Studie naar de droogeigenschappen van gemeentelijk slib.
Het nemen van de ontwateringsslibvan de gemeente Qingpu Rioolwaterzuivering Dit artikel onderzoekt, met plantaardig materiaal als grondstof, de verschillen in de eigenschappen van slib vóór en na het drogen vanuit de perspectieven van industriële analyse, micromorfologie, basissamenstelling en calorische waarde, en levert basisgegevens voor de realisatie van het drogen en verbranden van slib.
Slib is een bijproduct van rioolwaterzuiveringsprocesHet slib heeft een hoog watergehalte (doorgaans zo'n 98%), een groot volume, is moeilijk te verwerken en de samenstelling ervan is complex. Het bevat een grote hoeveelheid organische stoffen, zware metalen, zouten, moeilijk afbreekbare stoffen, pathogene micro-organismen, parasieteneieren, enzovoort. Met de verdere ontwikkeling van de rioolwaterzuivering wordt een verstandige behandeling en verwerking van slib steeds belangrijker. Onbehandeld slib vormt een grote bedreiging voor het milieu.
Volgens gegevens van het E20 Research Institute wordt meer dan de helft van het slib dat door rioolwaterzuiveringsinstallaties wordt geproduceerd, behandeld en afgevoerd naar stortplaatsen, en gaat meer dan 18% van het slib verloren. Meer dan 50% van het watergehalte van 80% van het ontwaterde slib wordt op deze eenvoudige manier gestort. Deze afvoermethode veroorzaakt niet alleen ernstige secundaire milieuvervuiling, maar neemt ook een groot oppervlak in beslag, waardoor er op de lange termijn geen ruimte meer is voor de storting van het slib. Het voorstel van Slibbehandeling De eisen ten aanzien van afvalverwerking in het "Water Tien"-plan en het "Dertiende Vijfjarenplan" hebben de groei van de markt voor slibbehandeling en -verwerking bevorderd onder gunstige beleidsmaatregelen, en de bijbehorende behandeltechnologie en -apparatuur hebben zich ook snel ontwikkeld.
"De best haalbare technische richtlijnen voor de behandeling en verwijdering van slib in rioolwaterzuiveringsinstallaties" stelt dat het drogen en verbranden van slib de richting is die ons land in de toekomst moet inslaan. Om het drogen en verbranden van slib met een hoge efficiëntie en een laag energieverbruik te realiseren, is het noodzakelijk om de eigenschappen van slib vóór en na het drogen systematisch vanuit verschillende invalshoeken te bestuderen.
In dit artikel werden de kenmerken van gedehydrateerd slib vóór en na het drogen bestudeerd vanuit de aspecten van basisanalyse, micromorfologie, basissamenstelling en calorische waarde. Deze bevindingen leverden essentiële gegevens op voor het realiseren van het drogen en verbranden van slib.
Experimentele apparatuur
De gemeente ontwateringsslib Het slib wordt gedroogd met behulp van een dunnefilmdroger. Het structuurdiagram van de dunnefilmdroger is weergegeven in de afbeelding. Een dunnefilmdroger bestaat uit een behuizing, een rotor en een aandrijfmechanisme. De rotor verspreidt het ontwaterde slib in een dunne laag op de binnenwand van de behuizing en droogt het slib met behulp van stoom op hoge temperatuur of warmtegeleidende olie in de behuizing.
Basisanalyse en vergelijking voor en na het drogen van slib.
Oververhitte stoom van 160 °C en 0,6 MPa werd in de dunnefilmdroger geleid om het ontwaterde slib met een vochtgehalte van ongeveer 80% te drogen tot een vochtgehalte van minder dan 30%. Er werden meerdere malen monsters van het slib genomen vóór en na het drogen, die vervolgens geanalyseerd werden. De resultaten toonden aan dat het gehalte aan vluchtige stoffen in het slib na het drogen afnam, en dat het gehalte aan vluchtige stoffen in de droogbasis met 4,53% tot 8,66% daalde. Tegelijkertijd nam het asgehalte van het slib toe en daalde de calorische waarde van de droogbasis met 0,335 tot 1,15 MJ/kg. Dit komt voornamelijk doordat tijdens het thermisch drogen vluchtige organische stoffen in het slib en enkele fijne slibdeeltjes samen met de droogwaterdamp in het restgas terechtkomen en vervolgens in de restgasbehandelingsinstallatie worden afgevoerd.
Microstructuurvergelijking van slib vóór en na droging
De volgende afbeelding toont de microstructuur van het slib vóór en na het drogen. Zoals te zien is, is de slibstructuur vóór het drogen relatief los en is een groot aantal extracellulaire polymeren om de colloïdale laag heen gewikkeld en samengeklonterd, waardoor een duidelijke aggregaatstructuur ontstaat. Op deze manier worden het gebonden water, het interstitiële water en het intracellulaire water in het slib ingesloten in de slibvlokken, waardoor verdere dehydratatie door fysische en chemische processen moeilijk is. Vergeleken met het slib na het drogen, heeft het slib vóór het drogen een hogere porositeit, een groter specifiek oppervlak, een sterke samendrukbaarheid en kunnen de slibvlokken worden afgebroken door een lagere mechanische kracht uit te oefenen of warmte toe te voegen. Door de verdamping van water in het slib stort de slibvlokstructuur geleidelijk in, waardoor een aggregaatstructuur ontstaat met een dichte oppervlaktestructuur en geleidelijk krimpende holtes, zoals te zien is in de afbeelding rechts. De verdampingsefficiëntie van water neemt echter ook af naarmate de porositeit van het slib afneemt.
Vergelijking van de samenstelling van slib vóór en na het drogen.
De afbeelding toont de resultaten van infraroodspectrale analyse vóór en na het drogen van slib. De representatieve functionele groepen van het gedroogde slib zijn voornamelijk vrije H2O, -OH, -CH2, -CH3, aromatische ringen, C=C, CO, gehalogeneerde koolwaterstoffen, enz. Dit duidt op een hoog gehalte aan organische stof in het slib, bestaande uit eiwitten, lipiden, zetmeel en cellulose. Studies hebben aangetoond dat het eiwitgehalte van de organische stof in slib meer dan 60% bedraagt, het lipidengehalte ongeveer 20%, en het zetmeel- en cellulosegehalte ongeveer 15%. De afbraak van deze organische stoffen produceert NH3, H2S, VOC's en andere geurstoffen.
EPS is een hoogpolymeer dat is samengesteld uit eiwitten, polysacchariden en een kleine hoeveelheid lipiden, nucleïnezuren en humus. De detectie van karakteristieke EPS-verbindingen wijst op de aanwezigheid van een grote hoeveelheid EPS in slib. Als belangrijke organische component van slib bepaalt het EPS-gehalte de infraroodabsorptie-intensiteit van de karakteristieke functionele groepen in het slib. Door de infraroodspectra van het slib vóór en na drogen te vergelijken en de subtiele interferentie van onzuiverheden in het slib tijdens het analyseproces uit te sluiten, is te zien dat de infraroodabsorptie-intensiteit van het slib vóór drogen significant hoger is dan die van het slib na drogen. Vergeleken met het slib vóór drogen, vertoonden de spectra van het slib na drogen kleinere schouderpieken bij 1654 en 1543 cm⁻¹ (C=C), 2924 cm⁻¹ (CH) en 1076 cm⁻¹ (CO), wat duidt op de afbraak van eiwitachtige stoffen tijdens het droogproces van het slib. Dit verklaart ook de afname van het gehalte aan organische stof en vluchtige stoffen na het drogen van het slib.
Vergelijking van het vochtgehalte, de organische stof en de calorische waarde van slib vóór en na het drogen.
De organische stof in het slib is de belangrijkste bron van de calorische waarde ervan, terwijl het vochtgehalte ook een grote invloed heeft op de calorische waarde. Een hoog vochtgehalte in het slib resulteert in een lage calorische waarde, wat onvermijdelijk gevolgen heeft voor de verbranding ervan. Bovendien wordt het energieverbruik van het systeem tijdens het droogproces van het slib voornamelijk gebruikt om het water in het slib te verdampen.
Het gehalte aan organische stof in het slib na drogen nam licht af, en de bijbehorende hoge calorische waarde van de droge basis daalde eveneens licht. De correlatie tussen het vochtgehalte en de calorische waarde van het slib, en de correlatie tussen het gehalte aan organische stof in het slib en de calorische waarde werden respectievelijk onderzocht. De correlatiecoëfficiënt tussen de variabelen werd verkregen door middel van lineaire regressie, waarna een correlatieanalyse werd uitgevoerd.
Er bestaat een negatieve correlatie tussen het vochtgehalte van droog slib en de lage calorische waarde ervan, die afneemt naarmate het vochtgehalte toeneemt. De correlatiecoëfficiënt tussen het vochtgehalte van droog slib en de lage calorische waarde is echter 0,882, en de p-waarde van de F-toets is 0,061 bij een betrouwbaarheidsinterval van 95%. Aangezien de p-waarde van de F-toets groter is dan 0,05, vertoont het vochtgehalte van droog slib geen significante lineaire correlatie met de lage calorische waarde.
De correlatiecoëfficiënt tussen het gehalte aan organische stof in ruw slib en de hoge calorische waarde op droge basis was 0,997, en de p-waarde van de F-toets was 0,0033 bij een betrouwbaarheidsniveau van 95%. Aangezien de p-waarde van de F-toets kleiner is dan 0,05, is er een significant verband tussen het gehalte aan organische stof in ruw slib en de hoge calorische waarde op droge basis.
Het gehalte aan organische stof in droog slib vertoonde een positieve correlatie met de hoge calorische waarde van de droge basis, en de hoge calorische waarde van de droge basis nam toe met een hoger gehalte aan organische stof. Bovendien bedroeg de correlatiecoëfficiënt tussen het gehalte aan organische stof in droog slib en de hoge calorische waarde van het droge substraat 0,973, en de p-waarde van de F-toets was 0,014 bij een betrouwbaarheidsniveau van 95%. Aangezien de p-waarde van de F-toets kleiner is dan 0,05, kan worden geconcludeerd dat er een significante correlatie bestaat tussen het gehalte aan organische stof in droog slib en de hoge calorische waarde van de droge basis.
Uit bovenstaande analyse blijkt dat de calorische waarde van slib nauw samenhangt met het vochtgehalte en het gehalte aan organische stof, en dat er een significant positieve correlatie bestaat tussen het gehalte aan organische stof in het slib en de calorische waarde van het droge slib. Dit toont ook aan dat het gebruik van een grote hoeveelheid anorganische additieven voor de conditionering en ontwatering van het slib van de rioolwaterzuiveringsinstallatie, hoewel dit een significant ontwaterend effect kan hebben, niet alleen de systeembelasting van het slibdroogproces verhoogt, maar ook het gehalte aan organische stof in het slib aanzienlijk verlaagt. Dit heeft nadelige gevolgen voor het daaropvolgende slibdrogen en de verbranding.
Conclusie
In dit artikel werden de kenmerken van het ontwaterde slib vóór en na het drogen geanalyseerd, waarbij ontwaterd slib uit het district Qingpu in Shanghai als grondstof werd gebruikt.
(1) Naarmate het droogproces vordert, sluit de oppervlaktestructuur van het slib zich geleidelijk, wordt de opening geleidelijk kleiner en neemt de droogefficiëntie geleidelijk af.
(2) Tijdens het droogproces van slib vindt er een kleine afbraak van organisch materiaal plaats, waardoor het gehalte aan organisch materiaal en vluchtige stoffen in het slib na het drogen enigszins afneemt.
(3) De lage calorische waarde van slib is negatief gecorreleerd met het vochtgehalte, maar er is geen duidelijk lineair verband; er was een positieve lineaire correlatie tussen de hoge calorische waarde van slib en het gehalte aan organische stof. Daarom is het noodzakelijk om het vochtgehalte van het slib te verlagen en het verlies aan organische stof in het slib te beperken om de calorische waarde van het slib te waarborgen.