריפת בוצה ביעילות גבוהה ובצריכת אנרגיה נמוכה, יש צורך לחקור באופן שיטתי את מאפייני הבוצה לפני ואחרי הייבוש ממספר זוויות.

במאמר זה, נחקרו המאפיינים של בוצה מיובשת לפני ואחרי ייבוש מהיבטים של ניתוח בסיסי, מיקרומורפולוגיה, הרכב בסיסי וערך קלורי, אשר סיפקו נתונים בסיסיים למימוש ייבוש ושריפת בוצה.

ציוד ניסיוני

העירייה סחיטת בוצה מיובש באמצעות מייבש שכבה דקה, ודיאגרמת המבנה של מייבש השכבה הדקה מוצגת באיור. מכונת ייבוש שכבה דקה מורכבת ממעטפת, רוטור ומתקן הנעה. הרוטור מפזר את הבוצה הלא מיובשת לשכבה דקה על הדופן הפנימית של מעטפת המעטפת, ומייבש את הבוצה באמצעות קיטור בטמפרטורה גבוהה או שמן הולכת חום במעטפת.

ניתוח והשוואה בסיסיים לפני ואחרי ייבוש בוצה

קיטור מחומם יתר על המידה של 160 מעלות צלזיוס ו-0.6 מגה פסקל הועבר למייבש שכבה דקה כדי לייבש את הבוצה המרוסקת עם תכולת לחות של כ-80% עד לתכולת לחות של פחות מ-30%. הבוצה לפני ואחרי הייבוש נדגמה ונותחה פעמים רבות. התוצאות הראו שתכולת החומרים הנדיפים בבוצה פחתה לאחר הייבוש, ותכולת החומרים הנדיפים בבסיס הייבוש פחתה ב-4.53% ~ 8.66%. במקביל, תכולת האפר בבוצה עלתה, וערך הקלורי הגבוה של בסיס הייבוש ירד ב-0.335 ~ 1.15 מגה ג'אול / ק"ג. הסיבה לכך היא שבתהליך הייבוש התרמי, תרכובות אורגניות נדיפות בבוצה וחלקיקי בוצה דקים הופכים לגז זנב הייבוש יחד עם אדי המים המייבשים ונכנסים לחלק הטיפול בגז זנב שלאחר מכן.

השוואת מיקרו-מבנה של בוצה לפני ואחרי ייבוש

האיור הבא מציג את המיקרו-מבנה של הבוצה לפני ואחרי הייבוש. כפי שניתן לראות באיור, מבנה הבוצה לפני הייבוש הוא יחסית רופף, ומספר רב של פולימרים חוץ-תאיים עטופים ונאספים מחוץ לקולואיד, ויוצרים מבנה צבירה ברור. בדרך זו, המים הקשורים, המים הבין-תאיים והמים התוך-תאיים בבוצה עטופים בגוש הבוצה, כך שקשה להתייבש עוד יותר באמצעות פעולות פיזיקליות וכימיות. בהשוואה לבוצה לאחר הייבוש, לבוצה לפני הייבוש יש נקבוביות גבוהה יותר, שטח פנים סגולי גדול יותר, דחיסות חזקה, וניתן להרוס את גוש הבוצה על ידי הפעלת כוח מכני נמוך יותר או אספקת חום. עם אידוי המים בבוצה, מבנה גוש הבוצה קורס בהדרגה, ויוצר מבנה צבירה עם מבנה פנים צפוף והחללים מתכווצים בהדרגה באיור מימין. עם זאת, יעילות אידוי המים תפחת גם היא עם ירידה ביחס חללי הבוצה.

השוואת הרכב בוצה לפני ואחרי ייבוש

האיור מציג את תוצאות ניתוח הסריקה הספקטרלית האינפרא-אדומה לפני ואחרי ייבוש הבוצה. הקבוצות הפונקציונליות המייצגות של קבוצת הבוצה היבשה הן בעיקר H2O חופשי, -OH, -CH2, -CH3, טבעת ארומטית, C=C, CO, פחמימנים הלוגניים וכו'. זה מצביע על כך שתכולת החומר האורגני בבוצה גבוהה, וסוגי החומר האורגני עשויים להיות חלבון, ליפיד, עמילן ותאית. מחקרים הראו שתכולת החלבון בחומר האורגני בבוצה היא יותר מ-60%, ליפיד הוא כ-20%, עמילן ותאית הוא כ-15%, פירוק החומר האורגני הזה יפיק NH3, H2S ו-VOCs וגזי ריח אחרים.

EPS הוא פולימר גבוה המורכב מחלבון, פוליסכריד וכמות קטנה של ליפידים, חומצות גרעין וחומוס. גילוי תרכובות אופייניות ל-EPS מצביע על קיומה של כמות גדולה של EPS בבוצה. כמרכיב אורגני חשוב בבוצה, תכולת ה-EPS קובעת את עוצמת הבליעה האינפרא-אדום של הקבוצות הפונקציונליות האופייניות לבוצה. על ידי השוואת ספקטרום האינפרא-אדום של הבוצה לפני ואחרי הייבוש, ואי הכללת ההפרעה העדינה של הזיהומים בבוצה במהלך תהליך הניתוח, ניתן לראות שעוצמת הבליעה האינפרא-אדום של הבוצה לפני הייבוש גבוהה משמעותית מזו של הבוצה לאחר הייבוש. בהשוואה לבוצה לפני הייבוש, ספקטרום הבוצה לאחר הייבוש הראה ששיאי הכתף ב-1654 ו-1543 ס"מ-1 (C=C), 2924 ס"מ-1 (CH4) ו-1076 ס"מ-1 (CO) היו קטנים יותר, דבר המצביע על פירוק של חומרים דמויי חלבון במהלך תהליך ייבוש הבוצה. זה מסביר גם את הירידה בתכולת החומר האורגני ותכולת החומר הנדיף לאחר ייבוש הבוצה.

השוואה של תכולת לחות, חומר אורגני וערך קלורי של בוצה לפני ואחרי ייבוש

החומר האורגני בבוצה הוא הספק העיקרי לערך הקלורי של הבוצה, בעוד שגם תכולת הלחות של הבוצה משפיעה רבות על הערך הקלורי. תכולת הלחות הגבוהה של הבוצה משפיעה באופן בלתי נמנע על שריפת הבוצה. יתר על כן, צריכת האנרגיה של המערכת בתהליך ייבוש הבוצה משמשת בעיקר לאידוי המים בבוצה.

תכולת החומר האורגני בבוצה לאחר הייבוש ירדה מעט, וגם ערך הקלוריות הגבוה המתאים של הבסיס היבש ירד מעט. נחקרו בהתאמה המתאם בין תכולת הלחות בבוצה לערך הקלורי, והמתאם בין חומר אורגני בבוצה לערך הקלורי, ומקדם המתאם בין המשתנים התקבל באמצעות רגרסיה לינארית, וניתוח המתאם בוצע.

קיים מתאם שלילי בין תכולת הלחות של בוצה יבשה לבין הערך הקלורי הנמוך שלה, אשר יורד עם עליית תכולת הלחות. עם זאת, מקדם המתאם בין תכולת הלחות של בוצה יבשה לבין ערך קלורי נמוך הוא 0.882, וערך P של מבחן F הוא 0.061 תחת ביטחון של 95%. מכיוון שערך P של מבחן F גדול מ-0.05, תכולת הלחות של בוצה יבשה אינה מראה מתאם ליניארי מובהק עם ערך קלורי נמוך.

מקדם הקורלציה בין תכולת החומר האורגני של בוצה גולמית לבין הערך הקלורי הגבוה של הבסיס היבש היה 0.997, וערך ה-P של מבחן F היה 0.0033 מתחת לרמת הבטחון של 95%. ערך ה-P של מבחן F נמוך מ-0.05, כך שתכולת החומר האורגני של בוצה גולמית קשורה באופן מובהק לערך הקלורי הגבוה שלה בבסיס היבש.

תכולת החומר האורגני בבוצה יבשה נמצאה בקורלציה חיובית עם הערך הקלורי הגבוה של הבסיס היבש, והערך הקלורי הגבוה של הבסיס היבש עלה עם העלייה בתכולת החומר האורגני. יתר על כן, מקדם הקורלציה בין תכולת החומר האורגני בבוצה יבשה לערך הקלורי הגבוה של המצע היבש היה 0.973, וערך ה-P של מבחן F היה 0.014 מתחת לרמת הבטחון של 95%. מכיוון שערך ה-p של מבחן F קטן מ-0.05, ניתן לראות שיש מתאם משמעותי בין תכולת החומר האורגני בבוצה יבשה לערך הקלורי הגבוה של הבסיס היבש.

מהניתוח לעיל, ניתן לראות כי ערך הקלוריות של הבוצה קשור קשר הדוק לתכולת הלחות ולתכולת החומר האורגני, וקיים מתאם חיובי משמעותי בין תכולת החומר האורגני בבוצה לבין ערך הקלוריות של בסיס בוצה יבש. ממצא זה מראה גם שאם משתמשים במספר רב של תוספים אנאורגניים לצורך התניה והתייבשות הבוצה ממתקן טיהור השפכים, למרות שיכולה להיות לכך השפעה משמעותית על התייבשות, הכנסת מספר רב של חומרים אנאורגניים לא רק תשפר את עומס המערכת של תהליך ייבוש הבוצה, אלא גם תפחית משמעותית את תכולת החומר האורגני בבוצה, דבר שיגרום להשפעות שליליות על ייבוש ושריפת הבוצה שלאחר מכן.

מַסְקָנָה

במאמר זה, נותחו מאפייני הבוצה המיובשת לפני ואחרי הייבוש באמצעות בוצה מיובשת ממחוז צ'ינגפו בשנגחאי כחומר גלם.

(1) עם התקדמות הייבוש, מבנה פני השטח של הבוצה נסגר בהדרגה, הפער מצטמצם בהדרגה, ויעילות הייבוש מצטמצמת בהדרגה.

(2) בתהליך ייבוש הבוצה יתרחש פירוק של כמות קטנה של חומר אורגני, כך שתכולת החומר האורגני והחומר הנדיף בבוצה לאחר הייבוש מופחתת מעט.

(3) ערך הקלוריות הנמוך של בוצה נמצא בקורלציה שלילית עם תכולת הלחות שלה, אך אין קשר ליניארי ברור; נמצא מתאם ליניארי חיובי בין ערך הקלוריות הגבוה של בוצה לבין תכולת החומר האורגני שלה. לכן, יש צורך להפחית את תכולת הלחות של הבוצה ולהפחית את אובדן תכולת החומר האורגני בבוצה כדי להבטיח את ערך הקלוריות של הבוצה.